基于Arduino无线温湿度测控系统标准设计优质毕业设计.docx

摘 要温湿度控制已经成为了二十一世纪热门研究。不管是从生产还是生活，温湿度全部和我们人类全部是息息相关。而智能化温湿度控制系统发展方向已成为一个肯定趋势。我们思维方法不可能一直原地不动，不能再坚守旧时代利用大量人力资源来控制温度和湿度改变。这么不仅浪费大量人力财力资源，而且控制系统功效也比较单一化，适用场所也有很大不足。而使用自动智能控制方法，既节省了人力财力，愈加表现出了和时俱进辩证思想，世界在进步，而这种进步就该表现在生活中各个细节方面。传统温湿度测量方法周期长，效率低，管理很不方便，发生故障时，更要花费大量人力物力来查找。尤其是用于温室采样数据频繁情况条件下，采取无线传输系统更显现出她优越性。该系统可对温度实现现场和远程智能化在线检测和预警。该系统在测温精度上达成了一定水平。而在温度采集速度上，因为使用了独立温度赔偿电路，有效地提升了温度测量灵敏度和系统稳定性。另外，因为使用了存放芯片，能够保留实时数据，提升了系统可靠性，是一个价格低廉方便实用系统，可在生产上推广应用。为了实现这种对环境情况监测，于是设计了一个基于Arduino环境情况监测系统。该系统以Arduino UNO为研究关键、编写出Arduino UNO程序、实现将传感器数据上传到监测平台。和用计算机作为客服端查看连接到Arduino UNO上传感器数值。试验表明、这种设计能够以经济、高效方法实现无线数据采集、可用于境情况快速监测。关键词：Arduino；程序设计；环境情况监测AbstractTemperature and humidity control has become a hot research in the 21st century. Both in terms of production and life, our human beings are closely linked to temperature and humidity. And the development direction of intelligent temperature and humidity control system has become an inevitable trend. The way of our thinking can be changed. We are unable to stick to control the change of temperature and humidity with so many people in old stage. It is not only waste a lot of manpower resource, but also the function of control system is simplified and it is applied in occasion significant limitations. While using auto intelligent control not only save manpower but also reflects the dialectical thought of keeping pace with the time. The world has changed . This progress should be reflected in every detail of life. The traditional method of temperature and humidity measurement cycle is long, the efficiency is low and the management is not very convenient. When a failure occurs, people should spend a lot of manpower material resources to find it. Especially for greenhouse under the working conditions of frequent sampling data, using wireless transmission system showed his superiority. The system can be achieved on the temperature field and remote intelligent on-line detection and warning. The system on temperature measurement accuracy achieves a certain level. Due to the speed, the temperature measurement sensitivity is improved effectively and stability with the use