CN201413484Y - 无线温湿度测控网络系统 - Google Patents

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Abstract

无线温湿度测控网络系统，包括上位机，上位机为放置于主控室的PC机，上位机通过RS－232串口与中间机通信，中间机由MCU单片机和无线收发模块组成，中间机通过无线收发模块与测控终端实现无线通信，测控终端内设置有无线收发模块、MCU单片机、温度传感器、湿度传感器、温度控制器以及湿度控制器。本实用新型的温湿度测控网络系统采用多级分布式结构，能够实现快速移动检测和无障碍大容量通信，可以随时架设，随时改变使用环境，通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制，系统安装、升级、扩容方便，扩展性强、稳定性能好、成本低，系统设备投入使用快、工程周期短。

Description

无线温湿度测控网络系统
技术领域
本实用新型涉及温室环境温湿度的检测和控制，具体涉及一种结合了传感器技术、无线通信技术、单片机以及微型计算机的无线温湿度测控网络系统。主要应用于机械加工车间、温室大棚等需要控制温度和湿度的场所。
背景技术
机械加工车间、温室大棚等是现代工农业的典型，它的建设与发展受到高度重视。但目前机械加工车间、温室大棚等多靠人工经验进行管理，或以单片机构成的单测控系统进行管理，其自动化程度不高，效率较低。随着我国工农业向高效、高产发展，各种新的控制技术越来越广泛的应用于工农业生产中，其中分布式温湿控制系统已成为当前的一个重要发展方向。
分布式温室控制系统需要先进的环境指数采用装置，目前此类系统多基于各种工业总线和工控设备，工业总线和工控设备主要用于作物工业化生产的大型温室，不适合地点较为分散和对价格较敏感的日光温室，而且工业总线和工控设备均采用有线方式，这种有线通信方式在长距离通信时非常麻烦，需要挖沟架线，成本投入较大，设计施工时电缆数量固定，导致通信容量固定有限，后期扩容极不方便；而且有线通信的位置比较固定，必须依靠电缆的布线实现通信连接，不能满足移动通信的需求，对于有线通信的维护还需沿线路检查，当出现故障时，一般很难及时找出故障点，处理故障的难度较大，而且需要大量的人力进行定期维护工作，相应的成本投入太高。
实用新型内容
针对现有技术的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种能够实现快速移动检测、无障碍大容量通信、稳定性好、成本低、扩展性强的无线温湿度测控网络系统。
本实用新型的技术方案是：无线温湿度测控网络系统，包括上位机，上位机为放置于主控室的PC机，上位机通过RS-232串口与中间机通信，中间机由MCU单片机和无线收发模块组成，中间机通过无线收发模块与测控终端实现无线通信，测控终端内设置有无线收发模块、MCU单片机、温度传感器、湿度传感器、温度控制器以及湿度控制器；温度传感器和湿度传感器采集温度和湿度的实时信号并输入MCU单片机，MCU单片机将处理后的数据通过无线收发模块发送至中间机的无线收发模块，无线收发模块将数据输入MCU单片机，MCU单片机将数据信号转换后通过RS-232串口输入上位机，上位机对接收的数据进行处理并通过RS-232串口发出控制信号，控制信号经中间机反馈回测控终端的MCU单片机，MCU单片机控制温度控制器和湿度控制器调节空气的温度和湿度。
进一步的技术特征，所述测控终端内还设置有键盘、LCD液晶显示器以及声光报警装置。
所述温度传感器是采用热电偶或热敏电阻来检测空气温度；所述湿度传感器是采用湿敏电阻或湿敏电容来检测空气湿度。
所述温度控制器是采用空调、风扇和电炉来增加或降低空气温度；所述湿度控制器是采用除湿机和加湿器来增加或降低空气湿度。
相对于现有技术，本实用新型具有以下显著优点：
1、采用多级分布式结构，能够实现快速移动检测和无障碍大容量通信，在测控终端和中间机采用无线收发模块实现无线通信，避免了模拟信号因长距离传输引起的损耗，简化了系统的布线，而且便于增加传感器的个数和种类，可以随时架设，随时改变使用环境，通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制，系统安装、升级、扩容方便。
2、稳定性能好、成本低，通过保障通信波段的稳定性即可达到保持系统的稳定性，当出现故障时能快速找出原因，便于恢复线路正常运行，而且前期投资成本低，系统设备投入使用快、工程周期短。
3、扩展性强，在设计中用户终端采用PC机作为上位机，其接入Internet方便，实现更广域的通信，用户终端通过控制软件可以实现温湿度数值及曲线实时显示，温湿度上、下限报警及恒温设定，并且配备历史记录查询功能，通过数据库长时间保存温湿度数据，以方便用户调用查询；在测控终端还可以根据需要增加LCD液晶显示器、温湿度超限报警等装置，系统功能可选择性强，性能扩展容易。
附图说明
图1为本实用新型无线温湿度测控网络系统的结构方框图；
