专利名称：分布式无线温湿度测量仪及采用该测量仪测量温湿度的方法
技术领域：
本发明属于温湿度测量领域，具体涉及分布式无线温湿度测量仪及采用该测量仪测量温湿度的方法。
背景技术：
对于实验室和粮仓等环境要求较高的场合，需要精确地测量环境温度与湿度，例如:实验室很多数据需要温湿度一一对应，粮仓中需要实时获取各仓的温湿度。对于粮仓等几千平方米范围的分布式测量，传统的方法是构建RS485分布式现场总线，这样一方面对于长距离传输容易受到干扰；另一方面仓库较多时布线也较为繁琐；同时，布设的线路需要经常维护，增加了成本；布线繁琐冗长也增加了系统功耗；传统的布线可能由于环境的限制出现布线盲区，导致一些点的温湿度无法测量。现有的应用中很多传感器输出的均为模拟量且需要外围电路辅助以进行信号采集与模数转换，这不利于MCU直接处理数据，同时也降低了测量的可靠性；并且不易得到同一点一一对应的温湿度数据。另一方面，现有的传统温度测量大多只进行温度的实时测量与显示，缺少人机交互。现有的温度测量在较大面积范围内温湿度测量时布线复杂，存在布线盲区，易受干扰的问题。
发明内容
本发明为了解决现有温湿度测量较大面积范围内温湿度测量时布线复杂，维护困难，存在布线盲区，且温湿度的测量方法缺少人机交互的问题，提出分布式无线温湿度测量仪及该测量仪测量温湿度的方法。本发明所述一种分布式无线温湿度测量仪，该测量仪它包括主控制单元和η个子控制单元，其中，η为大于I的整数；
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主控制单元包括主控制器电路、液晶显示电路、键盘电路、一号电源电路、报警电路和一号射频收发电路；主控制器电路的射频控制信号输出或信息接收端口通过总线与一号射频收发电路的控制信号接收或信息发送端相连，主控制器电路的报警信号输出端与报警电路的报警信号输入端相连，主控制器电路的液晶显示信号输出端与液晶显示电路的液晶显示信号输入端相连，主控制器电路的键盘信号输入端与键盘电路的键盘信号输入端相连，—号电源电路的电源信号输出端分别与主控制器电路的电源信号输入端、液晶显不电路的电源信号输入端、键盘电路的电源信号输入端、报警电路的电源信号输入端和一号射频收发电路的电源信号输入端相连；每个子控制单元均包括二号射频收发电路、二号电源电路、子控制器电路和温湿度采集电路；子控制器电路的射频控制信号输出或信息接收端通过总线与二号射频收发电路的控制信号接收或信息发送端相连，子控制器电路的温湿度信号输入端通过总线与温湿度采集电路的温湿度信号输出端相连，二号电源电路的电源信号输出端分别与二号射频收发电路的电源信号输入端、温度采集电路的电源信号输入端和子控制器电路的电源信号输入端相连；每个子控制单元的二号射频收发电路均与主控制单元的一号射频收发电路采用无线的方式进行信号传输；键盘电路的按键包括数字键、发射键、保存键、重复键、查询键和退出键；采用上述分布式无线温湿度测量仪测量温湿度的方法，该方法的具体步骤为:步骤一、主控制器电路通过总线对一号射频收发电路进行地址宽度设置、数据长度设置和冗余校验使能设置；子控制器电路通过总线对二号射频收发电路地址宽度设置、数据长度设置和冗余校验使能设置；步骤二、子控制器电路通过定时中断触发控制温湿度采集电路进行温湿度数据采集，获得子控制单元处的温湿度数据；步骤三、子控制器电路将设置二号射频收发电路为接收模式，等待接收主控制单元的一号射频收发电路发送的控制信号；步骤四、主控制器电路通过定时中断检测键盘电路是否有数字键按下，如果是则主控制器电路将通过数字键输入的数字信息作为子控制单元的地址，执行步骤五；否则执行步骤四一；步骤四一、返回步骤四，继续检测键盘电路是否有数字键按下；
