基于单片机和蓝牙APP的环境温湿度监测系统设计与实现 内容摘要 根据家庭生活和工业生产的需要，结合国内外研究现状，进行相关调研。利用嵌入式微控制器技术，传感器技术和无线蓝牙传输技术，设计了一套基于单片机的智能蓝牙APP环境监控系统。通过传感器技术收集环境变量信息，将环境变量信息反馈给单片机，单片机响应信号，驱动系统运行，并通过无线传输进行控制，实时获取当前环境数据并且设置环境报警值。当实时环境数据超过预设的警报值时，系统将自动发出警报，并采取针对性的措施及时做出应急响应。在提高人们家庭生活环境的生活质量的同时，也保证了工业生产工人的生命和财产安全。
关键词：环境温湿度监测；
STC89C51；
HC-05；
DHT11；
APP；
SIC-ISP Abstract According to the needs of family life and industrial production, combined with domestic and foreign research status, relevant research is conducted. Using embedded microcontroller technology, sensor technology and wireless Bluetooth transmission technology, a set of intelligent Bluetooth APP environment monitoring system based on single chip microcomputer is designed. Collecting environmental variable information through sensor technology, feeding back environmental variable information to the single-chip microcomputer, the single-chip microcomputer responds to signals, the driver runs, and controls by wireless transmission to obtain current environmental data in real time and set environmental alarm values. When the real-time environmental data exceeds the preset alarm value, the system will automatically alarm, and adopt targeted measures for timely emergency response. While raising the variables of people＇s family living environment, it also guarantees the safety of life and property of industrial production workers. Key Words: Environmental temperature and humidity monitoring; STC89C51; HC-05; DHT11; APP; SIC-ISP 目 录 1. 绪论 1 1.1 选题意义与目的 1 1.2 国内外研究现状 2 1.3 论文的组织与结构 2 2 系统整体架构 4 3 系统主要硬件介绍 6 3.1 系统芯片 6 3.2 传感器检测模块 9 3.3 液晶屏显示模块 14 4 系统硬件设计 17 4.1 复位电路设计 17 4.2 晶振时钟电路设计 17 4.3 键盘设计电路 18 4.4 信号灯电路设计 19 4.5 报警电路设计 19 4.6 LCD1602电路设计 20 4.7 蓝牙模块设计 20 4.8 应急响应模块 22 5 系统软件设计 23 5.1 软件开发环境 23 5.2 总程序设计：
