基于單片機的溫濕度實時監控系統設計與實現

　　摘 要： 針對某些特殊場所需要實時溫濕度測量的問題，設計實現了基于單片機的溫濕度實時監控系統。系統采用 STC89C52單片機作為微處理器芯片，外接DHT11溫濕度傳感器進行溫濕度數據監測采集;選用LCD1602液晶顯示器對單片機處理過的溫濕度數據進行顯示;采用串口藍牙通信模塊和蜂鳴器與單片機連接。當溫度超過用戶設定的閾值時，蜂鳴器響起并且單片機通過藍牙與用戶手機進行鈴聲報警。試驗結果表明，溫度檢測范圍完全滿足實際需要。

　　關鍵詞： 單片機; 藍牙通信; 溫濕度監控; 溫濕度傳感器

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　　0 引言

　　現在部隊倉庫、運輸車內的溫濕度監控系統大多數是基于計算機顯示屏的，計算機顯示屏體積大，不方便隨身攜帶，值班人員一旦離開顯示屏，就造成信息傳遞的不及時。裝備的儲存條件很苛刻，有著嚴格的溫濕度儲存要求，一旦溫濕度異常，就可能會導致武器裝備的壽命變短，影響武器裝備的戰斗性能，甚至導致武器裝備直接損壞報廢。

　　為了克服傳統監控系統的缺點，本系統采用了藍牙通信解決了電線電纜的連接問題;用低成本低功耗的單片機實現了傳感器在槍庫、彈藥庫和裝備運輸車中的全方位覆蓋;采用蜂鳴器和用戶手機終端多樣式報警信號來解決報警方式單一的問題。采用常見的單片機芯片和常用傳感器，既簡化了維修和維護，又解決了傳統傳感器與廠家系統不兼容等問題。

　　1 溫濕度實時監控系統總體設計

　　1.1 總體設計方案

　　本文設計的系統主要需要實現以下功能：采集溫濕度環境參數、傳感器信號處理、溫濕度顯示、溫濕度警報、藍牙通信。該系統既要能夠處理傳感器數據和控制各個模塊，而且還要能夠和手機進行藍牙通信，所以需要一個可靠性高、處理能力強、結構簡單的核心處理器。這個要求可以用市場上廣泛應用的單片機來滿足。本系統是基于 STC89C52單片機設計的。系統設計的總體框圖如圖1所示，本系統包括以下幾個模塊：溫濕度傳感器模塊、供電模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、鍵盤模塊、藍牙通信模塊。

　　1.2 系統功能與系統指標

　　本文主要是設計一個實時的溫度和濕度監測系統，它可以測量周圍的溫濕度值，并將溫濕度顯示在LCD液晶顯示屏上，當測量到的的溫度值超過用戶設定的閾值時，系統的蜂鳴器響起，并通過藍牙向用戶手機發送信息，使用戶手機鈴聲響起。

　　系統具體的技術指標如下。

　　⑴ 工作環境：室內、倉庫內、車內。

　　⑵ 藍牙通信范圍：10m。

　　⑶ 溫度報警：有。

　　⑷ 測溫范圍：0～50℃。

　　⑸ 溫度測量誤差：±2℃。

　　⑹ 測濕范圍：20～90%RH。

　　⑺ 濕度測量誤差：±5%RH。

　　2 系統硬件設計

　　硬件系統分為兩部分：一部分是溫濕度傳感器部分，即數據采集部分;另一部分是藍牙通信部分，即數據通信部分。溫濕度傳感器采用DHT 11溫濕度傳感器來收集溫濕度數據。處理器采用STC89C52單片機為核心控制芯片，串口藍牙通信模塊也連接在STC89C52單片機上進行工作。選用LCD1602液晶顯示器作為顯示屏，用來顯示當前溫濕度傳感器采集的溫濕度。時鐘電路采用11.0592Mhz晶振來提供時鐘信號。

　　系統選用STC89C52單片機為硬件平臺核心微處理器，所有的擴展設計全部都基于該平臺之上進行的。硬件設計的核心就是顯示輸出部分和鍵盤輸入部分。傳感器采集溫濕度信息， LCD1602液晶顯示器顯示實時溫濕度。