步骤五、检测键盘电路的发射键、查询键或退出键的当前状态；当检测发射键按下时，主控制器电路控制一号射频收发电路通过无线方式向子控制单元的二号射频收发电路发送子控制单元的地址信息；执行步骤六；当检测查询键按下时，主控制器电路控制液晶显示电路显示出步骤三输入地址的子控制单元的历史温湿度信息，对该子控制单元的历史温湿度数据进行查询，返回步骤四；当检测退出键按下时，返回步骤四；步骤六、主控制器电路设置一号射频收发电路为接收模式；步骤七、每个子控制单元的二号射频收发电路均接收到一号射频收发电路发送子控制单元的地址信息，判断该信息中的地址是否为自身的地址，如果是则执行步骤八，否则执行步骤七一；步骤七一、返回 执行步骤七，继续等待接收主控制单元的一号射频收发电路发送的控制信号；步骤八、每个子控制单元将温湿度采集电路采集到的温湿度信息通过二号射频收发电路经无线发送给主控制单元的一号射频收发电路；步骤九、主控制单元的主控制器电路检测一号射频收发电路是否成功接收数据，如果是则将子控制单元发送的数据发送至液晶显示电路进行温湿度显示，完成分布式无线温湿度测量。本发明采用无线传输进行分布式测量，无需布线，能测量几千平方米范围内所有测量点的温度，测量无盲区，避免了传统式传输的总线布线过程，不用考虑传输过程的绝缘以及对线路的维护，同时主控制台设置了键盘，且该测量仪测量温湿度的方法可以进行温湿度的选择性存储与显示，查询历史温湿度，便于进行人机交互。
图1是本发明所述分布式无线温湿度测量仪的电气结构示意图；图2是具体实施方式
二所述的分布式无线温湿度测量仪的电气结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种分布式无线温湿度测量仪，该测量仪包括主控制单元和η个子控制单元，其中，η为大于或等于2的整数；主控制单元包括主控制器电路1、液晶显示电路2、键盘电路3、一号电源电路4、报警电路5和一号射频收发电路6 ；主控制器电路I的射频控制信号输出或信息接收端口通过总线与一号射频收发电路6的控制信号接收或信息发送端相连，主控制器电路I的报警信号输出端与报警电路5的报警信号输入端相连，主控制器电路I的液晶显示信号输出端与液晶显示电路2的液晶显示信号输入端相连，主控制器电路I的键盘信号输入端与键盘电路3的键盘信号输入端相连，—号电源电路4的电源信号输出端分别与主控制器电路I的电源信号输入端、液晶显示电路2的电源信号输入端、键盘电路3的电源信号输入端、报警电路5的电源信号输入端和一号射频收发电路6的电源信号输入端相连；每个子控制单元均包括二号射频收发电路7、二号电源电路8、子控制器电路9和温湿度采集电路10 ；
子控制器电路9的射频控制信号输出或信息接收端通过总线与二号射频收发电路7的控制信号接收或信息发送端相连，子控制器电路9的温湿度信号输入端通过总线与温度采集电路10的温湿度信号输出端相连，二号电源电路8的电源信号输出端分别与二号射频收发电路7的电源信号输入端、温湿度采集电路10的电源信号输入端和子控制器电路9的电源信号输入端相连；每个子控制单元的二号射频收发电路7均与主控制单元的一号射频收发电路6采用无线的方式进行信号传输；键盘电路3的按键包括数字键、发射键、保存键、重复键、查询键和退出键。本实施方式采用无线传输进行分布式测量，采用数字集成温湿度传感器，无需外围电路辅助，电路简单，受环境影响小，测量精度高，可靠性高，测量范围大；并且可以同时获得一一对应的温度与湿度。同时设有报警电路，可以根据预先设定的阈值及时报警。本实施方式对于需要N个监测点的场合时，如果采用有线传输的方式:若主控制台与监测点采用星形连接，总共需要布设N条数据线将监测点分别连接到主控制台；若主控制台与监测点采用菊花链方式连接，总共也需要布设N条数据线。若采用监测点分别连接到总线分配器、再由总线分配器连接到主控制台的方式，则需要Ν+1条数据线。而采用无线连接方式，无需布线，便可实现数据的传输，从而避免了布线的复杂过程，及对导线的定期维护工作。
具体实施方式