of independent temperature compensation circuit. In addition, with the use of memory chips that can save the real-time data and improve the reliability of the system. It is a kind of low cost, convenient and practical system that can be applied in the production.In order to realize environmental condition monitoring system based on Arduino was designed. Focused on Arduino UNO , we programed the Arduino UNO for sending the sensor data to public server. Tests show that this kind of design provide environmental condition monitoring system more economy and convenient.Keywords: Arduino UNO;Programming;Environmental condition monitoring目 录1 绪 论11.1 课题研究背景11.2 中国外发展现实状况及发展趋势11.3 软件技术发展21.4 无线通信技术发展及研究现实状况31.4.1 IEEE8021131.4.2 蓝牙(Bluetooth)技术31.4.3 NRF240141.5 论文关键内容42 系统方案总体设计62.1 系统方案确实定72.1.1 传感器方案72.1.2 系统控制及数据处理模块方案82.1.3 无线传输方案92.1.4 数字式温湿度传感器选择103 系统硬件电路设计133.1 温湿度采集部分电路设计133.1.1 相关单总线说明143.1.2 传输数据格式143.1.3 数据时序图及传送接收步骤153.2 环境原因对器件性能影响183.3 无线收发模块NRF2401配置183.3.1 NRF2401 状态机203.3.2 NRF24L01固件编程基础思绪203.4 主从机系统电路接口设计233.4.1 硬件抗干扰方法243.4.2 小结254 系统软件设计264.1 温湿度测量子程序284.2 小结305 结论和展望31致 谢32参考文件33附录A 英文原文34附录B 汉语翻译421 绪 论1.1 课题研究背景 进入二十一世纪，伴随互联网，移动互联网，乃至物联网发展，推进了整个工业界对环境监测发展，为了确保工厂生产顺利进行，首要问题是必需加强工厂车间内部温湿度监测，传统方法是经过干湿度表，毛发湿度计，温湿度试纸和温度计等测试器材，经过人工去进行监测，对于不符合温湿度要求车间进行通风，去湿度等方法，这种人工方法不仅费时费力而且效率低下，而且得到数据往往误差大。伴随电气技术，微电子技术飞速发展，工厂监测，车间控制和管理自动化已经迫在眉睫，尤其是多年来车间生产空间不停扩大，传统方法已经远远不能满足生产实际需要，建立一个管理科学，操作简便，运行可靠高效率控制系统是必需。在产品竞争日趋猛烈化当下，产品生产环境决定了产品质量和后续产品市场，对生产环境监测凸显了愈加关键地位。现在中国部分基于物联网技术温湿度采集即使能够测量多个参数，不过大多数设计复杂，价格昂贵，难以取得广泛应用。本系统关键监测工厂车间温湿度参数，实时显示各个车间环境情况，经过控制器分析处理，实现现场控制，达成恒温，恒湿状态。从而提升工厂车间科学管理化，控制自动化水平。假如使用通常有线控制布线，则施工劳动强度大，投资大。此次拟改用科技创新见解，拟采取基于无线传输设计思绪，经过Arduino 硬件处理，软件算法完成上述所需要功效。1.2 中国外发展现实状况及发展趋势温湿度监测属于监控系统范围，多年来，因为计算机技术和超大规模集成电路和通信技术发展，使监控系统广泛应用于工业生产等领域，所以，温湿度监测技术研究在软硬件等方面全部有了一定进展。早期工厂车间温湿度监测关键采取温度计测量法，她是将温湿度放入特定地点，依据不一样地点采集，管理人员往来于不一样地点，读出示数决定结果。这种人工方法去监测工厂车间温湿度含有一定作用，不过因为温湿度精度，人工读数人为原因等原因，温湿度监测不仅速度慢，而且精度低，抽样不根本，局部温湿度差异过大不轻易被立即发觉造成监测不正确影响了生产效率时有发生。伴随科技发展，从1978年开始，采取了电阻式温度传感器，采样器，模数转换器，报警器等组成工厂车间环境监测系统出现，她可对各生产车间各个测温点进行巡回监测，监测速度，精度大大提升，降低了劳动强度，但因为电阻传感器灵敏度低，致使监测精度，系统可靠性还不够理想。至1990年，工厂车间温湿度监测有了很大改善和提升，系统在布线上采取矩阵式布线技术，简化了数据采集部分线路，从而降低了传输线根数；现现在采取单片机进行数据处理，并采取多种手段提升数据传输及监测速度，经过软硬件技术结合，监测精度和可靠性较前有很大提升。