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摘要 文章介绍了无线温湿度巡检系统在工业上必要的用途，以及本系统的设计要求，设计方法，工作原理。
关键词 温湿度测量；无线收发
中图分类号 TP274 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）092-0154-02
科学技术的发展，工农业生产逐渐趋向于智能化，自动化。越来越多的工厂都采用了全自动监测运行控制系统。减少了人工的投入，同时避免了由于人工操作而带来的生产出错，也极大的提高了生产效率。
在另外一个方面，生产自动化智能化程度的不断提高使得对设备装置提出了新的更高的要求。设备往往要检测环境中很多个模拟信息量，反馈给主控制器，以便主控制器作出相应的调整动作。如智能温度控制系统，则设备首先需要以一定的间隔时间采集温度信号，然后根据人们设定的温度值做出相应的调整运算控制加热或者暂停加热，以便使温度稳定在设定的值范围内。
在某些工业应用场合，环境的温湿度是必不可少的需要知道的一个物理条件。传统的温湿度检测，采用模拟传感器将温湿度信息转换成相应的电信号。需要对此信号进行滤波，放大，AD装换等等，才能够获取到最终的信息。由于当中环节过多，每一个部分都可以导致测量精度的下降。同时装置的复杂度也意味着失效出问题的可能性更大。
基于以上种种考虑，设计一个数字化的无线温湿度检测系统是很有必要的。数字化的温湿度传感器将信号采集，处理，AD装换等过程全部集成在一块晶片上面。同时对外提供两线式串行接口，特别适合与微控制器接口使用。2.4G的无线频率也适合近距离的无线通信需求。
根据设计要求，整个装置分为主机和从机节点两个主要部分。主机负责轮流从各个从机节点中获取到温湿度信息。从机则负责温湿度信息的采集，并将其通过无线方式发送出去。
1 主从机的框架图如下所示
1.1 从机部分框图（见图1）
1.2 主机部分框图（见图2）
2 本机的硬件设计
本系统的硬件设计主要分为主机和从机两个部分进行描述。
2.1 主机部分硬件设计
本设计采用ATMEL公司的8位精简指令集单片机ATMEGA16作为主机端的主控CPU。利用PCF8563作为实时时钟驱动，采用两片74HC165级联作为按键输入端口，I2C串行EEPROM AT24C64作为存储记录介质。显示部分采用带字库的ST7920为主控芯片的12864液晶显示模块。人机接口利用并入串出的芯片74HC165，8位并行输入，串行输出，同时每一个芯片均可以级联起来。即16个输入，只需要两片这样的芯片即可完成按键的接口。无线数据接收部分采用2.4G无线接收模块NRF24L01作为无线数据的收发端口。主从机电源及无线收发电路的供电均采用单片的稳压芯片AMS1117 3.3实现。
2.2 从机部分硬件设计
从机部分采用8051内核的AT89S52单片机，温湿度检测采用一体化的数字温湿度传感器SHT10，通过无线模块NRF24L01与主机进行通信，将所采集到的温湿度数据传送给主机显示并进行相关处理。每个从机都可以单独设置自身的地址。主机则轮流检测每个从机的温湿度数据。
3 软件设计
3.1 主机部分软件设计
在设计具体的程序之前，必须先对整个程序的结构进行相应的规划。在主机中，使用到主控MCU的内部外设单元主要有定时器，PWM TWI SPI接口，以及外部中断。因此，在主程序中必须有这些外设的初始化语句。然后才是依据各个任务模块的划分来进行任务的运行。当初始化完成之后，主机开始运行主循环，按键控制主循环，背光控制主循环，显示主循环，无线模块主循环。初始化模块与主循环的流程图如图3所示。
3.2 从机部分软件设计
从机部分相较于主机而言，其工作量要小的多。仅仅只是在每一秒的时间里负责采样温湿度数据，然后将数据通过无线模块发送出去即可。在这里也采取了主机部分的程序构架，即时间驱动+状态转移。不同的是这里的时间驱动更加模块化。是完全基于时间触发的嵌入式系统。
从机的主程序结构也类似于主机。在开始运行相关具体任务之前，需要完成相应资源的初始化，如定时器，I/O的设置等等。
至此，一个基于时间触发模式的嵌入式软件开发环境便搭建起来了。依据这种模式，可以很方便的设定任务的运行时间，每秒钟运行多少次等等信息。需要注意的是，单个任务的时间必须小于系统的定时时间间隔。如果单个任务的运行时间过长，则可以依旧任务状态，将其拆分，每次只执行一个状态，即将一个长任务拆分为几个小的短任务执行。
本系统在调试阶段与试验阶段运行基本正常，但因未严格按工業工艺环境标准进行严格封装导致无线信号传输距离有限并易受干扰，在异常温湿度环境下，元器件工作不稳定，元器件及电路易受腐蚀受风化，若用于工业化生产还需进一步实验、改进、完善。
参考文献
[1]Michael J Pont.时间触发嵌入式系统设计模式[J].中国电力出版社，2004，6.
[2]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[J].北京航空航天大学出版社，2007，10.
[3]刘海成.AVR单片机原理及测控工程应用[J].北京航空航天大学出版社，2008，3.
[4]邹久朋.80C51单片机实用技术[J].北京航空航天大学出版社，2008，4.
[5]沙占友，孟志永，王彦朋.单片机外围电路设计[J].电子工业出版社，2007，5.