二:结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一所述的一种分布式无线温湿度测量仪的不同之处在于，每个子控制单元还包括二号液晶显示电路11，所述二号液晶显示电路11的液晶显示信号输入端连接子控制器电路9的液晶显示信号输出端，二号液晶显不电路11的电源信号输入端连接二号电源电路8的一个电源信号输出端。该液晶电路用于显示子控制单元实时采集到的温湿度数据，能够直观了解各个子控制单元所在环境的温湿度信息。
具体实施方式
三:本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种分布式无线温湿度测量仪的进一步说明，主控制器电路I采用MSP430F149实现。
具体实施方式
四:本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种分布式无线温湿度测量仪的进一步说明，每个子控制器电路9采用MSP430F149实现。
具体实施方式
五:本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种分布式无线温湿度测量仪的进一步说明，一号射频收发电路6采用型号为nRF905的芯片实现。
具体实施方式
六:本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种分布式无线温湿度测量仪的进一步说明，二号射频收发电路7采用型号为nRF905的芯片实现。
具体实施方式
七:本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种分布式无线温湿度测量仪的进一步说明，温湿度采集电路10采用型号为DHT22的芯片实现。
具体实施方式
八:采用具体实施方式
一所述的分布式无线温湿度测量仪温湿度测量的方法，该方法的具体步骤为:步骤一、主控制器电路I通过总线对一号射频收发电路6进行地址宽度设置、数据长度设置和冗余校验使能设置； 子控制器电路9通过总线对二号射频收发电路7地址宽度设置、数据长度设置和冗余校验使能设置； 步骤二、子控制器电路9通过定时中断触发控制温湿度采集电路10进行温湿度数据采集，获得子控制单元处的温湿度数据；步骤三、子控制器电路9将设置二号射频收发电路7为接收模式，等待接收主控制单元的一号射频收发电路6发送的控制信号；步骤四、主控制器电路I通过定时中断检测键盘电路3是否有数字键按下，如果是则主控制器电路I将通过数字键输入的数字信息作为子控制单元的地址，执行步骤五；否则执行步骤四一；步骤四一、返回步骤四，继续检测键盘电路3是否有数字键按下；步骤五、检测键盘电路3的发射键、查询键或退出键的当前状态；当检测发射键按下时，主控制器电路I控制一号射频收发电路6通过无线方式向子控制单元的二号射频收发电路7发送子控制单元的地址信息；执行步骤六；当检测查询键按下时，主控制器电路I控制液晶显示电路2显示出步骤三输入地址的子控制单元的历史温湿度信息，对该子控制单元的历史温湿度数据进行查询，返回步骤四；当检测退出键按下时，返回步骤四；步骤六、主控制器电路I设置一号射频收发电路6为接收模式；步骤七、每个子控制单元的二号射频收发电路7均接收到一号射频收发电路6发送子控制单元的地址信息，判断该信息中的地址是否为自身的地址，如果是则执行步骤八，否则执行步骤七一；步骤七一、返回执行步骤七，继续等待接收主控制单元的一号射频收发电路6发送的控制信号；步骤八、每个子控制单元将温湿度采集电路10采集到的温湿度信息通过二号射频收发电路7经无线发送给主控制单元的一号射频收发电路6 ；步骤九、主控制单元的主控制器电路I检测一号射频收发电路6是否成功接收数据，如果是则将子控制单元发送的数据发送至液晶显示电路2进行温湿度显示，完成分布式无线温湿度测量。
具体实施方式
九:实施方式是对具体实施方式
