基于单片机的无线温湿度测量系统的设计和实现

1、科技信息博士专家论坛基于单片机的无线温湿度测量系统的设计和实现河南工业大学化学工业职业学院黄双成河南省荥阳市中等专业学校张秋红摘要本文介绍了基于单片机控制的多点异地温湿度无线测量系统的设计和实现, 重点讨论了无线测量系统的通信原理和软硬件的设计。关键词单片机控制温湿度无线测量系统1、引言温湿度与生产及生活密切相关, 像仓库、农田、塑料大篷以及其他生产过程, 湿度过大会引起霉变和变质; 温度变化会影响品质; 精密仪器、半导体器件, 温度过高或者湿度过大会导致性能降低, 另外, 人们的生活质量提高, 对室内环境的高要求也需要对温湿度的适时监控, 由此可见, 温湿度的测量应用范围是很广的。以往的温湿

2、度传感器都是有线方式传送数据, 线路冗余复杂, 不适合大范围或者异地多数量放置, 连线成本高, 线路的老化问题也影响了其可靠性。随着大量、廉价和高度集成的无线模块的普及, 以及其它无线通信技的运用, 实现无线的高效温湿度测量已经成为现实。2、无线温湿度测量系统的基本构成和工作原理无线温湿度测量系统构成:主要有两大部分, 上位机微处理器控制系统、下位机测量系统。上位机微处理器控制系统是控制系统的核心, 是负责与下位机通信并完成显示任务和控制功能的; 下位机测量系统负责对测量点的温湿度测量, 并根据上位机的控制要求, 把测量点的信息返回给上位机控制系统。其详细示意如下图 1无线温湿度测量系统的通信

3、原理:单片机系统通信, 特别是串行口通信, 一般情况下只能实现上位机与下位机之间的一对一通信, 而无线温湿度测量系统, 是基于主从式控制结构的集散控制系统, 需要上位机微处理器控制系统与下位机之间一对多的通信。上位机发送数据给下位机, 下位机要产生中断必须符合两个条件。R I 、RB 8、S M 2之间的组合情况如由上表1, 只要S M 2一直是0, 并使R I 清零, 则不论第9位数据RB 8为何值, 下位机均可以产生串行口中断, 因此第9位就可以作为差错的奇偶校验位, 那么如何实现上位机系统与下位机各个测量点之间的一对一通信呢? 可以通过软件来实现, 具体是:在下位机程序中设立一个标志变量

4、, 并初始化该标志变量为0。当上位机发送数据时, 各个下位机均产生接收中断。中断服务程序先判断本机的标志变量值, 若标志变量为0, 则把接收的数据与本机地址比较, 如果一致, 则标志变量为1, 并发回本机地址作为应答, 否则立即跳出中断服务程序; 如果标志变量为1, 说明上位机发送的是控制命令(上位机发送某下位机的地址码并收到该机发回的地址码后, 立即给下位机发送控制命令 , 则转相应命令处理程序, 最后跳出中断服务程序, 返回主程序。上位机与下位机通信完毕后, 再使下位机的标志变量位清0。如果握手失败, 则上位机给下位机复位命令, 然后重新开始握手, 若三次都不成功, 则转出错处理。3、上位

5、机微处理器控制系统硬件和软件设计(1 硬件设计:上位机微处理器控制系统由单片机和无线收发芯片两部分组成, 单片机使用89C 52, 无线收发芯片由nR F 401来完成。上位机微处理控制系统硬件设计原理如图2。nR F 401芯片是北欧集成电路公司推出的无线收发一体芯片, 采用蓝牙核心技术设计, 工作于433 434M H z 频段。nR F 401将很多功能和外围部件协议集成在芯片内部, 是目前业界唯一的可以直接与单片机串行口进行数据传输的无线收发芯片。采用DD S +PLL 频率合成技术, 频率稳定性好, 具有较强的抗干扰能力。电气特性参数如表2。(2 软件设计本系统软件由主程序和取数子程

6、序组成, 其流程图如图4、5。无线温湿度测量系统的各项功能都是在系统软件的操纵下实现的, 为了实现与系统各测量点的可靠通信, 系统软件采用模块化结构设计, 由主程序和取数子程序两大部分组成。主程序包括复位处理程序、通信出错处理、巡回检测等模块组成, 以周期扫描方式运行, 扫描周期为:50m s 。通常情况下, 扫描检测下位机各个测量点的工作情况, 在需要显示哪个测量点温度时, 就发送回传控制指令, 要求回传本测量点的温湿度信息。4、下位机测量系统硬件、软件设计(1 硬件设计:下位机测量点系统采用温湿度检测装置、单片机和无线收发芯片三部分组成, 下位机检测点系统原理如图3。(2 软件设计:本系统

7、软件由主程序和中断服务程序组成, 其流程图如下图6和图7。在本系统中, 下位机主要完成本测量点的温湿度测量, 并在上位机需要的时候向上位机回传本测量点的相关信息。下位主要通过串行口中断来响应上位机的“命令”而且约定7FH 为取数命令, 78H 为复位命令。在上、下位机的通信中, 可靠性是关键, 为了预防程序“跑飞”, 因此在各个程序模块之间安放软件陷阱, 同时加上“软件狗”, 使下位机在死机时可以自动复位, 提高系统的可靠性。26 科技信息博士专家论坛5、结束语综上所述, 本文介绍的无线温湿度测量系统, 具有较高的先进性, 可靠性和使用性, 在自动化控制, 特别是集散控制系统的温湿度数据采集系统中起到了积极有效的作用, 提高了数据采集的可靠性、准确性。为集散控制系统提供了可靠的数据源泉, 充分发挥了集散控制系统的优势。参考文献1何立民. 单片机应用系统设计M . 北京