基于STC89C52单片机的多终端远程监测预警系统设计

于雅楠，贺成成，王 刚

（天津职业技术师范大学信息技术工程学院，天津 300222）

基于STC89C52单片机的多终端远程监测预警系统设计

于雅楠，贺成成，王 刚

（天津职业技术师范大学信息技术工程学院，天津 300222）

为了克服远距离作业与危险作业等问题，提出了基于STC89C52单片机与无线通信技术的多终端远程监测预警系统。系统以单片机STC89C52为核心，对各数据采集终端电路进行独立设计，可根据实际需要采用多组传感测量装置对不同位置环境参数进行实时监测，包括温度数据和湿度数据。采集的数据信息由无线收发模块KYL1020U完成远距离传输，通过与PC机之间的串口通信将多路数据信息进行实时显示与处理，起到远程监测和预警作用。该测试系统结构简单，使用方便，具有实时性与高可靠性等特点，能够满足用户实际使用要求。

远程监控；无线通信；单片机；传感器

由于具有高集成度、小体积、易开发性等特点，单片机技术不仅改变着人们的日常生活方式，还在工业生产中发挥着不可替代的作用。单片机技术在工业中的应用，使得智能控制与智能自动化成为可能。多终端远程监测预警系统以单片机技术为核心，开发基于无线通信协议的远程数据监测预警技术，主要以指定地点的温湿度参数作为采集与分析对象，完成数据的实时显示、处理、预警及远程控制。该系统可应用到食品加工、烟草储存、动植物养殖、温湿大棚等多种场所，尤其是无法进行人工数据采集的危险场所。远程监测预警系统由数据采集终端和数据显示终端2部分组成，数据采集终端的传感装置可根据具体场所的需要进行多点布局，温度、湿度等环境参数由集温湿度测量于一体的传感器进行测量，各个数据采集终端配有独立的无线收发模块，将采集到的数据远程发送至数据显示终端进行实时显示、分析与闭环控制。经实际测试，数据采集结果可靠性高，最远工作距离可达1 km，测试数据可直接用于预警控制以及环境参数控制等。

1 整体框架及硬件电路设计

多终端远程监测预警系统以STC89C52单片机为核心，采用多组传感测量装置对不同位置的环境参数进行实时监测，其中包括温度数据和湿度数据，减少人工作业量，实现自动化检测以及远程数据获取功能。

单片机根据程序指令控制外围器件，即温湿度传感器。采集到的数据信息由无线收发模块进行远程通信，脱离了传统依靠数据线路通信方式的限制，能进行自由交互式的数据传递。系统的数据采集模块和远程传输模块具有可靠性强、灵活度高、操作简单等特点[1-3]。数据显示终端将采集的数据快速实时显示，并根据安全阈值实现预警功能以及闭环控制功能，界面可视性强，操作简单。

远程监测预警系统的数据采集终端电路原理图如图1所示。

图1 数据采集终端电路原理图

1.1 数据采集终端结构图

数据采集终端主要分为3大模块:传感测量模块、单片机模块[4-7]和无线收发模块。传感测量模块将指定位置的环境参数传递给单片机，单片机经过程序的控制处理，通过无线通信协议和串口协议将数据由无线收发模块传递给上位机，完成终端的数据采集。数据采集终端结构图如图2所示。

图2 数据采集终端结构图

1.2 温湿度传感器

数据采集终端选用DHT11温湿度传感器，该传感器具有出色的稳定性，可以在复杂的工作环境中稳定工作，特别在高温低湿、含有特殊化学成分的空气当中正常工作，空间占用比例小，消耗电量极低，为电路板节省能源，价格优势以及信号可靠性都符合系统要求。温湿度传感器如图3所示。

图3 DHT11温湿度传感器

实际使用中，应避免将温湿度传感器长时间暴露在阳光下，焊接时温度不能超过260℃。DHT11设计原理图如图4所示，其引脚1接+5 V直流电源，引脚2接单片机引脚P0～P7中的任何一个引脚，此引脚通过单总线与单片机实现串行数据通信，引脚3悬空或连接GND，引脚4是传感器的电源负极，连接到电路板上的GND引脚。

1.3 STC89C52单片机

STC89C52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8 kB在系统可编程Flash存储器。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

