无线温湿度系统的设计与仿真
摘 要本课题在当前无线温湿度检测器系统的研究基础上，提出了一种可以通过AT89C51单片机作为主控来实现的一款新型无线温湿度检测器控制系统，在其内部使用了新型模块DHT11型温湿度传感器、NRF24L01型集成式射频无线通信模块等作为核心部分，构建了其硬件框架结构，实现了对环境中温湿度参数的实时快速检测并通过射频无线通信模块将检测值发送出去等功能，经过了系统仿真以及专业仪器测量发现这款系统的实现大大降低了目前相关产品的总体功耗，在硬件上由于大多数使用的都是新型并且价格低廉的芯片模块，大大压缩了总体系统的生产成本。本系统最终经过了多方面的测试和发现问题后的不断改进完善，最终呈现出了很高的实用性，推向市场后将淘汰大量现有相关产品。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 无线温湿度检测器系统的硬件结构框图设计 3
（二） 主控单片机的对比与选择 4
（三） AT89C51处理器简介 5
（四） DHT11温湿度传感器 6
（五） NRF24L01射频无线通信集成芯片介绍 6
（六） LCD1602字符点阵介绍 7
（七） 蜂鸣器概述 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 51单片机最小系统 9
1. 时钟电路 9
2. 复位电路 9
（二） DHT11温湿度传感器电路设计 10
（三） NRF24L01射频无线通信集成芯片电路设计 10
（四） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 11
（五） 报警电路设计 12
（六） 按键电路 12
四、 软件系统设计 14
（一） 无线温湿度检测器系统的软件工作流程设计 14
（二） DHT11温湿度传感器工作流程设计 15
（三） NRF24L01射频无线通信模块驱动流程设计 15
（四） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 17
（五） 报警电路工作流程设计 17
五、 Proteus软件仿真 18
总 结 22
参考
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 元件列表 27
附录三 程序 28
引言
当前无线温湿度检测器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的无线温湿度检测器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于无线温湿度检测器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有无线温湿度检测器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心无线温湿度检测器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有无线温湿度检测器产品得到了冲击，另外国内对于无线温湿度检测器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于无线温湿度检测器产品最大的研究重点是在实现温度和湿度两项参数的高精度采集检测、无线收发温湿度等参数等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前无线温湿度检测器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的无线温湿度检测器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数无线温湿度检测器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的无线温湿度检测器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于无线温湿度检测器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
综合目前国内市场上无线温湿度检测器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的无线温湿度检测器控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到环境以及互联网查阅资料对无线温湿度检测器控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了无线温湿度检测器控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是无线温湿度检测器控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性。
下面为本课题所设计系统将要实现的功能指标：
1、能够实现室内温度和湿度的实时测量；
2、具有无线收发功能，将测得的温湿度参数通过射频无线通信模块进行发送与接收；
3、具有报警功能，当温湿度偏离设定值时，发出报警信号；
4、测得的温湿度可通过液晶屏进行显示；
方案选择及元器件介绍
无线温湿度检测器系统的硬件结构框图设计
下图为无线温湿度检测器控制系统的硬件结构框图，笔者通过绘制该原理框图来达到清晰描述控制系统硬件的连接关系。在进行原理框图的设计思路之前，首先对结构框图的绘制软件——Visio 2007做简要介绍，该款软件为微软公司推向用户的一款用于绘制各种工程制图的强大软件，对于操作系统以及PC机没有严格要求，使用非常简易，制图效果较为优秀。
图中各个模块的连接关系较为清晰，主要为单片机与其片外模块的相互连接，其中单片机结合了由电阻电容按键组成的复位电路和晶振组成的时钟电路构成了51单片机最小系统，作为硬件和软件系统的核心模块，它实现了输入输出控制电平来对其他模块的控制作用。NRF24L01通信模块主要用于终端和手持端之间互发温湿度数据和控制指令等，温湿度采集模块由DHT11温湿度传感器组成，用于实现对周围环境温湿度的检测，并将检测结果传送给51单片机；液晶屏用于实现对温湿度参数的显示；按键模块由机械按键组成，用于实现对温湿度的设置；报警模块用于实现当温湿度超标后进行报警液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 无线温湿度检测器系统的硬件结构框图设计 3
（二） 主控单片机的对比与选择 4
（三） AT89C51处理器简介 5
（四） DHT11温湿度传感器 6
（五） NRF24L01射频无线通信集成芯片介绍 6
（六） LCD1602字符点阵介绍 7
（七） 蜂鸣器概述 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 51单片机最小系统 9
1. 时钟电路 9
2. 复位电路 9
（二） DHT11温湿度传感器电路设计 10
（三） NRF24L01射频无线通信集成芯片电路设计 10
（四） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 11
（五） 报警电路设计 12
（六） 按键电路 12
四、 软件系统设计 14
（一） 无线温湿度检测器系统的软件工作流程设计 14
（二） DHT11温湿度传感器工作流程设计 15
（三） NRF24L01射频无线通信模块驱动流程设计 15
（四） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 17
（五） 报警电路工作流程设计 17
五、 Proteus软件仿真 18
总 结 22
参考
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 元件列表 27
附录三 程序 28
引言
当前无线温湿度检测器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的无线温湿度检测器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于无线温湿度检测器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有无线温湿度检测器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心无线温湿度检测器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有无线温湿度检测器产品得到了冲击，另外国内对于无线温湿度检测器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于无线温湿度检测器产品最大的研究重点是在实现温度和湿度两项参数的高精度采集检测、无线收发温湿度等参数等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前无线温湿度检测器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的无线温湿度检测器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数无线温湿度检测器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的无线温湿度检测器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于无线温湿度检测器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
综合目前国内市场上无线温湿度检测器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的无线温湿度检测器控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到环境以及互联网查阅资料对无线温湿度检测器控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了无线温湿度检测器控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是无线温湿度检测器控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性。
下面为本课题所设计系统将要实现的功能指标：
1、能够实现室内温度和湿度的实时测量；
2、具有无线收发功能，将测得的温湿度参数通过射频无线通信模块进行发送与接收；
3、具有报警功能，当温湿度偏离设定值时，发出报警信号；
4、测得的温湿度可通过液晶屏进行显示；
方案选择及元器件介绍
无线温湿度检测器系统的硬件结构框图设计
下图为无线温湿度检测器控制系统的硬件结构框图，笔者通过绘制该原理框图来达到清晰描述控制系统硬件的连接关系。在进行原理框图的设计思路之前，首先对结构框图的绘制软件——Visio 2007做简要介绍，该款软件为微软公司推向用户的一款用于绘制各种工程制图的强大软件，对于操作系统以及PC机没有严格要求，使用非常简易，制图效果较为优秀。
图中各个模块的连接关系较为清晰，主要为单片机与其片外模块的相互连接，其中单片机结合了由电阻电容按键组成的复位电路和晶振组成的时钟电路构成了51单片机最小系统，作为硬件和软件系统的核心模块，它实现了输入输出控制电平来对其他模块的控制作用。NRF24L01通信模块主要用于终端和手持端之间互发温湿度数据和控制指令等，温湿度采集模块由DHT11温湿度传感器组成，用于实现对周围环境温湿度的检测，并将检测结果传送给51单片机；液晶屏用于实现对温湿度参数的显示；按键模块由机械按键组成，用于实现对温湿度的设置；报警模块用于实现当温湿度超标后进行报警液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
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