八所述的分布式无线温湿度测量仪温湿度测量的方法的进一步说明、步骤九中，如果一号射频收发电路6成功接收数据，将接收到的温湿度数据与预设温湿度阈值进行比较，若接收到的温湿度数据超出阈值信息时，报警电路5进行报警，同时检测按键输入，若检测保存键按下，则将此时温湿度存储，返回执行步骤二；若重复键按下，则重复执行步骤九，否则返回执行步骤二。
具体实施方式
十:本实施方式是对具体实施方式
九所述的分布式无线温湿度测量仪温湿度测量的方法的进 一步说明，该分布式无线温湿度测量仪的主控制器电路I和子控制器电路9均采用MSP430F149、一号射频收发电路6和二号射频收发电路7均采用型号为nRF905芯片与温湿度采集电路10型号为DHT22的芯片时温湿度测量的方法，该方法的具体步骤为:子控制单元控制过程:步骤一、每个子控制器电路9通过SPI接口对射频模块进行配置，进行地址宽度设置、数据长度设置和冗余码校验使能设置，通过对二号射频收发电路7的配置寄存器进行操作来实现，为了区分各个测量节点对各子控制单元设置不同的地址，在配置寄存器中设置该地址长度为4个字节，存储在配置寄存器的字节5-8字节中，有效的温度和湿度数据长度为4个字节，通过配置寄存器的字节3-4将发送与接收数据长度都设置为4个字节，然后将二号射频收发电路7置于接收模式以接收主控制台的命令；步骤二、子控制器电路9通过定时器中断触发温湿度测量模块测量温湿度数据，并由子控制器读取，同时在液晶屏上显示温湿度数据信息，温湿度采集电路10采用MSB方式进行每次40bits的通信，通信时间约为5ms，该40bits数据的格式为16bits温度数据+16bits湿度数据+Sbits校验码，其中温度数据为有符号数，湿度数据为无符号数，两数据均为放大10倍后的值。子控制器电路9发送一次开始信号后，温湿度测量模块从低功耗模式转换到高速模式，开始信号一结束，温湿度测量模块便发出响应信号，同时送出40bits数据，并触发一次信号采集。而子控制器电路9的开始信号由定时器中断产生，中断间隔为ls，这就保证了每隔Is采集一次数据，具有良好的实时性；步骤三、子控制器电路9配置二号射频收发电路7进入接收模式后，首先检测二号射频收发电路7的nRF905芯片的CD管脚是否为高电平，来判断二号射频收发电路7是否收到同频率的载波信号，检测同频率的载波信号则进一步检测HRF905芯片的AM管脚是否为高电平，来判断接收到的地址是否与自身地址一致，若接收到的地址和自己地址匹配，则AM管脚为高电平执行步骤四；若接收到的地址与自己地址不匹配则仅进行数据采集和本地显示并不发送；步骤四、子控制器电路9对温湿度数据进行处理，并将数据和主控制器电路I的地址写入nRF905芯片，温度数据为两个字节，湿度数据也为两个字节，将温度数据与湿度的数据拼接到一起构成四个字节，nRF905芯片为数据加上字头和CRC校验码，构成一帧完整的数据，通过命令SpiWrite (WTP) —次性发送给主控制器电路I ;通过命令SpiWrite (WTA)发送给主控制器电路1，由主控制器电路I检测是否与自身地址匹配。步骤五、检测nRF905芯片的DR管脚是否为高电平，看数据发送是否成功，若发送成功nRF905芯片的DR管脚是为高电平，子控制器电路9通过设置nRF905芯片的TX_EN和TRX.CE管脚配置二号射频收发电路7进入接收模式；返回执行步骤二，若发送不成功则重发，直到发送成功为止；主控制单元控制部分:步骤一、主控制器电路I通过SPI接口对一号射频收发电路6进行配置，进行地址宽度设置、数据长度设置和冗余码校验使能设置，这通过对一号射频收发电路6的nRF905芯片配置寄存器进行操作来实现，并对主控制器电路I设置一个唯一的地址，在配置寄存器中设置该地址长度为4个字节，存储在配置寄存器的字节5-8中，有效的温度和湿度数据长度为4个字节，配置寄存器的字节3-4，将发送与接收数据长度都设置为4个字节；步骤二、通过80ms定时器中断检测键盘输入，检测是否按下数字键，若数字键按下则检测输入的数字，并将该输入的数字作为子控制单元的地址准备发送；步骤三、检测键盘电路3的发射键、查询键或退出键的当前状态:若按下发送键，则将一号射频收发电路6置于发送状态，并将子控制单元的地址发送出去；执行步骤四；