但温度传感器线性度差，系统监测精度仍不理想，无法大面积推广。多年来，伴随单片机功效日益强大和计算机广泛应用，温湿度监测正确性，稳定性，要求越来越高。寻求最好配置和最好性价比成为工厂车间监测研究热点。国外在温湿度监测技术上已经达成了很成熟地步，高科技数字式传感器广泛应用于温湿度监测系统。这种传感器采取了半导体集成电路和微控制器最新技，在一个管芯上集成了半导体温湿度监测芯片，数据信号转换芯片，计算机接口芯片，存放芯片等，除了完成温湿度监测功效外，还能够完成预置范围温度，报警，多路A/D转换，温度赔偿等功效。因为数字温湿度传感器直接传出数字量，从而处理了温度信号长距离传输问题和传输过程中干扰和衰减而造成精度降低等问题。现在，中国出现了丰富数字传感器配套产品，如远程控制模块，中继器，按插器，分线器等，技术也比较成熟。数字传感技术，通信技术，计算机成为当今信息技术三大基础，计算机监控技术已经成为大家关注热点。1.3 软件技术发展多年来，多种计算机开发平台有了很大发展，尤其是Windows环境下visual c +，Java不停升级，数据库功效增强，能够使用ODBC驱动程序访问多种数据系统，并可使用ADO、DAO等多种应用程序开发接口，操纵数据库中数据，管理数据库、数据库对象和结构，方便地对监测数据进行显示、打印、查询、自动控制等操作，为高性能测控软件设计提供了基础。1.4 无线通信技术发展及研究现实状况无线通信技术已经在我们日常生活中得到了广泛应用，现在应用广泛短距离无线通信技术关键有IEEE802、WLAN、蓝牙、ZigBee、NRF2401、微功率短距离无线通信技术等。和现在已经含有相当规模无线长距离通信网络相比，短距离无线通信系统在基础结构、服务范围、应用层次及通信业务(数据、话音)上，全部有很大不一样。1.4.1 IEEE802.11802.11是个系列标准。IEEE8021ib技术标准是无线局域网国际标准，自公布之日起就得到了广泛应用，迄今为止仍是应用热点。该标准工作在2.4GHz频段上，采取了补码键控(CCK)调制技术和直接序列调频(DSSS)技术，最大传输速率可达11Mbit/S，而且能够依据情况改变，在11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s不一样速率之间自动切换，且在2Mbit/s、lMbit/s速率时和802.11兼容，它从根本上改变了WLAN设计和应用现实状况，扩大了WLAN应用领域。现在，大多数厂商生产WLAN产品全部基于802.11标准。802.1la标准和802.11b同年制订，它工作在5GHz频段上，使用OFDM(Orthogonal Frequeney Division Multiplexing)调制技术，支持6、9、12、18、24、36、48和54Mbit/s传输速率。802.1lb和802.1la两个标准全部存在着各自优缺点。802.1lb优势在于价格低廉，但速率较低(最高11Mbit/s)：而802.1la优势在于传输速率快(最高54Mbit/s)且受干扰少，但价格相对较高。另外，802.1lb和802.1la工作在不一样频段上，不能工作在同一接入点(AP)网络里，所以802.1lb和802.1la互不兼容。为了处理上述问题，IEEE802II工作组开始定义新物理层标准802.1lg。802.119标准和以前802.11协议标准相比有以下两个特点：在2.4GHz频段使用正交频分复用(OFDM)调制技术，使数据传输速率提升到20Mbit/s以上：能够和802.1lbWi-Fi系统相互连通，共存于同一AP网络里，保障了后向兼容性，延长了802.1lb产品使用寿命，降低了用户投资。1.4.2 蓝牙(Bluetooth)技术蓝牙是由爱立信、东芝、诺基亚、英特尔和国际商用机器企业等公布一个无线数据和语音通信开放性全球规范，开发于上世纪90年代中后期。它是一个用于短距离、点对多点数据和语音传输射频规范。开发该技术目标是以近距离、无线为基础为固定和移动终端建立临时对等连接。蓝牙传输距离在1m到l0m之间，增加发射功率或配置专用放大器后可使传输距离达成100m。现在，蓝牙设备在无线耳机、无线键盘等领域应用较多，但其中国市场推广仍然十分不够，其最大障碍是成本仍然很高，蓝牙模块购置价格昂贵。1.4.3 NRF2401NRF2401（最新版本为NRF2401A，NRF2401AG为无铅工艺版本）是由Nordic企业出品单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz2.5GHz全球免申请（ISM）频率。芯片包含一个完全集成频率合成器，功率放大器，晶体振荡器和调制器。发射功率和工作频率等工作参数能够很轻易经过3线SPI端口完成。极低电流消耗，在-5dBm输出功率时仅为10.5mA，在接收模式时仅为18mA。掉电模式能够很轻易实现低功耗需求。1.5 论文关键内容在传统监测基础上，实现基于Arduino无线温湿度监测系统。