關(guān)鍵詞：溫濕度采集 嵌入式設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控 實(shí)時(shí)顯示 

第1章引言

1.1研究背景及意義
具有五千年悠久歷史的中國(guó)，與古埃及、古印度和古巴比倫并稱為世界上的四大文明古國(guó)。在這五千年里，我們勤勞智慧的祖先給我們留下了許多珍貴的精神財(cái)富和物質(zhì)財(cái)富。精神財(cái)富是博大精深的中國(guó)文化，而物質(zhì)財(cái)富就是流傳至今的文物。這些珍貴的文物對(duì)于我們現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)是不可再生的財(cái)富，如何保護(hù)好這些財(cái)富是我們需要考慮的問(wèn)題。據(jù)全國(guó)政協(xié)委員、故宮博物院院長(zhǎng)單霧翔介紹，在我國(guó)首次進(jìn)行的“全國(guó)館藏文物腐蝕損失調(diào)查”中顯示，全國(guó)約有半數(shù)的館藏文物存在不同程度的腐燭損害[2]。調(diào)查顯示，“全國(guó)館藏文物腐燭損失調(diào)查”項(xiàng)目組對(duì)全國(guó)2803家各類國(guó)有文物收藏單位的1470余萬(wàn)件館藏文物進(jìn)行了調(diào)查，共有50.66%的館藏文物存在不同程度的腐燭損害。其中約有2%的館藏文物處于顏危腐燭程度，達(dá)29.5萬(wàn)件；約有14%的館藏文物處于重度腐燭程度，多達(dá)213萬(wàn)件[3]。

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著全球變暖問(wèn)題等氣候環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)重，世界人口逐漸增長(zhǎng)的壓力，以及煤炭、而I油等傳統(tǒng)能源價(jià)格上漲和円漸枯竭，而可替代能源研究進(jìn)展緩慢，清潔能源和可再生能源應(yīng)用未能大范圍地普及，人們迫切需要通過(guò)科技來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。于是出現(xiàn)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、精細(xì)化工等技術(shù)，它們都是將本領(lǐng)域具體環(huán)境與當(dāng)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)結(jié)合，以期望達(dá)到最優(yōu)的效果。在供暖這個(gè)能源消耗巨大的領(lǐng)域里，也出現(xiàn)了這樣的趨勢(shì)。在國(guó)外，尤其是歐洲，供暖主要采取集中供熱、分戶計(jì)量方式。所謂"分戶計(jì)量”指的是，在室內(nèi)采暖系統(tǒng)加裝溫控閥和熱量計(jì)等設(shè)備，由用戶自行調(diào)節(jié)控制用熱量，最終按照計(jì)量收費(fèi)。這樣的方式據(jù)統(tǒng)計(jì)可節(jié)約能源兩到三成。
……………

第2章基于C8051單片機(jī)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集器工作原理及開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

2. 1溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集器的組成和工作原理
本文中設(shè)計(jì)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程釆集器的控制模塊選用C8051F040,溫濕度傳感器模塊選用AM2301，以太網(wǎng)通信模塊選用CP2200，存儲(chǔ)模塊選用ATMLH942鐵電存儲(chǔ)，時(shí)鐘模塊選用DS1302，電源模塊選用BMm7(3.3V)和LM2940(5V)。采集器節(jié)點(diǎn)的核心控制模塊采用CYGNAL公司生產(chǎn)的C8051F040,是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU。C8051F040具有4352字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM(256+4k)，系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH程序存儲(chǔ)器空間為64K，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口可以尋址的地址空間也為64K。
電源模塊負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電。電源模塊可以將交流電轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需的電壓，例如溫濕度傳感器工作電壓為5V，其余芯片工作電壓為3.3V。另外，電源模塊中的CR1220電池負(fù)責(zé)給時(shí)鐘模塊供電，保證在主電源斷電后，系統(tǒng)時(shí)鐘仍能正常運(yùn)行。

