關鍵詞：溫濕度采集 嵌入式設計 網(wǎng)絡遠程監(jiān)控 實時顯示 

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，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。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富和物質(zhì)財富。精神財富是博大精深的中國文化，而物質(zhì)財富就是流傳至今的文物。這些珍貴的文物對于我們現(xiàn)代人來說是不可再生的財富，如何保護好這些財富是我們需要考慮的問題。據(jù)全國政協(xié)委員、故宮博物院院長單霧翔介紹，在我國首次進行的“全國館藏文物腐蝕損失調(diào)查”中顯示，全國約有半數(shù)的館藏文物存在不同程度的腐燭損害[2]。調(diào)查顯示，“全國館藏文物腐燭損失調(diào)查”項目組對全國2803家各類國有文物收藏單位的1470余萬件館藏文物進行了調(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29.5萬件；約有14%的館藏文物處于重度腐燭程度，多達213萬件[3]。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著全球變暖問題等氣候環(huán)境問題的嚴重，世界人口逐漸增長的壓力，以及煤炭、而I油等傳統(tǒng)能源價格上漲和円漸枯竭，而可替代能源研究進展緩慢，清潔能源和可再生能源應用未能大范圍地普及，人們迫切需要通過科技來實現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。于是出現(xiàn)了精準農(nóng)業(yè)、精細化工等技術，它們都是將本領域具體環(huán)境與當代計算機信息技術結合，以期望達到最優(yōu)的效果。在供暖這個能源消耗巨大的領域里，也出現(xiàn)了這樣的趨勢。在國外，尤其是歐洲，供暖主要采取集中供熱、分戶計量方式。所謂"分戶計量”指的是，在室內(nèi)采暖系統(tǒng)加裝溫控閥和熱量計等設備，由用戶自行調(diào)節(jié)控制用熱量，最終按照計量收費。這樣的方式據(jù)統(tǒng)計可節(jié)約能源兩到三成。
……………

第2章基于C8051單片機的溫濕度網(wǎng)絡遠程采集器工作原理及開發(fā)環(huán)境簡介

2. 1溫濕度網(wǎng)絡遠程采集器的組成和工作原理
本文中設計的溫濕度網(wǎng)絡遠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，存儲模塊選用ATMLH942鐵電存儲，時鐘模塊選用DS1302，電源模塊選用BMm7(3.3V)和LM2940(5V)。采集器節(jié)點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程序存儲器空間為64K，外部數(shù)據(jù)存儲器接口可以尋址的地址空間也為64K。
電源模塊負責對整個系統(tǒng)供電。電源模塊可以將交流電轉(zhuǎn)換成各個模塊所需的電壓，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電池負責給時鐘模塊供電，保證在主電源斷電后，系統(tǒng)時鐘仍能正常運行。

2. 2溫濕度傳感器簡介
本文中設計的溫濕度網(wǎng)絡遠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傳感器包括一個電容式的感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。AM2301采集溫濕度信息，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時，會進行自動校準，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，功耗相應也很低，但信號的傳輸距離可達20米以匕所以AM2301溫濕度傳感器的主要優(yōu)點有：體積小，便于安裝、響應速度快、抗彳：擾能力強、性價比也極高、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的連接線長度小于20米時，建議使用上拉電阻，阻值選用5K即可。而連接線長度大于20米時，拉電阻的值要擬掘?qū)嶋H的情況來選用；②傳感器上電后，會有段不穩(wěn)定的狀態(tài)，等待2s左右之后，必發(fā)送任何指令，便可恢復常；③在電源引腳和接地腳之問，可連接一個lOOnF的電容。

第3章基于C8051單片機的溫濕度網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)分析與設計..........19
3.1系統(tǒng)性能需求........ 19
第4章基于C8051單片機的溫濕度網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn).......25
4.1溫濕度網(wǎng)絡遠程采集器硬件實現(xiàn).......... 25
第5章基于C8051單片機的溫濕度網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)測試...... 43
5.1建立測試環(huán)境....... 43

第5章基于C8051單片機的溫濕度網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)測試

5.1建立測試環(huán)境
測試之前，首先連接好系統(tǒng)與外部的各個接口。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J-TAG接口，將采集器與PC機連接起來，便于在PC上調(diào)試采集器上的程序，觀測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功能測試
首先對采集器進行模塊測試對于數(shù)據(jù)采集模塊，待采集器上電后，將采集器端的稅序通過Silicon LabsIDE軟件編譯之后，確認沒有警告和錯誤之后，連接單片機，將完整的程序燒至Ti片機中。待采集器工作穩(wěn)定一段時間后，觀測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。
可維護性是系統(tǒng)在設計過程中重要考慮的指標之一。系統(tǒng)中，釆集器使用了以太網(wǎng)通信方式與服務器通信，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)絡出現(xiàn)故障時，采集器方面可以將溫濕度數(shù)據(jù)存入鐵電存儲中，自發(fā)地提高了系統(tǒng)的可維護性；網(wǎng)絡方面，一般應用環(huán)境中，網(wǎng)絡出現(xiàn)故障都會有專人處理，也保證了系統(tǒng)的護性。
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第6章總結與展望

本文中基于C8051單片機的溫濕度網(wǎng)絡遠程采集器釆用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AM2301的情況、性能指標、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。需求分析對于設計和實現(xiàn)一個系統(tǒng)是至關重要的。在確定了基于C8051單片機的溫濕度網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)的性能和功能需求之后，確立了系統(tǒng)的總體結構，板載軟件和服務器端軟件的架構，以及系統(tǒng)總體的軟硬件設計。依據(jù)第2章釆集器和第3章遠程監(jiān)控系統(tǒng)的各項要求，分別給予設計和實現(xiàn)。首先設計了溫濕度網(wǎng)絡遠程采集器的電路原理圖，以及PCB布線和布局；然后是設計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現(xiàn)；最后設計服務器端程序組成和流程圖，以及服務器的通信模塊實現(xiàn)。在設計和實現(xiàn)系統(tǒng)后，必須對系統(tǒng)進行整體測試。測試之甜，搭建整個溫濕度網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)的測試環(huán)境。測試時，對系統(tǒng)的各項模塊進行功能測試和性能測試，驗證所設計系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

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