对于温湿度测量来说，一个最关键步骤就是对环境温度进行赔偿，对数据进行误差分析。另外该系统属于无线通信系统，所以也需要对数据传输可靠性进行验证。关键研究内容包含以下几方面：（1）选择温湿度传感器时，应关键考虑测量精度高，抗干扰能力强，稳定性、信号易于处理、传送，便于多路测量，安装方便，维护简单，环境温度赔偿轻易器件。（2）在硬件设计时，结构要尽可能简单实用、易于实现，应尽可能使用多种总线技术，以节省系统有限I/O资源，并使系统电路尽可能简单。同时在硬件电路和软件程序设计时，一定要增加抗干扰方法，提升系统抗干扰能力，确保系统稳定性。（3）软件设计必需要有完善思绪，要充足考虑到各传感器和无线收发器时序，做到程序简单，调试方便，尽可能降低无线数传误码率。（4）环境温度和多种随机噪声全部会对温湿度数据测量产生影响，所以需要对环境温度进行赔偿和误差修正。2 系统方案总体设计 在工厂车间中，选择一个参考点，作为此次监测原型，温湿度是关键参数，将一个传感器放置在车间任意一个位置，温湿度传感器实际是一个终端设备，用于测量现场温度和湿度，并将监测温度湿度值发送到另一块模块上，在终端上显示出监测温湿度值，方便进行监视管理和采取深入方法。 温湿度对精密电子产品生产车间来说尤其关键，不然会产生静电和水分侵蚀电子产品，造成不良率提升，所以，必需要控制在一个相对适宜温湿度范围内。这就要每个设备在监控同时必需能够实时更新。同时该系统由Arduino 来完成，实时显示，打印温湿度值。该系统设计目标为：（1）温湿度监测点若干（以实际需求为准）；（2）测温范围：-30+100；（3）测温误差：0.5；（4）测温反复误差：0.1；（5）测湿范围：20-99%RH；（6）测湿误差：3RH；（7）测湿反复误差：0.5RH；（8）系统工作环境：-40+8520，2099RH，AC220V15.系统设计框图图2.1 设计框图整个系统从结构上可分为两层：由微型计算机系统组成上位机用户监控层，Arduino系统组成主控机控制层和分机测量层。主控机和分机采取主从式分布结构，经过无线通信方法进行通信。2.1 系统方案确实定本监测系统采取近几年来成熟多种温湿度传感技术、无线通信技术、数据处理控制技术和功效化模块来结构基础系统功效。总设计思绪是：从车间入手，依据车间布局，选择适宜传感器、温度测量模块、通讯端口、电缆、上位机等，依据车间规格，确定检测点设置几层、每层多少个检测点等，以决定选择电缆长度、每根电缆上传感器个数，通讯端口、温度检测模块需要数量，上位机规格等，实现一个车间温湿度自动检测。所以，系统总体结构能够构想为温湿度采集模块、短距离无线通信模块、系统控制及数据处理模块等几大部分。系统方案在温湿度数据采集部分关键有三种构想：一是温湿度传感器选择传统模拟式器件，二是选择集成式器件，三是选择数字式传感器；在无线通信部分关键有三种构想：一是采取蓝牙技术，二是采取红外线技术，三是选择无线数传模块（NRF）：在系统控制和数据处理部分也有两种构想：一是采取Arduino平台作为控制系统，二是采取DSP进行处理。2.1.1 传感器方案实际使用传感器关键分为模拟式传感器和数字式传感器。传统模拟式传感器含有测量转换速度快，温度测量范围宽优点。不过模拟传感器模拟信号处理过程复杂，且模拟信号在传输过程中，轻易受到电磁干扰而造成误差产生。在多点温湿度检测场所，各被测点到测试装置之间引线距离往往不一样，各敏感元件参数不一致性，全部将会造成误差产生，而且难以完全清除。另外，模数转换系统精度也不可能很高，存在一定非线性，交换性较差。采取含有直接数字量输出传感器能够避免上述问题。数字式传感器能把被测模拟量直接换成数字量输出，能够直接和数字设备(计算机、数字显示系统等)相联，用DSP或计算机进行信号处理。它信号含有极高抗干扰能力。数字式传感器含有高测量精度和分辨率，稳定性好，信号易于处理、传送和自动控制，便于动态及多路测量，读数直观，安装方便，维护简单，工作可靠性高。即使存在反应速度较慢，温度测量范围不宽缺点，数字式传感器技术发展仍受到大家越来越多重视。考虑系统经济性和温湿度传感器优缺点及发展情况，确定温湿度传感器采取集成一体数字式。2.1.2 系统控制及数据处理模块方案温湿度数据在采集后通常要进行数据处理，以实现测量数据统计、显示和对测控系统控制。对于通常工业测量和控制，多采取专用计算机系统进行测控。专用计算机系统是把采集系统作为一个独立完整功效实体，用Arduino或DSP来控制整个系统。最关键特征是系统软、硬件规模完全依据应用系统要求配置，独立性、可扩展性好，所以系统含有较高性价比。依据微处理器不一样，专用计算机应用系统可分为DSP应用系统和单片机应用系统。DSP和单片机全部是组成专用计算机系统关键芯片，DSP关键用于复杂数字信号处理，DSP芯片中含有多种特殊功效计算模块，采取流水线结构，提升了DSP运行速度。因为DSP关键应用于高速数据处理，因另外部I/O接口比较少，不便于系统扩展，所以多数DSP系统还要经过单片机来进行外部接口扩展，这造成了DSP成本较高，另外，DSP含有一定专用性，开发过程比较复杂，不便于通用。