基于溫濕度傳感器物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)開發(fā)(個(gè)人版3

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教程課程設(shè)計(jì)基于溫濕度傳感器物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)開發(fā)_ 系 別 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 一 學(xué) 號(hào) xxxxxxxxxxxxx 組 次 x 姓 名 xxx 指導(dǎo)教師 xxx 評(píng)定成績(jī) 起止日期 2012年10月8日 至 2012年10月29日目錄摘要 3第1章 課程設(shè)計(jì)的目的和要求 3第2章 溫濕度傳感器的簡(jiǎn)介 4第3章 課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案 61、開發(fā)環(huán)境 62、開發(fā)內(nèi)容 63、技術(shù)路線 71）傳感器數(shù)據(jù)處理 72）傳感器燒錄 28第4章 課程設(shè)計(jì)結(jié)果 29第5章 結(jié)論與體會(huì) 29摘要物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。其英文名稱是“The Inter

2、net of things”。由此，顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。而溫濕度傳感器是由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫濕度一體的傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。 溫濕度傳感器是指能將溫

3、度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。 市場(chǎng)上的溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。第1章 課程設(shè)計(jì)的目的與要求課程設(shè)計(jì)目的物聯(lián)網(wǎng)是一種新概念和新技術(shù)，它使新一代IT技術(shù)更加充分地應(yīng)用于各行各業(yè)之中。它的問(wèn)世打破了過(guò)去將基礎(chǔ)設(shè)施與IT設(shè)施分開的傳統(tǒng)觀念，將建筑物、公路、鐵路和網(wǎng)站、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心合為一體，是信息化和工業(yè)化融合的重要切入點(diǎn)。溫濕度與人們的生活關(guān)系密切，所以物聯(lián)網(wǎng)在溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的開發(fā)將有很大的前景。 在我們的日常生活中無(wú)處不在，控制好溫濕度可以使我們生活、生產(chǎn)的更好。溫濕度傳感器物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)開發(fā)可以幫我們實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讓我們明了

4、的知道。從而更好的控制溫濕度、達(dá)到我們所需的標(biāo)準(zhǔn)。要達(dá)到的目的：1.可以在ubuntu上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接收由傳感器取得、傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。2. 并ubuntu上能邊接收邊連續(xù)往linux發(fā)送從傳感器取得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。3還要確保發(fā)送過(guò)的數(shù)據(jù)不會(huì)再次發(fā)送。4. Linux能接收到ubuntu發(fā)過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并通過(guò)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)曲線圖實(shí)時(shí)顯示接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。課程設(shè)計(jì)要求1. 通過(guò)ubuntu連接傳感器實(shí)驗(yàn)箱收集由傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存入sqlite3數(shù)據(jù)庫(kù)。2. 然后通過(guò)ubuntu發(fā)送到linux、接收并用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)顯示代表數(shù)據(jù)變化的曲線。第2章 溫濕度傳感器的簡(jiǎn)介由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生

5、活中都有著密切的關(guān)系，所以溫濕度一體的傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。 溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。 市場(chǎng)上的溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。 溫度：度量物體冷熱的物理量，是國(guó)際單位制中7個(gè)基本物理量之一。在生產(chǎn)和科學(xué)研究中，許多物理現(xiàn)象和化學(xué)過(guò)程都是在一定的溫度下進(jìn)行的，人們的生活也和他密切相關(guān)。 濕度：濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來(lái)進(jìn)行表示較為困難。對(duì)濕度的表示方法有絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)、濕氣與干氣的比值（重量或體積）等等。日常生活中最常用的表示濕度的物理量是空氣的相對(duì)濕度。用%RH表示。在物理量的導(dǎo)出上相對(duì)濕度與溫度有著

6、密切的關(guān)系。一定體積的密閉氣體，其溫度越高相對(duì)濕度越低，溫度越低，其相對(duì)濕度越高。其中涉及到復(fù)雜的熱力工程學(xué)知識(shí)。 有關(guān)濕度的一些定義： 相對(duì)濕度：在計(jì)量法中規(guī)定，濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。日常生活中所指的適度為相對(duì)濕度，用RH%表示?？傊?，即氣體中（通常為空氣中）所含水蒸氣量（水蒸氣壓）與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量（飽和水蒸汽壓）的百分比。 絕對(duì)濕度：指單位容積的空氣里實(shí)際所含的水汽量，一般以克為單位。溫度對(duì)絕對(duì)濕度有著直接影響，一般情況下，溫度越高，水蒸氣發(fā)得越多，絕對(duì)濕度就越大；相反，絕對(duì)濕度就小。 飽和濕度：在一定溫度下，單位容積，空氣中所能容納的水汽量的最大限度。如果超過(guò)這個(gè)限度

