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[摘 要]本文主要介绍了温湿度监控系统的设计制作过程，详细阐述了系统的控制方案、硬件设计、软件设计、数据传输方式等几个方面。
系统由温湿度传感器、电源模块、监控模块、控制模块、按键、开关、指示灯等组成。其中温湿度传感器负责采集监控地点的温湿度数据；监控模块是由台达DIAView组态软件制作的上位机来实现的，监测控制着整个系统；控制模块采用了DVP20SX2型PLC主机作为本产品的主控制器，并且远程信号模块用来采集异地信息，远程数据的传输采用NRF24L01无线传输模块，将采集到的信息传递给本地CPU；本地CPU我们采用STM32单片机来进行数据的采集、分析和计算。并将异地的各个温湿度的情况发送给PLC，由PLC執行各项管理功能。实时监测监控多地温湿度，用户可以设置系统温湿度报警值，检测得到的数据可以通过上位机实时监控，也可以查询历史数据、报警值和报警时间；在出现异常数据的时候，可进行声光报警。
[关键词]多点检测 PLC 无线射频传输 节能高效
中图分类号：F224-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0261-01
目前大多数温湿度监控控制方案，都是采用温湿度传感器放在异地然后直接与PLC进行连接，一个PLC接多个温湿度传感器的弊端是占用的AD/DA功能模块居多，经济性差，而且需要PLC进行大量的数据分析，对PLC的编程比较复杂，而处理过后的数据的精度也不是很高。
鉴于以上控制方案的弊端，本系统在PLC和各个温湿度监测点之间架上一STM32单片机作为数据处理和传输的中转站，用STM32对温湿度传感器进行AD采集，STM32有1～3个12位的逐次逼近性ADC，精度较高，每路ADC有18个通道，对于一个多点温湿度监控系统来说，AD采集通道足够用。然后将处理以后的数据通过NRF24L01发送给PLC进行控制，这样只需要占用PLC极少的模块就可以完成高精度的温湿度检测，达到了经济性的要求。同时本系统采用台达组态监控软件DIAView进行监视和数据的更改。
1、系统方案介绍
本系统的整个控制过程的关键所在就是单片机如何实现数据的分析和中转。
其数据的分析采用STM32自带的AD功能进行数据的分析，分析完成之后采用RS232串行通信方式将数据发送给PLC。
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，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能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存在OTP内存中，传感器内部在检测型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。在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。
无线通信模块原理：NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4～2.5GHzISM频段，具有通信速度快的优点，经实测通信距离也比较远。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，使检测更节能。
1.1 系统硬件设计
温湿度监控系统的设计制作过程涉及到电气控制原理、PLC控制技术、传感器技术、工业组态技术、模拟电子、数字电子技术知识。这个设计要求制作者有较高的程序设计能力，对于开发者的硬件设计能力以及软硬件结合能力要求也高。因此，制作者需要具备扎实的基础和良好的动手能力及创新能力。温湿度监控系统能够检测监控地点的温湿度，并且能够将数据通过远程信号模块实时传送到本地。因此，本系统最核心的地方就是温湿度检测、温湿度数据远程传送。所以，要尽力地做好软件设计和硬件设计，并使其完好的结合，最终做出一套完整稳定可靠的温湿度监控系统。
为了达到这个目的，首先应该选择好模拟式温湿度传感器，然后查看它的接口说明，焊接好应用电路。温湿度数据检测成功后，下一步应该进行数据传送。因为多个监控，所以本系统采用了2.4GHZ射频通讯技术，最终调试出整个系统各个区域之间的良好通讯。这时，温湿度监控系统的核心功能基本完成了，下面再做一定的完善工作，最终使系统更加完善、运行更加稳定。
温湿度监控系统各个模块紧密相关、密切联系，因此不能单独的选择各个模块而不考虑与其他模块之间的关系。要结合各个模块所起的作用以及已选模块的技术规格，经过理论分析和试验选择合适的硬件方案，使每个功能模块都能协调起来，最终构成一个完整稳定的温湿度监控系统。