而本系统采取Arduino平台作为温湿度数据处理和系统控制。要了解Arduino就先要了解什么是单片机，Arduino平台基础就是AVR指令集单片机。Arduino是一个能够用来感应和控制现实物理世界一套工具。 它由一个基于单片机而且开放源码硬件平台，和一套为Arduino板编写程序 开发环境组成。Arduino能够用来开发交互产品，比如它能够读取大量开关和传感器信号，而且能够控制各式各样电灯、电机和其它物理设备。Arduino项目能够是单独，也能够在运行时和你电脑中运行程序（比如：Flash，Processing，MaxMSP）进行通讯。Arduino板你能够选择自己去手动组装或是购置已经组装好；Arduino开源IDE能够无偿下载得到。Arduino编程语言就像似在对一个类似于物理计算平台进行对应连线，它基于处理多媒体编程环境。为何要使用Arduino？有很多单片机和Arduino平台全部适适用做交互式系统设计。比如：Parallax Basic Stamp， Netmedias BX-24，Phidgets，MITs Handyboard 和其它等等提供类似功效。 全部这些工具，你全部不需要去关心Arduino编程繁琐细节，提供给你是一套轻易使用工具包。 Arduino一样也简化了单片机工作步骤，但同其它系统相比Arduino在很多地方更含有优越性，尤其适合老师，学生使用。成本低廉， 和其它平台相比，Arduino板算是相当廉价了。最廉价Arduino版本能够自己动手制作，即使是组装好成品，其价格也不会超出200元。跨平台 Arduino软件能够运行在Windows，Macintosh OSX，和Linux操作系统。大部分其它单片机系统全部只能运行在Windows上。简易编程环境 初学者很轻易就能学会使用Arduino编程环境，同时它又能为高级用户提供足够多高级应用。对于老师们来说，通常全部能很方便使用Processing 编程环境，所以假如学生学习过使用Processing 编程环境话，那她们在使用Arduino开发环境时候就会认为很相同很熟悉。软件开源并可扩展，Arduino软件是开源，对于有经验程序员能够对其进行扩展。Arduino编程语言能够经过C+库进行扩展，假如有些人想去了解技术上细节，能够跳过Arduino语言而直接使用AVR C 编程语言（因为Arduino语言实际上是基于AVR C）。类似，假如你需要话，你也能够直接往你Arduino程序中添加AVR-C 代码。硬件开源，可扩展 Arduino板基于 Atmel ATMEGA8 和ATMEGA168/328 单片机。Arduino基于Creative Commons 许可协议，所以有经验电路设计师能够依据需求设计自己模块，能够对其扩展或改善。甚至是对于部分相对没有什么经验用户，也能够经过制作试验板来了解Arduino是怎么工作，节省开发成本，加紧了产品开发速度。对于不要求高速通常数据采集和处理系统，采取DSP是不经济方案。在Arduino能够满足系统对数据处理速度要求情况下，无异是首选信息处理单元；当然，也能够采取嵌入式单片机。2.1.3 无线传输方案无线温湿度测控系统中要处理关键问题是数据通信问题，所以温湿度测控系统中数据采集系统也伴随多种通信方法发展而不停发展起来。依据通信方法不一样，现在中国外关键有有线传输和无线传输。有线传输常见是同轴传输。在通常小范围监控中，因为传输距离近，使用同轴电缆传输，对信号质量损伤不大，施工方便，造价低。所以早期同轴电缆传输方法在监控行业内得到广泛应用。以后因为传输距离增加，直接使用同轴电缆传输，造成信号质量无法确保。同轴传输优点：近距离传输，施工简单，布线方便，易于安装调试。同轴传输缺点：受环境气候影响，不能远距离传输，抗干扰能力差。无线传输是现在监控系统常见传输方法。伴随大规模集成电路技术发展，世界上关键芯片厂商全部推出了无线收发芯片。短距离无线通信系统大部分功效全部集成到一块芯片内部，通常使用单片数字信号射频收发芯片，加上微控制器和少许外围器件组成专用或通用无线通信模块。全部高频元件包含电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，一致性良好，性能稳定且不受外界干扰。射频芯片通常采取FSK调制方法，工作于ISM频段，通信模块通常包含简单透明数据传输协议或使用简单加密协议，发射功率、工作频率等全部工作参数全部经过软件设置完成，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深了解，只要依据命令字进行操作即可实现基础数据无线传输功效。新一代短距离无线数据通信系统含有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点，而且开发简单快速，能够方便地嵌入到多种设备中，实现设备间无线连接，所以，较适合搭建小型网络，在工业、民用领域得到较为广泛应用。考虑系统经济性、传输距离，确定该部分电路设计使用无线收发芯片。