图2为测控终端的结构方框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
本实用新型的无线温湿度测控网络系统，如图1所示，采用分布式三级结构，由用户终端、中间机及测控终端构成。用户终端由上位机1构成，上位机1为放置于主控室的PC机，上位机1通过RS-232串口与中间机2通信，中间机2由MCU单片机3和无线收发模块4组成，中间机2通过无线收发模块4与测控终端5实现无线通信，测控终端5内设置有无线收发模块6、MCU单片机7、温度传感器8、湿度传感器9、温度控制器10以及湿度控制器11。测控终端5主要安装到各温湿度采集点，现场对温湿度进行采集和处理，并通过无线收发模块6将数据信号传给中间机2。测控终端5可以随用户的需要随时移动位置，由于通常检测面积较大，因此需求多个测控终端共同工作。
如图2所示，测控终端5是以单片机为核心的控制部件，采用温湿度测量、无线通信、误差修正等技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量系统。该系统包括了温度测量电路、湿度测量电路、无线收发通信电路、A/D转换及滤波电路，根据需要还可以扩展LCD液晶显示电路、报警电路等，通过安装的LCD液晶显示器能够显示温湿度数值以及温湿度超标报警，还可以通过测控终端上的键盘对数据进行修正。
测控终端5及中间机2的单片机采用AT89C52芯片作为核心控制单元。AT89C52芯片是一种低电压、高性能的CMOS 8位单片机，内含8k bytes的可反复擦写只读程序存储器(PEROM)和256bytes的随机存取数据存储器(RAM)，拥有32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，以及振荡器和时钟电路。
测控终端5的传感器采用DS18B20芯片的温度传感器和HS1101芯片的湿度传感器。DS18B20是美国Dallas公司推出的单线数字式温度传感器，工作电压3.0～5.5V，温度测量范围-55℃～125℃，在-10℃～+85℃范围内测量时精度为±0.5℃，DS18B20选用12位测量精度，传感器完成一次温度值转换的时间最多为750ms，本系统通过DS18B20芯片将现场采集到的温度数据直接转换成数字量输入到单片机AT89C52。HS1101湿度传感器是HUMIREL公司生产的变容式相对湿度传感器，工作电压3.5～12V，该传感器具有检测速度快、精度高、可靠性好、长期稳定和使用方便、体积小等特点。HS1101传感器在不同的相对湿度中的电容值不同，利用这个特点构成的电路能够产生频率随湿度变化的脉冲信号，可直接被单片机所采集。
测控终端5和中间机2均采用nRF401无线收发模块。nRF401无线收发模块是一种超小型、超低功耗、高速率的无线数传MODEM，价格低廉，应用广泛，编程简单、工作稳定，而且所需的外围元件少，产品开发成本低，管脚少、封装小，因而有利于减小PCB板的面积和降低成本。nRF401无线收发模块专为在433MHz ISM(工业、科研和医疗)频段工作而设计，使用具有较强抗干扰能力的FSK频率(Frequency Shift Keying)调制方式，改善了噪声环境下的系统性能，采用DSS+PLL频率合成技术，工作频率稳定可靠。
在测控终端5的MCU单片机7内嵌入有控制程序，MCU单片机7接收到用户终端发出的工作指令后根据程序控制传感器进行数据采集，并及时向用户终端传输数据。
用户终端的上位机1采用MSComm控件与RS-232串口进行数据传输，MSComm控件是Windows操作系统平台下最常用的对串行通信进行操作的通用控件，通过MSComm控件上位机可以操作多种软件对测控系统进行控制，从而实现真正意义上的功能扩展。
在上位机1内安装有基于VB编程设计的界面温湿度数据库管理系统，该系统经过了实际操作调试论证，其界面能够满足设计的需求，系统内还设计有数据库进行管理，通过分析，可根据实际情况对数据库的容量进行扩展，以达到系统资源优化使用的目的。通过温湿度数据库管理系统界面能够对数据进行读取、显示和报警，并对温湿度的上、下限进行设置，管理系统的界面设计大方、美观，操作简单，程序设计维护方便，也便于软件的改进和升级，能够随时满足用户的需要。
具体工作流程：
用户通过上位机1的温湿度数据库管理系统发出工作指令，工作指令通过RS-232串口发送至中间机2，中间机2通过无线收发模块4将控制信号传递至测控终端5，测控终端5的无线收发模块6接收到控制信号后传递给MCU单片机7，MCU单片机7控制传感器开始工作。
温度传感器8和湿度传感器9采集温度和湿度的实时信号并输入MCU单片机7，MCU单片机7将信号处理后通过无线收发模块6又发送至中间机2的无线收发模块4，无线收发模块4将数据输入MCU单片机3，MCU单片机3将数据信号转换后通过RS-232串口输入上位机1，上位机1对接收到的数据进行计算处理，再通过RS-232串口发出温湿度控制信号，控制信号经中间机2反馈回测控终端5的MCU单片机7，MCU单片机7控制温度控制器10和湿度控制器11调节空气的温度和湿度。