7、，多余的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)，變成水滴，此時(shí)的空氣濕度變稱為飽和濕度?？諝獾娘柡蜐穸炔皇枪潭ú蛔兊模S著溫度的變化而變化。溫度越高，單位容積空氣中能容納的水蒸氣就越多，飽和濕度就越大。 露點(diǎn)：指含有一定量水蒸氣（絕對(duì)濕度）的空氣，當(dāng)溫度下降到一定程度時(shí)所含的水蒸氣就會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)（飽和濕度）并開始液化成水，這種現(xiàn)象叫做凝露。水蒸氣開始液化成水時(shí)的溫度叫做“露點(diǎn)溫度”簡(jiǎn)稱“露點(diǎn)”。如果溫度繼續(xù)下降到露點(diǎn)以下，空氣中超飽和的水蒸氣就會(huì)在物體表面上凝結(jié)成水滴。此外，風(fēng)與空氣中的溫濕度有密切關(guān)系，也是影響空氣溫濕度變化的重要因素之一。選擇的注意事項(xiàng)：、選擇測(cè)量范圍 和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先

8、要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程(0-100%RH)測(cè)量。 、選擇測(cè)量精度 測(cè)量精度是濕度傳感器最重要的指標(biāo)，每提高個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)濕度傳感器來(lái)說(shuō)就是上一個(gè)臺(tái)階，甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。如在不同溫度下使用濕度傳感器，其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對(duì)濕度。溫度每變化0.1。將產(chǎn)生0.5%RH的濕度變化(誤差)。使用場(chǎng)合如果難以做到恒溫，則提出過(guò)高的測(cè)濕精度是不合適的。多數(shù)情況下，如果沒(méi)有精確的控溫

9、手段，或者被測(cè)空間是非密封的，5%RH的精度就足夠了。對(duì)于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場(chǎng)合，再選用3%RH以上精度的濕度傳感器。而精度高于2%RH的要求恐怕連校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器也難以做到，更何況傳感器自身了。相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x表，即使在2025下，要達(dá)到2%RH的準(zhǔn)確度仍是很困難的。通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（2010）和潔凈的氣體中測(cè)量的。 、考慮時(shí)漂和溫漂 在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，電子式濕度傳器會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，電子式濕度傳感器年漂移量一般都在2%左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會(huì)標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使

10、用時(shí)間為1年或2年，到期需重新標(biāo)定。 、其它注意事項(xiàng) 濕度傳感器是非密封性的，為保護(hù)測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸性、堿性及含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測(cè)空間的濕度，還應(yīng)避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測(cè)的房間太大，就應(yīng)放置多個(gè)傳感器。有的濕度傳感器對(duì)供電電源要求比較高，否則將影響測(cè)量精度?；蛘邆鞲衅髦g相互干擾，甚至無(wú)法工作。使用時(shí)應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。傳感器需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸時(shí)，要注意信號(hào)的衰減問(wèn)題。當(dāng)傳輸距離超過(guò)200m以上時(shí)，建議選用頻率輸出信號(hào)的濕度傳感器。第3章 課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案一、

11、開發(fā)環(huán)境1.硬件（詳細(xì)介紹所涉及硬件的詳細(xì)內(nèi)容）Pc機(jī)、溫濕度傳感器、傳感器實(shí)驗(yàn)箱、連接所需的各種線。2.軟件（詳細(xì)介紹所涉及軟件的詳細(xì)內(nèi)容） MDK414（arm平臺(tái)編譯燒錄代碼軟件）、KeilC51v750a_Full（C51平臺(tái)編譯軟件）、STC手動(dòng)下載（C51燒錄代碼軟件）、R340（串口線連接USB驅(qū)動(dòng)）、ubuntu操作系統(tǒng)、linux操作系統(tǒng)。3.其它二、開發(fā)內(nèi)容1.項(xiàng)目開發(fā)詳細(xì)內(nèi)容（包括傳感器的配置、傳感器燒錄、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在服務(wù)器端的接受及存儲(chǔ)-TCPServer及MySql、數(shù)據(jù)庫(kù)及Web服務(wù)器安裝、利用JSP曲線動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