无线收发芯片可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，通讯协议简单透明，技术成熟。使用该种方案无线通讯接口和数据采集系统接口电路设计简单。无线射频收发芯片是整个无线通信模块单元关键部件，在设计中选择适宜芯片能够提升产品开发周期、节省成本能够使研发过程少走弯路，降低成本，愈加快地将产品推向市场。基于本系统实际需求，应该选择成本低、体积小、芯片发射功率较高、功耗低、集成度高、兼容性强、外围元件少、抗干扰能力强、接口简单、开发方便无线射频收发一体芯片。常见无线射频收发芯片关键有NRf2401、NRF2905、NRF2915等。其中NRF2401集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、双频道切换等功效，含有性能优异、功耗低、使用方便等特点。NRF2401外围元件极少，仅10个左右。只包含一个4MHz基准晶振(可和MCU共享)、一个PLL环路滤波器和一个VCO电感，收发天线合一，没有调试部件，这给研制及生产带来了极大方便。本系统选择NRF2401作为无线数据传输芯片。2.1.4 数字式温湿度传感器选择数字温湿度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)结晶。现在，国际上已开发出多个数字温度传感器系列产品。在如此众多产品中怎样选择出适宜器件，应该把握以下几点：外围电路应该尽可能简单；测温精度、分辨率要适宜，方便降低无须要电路和软件开发成本；温度传感器采取总线负载能力怎样，能否满足多点测温需要；占用MCUI/0引脚数情况怎样，因为MCU系统资源很宝贵，输入通道有限，多点温度测量时，假如测量点数超出了输入通道时，就要添加多路复用器，这将增加成本和开发时间，应尽可能节省；和MCU通信协议应尽可能简单，温度测量软件开发难度、成本要尽可能小。现在在数字温度传感器中采取串行总线关键有Philips企业12C总线，Motorola企业SPI总线，National Semiconductor企业。Microwireplus总线，Dallas Semiconductor企业1-Wire总线和Siemens企业Profibus总线等。（1）AD7418是是美国模拟器件企业(ADI)推出单片温度测量和控制用集成电路。其内部包含有带隙温度传感器和10位A/D转换器。测温范围为-55一+125，含有10位数字输出温度值，分辨率为0.25，精度为2，转换时间为15一30ms。含有体积小、编程简单、使用轻易、测量精度高，而且不易受环境干扰等优点。AD7418能够级联至多8片在同一个12C总线上。（2）LM74是美国国家半导体企业推出集成了带隙式温度传感器、一型A/D数转换器，并含有SPI/Microwire兼容总线接口数字温度传感器。含有抗干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。LM74含有休眠模式，在休眠时消耗电流不超出10 Il A，适适用于对功率消耗有严格限制系统。LM74在其有效工作范围内可达00625分辨率，转换时间为425ms。（3）MAX6575L/H是美国MAXIM企业一个单总线式数字温度传感器，含有很好线性、较低功耗，而且编程简单，调试轻易，使用方便。测温范围为-40+125，其误差范围：在25时优于3，在85时优于4.5，在125时优于5。不过MAX6575L/H在其测温范围内非线性误差较MAX6575L远距离传输特征并不理想，传输范围只能在5m以内，超出此范围将采集不到被测温度数据，这也是这种器件一个弊端。（4）DSl8820是美国Dallas半导体企业新一代数字式温度传感器，它含有独特单总线接口方法，即许可在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使测温装置和各传感器接口变得十分简单，克服了模拟式传感器和微机接口时需要A/D转换器及其它复杂外围电路缺点，而且，能够经过总线供电，由它组成温度测控系统很方便，而且成本低、体积小、可靠性高。DSl8820测温范围-55+125，固有测温分辨率0.5，因为每一个DSl8820出厂时全部刻有唯一一个序列号并存入其ROM中，所以CPU可用简单通信协议就能够识别，从而节省了大量引线和逻辑电路。（5）DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出温湿度复合传感器。它应用专用数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品含有极高可靠性和卓越长久稳定性。传感器包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并和一个高性能8位Arduino板子相连接。所以该产品含有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器全部在极为正确湿度校验室中进行校准。