基于单片机的无线温湿度控制新版系统开题报告.doc

中 北 大 学 毕业设计开题报告学 生 姓 名：xxx学 号：xxxxxxxx学 院、系：信息与通信工程系专 业：电子信息科学与技术设 计 题 目：基于单片机温湿度无线控制系统指引教师:xxx2xxx 年 3 月 15 日开题报告填写规定1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查根据材料之一。此报告应在指引教师指引下，由学生在毕业设计工作前期内完毕，经指引教师订立意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必要用按教务处统一设计电子文档原则格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其他纸上后剪贴，完毕后应及时交给指引教师订立意见；3学生写文献综述参照文献应不少于15篇（不涉及辞典、手册）。文中应用参照文献处应标出文献序号，文后“参照文献”书写，应按照国标GB 771487文后参照文献著录规则规定书写，不能有随意性；4学生“学号”要写全号（如0401X02），不能只写最后2位或1位数字；5. 关于年月日等日期填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和互换格式、信息互换、日期和时间表达法规定规定，一律用阿拉伯数字书写。如“3月15日”或“-03-15”；6. 指引教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计状况，依照所查阅文献资料，撰写字左右文献综述：文 献 综 述一、课题研究背景和意义温度是表达物体冷热限度物理量，微观上来讲是物体分子热运动激烈限度。在整个宇宙当中，温度无处不存在。湿度，表达大气干燥限度物理量。在一定温度下在一定体积空气里具有水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气干湿限度叫做“湿度”。湿度表达气体中水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表达办法。绝对湿度是一定体积空气中具有水蒸气质量，普通其单位是克/立方米，绝对湿度最大限度是饱和状态下最高湿度；相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间比，它值显示水蒸气饱和度有多高。温度、湿度和人类生产、生活有着密切关系，并且随着人们生活水平提高，人们对自己生存环境越来越关注，而空气中温湿度变化与人体舒服度和情绪均有直接影响，因此对温度、湿度检测及控制就非常有必要了。随着生产发展，一种低成本和具备较高精度温度湿度测量仪在许多领域会代替人工操作，环境温湿度检测与调节仪器设计和开发具备非常大市场前景和实用价值。无线数据采集特别合用于复杂地形条件、高腐蚀性、建筑群、爆炸等场合，或者被采集对象是运动、旋转等状况。随着数字电路和射频电路制作工艺、低功耗电路、高能电池、微电子技术及集成电路技术进步，无线通信技术获得了飞速发展，无线通信实现越来越容易，传播速度越来越快，可靠性越来越高，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美水平。无线传播越来越多被应用在工业及民用数据采集上，解决了某些布线复杂、甚至无法布线状况。无线方式具备如下几种明显特点：传播介质采用是电磁波，节约了架设电缆所需占地和各种耗费及其给其她建筑建设带来不便，应用起来更加以便；在应用单片机编解码接口技术无线通信系统中，采用多字节地址编码，收发器数量不受限制；具备电路简朴、功耗小、体积小、成本低等长处，非常便于使用；设计设施都很简便适合更换场合重复运用 。二、国内外研究现状1 温湿度传感器集成温度传感器是当前应用范畴最广、使用最普及一种全集成化传感器。其种类诸多，大体可分为如下5类：1、模仿集成温度传感器；2、模仿集成温度控制器3、智能温度传感器；4、通用智能温度控制器；5、微机散热保护专用智能温度控制器。模仿集成温度传感器是在20世纪80年代问世，它是将温度传感器集成在一种芯片上、可完毕温度测量及模仿信号输出功能专用IC。模仿集成温度传感器重要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传播距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简朴。它是当前在国内外应用最为普遍一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等1。 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）结晶。当前，国际上已开发出各种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包括温度传感器、A/D转换器、信号解决器、存储器（或寄存器）和接口电路。有产品还带多路选取器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器特点是能输出温度数据及有关温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；并且它是在硬件基本上通过软件来实现测试功能，其智能化限度也取决于软件开发水平。在20世纪90年代中期最早推出智能温度传感器，采用是8位A/D转换器，其测温精度较低，辨别力只能达到1。当前，国外已相继推出各种高精度、高辨别力智能温度传感器，所用是912位A/D转换器，辨别力普通可达0.50.0625。由美国DALLAS半导体公司新研制DS1624型高辨别力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其辨别力高达0.03125，测温精度为0.2。