温湿度监控装置的设计
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.3 课题主要研究内容 2
1.4 本章小结 2
2 温湿度监控装置总体设计 2
2.1 需求分析 2
2.2 设计思路 3
2.3 设计方案 3
2.4 温湿度监控装置总体结构图 4
2.5 本章小结 5
3 温湿度监控装置硬件设计 5
3.1 开发工具简介 5
3.2 电路原理图设计 5
3.3 温湿度传感器介绍 8
3.4 降温设备简介 12
3.5 报警设备简介 13
3.6 本章小结 13
4 温湿度监控装置程序设计 13
4.1 程序总体设计 13
4.2 DHT11温湿度采集程序设计 14
4.3 降温装置驱动程序设计 17
4.4 串口通信程序设计 18
4.5 报警装置程序设计 19
4.6 本章小结 20
5 温湿度监控装置测试与结果分析 20
5.1 功能测试与结果分析 20
5.2 综合测试 23
5.3 本章小结 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附件1 29
1 引言
1.1 研究背景及意义
随着农业技术的进步,全国种粮大户每年的收成也越来越多,据2013年底公布的第二次全国土地调查结果， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
全国耕地面积共20.3亿亩，每年收获粮食不计其数，粮食管理成为粮户们的头等大事。粮库管理不当会给粮户带来很多不必要的损失，同时也会引起一系列的连锁反应，甚至危害到国家的安全。例如，湿度偏高引起的霉变，温度偏高引起的火灾等。2013年，黑龙江中储粮库起火事件轰动全国，直接损失达亿元，原因之一就有温度偏高，因此，对粮库的温湿度时时监控成为粮户们关注的重点。目前，市场上已经存在温湿度监控装置的设计成果，但是普遍价格不菲，而且只负责单方面的温湿度监控，没法做到在检测到温湿度过高或过低时自动启动装置对环境的温湿度进行调节。在生活中不仅在粮库会用到温湿度监控装置，在医院、农业大棚、养殖场、工厂生产等地都需要使用，并且不同的场所使用的温湿度传感器还有所区别，应该根据实际情况和需要选择恰当的温湿度传感器，从而达到真正时时采集环境温湿度功能。在粮库重地，工人不需要再使用温度表来检测环境的温度，这已经十分落后，而且测量的精准度不够，使用温湿度传感器精确度高，实用方便。本文所述就是基于STM32单片机，使用DHT11温湿度传感器，采集环境温湿度，同时包含降温装置、报警模块、串口显示数据部分。
STM32单片机，是一个微控制器产品的总称，区别于STC89C51单片机，它直接对寄存器、控制器进行操作，目前包含了小容量、中容量、大容量和互联型产品。STM32单片机有十分强大的功能，内置模拟和PWM，有PLD，低功耗十分丰富。本课题基于STM32单片机设计，通过研究STM32单片机技术[1~3]，学习驱动DHT11、驱动降温设备，将采集、发送、报警、控制几大功能融合一体，实现全自动采集和控制，大大减少了人力物力的投入，设备简单，功能全面，价格公道，是值得信赖的产品。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
科技发展推动社会的进步，科学发展是当今社会发展的主流，谁掌握科技，谁就掌握主动，而社会的需求，是推动科技进步的动力。目前基于STM32单片机开发平台所研制的产品有很多，市场关于温湿度监控装置的研究状况，如JK-D800智能温湿度记录仪，采用瑞士原厂封装校准一体式温湿度传感器，温湿度精度很高，存储温度-40℃~80℃，采样间隔1秒，通讯接口RS485/USB/ZigBee可选，电源采用高能锂电池，该产品特点：数据采集、存储、断电待机、声光报警、脱机工作、灵活组网，价格几百到上千不等，与市场其他产品功能类似，是目前存在的较好产品。但是目前市场上产品有个弊端，功能全面的产品价格很高，不适合全面推广使用，仅供迫切需要的用户，价格低的产品功能比较单一，远远不能达到用户的需求。
1.3 课题主要研究内容
根据粮库贮存粮食对温湿度的要求，必须保证温湿度监控装置功能齐全。本课题主要基于STM32单片机来设计温湿度监控装置，总体分为温湿度采集、串口通信、降温装置驱动和报警四大部分。其中，最为主要的是温湿度采集部分，根据测量环境需要和温湿度传感器适应条件，这里我们选用DHT11温湿度传感器，研究其工作时序，引脚功能和使用方法，利用STM32单片机的滴答时钟和中断控制来驱动DHT11使其正常工作。其次，主要研究串口通信部分，采用全双工通信方式，USB接口转RS232串行接口。最后，报警模块和降温驱动部分主要是控制，在特定的条件下自动运行，需要外接放大电路，解决电流太小电压低等问题。
