專利名稱：無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及溫室環(huán)境溫濕度的檢測(cè)和控制，具體涉及一種結(jié)合了傳 感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、單片機(jī)以及微型計(jì)算機(jī)的無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)。主要應(yīng)用于機(jī)械加工車間、溫室大棚等需要控制溫度和濕度的場(chǎng)所。
背景技術(shù)：
機(jī)械加工車間、溫室大棚等是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的典型，它的建設(shè)與發(fā)展受到 高度重視。但目前機(jī)械加工車間、溫室大棚等多靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，或以 單片機(jī)構(gòu)成的單測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行管理，其自動(dòng)化程度不高，效率較低。隨著我 國(guó)工農(nóng)業(yè)向高效、高產(chǎn)發(fā)展，各種新的控制技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中，其中分布式溫濕控制系統(tǒng)已成為當(dāng)前的一個(gè)重要發(fā)展方向。
分布式溫室控制系統(tǒng)需要先進(jìn)的環(huán)境指數(shù)采用裝置，目前此類系統(tǒng)多基 于各種工業(yè)總線和工控設(shè)備，工業(yè)總線和工控設(shè)備主要用于作物工業(yè)化生產(chǎn) 的大型溫室，不適合地點(diǎn)較為分散和對(duì)價(jià)格較敏感的日光溫室，而且工業(yè)總 線和工控設(shè)備均采用有線方式，這種有線通信方式在長(zhǎng)距離通信時(shí)非常麻煩， 需要挖溝架線，成本投入較大，設(shè)計(jì)施工時(shí)電纜數(shù)量固定，導(dǎo)致通信容量固
定有限，后期擴(kuò)容極不方便；而且有線通信的位置比較固定，必須依靠電纜 的布線實(shí)現(xiàn)通信連接，不能滿足移動(dòng)通信的需求，對(duì)于有線通信的維護(hù)還需 沿線路檢查，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)， 一般很難及時(shí)找出故障點(diǎn)，處理故障的難度較 大，而且需要大量的人力進(jìn)行定期維護(hù)工作，相應(yīng)的成本投入太高。
實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)快 速移動(dòng)檢測(cè)、無(wú)障礙大容量通信、穩(wěn)定性好、成本低、擴(kuò)展性強(qiáng)的無(wú)線溫濕 度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括上位機(jī)，上
位機(jī)為放置于主控室的PC機(jī)，上位機(jī)通過(guò)RS-232串口與中間機(jī)通信，中間 機(jī)由MCU單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)模塊組成，中間機(jī)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊與測(cè)控終端 實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，測(cè)控終端內(nèi)設(shè)置有無(wú)線收發(fā)模塊、MCU單片機(jī)、溫度傳感器、 濕度傳感器、溫度控制器以及濕度控制器；溫度傳感器和濕度傳感器采集溫 度和濕度的實(shí)時(shí)信號(hào)并輸入MCU單片機(jī)，MCU單片機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò) 無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)送至中間機(jī)的無(wú)線收發(fā)模塊，無(wú)線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)輸入MCU 單片機(jī)，MCU單片機(jī)將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換后通過(guò)RS-232串口輸入上位機(jī)，上位 機(jī)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過(guò)RS-232串口發(fā)出控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)中間 機(jī)反饋回測(cè)控終端的MCU單片機(jī)，MCU單片機(jī)控制溫度控制器和濕度控制 器調(diào)節(jié)空氣的溫度和濕度。
進(jìn)一步的技術(shù)特征，所述測(cè)控終端內(nèi)還設(shè)置有鍵盤、LCD液晶顯示器以 及聲光報(bào)警裝置。
所述溫度傳感器是采用熱電偶或熱敏電阻來(lái)檢測(cè)空氣溫度；所述濕度傳 感器是采用濕敏電阻或濕敏電容來(lái)檢測(cè)空氣濕度。
所述溫度控制器是采用空調(diào)、風(fēng)扇和電爐來(lái)增加或降低空氣溫度；所述 濕度控制器是采用除濕機(jī)和加濕器來(lái)增加或降低空氣濕度。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)