24 5.3 温湿度处理程序设计 25 5.4 按键程序设计 25 5.4.1 按键处理子程序设计 25 5.4.2 按键控制流程程序设计 26 6 结果验证和分析 28 6.1 硬件系统测试 28 6.2 软件系统测试 29 7 总结与展望 31 参 考 文 献 32 致 谢 33 1. 绪论 1.1 选题意义与目的 随着经济的腾飞，科技力量的不断创新。人们对生活环境质量和安全问题也愈来愈重视。人类历史科技历经三次变革，已由蒸汽时代，电力时代，发展到如今的信息科技时代。在信息数据愈发重要的今天，人们同时也高度重视自身身处环境的安全隐患问题，人们对于能否第一时间获取当前环境数据愈发重视。人们愈来愈渴求安全的居住环境和工作生产环境。为了提高人们生活质量和防犯安全隐患以及保障工业生产顺利进行，引进了环境温湿度监测系统是非常必要的。该系统通过对当前环境温度，湿度数据的采集，判断用户当前身处环境温度，湿度是否超过系统设定的报警值，同时用户也可通过自身环境需求，灵活调节当前环境温湿度报警值。当报警声响起时，系统会自动响应并且处理当前环境温湿度问题，通过增温，降温，加湿，去湿等响应方法，对当前环境进行调节，保障人们的居家生活环境，工作生产环境。在家庭生活中，温湿度环境监测系统可以自动监测调节用户居家生活环境的舒适度，为用户提供当前环境信息数据，自动调节;在工作生产中，当当前环境因素影响工作生产时，例如温度高低影响植物生长，温度过大影响食物储藏，温度过高影响易燃易爆物品存放等情况，该系统可以为当前工业生产进行现场保障。
除了能够监测当前环境的数据以及及时响应调节之外，人们对于能否够第一时间获取数据的需求也在不断增加。人们希望能够通过无线数据传输，第一时间获取当前环境的数据变化，相对传统的有线监测，人们不仅需要近距离观看检测，耗费人力，物力，财力和时间，而已大量的数据揽线，布线占地，运维成本，也给人们造成了很大的困扰。与此同时，智能一词也不断出现在我们的生活中，成为了人们耳熟能详的词汇，人们对于环境的质量要求越来越高，智能化产品不断面世，使得人们更倾向于像智能家居一般，远端控制的同时，也能够第一时间获取当前环境数据。随着电子通迅技术和大规模集成电路技术的日益成熟，无线通迅技术也得到快速发展。其中无线蓝牙通迅系统已经越来越多出现在我们的生活中，无论是与我们密切相关的家庭生活，还是工业生产，已经成为近年来新的发展趋势。本设计将环境温湿度监测技术与无线蓝牙通迅技术相结合，将无线蓝牙通迅技术作为系统技术中的一个基本模块，完成单片机，传感器与蓝牙通迅的硬件设计和软件设计。全面提高用户家庭生活和工业生产的安全性和实时性，在追求健康，安全的生活和生产环境趋势下，该设计拥有巨大的市场需求和商业价值。
1.2 国内外研究现状 我国的智能环境监测系统起步缓慢，目前大多环境监测系统还停留在有线监测系统的规模上，对无线感知技术的应用比较少，大多家庭并没有配备相应的测试环境系统，工业生产安装的环境监测系统并不具备长时间的有效性和实用性。大多依靠着人力，财力，时间。但随着近几年人们生活水平的逐渐提高，对于智能化的理解加深，人们越来越追求智能化，安全化，实时化的无线环境监测系统。与此同时，随着IEEE802.11 WLAN、蓝牙、IrDA、Home-RF、ZigBee、微功率等短距离无线通信技术的日益成熟，国家和企业对智能无线环境监测技术领域的研究和投入不断加大，无线环境监测技术有望得到全面推广应用。
从国外的角度来看，智能无线环境监测技术发展得早，特别是发达国家，早在上世纪九十年代已经开始投入研究，提出智能家居的概念，在无线环境监测技术上有着丰富的研究经验和实战经历。他们不仅局限于家庭，工业生产环境的无线监测，更多地还研究投入无线传感网感知系统。例如美国哈佛和BBN公司合作开发的City Sense无线传感器网络技术，用于对监测大环境下的大气状况，例如温湿度，CO2浓度，风速，海水温度等环境数据。他们的无线监测范围已经扩大到一个区域，甚至是一个城市，一个国家。
根据目前无线监测系统行业以及人们生活中，工作中对于环境监测技术的极大需求，智能蓝牙APP环境监测系统还处于稀缺状态，本课题根据国内外研究发展状况，以及结合无线通讯检测行业、居家生活、工业生产的需求分析智能蓝牙APP环境监测设备的特点以及产品的研究和发展，研发价格合理集自动监测家庭环境，工业生产场所温度与湿度报警系统，以及当事故发生后自动应对措施（降温，升温）为一体的智能蓝牙APP环境监测系统。
1.3 论文的组织与结构 论文目录的前面是摘要部分，对论文内容作出简要陈述，高度概括了整个项目设计的研究背景，研究方法，研究内容和主要结论。
论文内容共分为七个章节，各个章节内容的具体介绍如下：
第一章：绪论 该部分重点介绍了目前国内外无线环境监测系统的研究状况，分析了无线环境监测系统研究的背景和意义，间接地提出了课题研究的主要内容和应用方向。