2、系统软件设计
整个系统的软件设计包括PLC的程序设计和单片机的程序设计以及NRF24L01的数据传输设计，由单片机进行对温湿度传感器的数据的分析并通过NRF24L01以RS232数据形式发送给PLC，实现与PLC的通讯，然后PLC根据DIAView组态软件的设置的数据进行比较，控制报警系统和控制温度湿度调节器来调节温湿度，实现温湿度的监控和调节。
3、系统整体数据传输示意图
STM32单片机通过AD采集温湿度传感器的模拟量，然后通过NRF24L01无线射频技术将其发射出去，射频接收端接收传输过来的数据并以RS232串行通讯方式发送给PLC。
4、方案规划创新性和有实用价值
1）创新性
传统采用传感器直接连接PLC，并用PLC的AD/DA模块进行数据的采集和处理，这样如果对于一个较大的且点数较多的多点检测系统来讲，需要多个AD/DA模块去拼差，而且接线比较麻烦，编程比较复杂。鉴于如此本系统在中间采用了成本较低的STM32单片机作为数据的中转处理系统，可以一次处理多个不同点的温湿度数据，并用NRF24L01无线通讯模块发送出去。相比于先存在的多点温湿度检测系统本系统所设计的基于射频技术的多点温湿度控制系统有如下有点：
1.通过无线射频和RS232串行通讯实现多路温湿度模拟量信号的采集，相比于传统采用PLC的AD模块的方案降低了成本，提高了可靠性。
2.系统采用STM32自带的12位的模数转换器精度更加的准确。
2）使用价值
在现实生活中，很多产业对环境温湿度有着非常高的要求。比如，在食品产业中，不合适的温湿度会带来食品变质，引发安全问题；档案管理中的纸张对温湿度极为敏感，不当的保存会使纸质变差、字迹模糊，会严重缩短档案保存时间；温室中的植物对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会减产、甚至死亡。综上，温湿度监控系统应用范围非常广泛。它能够彻底摆脱传统的人工轮流值班、人工巡回查看抄录模式，从而避免了很多人为因素而导致的重大事故。因此极其有必要设计一套完整的温湿度监控系统，这对科学的社会生产有着重大的意义。
参考文献
[1] 台达PLC应用技术手册。台达电子工业股份有限公司.
[2] 杨帆.传感器技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2010；15-168.
系统由温湿度传感器、电源模块、监控模块、控制模块、按键、开关、指示灯等组成。其中温湿度传感器负责采集监控地点的温湿度数据；监控模块是由台达DIAView组态软件制作的上位机来实现的，监测控制着整个系统；控制模块采用了DVP20SX2型PLC主机作为本产品的主控制器，并且远程信号模块用来采集异地信息，远程数据的传输采用NRF24L01无线传输模块，将采集到的信息传递给本地CPU；本地CPU我们采用STM32单片机来进行数据的采集、分析和计算。并将异地的各个温湿度的情况发送给PLC，由PLC執行各项管理功能。实时监测监控多地温湿度，用户可以设置系统温湿度报警值，检测得到的数据可以通过上位机实时监控，也可以查询历史数据、报警值和报警时间；在出现异常数据的时候，可进行声光报警。
[关键词]多点检测 PLC 无线射频传输 节能高效
中图分类号：F224-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0261-01
目前大多数温湿度监控控制方案，都是采用温湿度传感器放在异地然后直接与PLC进行连接，一个PLC接多个温湿度传感器的弊端是占用的AD/DA功能模块居多，经济性差，而且需要PLC进行大量的数据分析，对PLC的编程比较复杂，而处理过后的数据的精度也不是很高。
鉴于以上控制方案的弊端，本系统在PLC和各个温湿度监测点之间架上一STM32单片机作为数据处理和传输的中转站，用STM32对温湿度传感器进行AD采集，STM32有1～3个12位的逐次逼近性ADC，精度较高，每路ADC有18个通道，对于一个多点温湿度监控系统来说，AD采集通道足够用。然后将处理以后的数据通过NRF24L01发送给PLC进行控制，这样只需要占用PLC极少的模块就可以完成高精度的温湿度检测，达到了经济性的要求。同时本系统采用台达组态监控软件DIAView进行监视和数据的更改。
1、系统方案介绍
本系统的整个控制过程的关键所在就是单片机如何实现数据的分析和中转。
其数据的分析采用STM32自带的AD功能进行数据的分析，分析完成之后采用RS232串行通信方式将数据发送给PLC。