Claims (4)

1、无线温湿度测控网络系统，包括上位机(1)，上位机(1)为放置于主控室的PC机，其特征在于，上位机(1)通过RS-232串口与中间机(2)通信，中间机(2)由MCU单片机(3)和无线收发模块(4)组成，中间机(2)通过无线收发模块(4)与测控终端(5)实现无线通信，测控终端(5)内设置有无线收发模块(6)、MCU单片机(7)、温度传感器(8)、湿度传感器(9)、温度控制器(10)以及湿度控制器(11)；温度传感器(8)和湿度传感器(9)采集温度和湿度的实时信号并输入MCU单片机(7)，MCU单片机(7)将处理后的数据通过无线收发模块(6)发送至中间机(2)的无线收发模块(4)，无线收发模块(4)将数据输MCU单片机(3)，MCU单片机(3)将数据信号转换后通过RS-232串口输入上位机(1)，上位机(1)对接收的数据进行处理并通过RS-232串口发出控制信号，控制信号经中间机(2)反馈回测控终端(5)的MCU单片机(7)，MCU单片机(7)控制温度控制器(10)和湿度控制器(11)调节空气的温度和湿度。
2、根据权利要求1所述的无线温湿度测控网络系统，其特征在于，所述测控终端(5)内还设置有键盘、LCD液晶显示器以及声光报警装置。
3、根据权利要求1所述的无线温湿度测控网络系统，其特征在于，所述温度传感器(8)是采用热电偶或热敏电阻来检测空气温度；所述湿度传感器(9)是采用湿敏电阻或湿敏电容来检测空气湿度。
4、根据权利要求1所述的无线温湿度测控网络系统，其特征在于，所述温度控制器(10)是采用空调、风扇和电炉来增加或降低空气温度；所述湿度控制器(11)是采用除湿机和加湿器来增加或降低空气湿度。
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