第二章：系统整体架构 该部分对蓝牙APP环境监测系统的整体架构设计方案进行了详细描述，将系统模块化分析，分析系统组成，围绕单片机STC89C51为核心，配置六大模块，传感器模块，按键模块，蓝牙模块，显示模块，报警模块以及应急响应模块，各模块之间相互独立而又相互依赖。
第三章：系统主要硬件介绍 该部分介绍了系统的主要硬件设备构成，通过对主要硬件的自身参数分析，以及功能介绍，了解了系统的基本原理和思路，通过硬件设备角度进行分析阐述。
第四章：系统硬件设计 该部分将系统硬件系统通过模块化方式进行详尽的分析阐述，通过硬件电路设计角度，由大化小，将系统整体电路拆分为复位电路设计，晶振时钟电路设计，键盘电路设计，信号灯电路设计，报警电路设计以及显示电路设计，从电路原理和串口连接的分析的角度，对系统硬件进行阐述。
第五章：系统软件设计 该部分介绍了系统的程序开发环境和主要软件程序流程，通过流程图的形式，对系统主控制程序，传感器程序，按键程序进行步骤的分析以及原理的阐述。
第六章：结果验证和分析 该部分给出了系统软件和硬件的测试方法，通过软件和硬件两个角度对系统进行调试，针对系统功能进行验证分析。
第七章：总结与展望 该部分对课题的研究工作进行了总结，对比国内外优秀设计，提出了目前系统存在的不足和短板，以及指出了未来系统发展优化改良的方向。
2 系统整体架构 在设计整个智能蓝牙APP环境监测系统上，考虑了非常多的内容。首先就是对本文项目设计的实时监测系统，进行具体的定位和研究偏向思考，本文设计的智能蓝牙APP环境监测系统不仅适用于日后家庭生活中，而且在工业生产中，也将发挥出重要的作用。因此，在许多控制思路、与制作细节上，先从它的实用性、便操作性开始做起，凭借自己的经验不断地学习，将整个系统设计偏向在实用领域。从初步预想和实际应用出发，整个硬件设计系统采用模块化组建方式，各模块之间相互独立，而又互相依赖，以微处理器为核心，电路搭建为桥梁，系统电路原理图见附录1所示。围绕着感应系统模块，键盘输入模块，液晶显示模块，报警模块，无线模块以及应急响应模块等部分组成。“图2.1”表示的是本文项目设计的智能蓝牙APP环境监测系统整体架构。用户使用前根据实际情况设定当前监测环境温湿度临界值，并将其输入程序中，实现调节该温湿度最大、最小值有两种方式，一种是通过按键模块调节，另一种是手机APP调节。温湿度传感器的监视值被发送到单片机，如果当前环境温湿度超过临界值，报警模块报警，应急响应模块迅速响应信号，发出指令，实现自我调节，处理当前存在的隐患。手机APP采用串行通讯。手机APP通过蓝牙将数据传输到与微控制器相连的无线模块，该无线模块通过串口通信与单片机通信，并通过串口通信将数据传输到单片机，从而单片机进行相应的操作。
图2-1系统整体架构图 3 系统主要硬件介绍 1 2 3 3.1 系统芯片 图3-1-1 STC89C51实物图 在嵌入式设计应用中，单片机一直充当着系统“心脏”的角色，是控制着整个电路系统的核心关键。本文设计的智能蓝牙APP环境监测系统选择的单片机是STC89C51微控制器。图3-1-1为STC89C51实物图。该微控制器在对比其他系列单片机具有经济上，功能上，耐用性上等多重优势，在单片机控制芯片上配备了独立8位CPU，而且具有单片机系统内可编程Flash，储存器配置了Atme最新类型的非易性失去存储技术，可为许多嵌入式系统提供多重可变化性和具有高效率的设计方案。经济，实用，性能卓越而又独立性强。因此，无论是在生活学习中，还是在工业生产上，STC89C51已经越来越被人们所普及。
图3-1-2单片机结构引脚图 简单地介绍下芯片的引脚和主要功能。图3-1-2为芯片引脚图。STC89C51拥有32个可编程I/O端口，分别是P1(p1.0~p1.7)，P0(AD0~AD7)，P2(A15~A8)，P3(p3.0~p3.7)，基中P0端口为8位漏极双向开路I/O口，内部不自带上拉电阻，其余皆为内附上拉电阻8位双向I/O口;RST为复位端口;XTAL2和XTAL1为时钟端口，STC89C51 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。控制信号端口分别为/VPP，，ALE/；