图4 DHT11电路原理图

使用多路数据进行采集时，每路采集传输速率可达4 800 bit/s，各组无线模块之间数据通信通过每路信号之间的时间差来实现。

1.4 无线收发模块

系统选用KYL1020U无线收发模块，与单片机采用异步通信接口连接。该无线收发模块主要负责完成数据的远程通信，通信选用ISM频段，无需申请。无线模块体积小、功耗低，稳定性和可靠性极高，能方便为用户提供双向的数据信号传输、检测和控制。在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-5～10-6。模块标准配置提供8个信道，满足用户多种通信组合方式的需要，且传输速率与接口波特率成正比。无线收发模块如图5所示，其无线引脚电路如图6所示。

图5 无线收发模块

图6 无线引脚图

在无线模块引脚图中共有9个引脚，其中引脚1接电源地；引脚2接直流电源+3～5 V；引脚3为数据接收端RXD口，此引脚接处理器的数据发送引脚P3.1；引脚4为无线数据发送端TXD口，此引脚接单片机的数据接收口P3.0口；引脚5为无线模块的信号地GND，此引脚可悬空或接电源地；引脚6为无线数据发送端口，在本系统设计中悬空处理；引脚7为无线数据接收端口，在本系统设计中悬空处理；引脚8为无线SLEEP口，用于休眠控制模式，可置低电平或将该引脚悬空；引脚9为无线TEST口，用于无线传输的内部调试。

2 数据显示端设计

2.1 软件系统工作流程图

远程监测预警系统数据显示终端的顶层数据流程图如图7所示。

图7 顶层数据流程图

首先，进行串口的参数设定以及初始化，打开串口开关，等待多路数据采集终端通过无线发送模块传送信号。之后，无线接收模块将不断扫描电脑端口设备，并收集信号。如果信号不符合串口通信协议将会返回单片机，若符合协议则PC机将接收到的信号进行分析整理，最终显示为用户所需要的数据格式。

2.2 系统功能模块图

远程监测预警系统的功能模块如图8所示。

图8 系统功能模块图

图8中包括串口参数设置模块、数据显示模块及预警提示模块。串口参数设置模块的主要功能有:①设置端口号、波特率、数据位、停止位、校验位等串口参数；②打开串口，进入数据通信状态。数据显示模块的主要功能有:①将不同位置监测的温湿度信息进行实时显示；②将采集到的数据进行定时保存。预警提示模块的主要功能有:①针对不同的工作环境，设置所需要的安全预警值，温度范围0～50℃、湿度范围20%～90%RH，当测试数据超出预警范围，则发出警告；②将超过预警范围的具体位置和环境数据进行提示与保存。

图9 4路数据采集终端实图

3 系统安装与调试

在测试阶段，单片机通电进行系统调试，以4路数据采集为例，其数据采集终端如图9所示。

使用USB接口将无线接收端插在PC机上，打开用户端软件即可。测试时，对4个指定位置同步进行温湿度数据测量，采集结果通过测试窗口在PC机上实时呈现[8-11]，用户数据显示界面如图10所示。测试结果表明，该系统最小测量误差约为:温度±2℃、湿度± 5%RH。

图10 数据显示界面

4 结束语

本设计搭建了基于STC89C52单片机的多终端远程监测预警系统，并完成了系统的整体测试。以单片机为核心，对多路数据采集终端电路进行独立设计，对不同位置环境参数进行实时监测，采集数据由无线收发模块完成远距离传输，经串口将数据进行实时显示与处理，起到远程监测和预警作用。系统结构简单，使用方便，可视性强，可靠性高，能实现环境参数的有效监控，克服了远距离作业与危险作业等实际难题，可以向工业生产、食品运输、智能家居等领域进行推广。

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Multi-terminal remote monitoring and early warning system based on STC89C52 MCU

YU Ya-nan，HE Cheng-cheng，WANG Gang
（School of Information Technology，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China）

In order to overcome the problems of remote operation and dangerous operation,a multi terminal remote monitoring and warning system based on STC89C52 and wireless communication technology is proposed in this paper.With STC89C52 micro-controller as the core,with the independent circuit design for data acquisition terminal,the system adopts the multiple sensing and measuring device to have real-time monitoring of the different position of the environment parameters according to the actual needs,including temperature and humidity data.Long distance transmission of data information is completed by wireless transceiver module KYL1020U and multi-information is transported to PC by serial communication to achieve real-time displaying and processing.The test system proposed has characteristic of simple structure,easy use,real-time performance and high reliability to meet users'requirement.

remote control;wireless communication;micro controller unite;sensor

TP277

A

2095－0926（2015）02－0035－04

2015-04-02

天津市教委科研计划项目（20130404）；天津职业技术师范大学校级重点预研项目（KJY1303，KYQD13001）.

于雅楠（1984—），女，讲师，博士，研究方向为计算机控制技术、传感技术及精密检测技术.