温湿度采集无线通信系统设计

通信系统课程设计报告

----温湿度采集通信模块

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目录

设计框图 (1)

设计采用技术及模块说明 (2)

温湿度测量 (2)

传感器模块 (3)

数据处理模块 (4)

工作原理 (4)

设计方案 (5)

控制模块 (6)

显示模块 (6)

电源模块 (7)

报警模块 (7)

无线网络模块 (8)

总结 (8)

温湿度采集通信模块的设计在工农业生产过程中，许多原材料和产品必须保存于库房中，其中有些原材料和产品对存放库房的环境温度和湿度有一定的要求。同时，许多生产车间和温室大棚等也同样对环境的温度和湿度有一定限制。因此，对环境温度和湿度进行检测和显示，并将相关数据进行保存以及分析处理就显得尤为重要。但是在库房、车间的原有结构上进行温湿度仪表布线将会非常困难，同时费用也高，并且传统的监测装备大多是有线的，线路多，布置起来比较复杂。所以，利用无线通信系统来构建新型的监测系统显得的必要，无线通信监测系统特点是利用多节点来自动组网，布线简单，成本较低。此款通信模块就采用了无线通信技术来完成将收集到的温湿度的数据及时的传输到手机或电脑的PC终端上。

在电子信息领域中，单片机的利用率是很高的，其有较高的稳定性，应用也比较广泛，在生产生活中也比较常见。单片机的特点是体积小，有较高的集成性，内部可以有多种连接组成方式，外部也可以有较大的扩展，组成用户需要的系统，并且具有较强的处理能力，所以在该无线网络监测系统中利用单片机可以处理传感器传输的温湿度数据。

一、设计框图

二、设计采用技术及模块说明

1、温湿度测量

对于温湿度，温度显而易见是指空气的温度，湿度的概念即为水蒸气在空气中的含量，通常用绝对湿度、相对湿度和露点表示。绝对温度是指单位体积空气中实际所含的水蒸气的重量，单位为g/m3；相对湿度为空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比，当相对湿度为100%时，空气是饱和的；当相对湿度为1%并且空气为饱和的时候，蒸发和沉积处于平衡状态，到达平衡说明的蒸发增加的数量作为水分沉淀物；在0°C以上，气压和水汽含量不变时，空气中水蒸气因降低温度，使空气达到水汽饱和，开始发生凝结时的温度，称为露点，也叫露点温度。科学家们一般使用相对湿度来形容空气中水汽的多少，在我们的日常生活中提到的湿度也是指相对湿度，明显的，湿度高的空气中水蒸气含量就高。温湿度的测量一般都要结合物理和化学理论的支撑和分析，其在原理上划分有30种左右，这里就讨论一些比较常见的方法。常见的测量方法分为动态和静态。

①双压、双温法：这种方法是根据热力学中P、V、T平衡的原理来测量的，由于有现代的先进测控手段，设备比较精密，测量精度高，但是成本太贵。此方法属于动态法。

②饱和盐法：总体来说这种测量方法比较简单，但是对液体、气体的平衡要求很严，对环境温度的稳定性要求也高，要花费很长时间来等待这个平衡状态；此方法属于静态法的一种。

③露点法：测量湿空气达到饱和时的温度，较准确，其范围也大，精度达到±0.2°C或者更高，一般和其他测试器一起使用。

④干湿球法：干球温度就是一般温度传感器所量到的温度，而湿球温度则是在温度传感器绑上湿布，再泡在一小杯水中，让水分包裹整个传感器，由于空气中的相对湿度一定小于等于100% (空气中的水蒸气未达饱和)，所以湿球的水份会被蒸发，在蒸发的同时将热量给带走，造成湿球温度下降(干球温度是真正的空气温度)，意即干湿球温度计读数相差愈大，水的蒸发愈旺盛，空气中的相对湿度变愈小，只要测出了干湿球分别的温度，再对照[相对湿度表]就可以知道当时环境的相对湿度了。这样的方法精度不高，只有5%~7%RH。

⑤电子式湿度传感器法：该种方法是充分的利用了现代的科学技术，用于传感器的智能性来测量。

这里，露点法、干湿球法和电子式湿度传感器既不是动态法也不是静态法。

2、传感器模块

由上设计框图可以看出，该通信模块也采用了传感器技术。传感器技术在生产生活中起着重要的作用。传感器的串行接口采取I2C形式，通过单片机与传感器通信就能接受温湿度的数字量，利用芯片手册提供的计算公式就能准确算出温度值与湿度值。例如：Sensirion的SHTll的温湿度传感器。该传感器采用贴片封装，将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器包括1个电容性聚合体测湿敏感元件、1个用能隙材料制成的测温元件、14位的A／D转换器以及串行接口电路。两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。

但是目前的湿敏传感器多为电容式传感器，通过在不同湿度下介质的介电常

数变化引起电容值的变化来测量湿度。传统的湿度传感器需设计信号调理电路并要经过复杂的校准、标定过程，并且测量的精度不稳定。所以在设计方案是一定要注意去完善这些缺点。

传感器的选择一般遵循以下的原则：

①根据测量对象与测量环境确定传感器的类型；

②灵敏度的选择；一般来说传感器的灵敏度越高越好，但在确定灵敏度的时候还要考虑：（a）灵敏度过高带来的干扰，（b）量程范围。

③频率响应特性；其是指在测量频率范围内，保持不失真的测量条件，在实际条件下，传感器的响应总会有延迟，所以尽量把延迟降到最低。

④线性范围；每个传感器都有自己的工作线性范围，在该范围内输出和输入成比例的，该范围越窄，表示传感器的工作量程越小。传感器只有工作在自己的线性区域内才能保证测量精度。

⑤稳定性；是指传感器的在长时间的使用后，输出特性不发生大的变化。所以影响传感器稳定性的因素有时间和传感器的工作环境。

⑥精度；是指传感器的输出和被测量的对应程度。

3、数据处理模块

1、工作原理

该无线系统的主体是单片机和GSM通信模块，由温湿度信号的采集电路、