1、采用多級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速移動(dòng)檢測(cè)和無(wú)障礙大容量通信，在測(cè)控終端和中間機(jī)采用無(wú)線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，避免了模擬信號(hào)因長(zhǎng) 距離傳輸引起的損耗，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的布線，而且便于增加傳感器的個(gè)數(shù)和種 類，可以隨時(shí)架設(shè)，隨時(shí)改變使用環(huán)境，通信覆蓋范圍大，幾乎不受地理環(huán) 境限制，系統(tǒng)安裝、升級(jí)、擴(kuò)容方便。
2、 穩(wěn)定性能好、成本低，通過(guò)保障通信波段的穩(wěn)定性即可達(dá)到保持系統(tǒng) 的穩(wěn)定性，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)能快速找出原因，便于恢復(fù)線路正常運(yùn)行，而且前 期投資成本低，系統(tǒng)設(shè)備投入使用快、工程周期短。
3、 擴(kuò)展性強(qiáng)，在設(shè)計(jì)中用戶終端采用PC機(jī)作為上位機(jī)，其接入Intemet 方便，實(shí)現(xiàn)更廣域的通信，用戶終端通過(guò)控制軟件可以實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)值及曲 線實(shí)時(shí)顯示，溫濕度上、下限報(bào)警及恒溫設(shè)定，并且配備歷史記錄查詢功能， 通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)長(zhǎng)時(shí)間保存溫濕度數(shù)據(jù)，以方便用戶調(diào)用查詢；在測(cè)控終端還可 以根據(jù)需要增加LCD液晶顯示器、溫濕度超限報(bào)警等裝置，系統(tǒng)功能可選擇 性強(qiáng)，性能擴(kuò)展容易。


圖1為本實(shí)用新型無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖2為測(cè)控終端的結(jié)構(gòu)方框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。 本實(shí)用新型的無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖1所示，采用分布式三級(jí) 結(jié)構(gòu)，由用戶終端、中間機(jī)及測(cè)控終端構(gòu)成。用戶終端由上位機(jī)l構(gòu)成，上 位機(jī)1為放置于主控室的PC機(jī)，上位機(jī)1通過(guò)RS-232串口與中間機(jī)2通信，2通過(guò)無(wú)線收發(fā)模 塊4與測(cè)控終端5實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，測(cè)控終端5內(nèi)設(shè)置有無(wú)線收發(fā)模塊6、 MCU 單片機(jī)7、溫度傳感器8、濕度傳感器9、溫度控制器10以及濕度控制器11。 測(cè)控終端5主要安裝到各溫濕度采集點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫濕度進(jìn)行采集和處理，并 通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊6將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給中間機(jī)2。測(cè)控終端5可以隨用戶的需要 隨時(shí)移動(dòng)位置，由于通常檢測(cè)面積較大，因此需求多個(gè)測(cè)控終端共同工作。
如圖2所示，測(cè)控終端5是以單片機(jī)為核心的控制部件，采用溫濕度測(cè) 量、無(wú)線通信、誤差修正等技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能 溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了溫度測(cè)量電路、濕度測(cè)量電路、無(wú)線收發(fā)通 信電路、A/D轉(zhuǎn)換及濾波電路，根據(jù)需要還可以擴(kuò)展LCD液晶顯示電路、報(bào) 警電路等，通過(guò)安裝的LCD液晶顯示器能夠顯示溫濕度數(shù)值以及溫濕度超標(biāo) 報(bào)警，還可以通過(guò)測(cè)控終端上的鍵盤對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
測(cè)控終端5及中間機(jī)2的單片機(jī)采用AT89C52芯片作為核心控制單元。 AT89C52芯片是一種低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，內(nèi)含8kbytes的 可反復(fù)擦寫只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，擁有32個(gè)I/0口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器， 一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷 結(jié)構(gòu)， 一個(gè)全雙工串行通信口，以及振蕩器和時(shí)鐘電路。
