室内温湿度检测系统设计

来源:用户上传      作者:王驰 陈恒 李森 李楠

　　摘   要：文章介绍了一款室内空气温湿度检测系统。利用了无线通信、传感器、单片机等技术，当空气温湿度检测装置接收到指令后开始工作，实时检测环境中的数据，并把数据传输给单片机，由单片机处理并保存数据。根据用户的需要，将数据发送到PC或手机端，单片机采集的数据可以通过HC-05蓝牙设备实时上传到手机界面，方便人们实时了解自己的室内空气质量如何。当室内温湿度处于设定报警区间时，则发出声光报警，告诉用户室内空气需要优化。
　　关键词：无线通信技术;HC-05蓝牙设备;温湿度传感器
　　日常生活中人们大部分时间都在室内，因此需要一个舒适的室内空气环境。温度、湿度是影响室内空气质量的重要因素，另外现代住宅的密封性变得越来越好，其弊端在于能让污染物滞留在室内，影响空气的温度、湿度以及流通和循环。因此为了有效提高和改善室内空气质量，需要一款具有对室内温湿度自动检测和报警功能的装置，以便于人们能够及时采取措施改善室内空气质量[1]。
　　1    总体方案
　　室内温湿度检测系统是以单片机为控制核心，将整个系统功能划分为各个模块。空气质量检测系统的总体设计框架如图1所示。由单片机对采集到的信息进行处理、判断、显示以及对报警的控制，通过蓝牙模块将空气质量检测器中的信息实时传送给手机客户端。
　　2    系统硬件设计
　　基于物联网空气质量检测系统的硬件系统主要由STC12C5A60S2单片机、温湿度传感器、HC-05蓝牙设备等模块组成。电源信号由USB接口提供，目的是方便提供电源的来源和可靠性[2]。
　　2.1  主控模块的设计
　　STC12C5A60S2单片机是一款高性能的8位微控制器，具有低功耗特性。硬件配置如下：有40个引脚，3个16位定时器/计数器，内置看门狗和按键复位功能，最高主频35 M。在存储器方面，内部8 k字节Flash和512字节RAM。软件上支持4个外部中断。该单片机支持两种低功耗方式，可通过软件对其具体方式进行选择，单片机由复位电路和晶体振荡器外围电路组成[3]。
　　2.2  温湿度传感器模块的设计
　　本设计采用的是DHT11数字温湿度传感器，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。该产品精度高、可靠性好、響应快、稳定性强、抗干扰能力强、性价比极高并且连接方便。在选择合适的上拉电阻后，将传感器的电源端口Pin1和Pin4连接到VDD和GND端子，传感器的第三脚处于悬空状态[4]。DHT11的典型应用电路如图2所示。
　　2.3  HC-05蓝牙的概述
　　HC-05蓝牙模块基于CSR的蓝牙V2.0 + EDR版本BC04蓝牙芯片技术。HC-05是标准的CLASS2蓝牙模块。虽然标准通信距离是10 m，但实际测试传输距离大于10 m。在HC-05蓝牙模块中，USARTO用作通信接口。在指示灯LED快闪时，说明其处于AT模式。在指示灯2闪1停时，说明其与设备相接成功。
　　3    系统软件设计
　　系统的软件进行设计，主要包括系统启动、硬件检测、初始化设置、温湿度检测及显示，超限报警。首先需要建立一个程序框架的流程图，然后将整个设计划分为模块逐个实现，最后将子模块合理连接以形成完整的设计。将采集到的数据进行处理得到温湿度，判断温湿度是否处于报警值的上下限，如果不处于报警值的上下限内，则此温湿度属于安全值，声光报警不响，在此过程中将数据实时上传到手机或PC端。软件程序流程如图3所示。
　　4    测试结果
　　室内温室度检测系统设计完成后，对其功能进行测试。当手动握住温湿度传感器时，温度处于报警区间，在同基础上也可以加点水使其湿度处于设置的报警值内，进行声光报警。即也可以用按键的方法设置上下限报警值使其处于在报警值内，进行声光报警。在此过程中，通过蓝牙与手机的连接，将数据实时传送到手机界面，当数据改变时，手机界面与液晶屏上呈现的数据同时改变。经过以上测试，说明系统正常运行并满足其设计要求。
　　5    结语
　　本系统以单片机为核心部件的控制系统，利用软件编程，最终基本上实现了各项要求。虽然系统还存在一些不足，不过大体能反映出设计的目的和要求，与理论计算的结果相进。空气质量检测系统已成为21世纪热门研究话题之一，无论是从生产还是生活方面，与人类都是息息相关的，而智能化的控制温湿度已经发展成为一种必然。
　　[参考文献]
　　[1]高海文.基于STM32的室内空气质量检测仪的设计与实现[D].南昌：华东交通大学，2018.
　　[2]苏宝林.基于物联网的智能温室控制与管理系统[J].自动化与仪器仪表，2018（12）：33-35.
　　[3]程捷.基于单片机的温湿度检测系统设计与实现[J].仪表技术，2019（9）：46-48.
　　[4]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2019.
　　Design of indoor temperature and humidity detection system
　　Wang Chi， Chen Heng， Li Sen， Li Nan
　　（School of Science， Xijing University， Xi’an 710123， China）
　　Abstract：This paper introduces an indoor air temperature and humidity detection system. Utilizing technologies such as wireless communication， sensors， and single-chip microcomputers， when the air temperature and humidity detection device receives instructions， it starts to work， detects the data in the environment in real time， and transmits the data to the single-chip microcomputer， which is processed and stored by the single-chip microcomputer. According to the needs of the user， the data is sent to the PC or mobile phone. The data collected by the single-chip microcomputer can be uploaded to the mobile phone interface in real time through the HC-05 Bluetooth device， so that people can understand the quality of their indoor air in real time. When the indoor temperature and humidity are in the set alarm interval， an audible and visual alarm is issued to inform the user that the indoor air needs to be optimized.
　　Key words：wireless communication technology; HC-05 Bluetooth device; temperature and humidity sensor
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