文献综述
电子信息工程
无线温湿度监测系统设计
摘要：针对传统监铡系统的局限性，结合单片机控制技术和射频无线通信技术，介绍了基于无线数据收发芯片、以单片机为主处理器的无线温湿度监测系统，阐述相关原理并对部分模块电路和软件流程进行了介绍。无线监测系统相比有线监测系统应用灵活，可移动性强，将是未来监测系统发展的主要方向。
关键词：温湿度、无线、传感器、单片机
一、引言
温湿度与生产及生活密切相关，像仓库、农田、塑料大篷以及其他生产过程，湿度过大会引起霉变和变质；温度变化会影响品质；精密仪器、半导体器件，温度过高或者湿度过大会导致性能降低，另外，人们的生活质量提高，对室内环境的高要求也需要对温湿度的适时监控，由此可见，温湿度的测量应用范围是很广的。以往的温湿度传感器都是有线方式传送数据，线路冗余复杂，不适合大范围或者异地多数量放置，连线成本高，线路的老化问题也影响了其可靠性。随着大量、廉价和高度集成的无线模块的普及，以及其它无线通信技的运用，实现无线的高效温湿度测量已经成为现实。
无线温湿度测量系统的基本构成和工作原理无线温湿度测量系统构成：主要有两大部分，上位机处理器控制系统、下位机测量系统。上位机处理器控制系统是控制系统的核心，是负责与下位机通信并完成显示任务和控制功能的；下位机测量系统负责对测量点的温湿度测量，并根据上位机的控制要求，把测量点的信息返回给上位机控制系统[1]。温湿度监测系统的下位机硬件框图如图l所示，包括微处理器及其外围电路(处理器模块、串口通信RS232、温湿度传感器、无线收发模块、数码管显示和按键。)
图1 硬件系统框图
下面着重介绍了温湿度传感器模块、无线收发模块、微处理模块和电源，以及程序设计。
二、温湿度传感器原理
当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号输入，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言和测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现，传感器就好比是人的眼睛和耳朵。系统中将会用到测试环境温度和湿度的传感器，下面我们来介绍一下温度传感器和湿度传感器的原理和分类。
温度传感器（temperature transducer）是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2所示，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。
图2热电偶测温基本原理图
热电阻是指导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。热电阻材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻[2]。
湿度传感器（humidity transducer）指能感受气体中水蒸气含量，并转换成可用输出信号的传感器。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。
因为需要测试温度和湿度，可以考虑分别采用一个温度传感器和湿度传感器来采集环境的温度和湿度数据，或使用一个集合了温度和湿度的传感器来采集数据。例如：
方案一：采用热电阻温度传感器来采集温度数据。
方案二：采用AD590传感器采集，它的测温范围在-55℃～+150℃之间，而且精度高。可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏，使用可靠[3]。
方案三：采用温湿度传感器DHT11，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
综合比较方三个方案，方案三更为适合。因为方案三种的温湿度传感器DHT11既能测试温度也能测试湿度，同时是一款数字温湿度传感器，这样方便了数据的传送和处理。温湿
度传感器DHT11它是应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供[4]。DHT11数字温湿度传感器性能如表一所示。NTC测温元件是指负温度系数热敏电阻。它是以锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)和铝(Al)等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。传感器阻值随温度的升高而减小。
表一DHT11数字温湿度传感器性能表
三、处理器单元
处理器单元是传感器网络节点的核心，和其他单元一起完成数据的采集、处理和收发。微处理器的功能，一方面负责数据采集，另一方面负责将采集到数据通过无线通信的方式传