測(cè)控終端5的傳感器采用DS18B20芯片的溫度傳感器和HS1101芯片的 濕度傳感器。DS18B20是美國(guó)Dallas公司推出的單線數(shù)字式溫度傳感器，工 作電壓3.0 5.5V，溫度測(cè)量范圍-55""C 125"C，在-10°。 +85°<:范圍內(nèi) 測(cè)量時(shí)精度為士0.5。C， DS1犯20選用12位測(cè)量精度，傳感器完成一次溫度值 轉(zhuǎn)換的時(shí)間最多為750 ms，本系統(tǒng)通過(guò)DS18B20芯片將現(xiàn)場(chǎng)采集到的溫度數(shù) 據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入到單片機(jī)AT89C52。 HS1101濕度傳感器是HUMIREL公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬?duì)濕度傳感器，工作電壓3.5 12V,該傳感 器具有檢測(cè)速度快、精度高、可靠性好、長(zhǎng)期穩(wěn)定和使用方便、體積小等特 點(diǎn)。HS1101傳感器在不同的相對(duì)濕度中的電容值不同，利用這個(gè)特點(diǎn)構(gòu)成的 電路能夠產(chǎn)生頻率隨濕度變化的脈沖信號(hào)，可直接被單片機(jī)所采集。
測(cè)控終端5和中間機(jī)2均采用nRF401無(wú)線收發(fā)模塊。nRF401無(wú)線收發(fā) 模塊是一種超小型、超低功耗、高速率的無(wú)線數(shù)傳MODEM，價(jià)格低廉，應(yīng) 用廣泛，編程簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定，而且所需的外圍元件少，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本低， 管腳少、封裝小，因而有利于減小PCB板的面積和降低成本。nRF401無(wú)線收 發(fā)模塊專為在433MHzISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療)頻段工作而設(shè)計(jì)，使用具 有較強(qiáng)抗干擾能力的FSK頻率(Frequency Shift Keying)調(diào)制方式，改善了 噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能，采用DSS+PLL頻率合成技術(shù)，工作頻率穩(wěn)定可靠。
在測(cè)控終端5的MCU單片機(jī)7內(nèi)嵌入有控制程序，MCU單片機(jī)7接收 到用戶終端發(fā)出的工作指令后根據(jù)程序控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并及時(shí)向 用戶終端傳輸數(shù)據(jù)。
用戶終端的上位機(jī)1采用MSComm控件與RS-232串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， MSComm控件是Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)下最常用的對(duì)串行通信進(jìn)行操作的通 用控件，通過(guò)MSComm控件上位機(jī)可以操作多種軟件對(duì)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行控制， 從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的功能擴(kuò)展。
在上位機(jī)1內(nèi)安裝有基于VB編程設(shè)計(jì)的界面溫濕度數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，該 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了實(shí)際操作調(diào)試論證，其界面能夠滿足設(shè)計(jì)的需求，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)計(jì) 有數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，通過(guò)分析，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的容量進(jìn)行擴(kuò)展， 以達(dá)到系統(tǒng)資源優(yōu)化使用的目的。通過(guò)溫濕度數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)界面能夠?qū)?shù) 據(jù)進(jìn)行讀取、顯示和報(bào)警，并對(duì)溫濕度的上、下限進(jìn)行設(shè)置，管理系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)大方、美觀，操作簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)維護(hù)方便，也便于軟件的改進(jìn)和升 級(jí)，能夠隨時(shí)滿足用戶的需要。 具體工作流程
用戶通過(guò)上位機(jī)1的溫濕度數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)發(fā)出工作指令，工作指令通 過(guò)RS-232串口發(fā)送至中間機(jī)2，中間機(jī)2通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊4將控制信號(hào)傳 遞至測(cè)控終端5 ，測(cè)控終端5的無(wú)線收發(fā)模塊6接收到控制信號(hào)后傳遞給MCU 單片機(jī)7， MCU單片機(jī)7控制傳感器開(kāi)始工作。