　　其中藍牙通信模塊接在了單片機的串行通信口TXD上，溫濕度傳感器接在了單片機P1.3口，蜂鳴器和報警燈分別接在P2.1口和P2.0口，P2.2口和P2.3口為鍵盤加減按鍵，P0.0-P0.7口用來傳遞溫濕度數據，使溫濕度在LCD1602液晶顯示屏上顯示。具體電路設計和實物照片如圖2所示。系統外觀如圖3。

　　3 系統軟件設計

　　軟件設計是所有系統的靈魂，是讓硬件系統真正發揮作用的根本。本系統的軟件設計主要包括：主函數、溫濕度數據采集、液晶程序、按鍵功能、藍牙通信、手機終端程序、蜂鳴器等設計，限于篇幅只介紹幾個關鍵軟件部分的設計。

　　3.1 主函數設計

　　由于本系統軟件設計采用了分層式、模塊化設計，主要定義函數聲明、變量數據類型、;單片機I/O引腳，完成了STC89C52單片機引腳功能的初始化，設置了時鐘系統的模式，溫度序設計框圖見圖4。

　　3.2 溫濕度數據采集程序設計

　　溫濕度數據采集程序中，溫濕度傳感器DHT11的溫濕度采樣頻率為1次每秒，需要設計合適的時間間隔來進行溫濕度信息的通信與交換。環境信息采集流程圖見圖5。

　　在溫濕度采集程序設計時主要解決了以下問題：

　　⑴ 初次溫濕度信息采集前應該現將系統復位，將引腳電平清空，避免誤報等意外情況;

　　⑵ 溫濕度信息采樣頻率為1s，顯示屏判忙程序精簡化;

　　⑶ 溫濕度傳感器與單片機為單總線數據傳輸，所以一次溫濕度信息交換時序較長，期間應禁止其他程序的進行，如終端程序，可以延時幾毫秒后再進行。LCD1602液晶顯示屏也避免選用動態掃描數碼管方式來顯示溫濕度信息。否則，在溫濕度傳感器和單片機進行數據交互傳傳遞時，會導致液晶顯示屏閃爍。

　　3.3 藍牙通信程序設計

　　藍牙通信程序主要實現的功能是完成手機與單片機的無線串口通信。藍牙通信程序規定了手機和單片機接收數據和發送數據的要求和時機，規定了數據校驗的標準。藍牙通信模塊與溫濕度傳感器一樣，是通過單引腳實現溫濕度數據的收發工作的。藍牙通信子程序如下：

　　3.4 手機終端程序設計

　　手機終端程序設計是人機交互的重點，在手機端開發一個APP，采用eclipse軟件實現。在實現基本功能的基礎上，要具有易操作和人性化的優點。本著這樣的原則，APP共設計了兩個界面：一個是初始界面，初始界面設計了一個“連接”按鈕，用來連接系統的藍牙通信模塊;另一個是報警狀態提示，顯示溫濕度的報警信息。具體的界面如圖6所示。

　　4 系統性能測試

　　本文主要測試了系統的可靠性、穩定性、功能性以及實用性，確保系統設計功能的實現。測試主要包括硬件平臺及處理器測試、操作界面、手機終端界面等測試。通過這一系列測試之后，本系統的功能和設計要求已經達到設計目標，系統也能夠簡便的、可靠的、高效地運行和操作，人機交互也有著良好的、簡潔的操作界面，通過對本系統的多次測試檢驗，并對測試結果進行統計，可以判斷系統已經實現了相對可靠、穩定的運行效果，總體上實現了設計要求。

　　5 結束語

　　本文根據實時溫濕度的測量要求，設計并實現了溫濕度實時監控系統，本系統共包括了溫濕度傳感器模塊、供電模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、鍵盤模塊、藍牙通信模塊等六大模塊。通過收集、分析測試結果，發現本溫濕度實時監控系統基本符合設計要求，符合部隊需求。但是在實現過程中，還有很多方面可以優化，比如手機APP界面的美化、藍牙通信模塊功耗控制、測量結果的緩存等等。

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