摘 要：PC 機與單片機的通信協議設定波特率為9600，偶校驗，8 個數據位，一個停止位。MSComm 控件通訊方式采用事件驅動方式。PC 機把單片機傳送過來的溫濕度測量值存放在內存中，并可以利用PC 機的時間功能，記錄下測量數據的時間。VC 編寫基于對話框的應用程序，可在顯示屏幕上動態曲線的形式來顯示濕溫度的值，還可打印和存儲大量的溫濕度測量值，供以后參考和分析，也是對單片機性能不足的補充。

　　關鍵詞：無線通信,濕溫度監測,單片機,串口通信,VC

　　1 引 言

　　隨著經濟發展，各行各業需要監測濕溫度的場合越來越多。現有的濕溫度監測系統多是采用有線傳輸，不僅要敷設大量的電纜，而且電源線，控制線，信號線混在一起，可能會出現相互之間的干擾。尤其是當監測點過多時，布線復雜，有線傳輸的問題會更嚴重。因此需要建立一套穩定可靠，管理科學，高效率的濕溫度監測系統。本文介紹的無線濕溫度監測系統，改進和克服了有線的上述缺點。改變溫濕度測量點位置和增加或減少測量點數目都非常方便。

　　2 方案設計

　　2.1 系統框圖

　　整個系統可由多個無線傳感器節點和一個中心節點組成。其中，無線傳感器節點分布在需要測量的現場,由濕度傳感器和溫度傳感器完成對周圍環境濕溫度數據采集，送至單片機進行處理并在液晶模塊顯示，然后通過無線發射模塊將數據發送出去。監測中心節點負責接收傳感器節點的數據，由單片機處理后通過RS-232 串口傳至PC 端，進行圖像的繪制，數據的處理和儲存。當濕溫度超過預設閥值時，中心節點處蜂鳴器進行報警提示。

　　2.2 技術指標

　　溫度測試范圍：-55- +125 ℃ 測試精度：0.5 ℃濕度測試范圍：10%-100%RH 測試精度：1%RH無線傳輸范圍：開闊地80m 左右。

　　3 系統組成模塊

　　3.1 無線發射接收模塊

　　系統通過無線收發模塊傳輸現場采集的數據，系統所處環境較惡劣，對數據傳輸的可靠性要求較高。綜合考慮以上因素，采用以nRF2401AG 為核心芯片的無線數傳模塊。nRF2401AG 是單片無線收發一體的芯片。模塊工作電壓為2.7~3.6V，內置天線;采用全球開放2.4GHz ISM 頻段，免許可證使用;采用高效GMSK 調制最高傳輸速率達到1Mbit/s，抗干擾能力強;有125 個頻道，可滿足多頻及跳頻需要;內置硬件CRC 檢錯，支持點對多點通信地址控制。

　　模塊可以通過軟件設置地址，只有收到本機地址時才會輸出數據，可直接連接各種MCU，軟件編程非常方便。nRF2401AG 可通過軟件設置40 bit 的地址，適合點對多點的數據傳輸;CRC 糾檢錯硬件電路和協議，提高了系統的可靠性，且不再需要用軟件對傳輸數據進行差錯控制編碼，簡化了軟件編程。PTR4000PA 是PTR4000 的功率加強型產品，傳輸距離更遠(開闊地約300-400m，室內約 50-100m)。nRF2401AG 最突出的特點是具有一種ShockBurstTM Mode(突發模式)的通信模式。ShockBurst Mode 使用芯片內部的先入先出堆棧區，數據可以從低速微控制器送入，高速(1 Mb/s)發射出去，字頭和校驗碼由硬件自動添加和去除。其優點是功耗低，抗干擾能力強。

　　3.2 溫度測量模塊

　　溫度傳感器采用采用 Dallas 公司的單總線數字溫度傳感器 DS18B20，芯片內部集成了溫度傳感器和模數轉換器。其測溫范圍為-55-+125℃，測量的溫度值可編程為9、10、11 和12 位數字表示，相應溫度分辨力分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃ 和 0.0625℃。用戶可設定溫度超標報警的上、下限值。

　　DS18B20 為一線通信接口，必須先完成ROM 設定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下命令之一：1)讀ROM，2)ROM 匹配，3)搜索ROM，4)跳過ROM，5)報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64 位光刻ROM 序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時總線也可以知道總線上掛有多少，什么樣的設備。

　　3.3 濕度測量模塊

　　濕度傳感器采用HS1101。HS1101 是HUMIREL 公司生產的變容式相對濕度傳感器，采用獨特的工藝設計。

　　HS1101 測量濕度采用將HS1101 置于555 振蕩電路中，將電容值的變化磚換成電壓頻率信號，可以直接被微處理器采集。

　　555 芯片外接電阻R57，R58 與HS1101，構成對HS1101 的充電回路。7 端通過芯片內部的晶體管對地短路實現對HS1101 的放電回路，并將引腳2，6 端相連引入到片內比較器，構成一個多諧波振蕩器，其中，R57 相對于R58 必須非常的小，但決不能低于一個最小值。R51 是防止短路的保護電阻。

　　HS1101 作為一個變化的電容器，連接2 和6 引腳。引腳作為R57 的短路引腳。HS1101 的等效電容通過R57 和R58 充電達到上限電壓(近似于0.67 VCC，時間記為T1)，這時555 的引腳3 由高電平變為低電平，然后通過R58 開始放電，由于R57 被7 引腳內部短路接地，所以只放電到觸發界線(近似于0.33 VCC，時間記為T2)，這時555 芯片的引腳3 變為高電平。通過不同的兩個電阻R19， R20 進行傳感器的不停充放電，產生方波輸出。

　　由此可以看出，空氣相對濕度與555 芯片輸出頻率存在一定線性關系。給出典型頻率濕度關系(參考點：25℃，相對濕度：55%，輸出頻率：6.208k Hz)。可以通過微處理器采集555 芯片的頻率，然后查表即可得出相對濕度值。為了更好提高測量精度，也可采用下位機負責采集頻率，將頻率值送入上位機進行分段處理的方法。

　　4 PC 機與數據處理

　　PC 機采用VC6.0 開發上位機軟件。VC6.0 具有面向對象的設計方法、友好的用戶界面、實時型強等優點，還具有強大數據處理和圖形處理功能，因此非常適用于開發通信系統控制軟件。在采用VC 開發過程中，為實現遠程通信，設計中采用MSComm 控件。該控件屏蔽了通信過程中的底層操作，應用時只需要監控MSComm 控件的屬性和事件，便可以通過RS-232 與單片機實現串行異步通信。