12、）首先燒錄整合好的溫濕度傳感器的代碼。接著連接傳感器取得數(shù)據(jù)。然后在ubuntu中編譯并運(yùn)行Com_Sensor程序獲取傳感器實(shí)驗(yàn)箱的數(shù)據(jù)。在Ubuntu11編譯并運(yùn)行senddata.c把數(shù)據(jù)發(fā)送到linux.Linux通過(guò)TCPServer服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。最后將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Linuxweb服務(wù)器以jsp曲線動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D（包括傳感器、網(wǎng)關(guān)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、TCPServer服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、靜態(tài)及動(dòng)態(tài)Web服務(wù)器、Web服務(wù)器客戶端；并詳細(xì)標(biāo)注設(shè)備名稱及IP地址等詳細(xì)信息；并詳細(xì)敘述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D流程） 三、技術(shù)路線1. 傳感器數(shù)據(jù)處理（給出詳細(xì)的傳感

13、器燒錄代碼 ）代碼如下：/*/中軟吉大信息技術(shù)有限公司/物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/*/#include /Keil library (is used for _nop()_ operation) #include /Keil library #includeLcmdisplay.h #define FOSC #define BAUD 14400typedef union unsigned int i; float f; value;/- / modul-var /- enum TEMP,HUMI; #define noACK 0 #define ACK 1 /adr command r/w

14、#define STATUS_REG_W 0x06 /000 0011 0 #define STATUS_REG_R 0x07 /000 0011 1 #define MEASURE_TEMP 0x03 /000 0001 1 #define MEASURE_HUMI 0x05 /000 0010 1 #define RESET 0x1e /000 1111 0 sbit DATA=P22;sbit SCK=P21;sbit POWER=P25;sbit flag1=P07;sbit flag2=P46;sbit flag3=P27;sbit flag4=P26; void delay(uns

15、igned int nTimeDelay) unsigned int i; while (nTimeDelay-) for (i=0;i125;i+); void Serial_Init() TMOD = 0x01; TR0 = 1; EA = 1; ET0 = 0; TF0 = 0; S2CON = 0x50; /8位可變波特率 (無(wú)校驗(yàn)位) BRT = -(FOSC/32/BAUD); /設(shè)置獨(dú)立波特率發(fā)生器的重載初值 AUXR = 0x14; /獨(dú)立波特率發(fā)生器工作在1T模式 /IE2 = 0x01; /使能串口2中斷void IO_Init(void)P2M1=P2M1&0xdf;P2

16、M0=P2M0&0xdf;P0M1=P0M1&0x7f;P0M0=P0M0&0x7f;P4M1=P4M1&0xbf;P4M0=P4M0&0xbf;P2M1=P2M1&0x3f;P2M0=P2M0&0x3f;P4SW=P4SW|0x40;void Power_Identify(void)while(1)if(POWER=0)delay(4000);LcmPrintf(請(qǐng)給傳感器模塊上電!n);else break;void Module_Identify(unsigned int xuhao)unsigned int abc=0;if(flag4=1)abc=abc+1;abc=abc1;if(

17、flag3=1)abc=abc+1;abc=abc1;if(flag2=1)abc=abc+1;abc=abc0;i/=2) /shift bit for masking if (i & value) DATA=1; /masking value with i , write to SENSI-BUS else DATA=0; _nop_(); /observe setup time SCK=1; /clk for SENSI-BUS _nop_();_nop_();_nop_(); /pulswith approx. 5 us SCK=0; _nop_(); /observe hold ti

18、me DATA=1; /release DATA-line _nop_(); /observe setup time SCK=1; /clk #9 for ack error=DATA; /check ack (DATA will be pulled down by SHT11) SCK=0; return error; /error=1 in case of no acknowledge /- char s_read_byte(unsigned char ack) /- / reads a byte form the Sensibus and gives an acknowledge in

19、case of ack=1 unsigned char i,val=0; DATA=1; /release DATA-line for (i=0x80;i0;i/=2) /shift bit for masking SCK=1; /clk for SENSI-BUS if (DATA) val=(val | i); /read bit SCK=0; DATA=!ack; /in case of ack=1 pull down DATA-Line _nop_(); /observe setup time SCK=1; /clk #9 for ack _nop_();_nop_();_nop_()

20、; /pulswith approx. 5 us SCK=0; _nop_(); /observe hold time DATA=1; /release DATA-line return val; /- void s_transstart(void) /- / generates a transmission start / _ _ / DATA: |_| / _ _ / SCK : _| |_| |_ DATA=1; SCK=0; /Initial state _nop_(); SCK=1; _nop_(); DATA=0; _nop_(); SCK=0; _nop_();_nop_();_