根据粮库贮存粮食要求，温度一般控制在17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
℃以下，湿度控制在60%RH以下，因此只要保证温度精度到达2℃，湿度精度达到4%RH即可，本课题使用DHT11温湿度传感器，测量温度精度±1℃，湿度精度±2%RH，符合需求，因此只要将几大模块综合起来即可[4]。本课题研究涉及很多技术，单片机技术、串行通信技术、AD画图技术、图片处理技术、嵌入式程序开发技术、微处理器与微控制器的应用技术等，每个技术涉及很多知识和资料，这些都是需要深深研究的内容，只有将这些技术融会贯通，才能完成温湿度监控装置的设计工作。
1.4 本章小结
本章详细阐述了温湿度监控装置的研究背景和意义，对目前国内外温湿度监控装置的研究状况和发展趋势进行分析，并且在此基础上说明本课题的研究内容和研究目的，简单概括了课题研究所用硬件和所用技术。
2 温湿度监控装置总体设计
2.1 需求分析
全国范围内，大小粮库所使用的温湿度监控产品型号功能各不相同，但是目前很多产品功能单一，价格高昂，此类产品很难普及全国，也无法满足广大用户的需求。例如，某些只能测量温湿度，让用户知道，但是没有进一步的措施，仅仅这样的产品是不能长久立足市场的，只有开发出功能更全面，应用更广泛的产品，才能在未来市场扎根立足。本课题总结以上产品的缺点，并加以改进，在检测到温湿度后，加上了自动启动风扇功能和报警功能，这样当用户没有及时采取降温减湿措施时，风扇会自动启动，进行降温，减少用户很多麻烦，正是目前广大用户需要的。本课题设计的产品功能仍不全面，但是至少可以弥补目前市场上很多产品的不足，在一定程度上满足了一群用户的需要。同时，该产品将会不断完善，添加新的功能，在之后的研究中，产品不断升级，定会满足更多群众的需要。
2.2 设计思路
首先，确定实现的功能，制定实施方案，确立目标；其次进行硬件选型与电路的设计；然后编写驱动代码并逐个功能调试；最后总体调试与应用，编写论文介绍。其中，温湿度监控装置主要由温湿度模块、串口通信、降温模块和报警四大部分构成，四大部分都需要5V电源供电，用串口线连接，该部分嵌入式驱动程序最重要，是难点也是重点。
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.3 课题主要研究内容 2
1.4 本章小结 2
2 温湿度监控装置总体设计 2
2.1 需求分析 2
2.2 设计思路 3
2.3 设计方案 3
2.4 温湿度监控装置总体结构图 4
2.5 本章小结 5
3 温湿度监控装置硬件设计 5
3.1 开发工具简介 5
3.2 电路原理图设计 5
3.3 温湿度传感器介绍 8
3.4 降温设备简介 12
3.5 报警设备简介 13
3.6 本章小结 13
4 温湿度监控装置程序设计 13
4.1 程序总体设计 13
4.2 DHT11温湿度采集程序设计 14
4.3 降温装置驱动程序设计 17
4.4 串口通信程序设计 18
4.5 报警装置程序设计 19
4.6 本章小结 20
5 温湿度监控装置测试与结果分析 20
5.1 功能测试与结果分析 20
5.2 综合测试 23
5.3 本章小结 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附件1 29
1 引言
1.1 研究背景及意义
随着农业技术的进步,全国种粮大户每年的收成也越来越多,据2013年底公布的第二次全国土地调查结果， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
全国耕地面积共20.3亿亩，每年收获粮食不计其数，粮食管理成为粮户们的头等大事。粮库管理不当会给粮户带来很多不必要的损失，同时也会引起一系列的连锁反应，甚至危害到国家的安全。例如，湿度偏高引起的霉变，温度偏高引起的火灾等。2013年，黑龙江中储粮库起火事件轰动全国，直接损失达亿元，原因之一就有温度偏高，因此，对粮库的温湿度时时监控成为粮户们关注的重点。目前，市场上已经存在温湿度监控装置的设计成果，但是普遍价格不菲，而且只负责单方面的温湿度监控，没法做到在检测到温湿度过高或过低时自动启动装置对环境的温湿度进行调节。在生活中不仅在粮库会用到温湿度监控装置，在医院、农业大棚、养殖场、工厂生产等地都需要使用，并且不同的场所使用的温湿度传感器还有所区别，应该根据实际情况和需要选择恰当的温湿度传感器，从而达到真正时时采集环境温湿度功能。在粮库重地，工人不需要再使用温度表来检测环境的温度，这已经十分落后，而且测量的精准度不够，使用温湿度传感器精确度高，实用方便。本文所述就是基于STM32单片机，使用DHT11温湿度传感器，采集环境温湿度，同时包含降温装置、报警模块、串口显示数据部分。
