开题报告修改稿(无线温湿度传感器监测节点)

毕业设计开题报告

学生姓名：裕学号：

学院、系：信息与通信工程学院

专业：电气工程及其自动化

设计题目：无线温湿度传感器监测节点设计指导教师:

年月日

毕业设计开题报告

1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

一．课题的研究背景及研究意义

温室的环境温湿度控制与管理是影响生产过程的重要因素。在工业生产领域的现场，温湿度的准确测试有着广泛的意义[1][2]。此系统设计的目的在于对温室的温湿度监测实现自动化，科学化，通过分析监测数据，结合农作物生长发育的规律，控制环境条件，使农作物在不适宜生长发育的反季节中获得比自然条件下室外生长更优良的环境，实现对农作物的优质，高产，季节的控制[3][4]。

目前，基于现场总线技术的监测系统、信号的传输方式为有线传输，由于布线复杂，温室的湿度高，空气具有一定的腐蚀性，对系统的可靠性和抗干扰性提出了更高的要求，增加了维护难度，采用无线数据传输方式能很好的解决这一问题[5][6][7]。因此，在现代化大型温室中，实现测控系统的无线化和网络化是目前该领域的重要研究课题之一。为了解决温室测控系统中存在的有线布网、人工测量等问题，将无线传感器网络技术应用到温室温湿度监控系统中，对实现现代化温室的网络信息化管理和提升温室生产水平具有重要意义[8][9]。

由于从国外引进的自动温湿度测控系统的侧重点与我国的气候特征不相匹配，而且引进投资高，运行维护费用高，很难在我国推广应用。目前，我国大棚种植的温湿度测量和设施的操作大多仍然由人工来完成。当温室较大时，操作人员的劳动强度增加[10]。因此，设计适应我国气候条件的低成本高效益的温湿度无线监测系统，对提高我国温室产业的经济效益有重要意义[11]。

温、湿度作为工业生产中常见的被控参数，温度和湿度不再是独立的量，而应在系统集成中综合考虑。利用单片机对温湿度进行控制，具有控温、湿精度高，功能强，体积小，价格低，简单灵活等优点[12]。

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一．要研究和解决的问题

检索资料了解国内外研究现状，熟悉数据采集电路，构建温室温湿度无线数据采集和传输系统。要求利用性价比相对高的单片机、无线射频模块进行采集电路和无线发射电路的设计，实现数据的长距离传送，从而达到温室温湿度无线监测的目的。

二．拟采用的研究手段

1. 设计思想

以单片机为核心的控制系统，多点温湿度数据采集，组成多点温湿度测量的巡回检测系统，使用实际的温湿度控制形式实现对温湿度的控制，并且可以通过键盘实现对于不同农作物培养所需温湿度的上下限控制，并且同步显示于显示部分，显示内容为当前温湿度，以及温湿度上下限。

2. 功能要求

1)需要满足常规数据采集系统的要求，应具有及时、准确等功能方便用户实时查询，获知温室内的农作物生长环境；

2)无线传感器节点适应高湿度环境长期工作；

3)扩展性好：由于农作物环境各不相同，所以远程监控网络监测的环境参数也各不相同，传感器的类型也需根据实际需要而定，因此节点的传感器接口需灵活设定；

4)具有报警功能：当某个参数超过该设定值时，发出警报通知管理员和用户，从而采取相应措施。

3. 设计方案

使用C8051f 系列单片机进行数据处理及控制，采用SHT 系列温湿度传感器，无线通信模块采用CC2420进行无线数据传输。方案原理图如图1所示。

四路

图1. 方案原理图

4. 器件选型

单片机选择：C8051f340单片机

该单片机特点：

1）高速流水线结构的8051兼容的CIP-51内核，最高48 MIPS 执行速度；

2）全速非侵入式的系统调试接口（片内，C2接口）；

3）真正10位200ksps 的多通道单端/差分ADC ，带模拟多路器；

4）高精度可编程的12MHz 内部震荡器；

5）64KB 字节可在系统编程的FLASH 存储器；

6）4352（4096+256）字节的片内RAM ；

7）USB 2.0通信接口，支持全速12Mbps 通信和低速1.5Mbps 通信

8）硬件实现的SPI ，SMBus/IIC 和2个UART 串行接口；

9）4个通用的16位定时器；

10）具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；

11）片内上电复位，看门狗定时器，2个电压比较器，VDD 监视器和温度传感器； 12）40个I/O 端口；

13）-40~85度工业级温度范围； 14）2.7V~3.6V 工作电压，TQFP48封装。

温湿度传感器 单片机 C8051f340 无线通信模块 CC2420

传感器选择：DHT11传感器

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

图2. DHT11温湿度传感器

表一 DHT11温湿度传感器性能参数

无线通信模块选择：CC2420无线芯片

CC2420是Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz ,IEEE802.15.4标准的射频收发器，工作于免授权的2.4GHz频段。该芯片包括众多额外功能，是第一款符合ZigBee技术的高集成度工业用射频收发器件。它基于Chipcon公司的SmartRF03技术，以O.181xmCMOS 工艺制成，只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。

CC2420的主要特性如下

1）工作频带范围为2.40-2.4835GHz；

2）采用IEEE802.15.4规范要求的直接序列扩频方式；

3）数据速率达250kbps，码片速率达2Ms；

4）采用0-QPSK调制方式；

5）超低电流消耗(Rx：19.7mA，TX：174mA)高接收灵敏度(99dBm)；

6）抗邻频道干扰能力强(39dB)；

7）内部集成有VCO，LNA，PA以及电源整流器，采用低电压供电(2 l～3 6V)；

8）IEEE802.15.4MAC层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测16bitCRC 校验、电源检测；

9）与控制微处理器的接口配置容易；

10）采用QLP-48封装，外形尺寸只有7×7MM 。