`
若按下查询键，则输出步骤三输入地址的子控制单元的历史温湿度，只能显示3组温湿度数据；若按下退出键，则返回步骤二 ；步骤四、将子控制单元的地址发送后，通过设置一号射频收发电路6的nRF905芯片的TX_EN和TRX_CE管脚将一号射频收发电路6转换为接收模式，并检测nRF905芯片的DR管脚是否为高电平，以判断是否成功接收分控制器传来的数据，若是则接收成功并将接收到的温湿度数据显示，根据接收到的温湿度数据与温湿度阈值比较，若超出阈值则报警并显示报警信息,若接收不成功则继续接收，同时仍检测按键输入,若按下保存键则将此时温湿度存储，返回执行步骤二，若按下重复则重复执行步骤四；本实施方式米用无线传输，相比于传统的RS232总线传输方式，RS232传输超过15m后信号衰减严重，容易受到干扰；采用RS485总线传输方式，不论是星形连接还是菊花链连接方式，需要在终端连接120 Ω匹配电阻，容易使得在数据传输距离较远时产生信号反射、抗干扰能力下降等问题。同时，由于这些方式由于需要布线，其信号质量很容易受到布线物理环境的影响。而本次设计无线传输采用HRF905，它采用抗干扰能力强的高斯频移键控调制方式，内置完整的通信协议和CRC校验电路，使得数据传输更加可靠，适合工业场
口 ο
权利要求
1.一种分布式无线温湿度测量仪，其特征在于，该测量仪它包括主控制单元和η个子控制单元，其中，η为大于I的整数； 主控制单元包括主控制器电路(I)、液晶显示电路(2)、键盘电路(3)、一号电源电路(4)、报警电路(5)和一号射频收发电路(6)； 主控制器电路(I)的射频控制信号输出或信息接收端口通过总线与一号射频收发电路(6)的控制信号接收或信息发送端相连，主控制器电路(I)的报警信号输出端与报警电路(5)的报警信号输入端相连，主控制器电路(I)的液晶显示信号输出端与液晶显示电路(2)的液晶显示信号输入端相连，主控制器电路⑴的键盘信号输入端与键盘电路⑶的键盘信号输入端相连， 一号电源电路⑷的电源信号输出端分别与主控制器电路⑴的电源信号输入端、液晶显示电路(2)的电源信号输入端、键盘电路(3)的电源信号输入端、报警电路(5)的电源信号输入端和一号射频收发电路(6)的电源信号输入端相连； 每个子控制单元均包括二号射频收发电路(7)、二号电源电路(8)、子控制器电路(9)和温湿度采集电路(10)； 子控制器电路(9 )的射频控制信号输出或信息接收端通过总线与二号射频收发电路(7)的控制信号接收或信息发送端相连，子控制器电路(9)的温湿度信号输入端通过总线与温湿度采集电路(10)的温湿度信号输出端相连， 二号电源电路(8)的电源信号输出端分别与二号射频收发电路(7)的电源信号输入端、温度采集电路(10)的电源信号输入端和子控制器电路(9)的电源信号输入端相连； 每个子控制单元的二号射频收发电路(7)均与主控制单元的一号射频收发电路(6)采用无线的方式进行信号传输； 键盘电路(3)的按键包括数字键、发射键、保存键、重复键、查询键和退出键。
2.根据权利要求1所述的一种分布式无线温湿度测量仪，其特征在于，子控制单元还包括二号液晶显示电路(11)，所述二号液晶显示电路(11)的液晶显示信号输入端连接子控制器电路(9)的液晶显示信号输出端，二号液晶显示电路(11)的电源信号输入端连接二号电源电路(8)的一个电源信号输出端。
3.根据权利要求1所述的一种分布式无线温湿度测量仪，其特征在于，主控制器电路(I)采用 MSP430F149 实现。
4.根据权利要求1所述的一种分布式无线温湿度测量仪，其特征在于，子控制器电路(9)采用 MSP430F149 实现。
5.根据权利要求1所述的一种分布式无线温湿度测量仪，其特征在于，一号射频收发电路(6)采用nRF905实现。