STM32单片机，是一个微控制器产品的总称，区别于STC89C51单片机，它直接对寄存器、控制器进行操作，目前包含了小容量、中容量、大容量和互联型产品。STM32单片机有十分强大的功能，内置模拟和PWM，有PLD，低功耗十分丰富。本课题基于STM32单片机设计，通过研究STM32单片机技术[1~3]，学习驱动DHT11、驱动降温设备，将采集、发送、报警、控制几大功能融合一体，实现全自动采集和控制，大大减少了人力物力的投入，设备简单，功能全面，价格公道，是值得信赖的产品。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
科技发展推动社会的进步，科学发展是当今社会发展的主流，谁掌握科技，谁就掌握主动，而社会的需求，是推动科技进步的动力。目前基于STM32单片机开发平台所研制的产品有很多，市场关于温湿度监控装置的研究状况，如JK-D800智能温湿度记录仪，采用瑞士原厂封装校准一体式温湿度传感器，温湿度精度很高，存储温度-40℃~80℃，采样间隔1秒，通讯接口RS485/USB/ZigBee可选，电源采用高能锂电池，该产品特点：数据采集、存储、断电待机、声光报警、脱机工作、灵活组网，价格几百到上千不等，与市场其他产品功能类似，是目前存在的较好产品。但是目前市场上产品有个弊端，功能全面的产品价格很高，不适合全面推广使用，仅供迫切需要的用户，价格低的产品功能比较单一，远远不能达到用户的需求。
1.3 课题主要研究内容
根据粮库贮存粮食对温湿度的要求，必须保证温湿度监控装置功能齐全。本课题主要基于STM32单片机来设计温湿度监控装置，总体分为温湿度采集、串口通信、降温装置驱动和报警四大部分。其中，最为主要的是温湿度采集部分，根据测量环境需要和温湿度传感器适应条件，这里我们选用DHT11温湿度传感器，研究其工作时序，引脚功能和使用方法，利用STM32单片机的滴答时钟和中断控制来驱动DHT11使其正常工作。其次，主要研究串口通信部分，采用全双工通信方式，USB接口转RS232串行接口。最后，报警模块和降温驱动部分主要是控制，在特定的条件下自动运行，需要外接放大电路，解决电流太小电压低等问题。
根据粮库贮存粮食要求，温度一般控制在17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
℃以下，湿度控制在60%RH以下，因此只要保证温度精度到达2℃，湿度精度达到4%RH即可，本课题使用DHT11温湿度传感器，测量温度精度±1℃，湿度精度±2%RH，符合需求，因此只要将几大模块综合起来即可[4]。本课题研究涉及很多技术，单片机技术、串行通信技术、AD画图技术、图片处理技术、嵌入式程序开发技术、微处理器与微控制器的应用技术等，每个技术涉及很多知识和资料，这些都是需要深深研究的内容，只有将这些技术融会贯通，才能完成温湿度监控装置的设计工作。
1.4 本章小结
本章详细阐述了温湿度监控装置的研究背景和意义，对目前国内外温湿度监控装置的研究状况和发展趋势进行分析，并且在此基础上说明本课题的研究内容和研究目的，简单概括了课题研究所用硬件和所用技术。
2 温湿度监控装置总体设计
2.1 需求分析
全国范围内，大小粮库所使用的温湿度监控产品型号功能各不相同，但是目前很多产品功能单一，价格高昂，此类产品很难普及全国，也无法满足广大用户的需求。例如，某些只能测量温湿度，让用户知道，但是没有进一步的措施，仅仅这样的产品是不能长久立足市场的，只有开发出功能更全面，应用更广泛的产品，才能在未来市场扎根立足。本课题总结以上产品的缺点，并加以改进，在检测到温湿度后，加上了自动启动风扇功能和报警功能，这样当用户没有及时采取降温减湿措施时，风扇会自动启动，进行降温，减少用户很多麻烦，正是目前广大用户需要的。本课题设计的产品功能仍不全面，但是至少可以弥补目前市场上很多产品的不足，在一定程度上满足了一群用户的需要。同时，该产品将会不断完善，添加新的功能，在之后的研究中，产品不断升级，定会满足更多群众的需要。
2.2 设计思路
首先，确定实现的功能，制定实施方案，确立目标；其次进行硬件选型与电路的设计；然后编写驱动代码并逐个功能调试；最后总体调试与应用，编写论文介绍。其中，温湿度监控装置主要由温湿度模块、串口通信、降温模块和报警四大部分构成，四大部分都需要5V电源供电，用串口线连接，该部分嵌入式驱动程序最重要，是难点也是重点。
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