无线温湿度仓贮自动测控系统的设计(附件)【字数：15877】
摘 要摘 要仓贮环境对于存储货物的品质来说至关重要，而温湿度又是衡量仓贮环境的重要参数指标，异常的温湿度都会对货物品质产生影响，导致企业的利益受损。传统的人工测量方法不仅工作繁重而且误差较大，无法满足现代化仓贮的需要。为了解决以上问题，本文设计了一种无线温湿度仓贮监测系统，该系统使用AT89C51单片机作为控制单元，SHT15芯片作为温湿度数据采集模块，LCD1602作为下位机的显示模块，无线收发模块使用NRF905射频芯片芯片，MAX232作为PC端和下位机的串行接口。最后，温湿度信息将被传输到远程PC端，上位机软件将以图表的形式直观显示温湿度的变化。本文的研究内容主要包括以下几点（1）温湿度数据采集采用SHT15数字温湿度传感器进行温湿度数值的采样，该传感器自动将采集到的温度和湿度值发送给单片机保存。单片机在进行精度调整和温度补偿后，将当前的温湿度值在LCD屏上显示，并能根据环境温湿度的变化而实时改变显示的数值。（2）无线数据传输无线数据传输功能主要依靠NRF905射频收发芯片来实现，该模块将单片机中的温湿度数据通过无线传输的方式发送到远程接收端，接收端将数据传入到计算机，从而完成了数据的远程通信。（3）上位机软件设计基于LABVIEW平台的上位机软件，读取下位机中的温湿度数值并绘制出变化曲线，同时将温湿度值与设定值进行比较，当温度或者湿度超过预设的范围时，红灯点亮并发出报警声音。关键词AT89C51；温湿度传感器；无线传输；仓贮
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 温湿度监测的研究现状 1
1.3 本文的主要研究内容 3
第二章 系统总体结构设计 4
2.1 系统框架结构 4
2.2 系统方案设计 4
2.3 主控芯片选择 5
2.4 AT89C51单片机介绍 6
2.5温湿度传感器选择 8
2.6无线数据传输芯片选择 9
第三章 硬件电路设计 11
3.1温湿度采集模块 11
3.2无线数据传输模块 11
3.3 LCD显示模块 12
3.4 串口通信电路 13
3.4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
串行通信 13
3.4.2 串行接口标准 13
第四章 系统软件设计 15
4.1 单片机程序设计 15
4.1.1 主程序结构 15
4.1.2 温湿度传感器 16
4.1.3 LCD1602 16
4.1.4 无线传输 17
4.2 上位机软件设计 18
4.2.1 Labview平台 18
4.2.2 上位机软件 19
第五章 仿真与调试 23
5.1 Proteus仿真 23
5.1.1 Proteus软件平台 23
5.1.2软硬件联调仿真 24
5.2基于labview的上位机仿真 24
5.2.1 虚拟串口 24
5.2.2上位机软件仿真 26
总结与展望 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
随着现代物流的快速发展，仓贮作为整个供应链中的一环，发挥着至关重要的作用。同时，仓贮内环境的变化也时刻影响着货物的品质，关乎着企业的利益和效率。例如，过高的温度会使食品流失大量水分而导致变质，药物的储存则需要较低的温度。因此，如何实时地监控仓贮内的温度湿度是十分关键的。传统的温湿度测量方式主要分为两种：人工手动测量和基于有线网络的测量控制系统[1]。人工手动测量的缺点主要是工作量大、效率低下、实时性差，远远不能满足现代化仓贮的需要。而基于有线网络的温湿度监测系统需要部署大量的电缆，线路复杂，其维护和可扩展性都受到很大的局限性。为了解决这些问题，本文提出了一种无线仓贮温湿度监测系统。其中温度和湿度的数据采集模块使用数字温湿度传感器，控制模块由射频无线芯片和主控芯片组成。这些分布在仓贮内各区域内的节点构建了一个无线传感器网络，以收集、感测和控制在监测区域的温度和湿度。数据汇总节点将从其他节点采集过来的数据通过MAX232与监控主机相连，通过上位机软件能实时监测温湿度的变化，当出现温湿度异常时，能及时报警。实验测试表明，该温湿度系统可扩展性强、功耗低、效率高。