除此之外，该芯片还具有三个16位定时器/计数器，八个中断源，全双工UART串行通道，低功耗空闲和掉电模式，中断可以在掉电后唤醒，以及看门狗，定时器，双数据指针，掉电标识符等功能。其引脚结构如图3-1-2所示. 引脚功能介绍 3.2 传感器检测模块 图3-2-1 DHT11传感器 本文设计的智能蓝牙APP环境监测系统所采用的温温感应器是DHT11。DHT11是由奥松公司生产的温湿度传感器。DHT11传感器如图3-2-1所示。在介绍DHT11之前，先对其工作原理做简要介绍: DHT11温湿度传感器在人们的生活中已经被广泛使用，其内部主要结构是由不同的感应电阻，元气件所构成，其中包括电阻式湿度感应器和NTC温度感应器。电阻式湿度感应器是利用湿敏元件的电气特性，随相对环境湿度变化而变化；
而NTC温度感应器是因其内部构造热敏电阻，其电阻欧姆值随温度上升而下降的原理。
DHT11温湿度传感器输出的是单总线信号，传感器输出信号是经过标准核定的数字信号。DHT11配备了经过改进的温度，湿度传感元件，能同时准确的监测当前环境的温湿度数据。DHT11的功能和稳定性，尤其是在高温度，高湿度下的稳定性，相比其他不同传感器，有着很大的优势。因为每个传感器都经过信号标准校验和检测，校验参数以代码形式保存在OTP内部存储器中，所以使其传感器的稳定性，准确性得到进一步的加强。DHT11超长的信号传输距离可达20米以上，无需额外的配件部件，因为DHT11为4引脚单行封装，结构简单，操作快捷，使其无论在学习中还是在生产中，都被广泛喜欢。可根据用户需要提供特殊包装形式。兼具小快灵特点的同时，又有极高能量转化率，节能模式，具有优异的长期稳定性。DHT11温湿度传感器不仅具有多方面的优势，而且极具性价比，使其成为越来越多的生活应用和工业生产的第一选择。
DHT11应用领域 随着大规模集成电路技术的发展，DHT11产品的应用已经不断渗透到人们学习，工作和生活的方方面面，应用领域也不断扩大，在家庭生活中，例如自动调测空调，智能家居，汽车，家电，除湿器等；
在工业生产中，例如粮仓，果蔬种植棚，测试及检测设备，医疗，危化品储存仓等具有高危安全隐患地点等。其应用领域的局限性越来越低，对DHT11的需求性越来越高。
1、传感器性能说明 2、 接口说明 线长度0<X<20：5K上拉电阻；
线长度X>20:实际情况选择合适的电阻；
3、 电源引脚 4、串行接口 (单线双向) 在本设计系统中，芯片STC89C51通过DATA建立与DHT11之间的通讯和同步。通讯时间大约为4ms，DHT11温湿度传感器采用单总线数据格式，数据分整数部分和其他部分,,当前其他部分不计考虑,现读出为零，公式如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。
数据格式:8bit湿度整数数据+8bit其他数据 +8bi温度整数数据+8bit其他数据 +8bit校验和 8bit湿度整数数据+8bi温度整数数据 = X.XXXXXXXX(取结果后八位）
DHT11在接受到芯片STC89C51发出的信号时迅速响应，开始第一次温湿度数据采集，并且发送一次完整的温湿度数据。通讯过程如3-2-2所示 。
图3-2-2通讯过程 单片机发出开始信号，DHT11响应信号，触发采集功能，发送一次完整数据传输。微处理器将单总线拉低（＜18mm）,确保传感器接受到开始信号。DHT11发送低平信号，拉高延时20-40us后，读取DHT11的40bit数据。主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号。见图3-2-3所示。
图3-2-3 DHT11响应信号 总线分为高电平和低电平，数据位由高电平的长度决定。如果DHT11读取信号为高电平，则传感器无法响应，需要检查当前线路，接口上是否存在连接或线路故障，并消除外部干扰。
当信号为低电平时，总线将拉高80us以准备发送数据，并且每个数据位均以50us的低电平时隙开始。
传输数据的最后一位时，DHT11将总线下拉50us，然后通过上拉电阻将总线拉高，以进入空闲状态。见图3-2-4所示。见图图3-2-5所示。
图3-2-4数字0信号表示方法 图3-2-5数字1信号表示方法 5、 测量分辨率 测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）。
6、电气特性 VDD=5V，T = 25℃，除非特殊标注 注:采样周期间隔不得低于1秒钟 3.3 液晶屏显示模块 LCD1602的简单介绍 液晶显示器琳琅满目，已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。本文所采用的液晶显示器是LCD1602。图3-3为LCD1602尺寸图。该显示器显示的符号一般为数字，特殊符号和专用图形。在与微控制器人机交互的过程中，单片机与液晶显示器都是数字化，数字接口，使得LCD1602在与微控制器系统交互时操作更加稳定简便。