6.根据权利要求1所述的一种分布式无线温湿度测量仪，其特征在于，二号射频收发电路(7)采用nRF905实现。
7.根据权利要求1所述的一种分布式无线温湿度测量仪，其特征在于，温湿度采集电路(10)采用DHT22实现。
8.采用权利要求1所述的一种分布式无线温湿度测量仪的分布式无线温湿度测量方法，其特征在于，该方法的具体步骤为: 步骤一、主控制器电路(I)通过总线对一号射频收发电路(6)进行地址宽度设置、数据长度设置和冗余校验使能设置；子控制器电路(9)通过总线对二号射频收发电路(7)地址宽度设置、数据长度设置和冗余校验使能设置； 步骤二、子控制器电路(9)通过定时中断触发控制温湿度采集电路(10)进行温湿度数据采集，获得子控制单元处的温湿度数据； 步骤三、子控制器电路(9)将设置二号射频收发电路(7)为接收模式，等待接收主控制单元的一号射频收发电路(6)发送的控制信号； 步骤四、主控制器电路(I)通过定时中断检测键盘电路(3)是否有数字键按下，如果是则主控制器电路(I)将通过数字键输入的数字信息作为子控制单元的地址，执行步骤五；否则执行步骤四一； 步骤四一、返回步骤四，继续检测键盘电路(3)是否有数字键按下； 步骤五、检测键盘电路(3)的发射键、查询键或退出键的当前状态； 当检测发射键按下时，主控制器电路(I)控制一号射频收发电路(6)通过无线方式向子控制单元的二号射频收发电路(7)发送子控制单元的地址信息；执行步骤六； 当检测查询键按下时，主控制器电路(I)控制液晶显示电路(2)显示出步骤三输入地址的子控制单元的历史温湿度信息，对该子控制单元的历史温湿度数据进行查询，返回步骤四； 当检测退出键按下时，返回步骤四； 步骤六、主控制器电路(I)设置一号射频收发电路￠)为接收模式； 步骤七、每个子控制单元的二号射频收发电路(7)均接收到一号射频收发电路(6)发送子控制单元的地址信息，判断该信息中的地址是否为自身的地址，如果是则执行步骤八，否则执行步骤七一； 步骤七一、返回执行步骤七，继续等待接收主控制单元的一号射频收发电路(6)发送的控制信号； 步骤八、每个子控制单元将温湿度采集电路(10)采集到的温湿度信息通过二号射频收发电路(7)经无线发送给主控制单元的一号射频收发电路(6)； 步骤九、主控制单元的主控制器电路(I)检测一号射频收发电路(6)是否成功接收数据，如果是则将子控制单元发送的数据发送至液晶显示电路(2)进行温湿度显示，完成分布式无线温湿度测量。
9.根据要求8所述的一种分布式无线温湿度测量仪的分布式无线温湿度测量方法，其特征在于步骤九中，如果一号射频收发电路(6)成功接收数据，将接收到的温湿度数据与预设温湿度阈值进行比较，若接收到的温湿度数据超出阈值信息时，报警电路(5)进行报警，同时检测按键输入，若检测保存键按下，则将此时温湿度存储，返回执行步骤二 ；若重复键按下，则重复执行步骤九，否则返回执行步骤二。
全文摘要
分布式无线温湿度测量仪及采用该测量仪测量温湿度的方法，属于温湿度测量领域。本发明解决了现有温湿度测量较大面积范围内温湿度测量时布线复杂，维护困难，存在布线盲区，且温湿度的测量方法缺少人机交互的问题。本发明包括主控制单元和n个子控制单元，主控制单元的控制一号射频收发电路向子控制单元发送控制信号并接收子控制单元发送的温湿度数据，报警电路进行报警，液晶显示电路对子控制单元的温湿度及历史温湿度进行显示，每个子控制单元的子控制器电路控制二号射频收发电路接收控制信号并向主控制单元发送温湿度信息，温湿度采集电路将采集的温湿度信号传给子控制器电路，经二号射频收发电路发送至主控制单元。本发明适用于温湿度测量。
文档编号G08C17/02GK103236150SQ20131017553
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者许雲淞, 王海鹏, 李正超, 高会军, 于金泳, 张立宪 申请人:哈尔滨工业大学