21、nop_(); SCK=1; _nop_(); DATA=1; _nop_(); SCK=0; /- void s_connectionreset(void) /- / communication reset: DATA-line=1 and at least 9 SCK cycles followed by transstart / _ _ / DATA: |_| / _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ / SCK : _| |_| |_| |_| |_| |_| |_| |_| |_| |_| |_| |_ unsigned char i; DATA=1; SCK=0; /Init

22、ial state for(i=0;i=1 in case of no response form the sensor /- char s_measure(unsigned char *p_value, unsigned char *p_checksum, unsigned char mode) /- / makes a measurement (humidity/temperature) with checksum unsigned char error=0; unsigned int i; s_transstart(); /transmission start switch(mode)

23、/send command to sensor case TEMP : error+=s_write_byte(MEASURE_TEMP); break; case HUMI : error+=s_write_byte(MEASURE_HUMI); break; default : break; for (i=0;i100)rh_true=100; /cut if the value is outside of if(rh_true0.1)rh_true=0.1; /the physical possible range *p_temperature=t_C; /return temperat

24、ure C *p_humidity=rh_true; /return humidity%RH /- float calc_dewpoint(float h,float t) /- / calculates dew point / input: humidity %RH, temperature C / output: dew point C float k,dew_point ; k = (log10(h)-2)/0.4343 + (17.62*t)/(243.12+t); dew_point = 243.12*k/(17.62-k); return dew_point; /- void ma

25、in() /- / sample program that shows how to use SHT11 functions / 1. connection reset / 2. measure humidity ticks(12 bit) and temperature ticks(14 bit) / 3. calculate humidity %RH and temperature C / 4. calculate dew point C / 5. print temperature, humidity, dew point value humi_val,temp_val; float d

26、ew_point; unsigned char error,checksum; unsigned int i; Serial_Init();IO_Init();Power_Identify();Module_Identify(3); s_connectionreset(); while(1) error=0; error+=s_measure(unsigned char*) &humi_val.i,&checksum,HUMI); /measure humidity error+=s_measure(unsigned char*) &temp_val.i,&checksum,TEMP); /m

27、easure temperature if(error!=0) s_connectionreset(); /in case of an error: connection reset else humi_val.f=(float)humi_val.i; /converts integer to float temp_val.f=(float)temp_val.i; /converts integer to float calc_sth11(&humi_val.f,&temp_val.f); /calculate humidity, temperature dew_point=calc_dewp

28、oint(humi_val.f,temp_val.f); /calculate dew point Power_Identify();LcmDisplaySHT10(humi_val.f,temp_val.f);/LcmPrintf(溫度:%5.1f 濕度:%5.1f 露點(diǎn):%3.1fn, temp_val.f,humi_val.f,dew_point);/temp ：溫度/for (i=0;i40000;i+);/延遲/LcmPrintf(, humi_val.f);/humi:濕度/for (i=0;i40000;i+);/延遲/LcmPrintf(, dew_point);/dewpoi

29、nt:露點(diǎn)（點(diǎn)在此溫度時(shí)，空氣飽和并產(chǎn)生露珠） /-wait approx. 0.8s to avoid heating up SHTxx- for (i=0;i50000;i+); /(be sure that the compiler doesnt eliminate this line!) /- Lcmdisplay.c:#include Lcmdisplay.htypedef enum LCMPRTF = 0, / 字符串打印 / 1 磁感應(yīng)及環(huán)境光傳感器模塊 LCMHALL, / 霍爾接近開關(guān) LCMREED, / 干簧管 LCMMETAL, / 金屬接近開關(guān) LCMLUX, / 環(huán)

30、境光強(qiáng)度 LCMLDR, / 光敏電阻 / 2 震動(dòng)及mems麥克傳感器模塊 LCMSHOCKDS, / 雙珠單向 LCMSHOCKDD, / 雙珠雙向 LCMSHOCKSPRING, / 彈簧 LCMSHOCK, / 全向震動(dòng) LCMMIC, / MEMS麥克風(fēng) / 3 測(cè)距測(cè)障類及溫濕度類傳感器模塊 LCMIR, / 紅外對(duì)管測(cè)距 LCMIRSWITCH, / 紅外接近開關(guān) LCMULTR, / 超聲波測(cè)距 LCMTEMP, / 溫度/ DS18b20 LCMSHT10, / 溫濕度傳感器SHT10 LCMHUMI, / 濕度/SHT10 LCMNTC, / 熱敏電阻 / 4 操作控制類及加速傳感器模塊 LCMACC, / 三軸加速度 LCMJOYSTICK, / 搖桿電位器 LCMENCODE