与其他传统显示器相比，LCD1602有着更加稳定的显示效果，在确定LCD1602已经接受到数字信号后，就可实现屏幕恒亮，保持分辩率，不需要通过反复刷新，来保持屏幕稳定，画质高且不会出现黑点闪烁情况。
因为抛弃了传统的阴极射线管，改用电极控制，所以在重量上，LCD1602也有着独特优势；
在功能效率方面，因为其构造简单，所需消耗模块少，所以在耗能上，LCD1602有着更佳节能环保的优势。图3-3为1602尺寸图。
图3-3 1602LCD尺寸图 LCD1602原理和引脚介绍 1602液晶显示器是以液晶材料为组成成分所构成的，监于液晶材料的电子结构，液晶电子的流动性，容易受到电流电压影响，通过电压的有无，对其进行驱动，在通电的情况下，液晶电子进行有序的排列，形成所要的数字，图形，符号，在断电的情况下，液晶电子杂乱无章，屏幕光线，进入无显示状态。显示的内容不同，本身所俱有的显式原理也不尽相同。如果显示的是线段，其原理是由矩阵点阵所构成，将当前LCD1602液晶显示器分成a*b的显示单元，其中每一个最小单元对应LCD液晶显示器的相应位置，通过电压驱动，使其相应点位变亮，与其他不通电最小单位对比，形成线段。当显示的是字符时，由二进制数字设定当前最小单元的值，进行光亮设定。
下面简单地介绍一下LCD1602的引脚，常叫的LCD1602分为两种，背光和不背光两种，有14或16个引脚，VSS接GND；
VDD接VCC；
VL是LCD1602的灰度调整，与地之间的组织为3K；
第4引脚到第14引脚接单片机微控制器I/O口；
第15引脚为背光电源电极；
第16引脚为背光源接地。根据功能划分，LCD1602LCD液晶显示器的引脚分为三个部分。第一种是电源正负极相连，与地相连，通过自身与电阻串联，达到调整屏幕对比度的功能，避免液晶显示器出现模糊情况；
第二种是与单片机接口直接相连；
第三种是根据接收高低电平的不同，完成选择存储，写入读取，执行命令指令功能。见图3.4所示。
图3-4 1602LCD引脚说明图 4 系统硬件设计 4.1 复位电路设计 本文设计的系统复位电路与单片机 STC89C51的RST端口相连接，并为端口提供复位电平，保持RST端口为高电平输入，当系统死机或者无法响应时，手动按下按键开关，复位电路将RST端口输入低电平改为高电平，回到开始状态，重新工作。复位电路设计如4-1所示。
图4-1 复位电路 4.2 晶振时钟电路设计 本文系统设计的晶振时钟电路保证系统有序正确地在一个周期内按照时间流程进行，时钟周期是由外部晶振电路所决定的。外部晶振电路由晶振器，晶振芯片和两个电容器构成，连接单片机STC89C51两个接口XTAL1和XTAL2，，产生时间这个电路就是时钟电路，时钟电路不仅像时间一样准确的振荡电路，还启到稳定线路频率的效果。晶振电路的设计如图4-2所示。
图4-2晶振电路的设计 4.3 键盘设计电路 键盘按键模块作本设计系统的输入模块，实现了手动调节当前环境温湿度极值的功能。通过手动输入设置达到与软件APP调节的相辅相成的效果。在键盘电路中，按键开关一端接地，另一端分别直接与单片机STC89C51的第33，34，35I/O端口相连，通过改变按键端电平的高低，实现输入信号功能，单片机根据I/O口高低电平的变化，接收信号，下达命令指令。键盘电路设计如图4-3所示。
图4-3键盘电路设计 4.4 信号灯电路设计 接通电源，通过信号灯警示，显示当前系统是否处于工作状态。本文设计的信号灯系统电路，一端接电源正极，另一端直接与单片机P11,P12,P13，P14号引脚相连。信号灯电路设计如图4-4所示。
图4-4 信号灯电路设计 4.5 报警电路设计 本文设计的报警电路是由阻值为1K的电阻，三极管和轰鸣器所组成的。三极管由三个电极构成，元器件引脚依次为ebc，e极代发射极，b极代表基电极，c极代表集电极。因为在电路设计中，三极管串联着一个电阻，受到电阻的抑制作用。根据I=U/R，当基极电流为0时，三极管截止状态，此时电路处于断路状态，当基极电压发生变化，基极电流电流不断增大，而因存在串联电阻的抑制作用，电流不能无限增大，此时三极管达到饱和状态，电路处于通路状态，此时轰鸣器发生警报。报警电路设计如图4-5所示。
