阵列式高精度湿度测量仪的研制

摘要

空气湿度与人类密切相关，人们的日常生活和生产活动以及动、植物的生产和生存都与周围环境的湿度息息相关。随着科学技术的发展和社会发展的需求，对湿度传感器的需求在不断增加。
　　 无线传感器网络是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络，具有无需现场布线、采集点设置灵活、采集点覆盖面积广阔、系统维护方便等突出优点。
　　 本文旨在介绍一款阵列式高精度湿度测量仪，对湿度进行采集、处理，并通过ZigBee无线传感网络将数据发送到主节点，由上位机对采集到的数据进行分析、存储，以得到高精度的湿度测量值。
　　 本文介绍了湿度传感器的现状及发展趋势以及设计必要性，结合实际对湿度测量仪的总体结构进行了设计：包括传感器的选择、无线通信方案的确定、数据控制及数据处理方案的选择等多个方面。并简单介绍了数据融合的概念和方法以及多周期同步测频法的相关知识。
　　 测量仪硬件设计部分选用JENNIC5121作为核心控制部件，选用高精度的传感器以及24位模数转换器ADS1218。硬件部分主要包括数字式温湿度采集模块、电压式温湿度采集模块、电容式温湿度采集模块、JENNIC5121调度模块、液晶显示模块、串口通信模块、电源模块、复位模块等多个部分，并在各自的部分中进行了较为详细的论述。软件设计中采用模块化程序设计方法，根据系统的功能，将软件分成若干个功能相对独立的模块，这样有利于程序的修改和调试，增强程序的可移植性。最后安排了数据的综合处理，包括CRC-8校验、线性拟合、数字滤波、数据融合、软件抗干扰措施等数据处理方法对采集到的数据进行优化。通过软硬件联合达到真正提高湿度数据精度的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的研究目的和意义

1.2湿度传感器技术的现状及发展趋势

1.3无线通信技术的现状与发展趋势

1.4无线传感器网络的特点

1.5本课题研究的主要内容

第二章系统方案的总体设计

2.1系统方案的构想

2.2系统方案的确定

2.2.1传感器方案

2.2.2无线通信方案(ZigBee)

2.2.3系统控制及数据处理模块方案

2.2.4 LCD显示模块方案

2.3数据融合

2.3.1数据融合概念

2.3.2数据融合的主要方法

2.4多周期同步测频法

2.5系统总体设计中的关键技术问题

第三章系统硬件电路设计

3.1温湿度采集部分电路设计

3.1.1数字式温湿度采集模块

3.1.2电压式温湿度采集模块

3.1.3电容式温湿度采集模块

3.2 JENNIC5121调度模块

3.2.1主要技术指标

3.2.2内部结构

3.2.3引脚功能分配

3.2.4 JENNIC5121硬件电路设计

3.3液晶显示模块

3.3.1性能特点

3.3.2引脚功能

3.3.3 OCM4X8C硬件电路设计

3.4其它部分模块

3.4.1串口通信模块

3.4.2电源模块

3.4.3复位模块

3.5系统硬件测试

第四章 系统的软件设计

4.1开发软件环境简介

4.2软件体系总体结构

4.3数字式温湿度采集模块软件

4.3.1启动传输

4.3.2通信复位

4.3.3状态寄存器

4.3.4温湿度测量处理

4.3.5 SHT75温湿度测量流程

4.4电压式温湿度采集模块软件

4.5电容式温湿度采集模块软件

4.6液晶显示模块软件

4.6.1显示资料RAM(DDRAM)

4.6.2绘图RAM(GDRAM)

4.7串口通信模块软件

4.8 JENNIC5121调度模块软件

4.8.1 ZigBee开发基本API接口函数

4.8.2 JENNIC5121调度流程

4.9上位机系统

第五章数据综合处理

5.1 CRC-8校验

5.2线性拟合

5.3数字滤波

5.4数据融合

5.5软件抗干扰措施

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

硕士在读期间发表的论文清单

附录