无线温湿度监测系统能够很好地满足食品仓库、药品仓库以及档案库的温湿度监测的需要，相较于传统的有线网络具有很大的优势[2]。本文设计的温湿度监测系统能够实时地测量仓贮内温湿度数据，并与远程PC端相连，使人们能远距离监测到仓贮内温湿度的变化，同时上位机软件的编写使得其具有良好的人机交互界面，在现实生产中有着重要的实际价值和理论研究意义。
1.2 温湿度监测的研究现状
目前，国内的仓贮温湿度监测系统一般采用人工采样检测或者有线传感器网络的方式[3]。在传统的人工检测方式中，通过使用温度计和干湿计来人工读取温湿度值，这种方法具有很大的误差，且当监测点较多、仓贮容量大时，工作量太大，效率低下。随着科学技术的发展，温湿度感测技术在软件和硬件等各方面都取得了很大的进步，基于电阻式温度传感器、A/D转换器、数据发送模块和异常时报警装置等组成的监测系统开始逐步出现。这种系统能够对仓贮内的各个测量节点进行反复检测，其检测速度、精度都得到了很大的提高，而且降低了工作人员的劳动强度[4]。但是客观硬件的限制依然存在，由于电阻传感器的精度不高,致使检测结果误差较大，不能够满足日益增长的需要。后来，系统在布线上也采取了一些改进措施，比如采用矩阵式布线方法,这样就简化了数据采集部分的线路。在传感器方面采用了半导体、热电偶等器件；在线路传输方式上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数，节约了成本。此外，采用单片机进行数据处理以提高运算速度，并采用各种先进方式提高数据传输和检测速度。并通过软件和硬件技术的结合，使得温度检测的精度和稳定性较以往都提高很多，但是传感器的非线性依然比较严重，导致测量的精度受到很大的影响。
一些先进的仓贮管理系统也设计了基于RS485总线或者CAN总线的温度和湿度测控系统，虽然这些系统有一些优点，如可靠性高、传输距离长等，但通常接口电路复杂、成本高，布线也比较困难，对于一些中小企业来说成本有点难以接受[5]。国外在温湿度监测技术上面已采用基于无线通信技术的在线测控系统，它通常采用数字式的温湿度传感器，使用ZigBee、RF等无线通信技术，实现温湿度的在线监测。通过无线通信技术将数据采集节点放置在仓贮中的不同区域内，可以方便地将仓贮内的温湿度情况传递到中心数据汇总节点，从而实现了从不同数据采集节点到中心节点的在线监测、报警和传输数据的功能。这些系统由数据采集模块、无线通信模块、报警模块等组成，具有结构简单、体积小、成本低、操作简单、适用范围广、可扩展性强等优点。与传统的系统相比，它更能满足现代仓贮系统对于温湿度值的精确需求。
在无线通信技术方面，主要有WiFi、蓝牙、ZigBee以及RF技术[6]。其中WiFi是一种无线局域网，在家庭和商业中有着广泛的应用，是无线以太网802.11b标准的常用名称，WiFi使得人们能够在基站范围内的任何地方发送和接收数据，高速的数据传输是它的一个很大的优势，比常用的通信方式要快数倍。
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第一章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 温湿度监测的研究现状 1
1.3 本文的主要研究内容 3
第二章 系统总体结构设计 4
2.1 系统框架结构 4
2.2 系统方案设计 4
2.3 主控芯片选择 5
2.4 AT89C51单片机介绍 6
2.5温湿度传感器选择 8
2.6无线数据传输芯片选择 9
第三章 硬件电路设计 11
3.1温湿度采集模块 11
3.2无线数据传输模块 11
3.3 LCD显示模块 12
3.4 串口通信电路 13
3.4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
串行通信 13
3.4.2 串行接口标准 13
第四章 系统软件设计 15
4.1 单片机程序设计 15
4.1.1 主程序结构 15
4.1.2 温湿度传感器 16
4.1.3 LCD1602 16
4.1.4 无线传输 17
4.2 上位机软件设计 18
4.2.1 Labview平台 18
4.2.2 上位机软件 19
第五章 仿真与调试 23
5.1 Proteus仿真 23
5.1.1 Proteus软件平台 23
5.1.2软硬件联调仿真 24
5.2基于labview的上位机仿真 24
5.2.1 虚拟串口 24
5.2.2上位机软件仿真 26