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，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能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存在OTP内存中，传感器内部在检测型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。在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。
无线通信模块原理：NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4～2.5GHzISM频段，具有通信速度快的优点，经实测通信距离也比较远。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，使检测更节能。
1.1 系统硬件设计
温湿度监控系统的设计制作过程涉及到电气控制原理、PLC控制技术、传感器技术、工业组态技术、模拟电子、数字电子技术知识。这个设计要求制作者有较高的程序设计能力，对于开发者的硬件设计能力以及软硬件结合能力要求也高。因此，制作者需要具备扎实的基础和良好的动手能力及创新能力。温湿度监控系统能够检测监控地点的温湿度，并且能够将数据通过远程信号模块实时传送到本地。因此，本系统最核心的地方就是温湿度检测、温湿度数据远程传送。所以，要尽力地做好软件设计和硬件设计，并使其完好的结合，最终做出一套完整稳定可靠的温湿度监控系统。
为了达到这个目的，首先应该选择好模拟式温湿度传感器，然后查看它的接口说明，焊接好应用电路。温湿度数据检测成功后，下一步应该进行数据传送。因为多个监控，所以本系统采用了2.4GHZ射频通讯技术，最终调试出整个系统各个区域之间的良好通讯。这时，温湿度监控系统的核心功能基本完成了，下面再做一定的完善工作，最终使系统更加完善、运行更加稳定。
温湿度监控系统各个模块紧密相关、密切联系，因此不能单独的选择各个模块而不考虑与其他模块之间的关系。要结合各个模块所起的作用以及已选模块的技术规格，经过理论分析和试验选择合适的硬件方案，使每个功能模块都能协调起来，最终构成一个完整稳定的温湿度监控系统。
2、系统软件设计
整个系统的软件设计包括PLC的程序设计和单片机的程序设计以及NRF24L01的数据传输设计，由单片机进行对温湿度传感器的数据的分析并通过NRF24L01以RS232数据形式发送给PLC，实现与PLC的通讯，然后PLC根据DIAView组态软件的设置的数据进行比较，控制报警系统和控制温度湿度调节器来调节温湿度，实现温湿度的监控和调节。
3、系统整体数据传输示意图
STM32单片机通过AD采集温湿度传感器的模拟量，然后通过NRF24L01无线射频技术将其发射出去，射频接收端接收传输过来的数据并以RS232串行通讯方式发送给PLC。
4、方案规划创新性和有实用价值
1）创新性
传统采用传感器直接连接PLC，并用PLC的AD/DA模块进行数据的采集和处理，这样如果对于一个较大的且点数较多的多点检测系统来讲，需要多个AD/DA模块去拼差，而且接线比较麻烦，编程比较复杂。鉴于如此本系统在中间采用了成本较低的STM32单片机作为数据的中转处理系统，可以一次处理多个不同点的温湿度数据，并用NRF24L01无线通讯模块发送出去。相比于先存在的多点温湿度检测系统本系统所设计的基于射频技术的多点温湿度控制系统有如下有点：
1.通过无线射频和RS232串行通讯实现多路温湿度模拟量信号的采集，相比于传统采用PLC的AD模块的方案降低了成本，提高了可靠性。
2.系统采用STM32自带的12位的模数转换器精度更加的准确。
2）使用价值
在现实生活中，很多产业对环境温湿度有着非常高的要求。比如，在食品产业中，不合适的温湿度会带来食品变质，引发安全问题；档案管理中的纸张对温湿度极为敏感，不当的保存会使纸质变差、字迹模糊，会严重缩短档案保存时间；温室中的植物对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会减产、甚至死亡。综上，温湿度监控系统应用范围非常广泛。它能够彻底摆脱传统的人工轮流值班、人工巡回查看抄录模式，从而避免了很多人为因素而导致的重大事故。因此极其有必要设计一套完整的温湿度监控系统，这对科学的社会生产有着重大的意义。
参考文献
[1] 台达PLC应用技术手册。台达电子工业股份有限公司.
[2] 杨帆.传感器技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2010；15-168.