溫度傳感器8和濕度傳感器9采集溫度和濕度的實(shí)時(shí)信號(hào)并輸入MCU單 片機(jī)7， MCU單片機(jī)7將信號(hào)處理后通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊6又發(fā)送至中間機(jī)2 的無(wú)線收發(fā)模塊4，無(wú)線收發(fā)模塊4將數(shù)據(jù)輸入MCU單片機(jī)3， MCU單片機(jī) 3將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換后通過(guò)RS-232串口輸入上位機(jī)1，上位機(jī)1對(duì)接收到的數(shù) 據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，再通過(guò)RS-232串口發(fā)出溫濕度控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)中間 機(jī)2反饋回測(cè)控終端5的MCU單片機(jī)7， MCU單片機(jī)7控制溫度控制器10 和濕度控制器11調(diào)節(jié)空氣的溫度和濕度。
權(quán)利要求1、無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括上位機(jī)(1)，上位機(jī)(1)為放置于主控室的PC機(jī)，其特征在于，上位機(jī)(1)通過(guò)RS-232串口與中間機(jī)(2)通信，中間機(jī)(2)由MCU單片機(jī)(3)和無(wú)線收發(fā)模塊(4)組成，中間機(jī)(2)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊(4)與測(cè)控終端(5)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，測(cè)控終端(5)內(nèi)設(shè)置有無(wú)線收發(fā)模塊(6)、MCU單片機(jī)(7)、溫度傳感器(8)、濕度傳感器(9)、溫度控制器(10)以及濕度控制器(11)；溫度傳感器(8)和濕度傳感器(9)采集溫度和濕度的實(shí)時(shí)信號(hào)并輸入MCU單片機(jī)(7)，MCU單片機(jī)(7)將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊(6)發(fā)送至中間機(jī)(2)的無(wú)線收發(fā)模塊(4)，無(wú)線收發(fā)模塊(4)將數(shù)據(jù)輸MCU單片機(jī)(3)，MCU單片機(jī)(3)將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換后通過(guò)RS-232串口輸入上位機(jī)(1)，上位機(jī)(1)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過(guò)RS-232串口發(fā)出控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)中間機(jī)(2)反饋回測(cè)控終端(5)的MCU單片機(jī)(7)，MCU單片機(jī)(7)控制溫度控制器(10)和濕度控制器(11)調(diào)節(jié)空氣的溫度和濕度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述 測(cè)控終端(5)內(nèi)還設(shè)置有鍵盤、LCD液晶顯示器以及聲光報(bào)警裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述 溫度傳感器(8)是采用熱電偶或熱敏電阻來(lái)檢測(cè)空氣溫度；所述濕度傳感器(9)是采用濕敏電阻或濕敏電容來(lái)檢測(cè)空氣濕度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述 溫度控制器(10)是采用空調(diào)、風(fēng)扇和電爐來(lái)增加或降低空氣溫度；所述濕 度控制器(11)是采用除濕機(jī)和加濕器來(lái)增加或降低空氣濕度。
專利摘要無(wú)線溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括上位機(jī)，上位機(jī)為放置于主控室的PC機(jī)，上位機(jī)通過(guò)RS-232串口與中間機(jī)通信，中間機(jī)由MCU單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)模塊組成，中間機(jī)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊與測(cè)控終端實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，測(cè)控終端內(nèi)設(shè)置有無(wú)線收發(fā)模塊、MCU單片機(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器、溫度控制器以及濕度控制器。本實(shí)用新型的溫濕度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用多級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速移動(dòng)檢測(cè)和無(wú)障礙大容量通信，可以隨時(shí)架設(shè)，隨時(shí)改變使用環(huán)境，通信覆蓋范圍大，幾乎不受地理環(huán)境限制，系統(tǒng)安裝、升級(jí)、擴(kuò)容方便，擴(kuò)展性強(qiáng)、穩(wěn)定性能好、成本低，系統(tǒng)設(shè)備投入使用快、工程周期短。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201413484SQ20092012764
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者周楠林, 時(shí)百峰, 曾宇丹, 邢鐵鈴, 馬文俊 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)