总结与展望 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
随着现代物流的快速发展，仓贮作为整个供应链中的一环，发挥着至关重要的作用。同时，仓贮内环境的变化也时刻影响着货物的品质，关乎着企业的利益和效率。例如，过高的温度会使食品流失大量水分而导致变质，药物的储存则需要较低的温度。因此，如何实时地监控仓贮内的温度湿度是十分关键的。传统的温湿度测量方式主要分为两种：人工手动测量和基于有线网络的测量控制系统[1]。人工手动测量的缺点主要是工作量大、效率低下、实时性差，远远不能满足现代化仓贮的需要。而基于有线网络的温湿度监测系统需要部署大量的电缆，线路复杂，其维护和可扩展性都受到很大的局限性。为了解决这些问题，本文提出了一种无线仓贮温湿度监测系统。其中温度和湿度的数据采集模块使用数字温湿度传感器，控制模块由射频无线芯片和主控芯片组成。这些分布在仓贮内各区域内的节点构建了一个无线传感器网络，以收集、感测和控制在监测区域的温度和湿度。数据汇总节点将从其他节点采集过来的数据通过MAX232与监控主机相连，通过上位机软件能实时监测温湿度的变化，当出现温湿度异常时，能及时报警。实验测试表明，该温湿度系统可扩展性强、功耗低、效率高。
无线温湿度监测系统能够很好地满足食品仓库、药品仓库以及档案库的温湿度监测的需要，相较于传统的有线网络具有很大的优势[2]。本文设计的温湿度监测系统能够实时地测量仓贮内温湿度数据，并与远程PC端相连，使人们能远距离监测到仓贮内温湿度的变化，同时上位机软件的编写使得其具有良好的人机交互界面，在现实生产中有着重要的实际价值和理论研究意义。
1.2 温湿度监测的研究现状
目前，国内的仓贮温湿度监测系统一般采用人工采样检测或者有线传感器网络的方式[3]。在传统的人工检测方式中，通过使用温度计和干湿计来人工读取温湿度值，这种方法具有很大的误差，且当监测点较多、仓贮容量大时，工作量太大，效率低下。随着科学技术的发展，温湿度感测技术在软件和硬件等各方面都取得了很大的进步，基于电阻式温度传感器、A/D转换器、数据发送模块和异常时报警装置等组成的监测系统开始逐步出现。这种系统能够对仓贮内的各个测量节点进行反复检测，其检测速度、精度都得到了很大的提高，而且降低了工作人员的劳动强度[4]。但是客观硬件的限制依然存在，由于电阻传感器的精度不高,致使检测结果误差较大，不能够满足日益增长的需要。后来，系统在布线上也采取了一些改进措施，比如采用矩阵式布线方法,这样就简化了数据采集部分的线路。在传感器方面采用了半导体、热电偶等器件；在线路传输方式上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数，节约了成本。此外，采用单片机进行数据处理以提高运算速度，并采用各种先进方式提高数据传输和检测速度。并通过软件和硬件技术的结合，使得温度检测的精度和稳定性较以往都提高很多，但是传感器的非线性依然比较严重，导致测量的精度受到很大的影响。
一些先进的仓贮管理系统也设计了基于RS485总线或者CAN总线的温度和湿度测控系统，虽然这些系统有一些优点，如可靠性高、传输距离长等，但通常接口电路复杂、成本高，布线也比较困难，对于一些中小企业来说成本有点难以接受[5]。国外在温湿度监测技术上面已采用基于无线通信技术的在线测控系统，它通常采用数字式的温湿度传感器，使用ZigBee、RF等无线通信技术，实现温湿度的在线监测。通过无线通信技术将数据采集节点放置在仓贮中的不同区域内，可以方便地将仓贮内的温湿度情况传递到中心数据汇总节点，从而实现了从不同数据采集节点到中心节点的在线监测、报警和传输数据的功能。这些系统由数据采集模块、无线通信模块、报警模块等组成，具有结构简单、体积小、成本低、操作简单、适用范围广、可扩展性强等优点。与传统的系统相比，它更能满足现代仓贮系统对于温湿度值的精确需求。
在无线通信技术方面，主要有WiFi、蓝牙、ZigBee以及RF技术[6]。其中WiFi是一种无线局域网，在家庭和商业中有着广泛的应用，是无线以太网802.11b标准的常用名称，WiFi使得人们能够在基站范围内的任何地方发送和接收数据，高速的数据传输是它的一个很大的优势，比常用的通信方式要快数倍。
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