为了提高多通道智能温度传感器转换速率，也有芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。 新型智能温度传感器测试功能也在不断增强。此外，智能温度传感器正从单通道向多通道方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器总线技术也实现了原则化、规范化，所采用总线重要有单线总线、I2C总线、SMBus总线和SPI总线2。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起行业。湿度传感器重要分为电阻式和电容式两种，产品基本形式都是在基片上涂覆感湿材料形成感湿膜。当前国内市场上浮现了不少国内外湿度传感器产品，电容式湿敏元件较为多见，感湿材料种类重要为高分子聚合物，氯化锂和金属氧化物。当前，国外生产集成湿度传感器重要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。其测量范畴是（1%99%）RH，在55%RH时电容量为180pF（典型值）。当相对湿度从0变化到100%时，电容量变化范畴是163pF202pF。温度系数为0.04pF/，湿度滞后量为1.5%，响应时间为5s。除电阻式、电容式湿敏元件之外，尚有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（运用感湿膜重量变化来变化振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性3-4。这些产品可提成如下三种类型：(1)线性电压输出式集成湿度传感器；典型产品有 HIH3605/3610、HM1500/1520。其重要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。(2)线性频率输出集成湿度传感器；典型产品为HF3223型。它采用模块式构造，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时输出频率为8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具备线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等长处。(3)频率/温度输出式集成湿度传感器；典型产品为HTF3223型。它除具备HF3223功能以外，还增长了温度信号输出端，运用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应变化并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值5。 Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化温度/湿度传感器，其外形尺寸仅为7.6（mm）5(mm)2.5（mm），体积与火柴头相近。出厂前，每只传感器都在温度室中做过精密原则，原则系数被编成相应程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。它们不但能精确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对湿度范畴是0100%，辨别力达0.03%RH，最高精度为2%RH。测量温度范畴是-40 123.8，精度为0.01。测量露点精度6-7。2 无线通信技术随着网络和通信技术迅速发展，无处不在网络终端、以人为本、个性化、智能化移动计算以及以便快捷无线接入、无线互联等新概念和新产品，已经逐渐融入人们寻常生活和工作领域。随着而来便携式终端以及无线通信技术得到了极大发展并在咱们寻常生活中得到了广泛应用，当前应用广泛无线通信技术重要有GSMCDMAGPRS、IEEE8021 1wLAN、蓝牙、IrDA、HomeRF、ZigBee、UWB、微功率短距离无线通信技术等8-9。IrDA是一种视距传播技术，通信设备中间不能有任何阻挡物，通信设备位置也需要相对固定，不适当用于移动数据传播；IEEE 8021lx无线局域网技术基于计算机网络技术发展而来，是专门针对计算机网络通讯而设计无线通讯技术，其有效传播距离为50米，经常应用于公司学校等场合；蓝牙技术专门为近距离无线数据传播而设计，其有效传播距离为10米，传播速率为IOM。从蓝牙技术正式发布到当前，始终没有得到预期大范畴应用，是由于其芯片以及开发设备价格相对高；基于GSMCDMA、GPRS无线通讯网络数据传播技术是近几年发展起来一种新型无线数据传播技术，该技术依托于GSM、CDMAGPRS无线通讯网络进行无线数据传播10-12。以上列出了五种惯用无线通信方式，这些通信方式各有长处，各有不同合用范畴，本设计基于嵌入式射频无线收发一体型芯片无线数据传播技术是近几年发展起来一种无线数据传播技术，其核心技术是嵌入式射频无线收发一体型芯片技术。嵌入式射频无线收发一体型芯片是国外各大公司近年来推出一种新型无线传播芯片，该芯片将信号调制、发射、接受、数字电路接口等功能集成在一枚芯片中，具备价格低廉、外围电路简朴、体积小巧、通讯可靠性高、抗干扰能力强、传播速率快、低耗节能等诸多长处。基于嵌入式无线射频收发一体型芯片上述长处，采用嵌入式无线射频收发一体型芯片技术解决低速率无线数据传播问题是比较抱负解决方案。通过无线射频收发一体型芯片与单片机或DSP结合使用，再在数据传播过程中配合先进通讯合同数据解决算法实现纠错、校验以及加密等功能，可满足无线数据传播规定13-16。参照文献：1 Low power programmable temperature controller tmp01Z Analog Devices，Inc， .2 沙占友等，智能化集成温度传感器原理与应用M.