作者简介
朱婷（1981—），女，硕士，专职教师，武汉职业技术学院电信学院电子技术教研室，主要从事“电子测量技术”的教学研究。
蒋晨辉（1989—），男，武汉职业技术学院电信学院07级毕业生，现从事自动控制系统方面的研发。
关键词 温湿度测量；无线收发
中图分类号 TP274 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）092-0154-02
科学技术的发展，工农业生产逐渐趋向于智能化，自动化。越来越多的工厂都采用了全自动监测运行控制系统。减少了人工的投入，同时避免了由于人工操作而带来的生产出错，也极大的提高了生产效率。
在另外一个方面，生产自动化智能化程度的不断提高使得对设备装置提出了新的更高的要求。设备往往要检测环境中很多个模拟信息量，反馈给主控制器，以便主控制器作出相应的调整动作。如智能温度控制系统，则设备首先需要以一定的间隔时间采集温度信号，然后根据人们设定的温度值做出相应的调整运算控制加热或者暂停加热，以便使温度稳定在设定的值范围内。
在某些工业应用场合，环境的温湿度是必不可少的需要知道的一个物理条件。传统的温湿度检测，采用模拟传感器将温湿度信息转换成相应的电信号。需要对此信号进行滤波，放大，AD装换等等，才能够获取到最终的信息。由于当中环节过多，每一个部分都可以导致测量精度的下降。同时装置的复杂度也意味着失效出问题的可能性更大。
基于以上种种考虑，设计一个数字化的无线温湿度检测系统是很有必要的。数字化的温湿度传感器将信号采集，处理，AD装换等过程全部集成在一块晶片上面。同时对外提供两线式串行接口，特别适合与微控制器接口使用。2.4G的无线频率也适合近距离的无线通信需求。
根据设计要求，整个装置分为主机和从机节点两个主要部分。主机负责轮流从各个从机节点中获取到温湿度信息。从机则负责温湿度信息的采集，并将其通过无线方式发送出去。
1 主从机的框架图如下所示
1.1 从机部分框图（见图1）
1.2 主机部分框图（见图2）
2 本机的硬件设计
本系统的硬件设计主要分为主机和从机两个部分进行描述。
2.1 主机部分硬件设计
本设计采用ATMEL公司的8位精简指令集单片机ATMEGA16作为主机端的主控CPU。利用PCF8563作为实时时钟驱动，采用两片74HC165级联作为按键输入端口，I2C串行EEPROM AT24C64作为存储记录介质。显示部分采用带字库的ST7920为主控芯片的12864液晶显示模块。人机接口利用并入串出的芯片74HC165，8位并行输入，串行输出，同时每一个芯片均可以级联起来。即16个输入，只需要两片这样的芯片即可完成按键的接口。无线数据接收部分采用2.4G无线接收模块NRF24L01作为无线数据的收发端口。主从机电源及无线收发电路的供电均采用单片的稳压芯片AMS1117 3.3实现。
2.2 从机部分硬件设计
从机部分采用8051内核的AT89S52单片机，温湿度检测采用一体化的数字温湿度传感器SHT10，通过无线模块NRF24L01与主机进行通信，将所采集到的温湿度数据传送给主机显示并进行相关处理。每个从机都可以单独设置自身的地址。主机则轮流检测每个从机的温湿度数据。
3 软件设计
3.1 主机部分软件设计
在设计具体的程序之前，必须先对整个程序的结构进行相应的规划。在主机中，使用到主控MCU的内部外设单元主要有定时器，PWM TWI SPI接口，以及外部中断。因此，在主程序中必须有这些外设的初始化语句。然后才是依据各个任务模块的划分来进行任务的运行。当初始化完成之后，主机开始运行主循环，按键控制主循环，背光控制主循环，显示主循环，无线模块主循环。初始化模块与主循环的流程图如图3所示。
3.2 从机部分软件设计
从机部分相较于主机而言，其工作量要小的多。仅仅只是在每一秒的时间里负责采样温湿度数据，然后将数据通过无线模块发送出去即可。在这里也采取了主机部分的程序构架，即时间驱动+状态转移。不同的是这里的时间驱动更加模块化。是完全基于时间触发的嵌入式系统。
从机的主程序结构也类似于主机。在开始运行相关具体任务之前，需要完成相应资源的初始化，如定时器，I/O的设置等等。
至此，一个基于时间触发模式的嵌入式软件开发环境便搭建起来了。依据这种模式，可以很方便的设定任务的运行时间，每秒钟运行多少次等等信息。需要注意的是，单个任务的时间必须小于系统的定时时间间隔。如果单个任务的运行时间过长，则可以依旧任务状态，将其拆分，每次只执行一个状态，即将一个长任务拆分为几个小的短任务执行。
本系统在调试阶段与试验阶段运行基本正常，但因未严格按工業工艺环境标准进行严格封装导致无线信号传输距离有限并易受干扰，在异常温湿度环境下，元器件工作不稳定，元器件及电路易受腐蚀受风化，若用于工业化生产还需进一步实验、改进、完善。
参考文献
[1]Michael J Pont.时间触发嵌入式系统设计模式[J].中国电力出版社，2004，6.
[2]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[J].北京航空航天大学出版社，2007，10.
[3]刘海成.AVR单片机原理及测控工程应用[J].北京航空航天大学出版社，2008，3.
[4]邹久朋.80C51单片机实用技术[J].北京航空航天大学出版社，2008，4.
[5]沙占友，孟志永，王彦朋.单片机外围电路设计[J].电子工业出版社，2007，5.
作者简介
朱婷（1981—），女，硕士，专职教师，武汉职业技术学院电信学院电子技术教研室，主要从事“电子测量技术”的教学研究。
蒋晨辉（1989—），男，武汉职业技术学院电信学院07级毕业生，现从事自动控制系统方面的研发。