图4-5 报警电路设计 4.6 LCD1602电路设计 本文设计选择的显示器为LCD液晶显示器，该显示屏采用的主控制器是HD44780。屏幕作为系统的显示模块，LCD1602液晶显示器可以和STC89C51接口直接相连，GND端口接地，VCC接电源正极，VO端口串联一个3K电阻接地，第4到第14端口直接与单片机I/O口相连，背光端口接电源正极，背光端口接地。LCD液晶显示器与单片机的电路连接如图4-6所示。
图4-6 LCD1602电路设计图 4.7 蓝牙模块设计 图4-7-1蓝牙元件图 在本设计系统中，建立手机APP与系统其他模块之间的通迅桥梁为无线蓝牙通迅系统。本设计采用的是HC-05嵌入式蓝牙通迅模块。无线接收发信号下的方便性，高容错率，高准确率的灵敏度，以及考虑其低成本，低功耗的实用性，遵循蓝牙2.0标准协议，可在3.3V低电压下正常工作，配备完毕通信，多引脚选择控制，使其成为我们系统设计的不二选择。见图4-7-1所示。
对HC-05于蓝牙模块，有着很多功能，但在本设计系统中，在与单片机接口直接连接后，我们只需要将其用作串行端口即可。在bluetooth中，一共有6个引脚，其中RXD端口和TXD端口与单片机RXD、TXD端口相连接。当接通电源，打开蓝牙HC-05时，蓝牙与单片机将自动连接，遵循之前双方设定的协议进行数据间的传输。当蓝牙HC-05接通电源，在不配对的情况下，蓝牙处于等待命令响应模式，手动向HC-05蓝牙输入AT指令，进入AT模式，输入AT指令，为蓝牙设置控制参数或者发布控制命令，每次输入AT指令，时间间隔大约为1S。也可通过改变HC-05蓝牙引脚的高低电平，来改变当前工作模式。蓝牙电路设计如图4-7-2所示。
图4-7-2蓝牙电路设计 4.8 应急响应模块 本文设计的智能蓝牙APP环境监测系统是一个集监测，预防，应急处置为一体的多功能系统。当系统监测到当前环境温湿度已经达到警报值时，单片机接收到响应信号，迅速响应信号，报警系统发出警报，考虑到当前环境可能存在的问题以及如何处理。本文系统设计了应急响应模块，摸拟当时存在的报警源，例如温湿度过高，过低的情况，调用单片机接口，使用继电器与单片机I/O口直接相连，利用继电器电磁感应原理，继电器中铁芯片在通断电时，吸合，释放的现象，达到在应急响应电路中导通，切断的作用。摸拟可能出现的情况，针对性作出应急处置，在继电器另一端搭建风扇，电热片，水泵等小部件，针对性的对报警现象进行升温，降温，抽湿，加湿等应对措施。其继电器内部结构如图4-8-1，内部电路设计如图4-8-2所示。
图4-8-1继电器内部结构 图4-8-2继电器内部电路设计 5 系统软件设计 5.1 软件开发环境 软件设计使用的的是Keil uvision4，嵌入式编程C语言。电路仿真软件使用英国Labcenter electronics公司的Protues，使用STC-ISP为单片机烧录代码，蓝牙移动端APP开发采用的是工具平台是EA4。如图5-1程序设计界面图所示。
图5-1 程序设计界面图 5.2 总程序设计：
与硬件系统设计的模块化相似，本系的软件程序设计主要以模块化方式构成。以单片机主程序为大模块，搭配4个小模块，分别是温湿度感应程序设计，按键或APP扫描输入程序设计，感应报警程序设以及数据显示程序设计。单片机主程序作为本系统软件设计的核心模块。当用户通过按键输入或者APP手动输入时，单片机主程序扫描按键输入有无错误和响应蓝牙APP传输的数据，与此同时，接收DHT11传感器模块检测到的环境数据，并通过串口通迅进行数据判断。主程序通过判断数值，决定是否启动感应报警程序。当系统通上电后，系统开始运行，单片机I/O端口，串口，计时器，计数器和中断响应功能开始初始化，液晶显示器变亮，单片机驱动主程序开始运行，DHT11传感器开始自动检测当前环境温湿度数据，单片机接收数据参数，驱动显示屏显示当前温湿度值，用户根据当前环境情况，通过按键键盘或者手机APP端手动输入当前环境温湿度报警值，单片机扫描键盘，APP参数，相隔一段时间，温湿度传感器再次自动获取当前环境参数，主程序接收并且响应驱动，将更新参数传输到显示屏，并且与报警值进行对比，判决当前温湿度是否超出限制，决定是否启动报警程序和应急响应程序。其主程序流程如图5-2所示。
图 5-2 主程序流程设计 5.3 温湿度处理程序设计 系统接通电源后，传感器开始工作。检测收集当前环境的温湿度数据，当环境实时温湿度超过报警值，DHT11传感器迅速响应同时传输数据，主程序接收信号，驱动程序，温湿度上限指示灯亮起，蜂鸣器开始报警。温湿度感应程序采用循环判断的语法，当环境数据超出上限值时，程序不断输出信号，启动报警装置，只有当数据恢复正常，才能跳出循环，恢复正常。其温度控制处理流程如图5-3所示。