北京机械工业出版社，.3 曾省吾,吴春发. 一种无线信号传播与接受系统Z. CN1662062：,.4 闫文忠.单片机在农业温湿度控制中应用研究J.电脑开发与应用，,025 林敏，于忠德，侯炳涛.HS1100/HS1101电容式湿度传感器及其应用J.仪表技术与传感器，.6SensirionCompany.ApplicationNoteSHT11Humidity&TemperatureSensorJ .Shenzhen：SUNSTAR，.7 蒋俊峰无线收发芯片比较与选取权J.今日电子，. 8 陈平,陈彦. 基于蓝牙技术信号无线传播及遥测技术实现办法J. 山东理工大学学报(自然科学版),(1). 9 Nordic VLSI ASASingle chip 4338689 1 5MHz Transceiver nRF905JProduct Datasheet，10 张默晗,张北,王天亮. 无线信号传播装置Z. CNU：,. 11孙建军.吴太虎 基于无线通信技术远程温湿度数据采集J ，12 朱旭光，刘建辉.农业大棚温湿度控制系统J.自动化技术与应用，,213 富刚,郎德荣. 温湿度闭环控制实验设备开发与研制J沈阳航空工业学院学报，,(02).14V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ ，15 Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ.Powder and Bulk Engineering，16Meehan Joanne，Muir Lindsey. SCM in Merseyside SMEs：Benefits and barriersJ. TQM Journal，17 赵娜，赵刚，于珍珠等.基于51单片机温度测量系统J. 微计算机信息，1-2：146-14818 李建民.单片机在温度控制系统中应用J.江汉大学学报，19 姜立东,姜雪.Protel原理图与PCB设计M. 北京邮电大学出版社， 20 沙占友.单片机外围电路设计M. 北京电子工业出版社， 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决问题和拟采用研究手段（途径）：一、要研究解决问题：本课题重要研究温湿度无线控制系统， SHT11是具备二线串行接口单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，可以实现温湿度数据采集，在综合分析无线数据采集方式基本上，结合实际，考虑到解决问题可行性，拟定了以无线射频收发于一体nRF905无线数据采集模块解决方案。显示采用LCD显示信息、128*64液晶显示。对电路原理图仿真，完毕了系统PCB板图绘制，写出与硬件相相应程序代码。从而完毕任务书规定。二、拟采用研究手段 1.系统总体设计框图本设计实现是单片机温湿度测量与无线控制系统，通过LCD显示所测量温湿度。系统采用集温湿度传感器与A/D转换器为一体SHT11芯片，通过单片机解决进行显示，其他模块涉及了时间产生电路、nRF905射频收发电路和超限报警解决电路，对所测量值进行显示、无线收发和报警解决。DS1302SHT11AT89S52 (1)超限模块晶振 复位电源电路AT89S52 (2)发送接收LCD信息显示128*64液晶显示 nRF905图1 系统总体设计框图2.发送、接受某些详细设计框图发送某些：SHT11作用温湿度采集数据；DS1302作用能LCD上显示仿真时间；晶振、复位、电源电路作用为AT89S52提供工作时钟频率、抗对外干扰、提供电源；超限模块作用报警并进行相应温湿度控制；nRF905作用无线发送数据。DS1302SHT11AT89S52 (1)晶振复位电源电路 超限模块nRF905发送图2 发送某些详细设计框图接受某些：nRF905作用无线接受数据；LCD作用显示仿真时间、温湿度数据；晶振、复位、电源电路作用为AT89S52提供工作时钟频率、抗对外干扰、提供电源；128*64液晶显示作用显示温湿度信息。晶振复位电源电路nRF905接受 AT89S52 (2)LCD信号显示128*64液晶显示图3 接受某些详细设计框图3.硬件设计对无线数据采集电路进行了总体规划，设计了采集节点和接受节点构造。从实际需要出发，并从性能、难易等因素考虑，对重要元器件进行了选型，微解决器采用AT89S52，温湿度传感器采用SHT11，射频芯片采用Nordic公司nRF905，显示采用LCD1604，128*64液晶显示，超限模块，报警并进行相应温湿度控制，进而完毕了发射接受某些硬件设计。依照单片机、无线射频芯片等电流合用状况，完毕了直流电源供电某些设计，对设计电路完毕了硬件仿真。用Protel99SE软件绘制温湿度无线控制系统原理图，并画出与其相应PCB板图。4.软件设计用Multism10、Proteus、KeilC51等软件，对电路原理图仿真分析，满足任务指标规定，写出与硬件相相应程序代码。对于本系统软件编程时，采用模块化设计思想，系统中各重要功能模块，都编成独立函数被主程序调用，重要程序模块由如下几种构成：初始化程序，温湿度采集及解决程序，液晶显示程序，无线收发程序，信息显示程序，超限解决程序。系统软件重要是采用C语言，对单片机进行控制，实现了相应功能。 毕 业 设 计 开 题 报 告指引教师意见：该生通过仔细查阅资料文献，理解了该系统国内外现状，熟悉了单片机温湿度无线控制系统重要构造以及设计思路，并且设计出总体框图；理解了各个模块详细功能，并且对所使用芯片进行了学习；可以纯熟掌握protel99、Proteus、Keil等软件使用，通过以上大量准备工作，为毕业设计完毕提供了保障，以为可以较好完毕后续毕业设计有关工作，批准开题。 指引教师： 年 月 日所在系审查意见：批准开题 系主任： 年 月 日