2. 2溫濕度傳感器簡(jiǎn)介
本文中設(shè)計(jì)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集器的溫濕度釆集模塊選用數(shù)字溫濕度傳感器AM2301。AM2301傳感器包括一個(gè)電容式的感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。AM2301采集溫濕度信息，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)，會(huì)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，然后再輸出給MCUf20]。傳感器與MCU的通信方式采用數(shù)字單總線數(shù)據(jù)格式—次通信時(shí)間僅為5ms左右。AM2301傳感器為4針單排引腳封裝，方便與MCU連接，體積小，功耗相應(yīng)也很低，但信號(hào)的傳輸距離可達(dá)20米以匕所以AM2301溫濕度傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)有：體積小，便于安裝、響應(yīng)速度快、抗彳：擾能力強(qiáng)、性價(jià)比也極高、具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。AM2301的典型連接圖見圖2-2。
需要注意的地方有：①在MCU與AM2301的連接線長(zhǎng)度小于20米時(shí)，建議使用上拉電阻，阻值選用5K即可。而連接線長(zhǎng)度大于20米時(shí)，拉電阻的值要擬掘?qū)嶋H的情況來(lái)選用；②傳感器上電后，會(huì)有段不穩(wěn)定的狀態(tài)，等待2s左右之后，必發(fā)送任何指令，便可恢復(fù)常；③在電源引腳和接地腳之問(wèn)，可連接一個(gè)lOOnF的電容。

第3章基于C8051單片機(jī)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)..........19
3.1系統(tǒng)性能需求........ 19
第4章基于C8051單片機(jī)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).......25
4.1溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集器硬件實(shí)現(xiàn).......... 25
第5章基于C8051單片機(jī)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試...... 43
5.1建立測(cè)試環(huán)境....... 43

第5章基于C8051單片機(jī)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試

5.1建立測(cè)試環(huán)境
測(cè)試之前，首先連接好系統(tǒng)與外部的各個(gè)接口。采集器方面：接上電源線，以太網(wǎng)口連上網(wǎng)線，接好溫濕度傳感器AM2301。采集器的外部接口接好之后，再通過(guò)J-TAG接口，將采集器與PC機(jī)連接起來(lái)，便于在PC上調(diào)試采集器上的程序，觀測(cè)采集器上程序一些變量的數(shù)值。連接好的釆集器見圖5-1。

5. 2功能測(cè)試
首先對(duì)采集器進(jìn)行模塊測(cè)試對(duì)于數(shù)據(jù)采集模塊，待采集器上電后，將采集器端的稅序通過(guò)Silicon LabsIDE軟件編譯之后，確認(rèn)沒(méi)有警告和錯(cuò)誤之后，連接單片機(jī)，將完整的程序燒至Ti片機(jī)中。待采集器工作穩(wěn)定一段時(shí)間后，觀測(cè)采集器程序中溫濕度數(shù)據(jù)包TempPacket屮Humidity和Temperature變量-?的值，與不波器測(cè)到的AM2301發(fā)宋的數(shù)值是否一致。示波器所示波形見圖5-3。
可維護(hù)性是系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中重要考慮的指標(biāo)之一。系統(tǒng)中，釆集器使用了以太網(wǎng)通信方式與服務(wù)器通信，發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)和接收配置信息等。以太網(wǎng)環(huán)境一般比較穩(wěn)定，不易出故障。網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，采集器方面可以將溫濕度數(shù)據(jù)存入鐵電存儲(chǔ)中，自發(fā)地提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性；網(wǎng)絡(luò)方面，一般應(yīng)用環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障都會(huì)有專人處理，也保證了系統(tǒng)的護(hù)性。
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第6章總結(jié)與展望

本文中基于C8051單片機(jī)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集器釆用C8051F040作為主控芯片，采用CP2200作為以太網(wǎng)通信芯片，采用AM2301作為溫濕度傳感器。并且對(duì)AM2301的情況、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)格式和溫濕度數(shù)據(jù)采集方法，以及采集器的丌發(fā)環(huán)境——Silicon Labs IDE做了介紹。需求分析對(duì)于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)是至關(guān)重要的。在確定了基于C8051單片機(jī)的溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的性能和功能需求之后，確立了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，板載軟件和服務(wù)器端軟件的架構(gòu)，以及系統(tǒng)總體的軟硬件設(shè)計(jì)。依據(jù)第2章釆集器和第3章遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，分別給予設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。首先設(shè)計(jì)了溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集器的電路原理圖，以及PCB布線和布局；然后是設(shè)計(jì)采集器板載軟件的流程圖，以及采集器的數(shù)據(jù)采集模塊和通信模塊的實(shí)現(xiàn)；最后設(shè)計(jì)服務(wù)器端程序組成和流程圖，以及服務(wù)器的通信模塊實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體測(cè)試。測(cè)試之甜，搭建整個(gè)溫濕度網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)試環(huán)境。測(cè)試時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)模塊進(jìn)行功能測(cè)試和性能測(cè)試，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

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