图 5-3 温度控制处理流程图 5.4 按键程序设计 5.4.1 按键处理子程序设计 按键键盘作为系统的主要输入方式，设计算函数，在本系统中，通过按键输入，单片机驱动按键处理小程序，当按下K2按钮1次或者7次时，显示设备页面，当K2键按下的次数为2至6次时，系统进入设置温湿度上下限模式，规范避免手误输入和键盘抖动延时输入带来的误差。其按键处理子程序如图5-4-1所示。
图5-4-1 按键处理子程序流程图 5.4.2 按键控制流程程序设计 当按键处理子程序选择完功能模式后，仍需要通过按键设置其模式下参数。在设计按键控制流程程序时，当选择进入功能模块后，进入设置模式，被设置数闪烁，当按下不同按键时，对比不同的参照数进行判断，在if条件1，else条件2的语法下，对参数进行设置。其按键控制流程如图5-4-2所示。
图5-4-2 按键控制流程图 6 结果验证和分析 6.1 硬件系统测试 在进入软件测试之前，对系统各模块硬件进行全面的检测，保障系统硬件模块正常工作，确保后期软件测试不会出现硬件问题所带来的反复调试。本系统硬件模块包括电源模块，DHT11传感器模块，蓝牙模块，报警电路模块。如 “表6-1”列出了具体的硬件测试。
表6-1 具体硬件测试 测 试 项 目 测 试 方 法 测 试 结 果 分 析 电 源 模 块 使用USB接口接通电源后，打开系统控制开关，先确保单片机芯片电压是否正常，使用万用表测试单片机主芯片每个引脚的电压大小，然后将万用表测试每个子系统模块硬件接口，如DHT11传感器，1602液晶显示器，轰鸣器，继电器，蓝牙等。
整个硬件系统的电源供电系统工作正常，引脚电压都非常稳定，电源噪声非常小。
DHT11 传 感 器 模 块 测试DHT11传感器时，要避免周围环境带来的数据偏差，要尽量远离干扰源的地方，避免在直接暴露在太阳光底下，长时间照射，引起数据偏差，避免强光直接照射。测试时采用控制变法，若在同一环境中，应反复变化调整报警值，若使用同一报警值，则需要变化环境参数，确保DHT11传感器一直输出高电平，或者电平信号反复变化，利用示波器测试电平信号是否变化，观察单片机主控制系统是否接收信号变化，驱动报警响应模块。示波器验证如图6-2所示。
DHT11能够获取正确当前环境的数据，在不同环境中数据波动正常，准确，并且在环境实时状况改变时，能检测到传感器的电平信号变化。
蓝 牙 模 块 在匹配连接源的情形下，通过APP设置报警值，检测无线通迅有无数据传输，在不匹配的情形下，进入AT模式，输入AT指令，检测是否发布控指令。检测SPI通迅时序是否正确。
无线通信模块能正常工作，并且能正确收发数据。
报 警 响 应 模 块 使用Protues仿真功能，证明报警响应系统是否能正常工作。当轰鸣器响起时，测试继电器能否正常工作。
报警电路系统工作正常，并且运行稳定。
图6-2 示波器验证图 将各硬件模块独立分析，经过反复的调试和检测，以及变换不同环境，排除环境因素和软件程序之外带来的问题困扰，证明硬件系统工作稳定且经得起不同场景的考验。
6.2 软件系统测试 在前面的软件程序设计章节，我们已介绍过系统总程序设计以及其他模块程序设计。将系统主控制程序，使用C语言在Keil uvision4上编写，生成Hex文件，利用串口通迅将Hex文件烧录进单片机中，同时在SIC-ISP上选择对应的单片机型号，选择正确的串口端口号和波特率以及参数。使用APP设置环境报警值低于当前环境的温湿度低值，等待单片机响应信号，驱动主程序报警装置，轰鸣器响起。下载设置如图6-2所示。
图6-2 SIC-ISP下载器设置 7 总结与展望 本文设计的是基于单片机的智能蓝牙APP环境监测系统，重点是无线，监测与应对。围绕单片机STC89C51为核心，借助传感器感应技术，监测并获取当前环境的数据参数，并通过蓝牙模块进行无线传输数据，在第一时间获取环境实时数据，同时系统检测到电平信号发生变化，单片机响应驱动，钟对当前报警情况，做出钟对性措施。