校准系数以程序形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号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。超小体积、极低功耗，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应用场所最好选择。产品为4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可依据用户需求而提供。因为DTH11独特单总线接口方法在多点测温时有显著优势，占用MCUI/0引脚资源少，和MCU通信协议比较简单，成本较低，传输距离远，所以，选择DTH11作为温湿度测量传感器。3 系统硬件电路设计 依据上一章所选系统方案构想，下面进行系统硬件电路具体设计，系统总体结构框图图3.1所表示。 图3.1 系统总体结构框图 本系统由温、湿度数据采集、无线收发、Arduino数据接收处理及微机数据显示几部分组成。数据采集发送部分关键以Arduino作为关键主机，以单片智能化湿度、温度传感器作为从机加上数据无线发送模块。Arduino接收数据并经过串行口将数据发送给计算机，计算机对接收到数据进行处理和显示。3.1 温湿度采集部分电路设计（1）经典应用电路中提议连接线长度短于20米时用5.1K上拉电阻，大于20米时依据实际情况降低上拉电阻阻值。（2）使用3.3V电压供电时连接线长度不得大于100cm。不然线路压降会造成传感器供电不足，造成测量偏差。（3）每次读出温湿度数值是上一次测量结果，欲获取实时数据,需连续读取两次，但不提议连续数次读取传感器，每次读取传感器间隔大于5秒即可取得正确数据。图3.2 温湿度数据采集硬件接口电路框图3.1.1 相关单总线说明DHT11器件采取简化单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中数据交换、控制均由单总线完成。设备（主机或从机）经过一个漏枀开路或三态端口连至该数据线，以许可设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约 5.1k上拉电阻，这么，当总线闲置时，其状态为高电平。因为它们是主从结极，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，所以主机访问器件全部必需严格遵照单总线序列，假如出现序列混乱，器件将不响应主机。单总线传送数据位定义：DATA用于微处理器和DHT11之间通讯和同时,采取单总线数据格式，一次传送40位数据，高位先出。3.1.2 传输数据格式 8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据+8bit校验位。注：其中温湿度小数部分为0。（1）校验位数据定义：“8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据”8bit校验位等于所得结果末8位。（2）示例一：接收到40位数据为：0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101湿度高8位 湿度低8位 温度高8位 温度低8位 校验位计算：0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000= 0100 1101接收数据正确：湿度：0011 0101=35H=53%RH；温度：0001 1000=18H=24示例二：接收到40位数据为：0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1001湿度高8位 湿度低8位 温度高8位 温度低8位 校验位计算：0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000 0100 110101001101不等于0100 1001此次接收数据不正确，放弃，重新接收数据。3.1.3 数据时序图及传送接收步骤用户主机（MCU）发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit数据，并触发一次信采集。信号发送图3.3所表示：图3.3 数据时序图注：主机从DHT11读取温湿度数据总是前一次测量值，如两次测间隔时间很长，请连续读两次以第二次取得值为实时温湿度值。外设读取步骤 主机和从机之间通信可经过以下多个步骤完成（外设（如微处理器）读取DHT11数据步骤）。步骤一： DHT11上电后（DHT11上电后要等候 1S 以越过不稳定状态在此期间不能发送任何指令），测试环境温湿度数据，并统计数据，同时 DHT11DATA数据线由上拉电阻拉高一直保持高电平；此时 DHT11 DATA 引脚处于输入状态，时刻检测外部信号。步骤二： 微处理器I/O设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于18