为期三个月左右的毕业设计已经接近尾声。从选题，调研国内外研究现状等前期准备工作时的困惑和迷茫，中间经历了很多的坎坷。幸好后来经过指导老师的悉心指导，耐心讲解了有关单片机和算法上的知识，解决不少困惑的问题，通温习已学的知识，上网查找资料，翻阅书籍等方法，制定了初始的设计方案。经过软件系统和硬件系统的设计，后期反复调试和撰写论文，完整地进行了系统的设计与实现。但在真正的进行研究设计时，却发现现实情况与初始方案有所偏差，遇到各种各样的问题，在动手操作的同时，根据现实情况对方案进行进行一次又一次的修改。虽然在之前有过单片机的实操和设计，但还是缺少独立完成一整个项目的经验，以及旧知识点的遗忘和对新知识点的不断学习，使得设计进度有所缓慢。在硬件设计的过程中，选择哪种芯片和其他元件时，进行了长时间的思考，在考虑经济性，实用性和广泛性的基础上，进行相应的选择。在系统主控制芯片上选择STC89C51，相比其他型号单片机，STC89C51在功能强大的同时又经济实惠，能够满足系统设计的功能需求;在传感器选择上，考虑到不同传感器感应的属性，感应范围和输出信号千差万别，从系统需求和实际出发，选择了DHT11温湿度传感器;蓝牙模块选择的是HC-05，在对比其他无线设置，HC-05具备传输效率高，低功耗而又操作方便的优点。在软件设计的过程中，从一开始对C语言的掌握的不熟练，导致编写代码的过程中出现了很多语法上错误都和基础功能实现的缺失，通过观看教学视频和学习相似代码，学会如何熟悉运用，并加以创新改进，最后克服了难题。在这次系统设计与实现的过程中，学习到了很多，也受到了很多的启发，是一次不错的项目体验，为以后进入公司项目活动中积累了宝贵的经验。
实现对当前环境温湿度的远程监测并且传输数据，借鉴国内外相关优秀的系统，未来可以朝多方向优化设计，如扩大监测范围，增加监测环境属性等。对于即将步入社会，进入工作岗位，感觉困难与机遇并存，希望能够勇于挑战，通过在工作中学习更多的知识，不断充实自己，更好地认识自己，成为更优秀的自己。
参 考 文 献 关键词：
智能蓝牙 传感器 STC89C51 [1] 黄惠媛，李润国，单片机原理与接口（自动化控制专业）[M]，海军出版社，2006 [2] 单片机原理及应用-基于51单片机编程的Proteus实例 [3] 金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用[J].电子技术与应用，2000 [4] 赵德安，单片机原理与应用，机械工业出版社，2004 [5] 参考书目：单片机教程和相关电子电路设计手册。
[6] 张琳娜，刘武发，传感检测技术及应用，中国计量出版社，1999 [7] 蓝牙技术在医疗监护中的应用[J]. 陈剑,郭兴明,刘晓东. 电子技术应用. 2002(05) [8] 韩向可，李军明，传感器原理与应用 成都：电子科技大学出版社 , 2016.09 [9] 高艺;郭振武;赵二刚 51单片机原理及应用 北京：化学工业出版社 , 2016.08 [10]姜仲;刘丹 21世纪高等学校物联网专业规划教材 ZigBee技术与实训教程 基于CC2530的 无线传感网技术 第2版 北京：清华大学出版社 , 2018.08 [11]贾灵;王薪宇;郑淑军 物联网无线传感网原理与实践北京：北京航空航天大学出版社 , 2011.01 [12]基于AT89C51的温室大棚环境参数自动控制系统的设计[J]. 张铁山,任众. 机械工程师. 2016(04) [13]基于STM32的空气质量监测系统的设计 姚希文 [14]DHT11中文说明书_图文_百度文库 [15] 无线传感器网络在油田中的应用研究 马苗苗 - 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》- 2010 致 谢 随着奔跑的脚步越来越沉重，大学这条跑道的终点线已经消然出现在眼前。在这大学四年中，庆幸的是不只收获了知识，受到了启迪，更重要的是结交了挚友，感恩永远，感恩每一位传道授业的恩师。
在大四这段时光中，最该感谢的是盛利元老师，从一开始选题，发放任务书，开题报告，制定整体设计方案，实物设计到论文的撰写，盛老师一路都是悉心的指导，耐心的讲理。在上半学期时，每周都会召集小组同学开展论文指导会议，面对面给我们授课，向我们讲理论文撰写的基本框架和专业知识。从盛老师教学课堂中，感受到了盛老师对学术的严谨，对教学的一丝不苟。在此我想借此机会，向盛老师表达崇高的敬意和衷心的感谢。
感谢生我养我教我的父母，感谢我大学里认识的每一个朋友，与你们一起面对，一起成长，这段记忆将永远值得铭记。
海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。感谢每一个身边的人，你们都是最优秀的。祝我们在以后的日子里，虽各奔东西，但前程似锦。
附 录 附录1 系统原理图 附录2：代码
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