花卉温室湿度控制系统设计--开题报告

山东工商学院山东工商学院 本科生毕业论文（设计）开题报告本科生毕业论文（设计）开题报告 （2009届）届） 学生姓名学生姓名陈陈鹏鹏 院（部）院（部）信息与电子工程学院信息与电子工程学院 专专业业自自 动动 化化 指 导 教 师指 导 教 师（ 签名）签名） 教研室教研室主 任主 任（签名）签名） 年年月月 （本表一式四份（本表一式四份,本人、指导教师、院（部）各一份，一份同毕业论文一起装订）本人、指导教师、院（部）各一份，一份同毕业论文一起装订） 1 一、论文名称及项目来源一、论文名称及项目来源 论文名称：花卉温室湿度控制系统 项目来源：随着经济发展，各行各业需要监测湿温度的场合越来越多。现有的湿温度 监测系统多是采用有线传输，不仅要敷设大量的电缆，而且电源线，控制线，信号线混在 一起，可能会出现相互之间的干扰。尤其是当监测点过多时，布线复杂，有线传输的问题 会更严重。因此需要建立一套稳定可靠，管理科学，高效率的湿温度监测系统。本文介绍 的无线湿温度监测系统，改进和克服了有线的上述缺点。使得布置温湿度的测量点位置和 调整测量点数目都能非常的灵活方便。 二、研究目的和意义二、研究目的和意义 研究目的：现代的生活中，许多情况都对环境的温湿度有比较严格的要求，因此，必 须在某些特定环境安装温湿度报警器对环境的温湿度进行监控和调节。为此，本题目选用 花卉温室的温湿度调节为背景环境，研究利用集成温湿度传感器和功能强大的单片机，以 及无线收发等模块，设计了一个简易温湿度监控系统来对温湿度进行实时监控和调节。监 测系统可准确快速的感知和调整环境温湿度，而且可以实时记录报警信息、减轻工作人员 负担，并可广泛应用于条件恶劣、人员不便进入的场合。 研究意义：温湿度的采集控制有十分广泛的应用领域，比如本文选择的研究课题，以 及其他一些对温湿度比较敏感的工业现场，都需要对温度湿度有比较准确的采集和迅速的 控制，然而传输线路问题等都使得控制不那么容易，本文旨在提高室内温湿度采集和控制 系统的灵活性。 三、国内外研究现状和发展趋势三、国内外研究现状和发展趋势 （1）国外温度测控系统研究 国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采 集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研 制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很 快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 （2）国内温度测控系统研究 我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发 达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的 单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用 阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系 2 统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国 温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我 们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和 可靠性差等缺点。 四、主要研究内容及要解决的问题四、主要研究内容及要解决的问题 （一）主要研究内容（一）主要研究内容 1 1）温度和湿度采集 控制系统首先要能对环境信息作出准确的采集，能及时地发现环境温湿度的各种变 化。本次研究拟采用数字式温度传感器和湿度传感器等常用的探测器，控制方便，抗干扰 能力强。另外，由于温度和湿度都是变化比较缓慢的信号，所以可以采用设定时间间隔的 方式进行采集，其他时间让各个采集点进入休眠状态，降低功耗，使得每个采集点可以使 用蓄电池等作电源，增加了系统的灵活性。 2 2）数据传输 系统通过无线收发模块传输现场采集的数据，系统所处环境可能会比较恶劣，对数据 传输的可靠性要求较高。 综合考虑以上因素， 直接采用单片无线收发一体的无线数传模块， 低频传输高频发送，不仅保证了数据传送的准确性，而且可以降低整个系统的功耗，使得 在以蓄电池为电源时整个系统能有很好的适应性。 3 3）数据处理 本系统采用一对多的方式进行数据收集，每个测试点的从机将采集的温度湿度数据发 送到主机。主机也以单片机作为控制器，可以接收温度和温度传感器从大棚中获取的温湿 度信息，将这些信息与预置的温湿度范围值进行比较，然后通过继电器控制执行机构，对 大棚进行相关的操作以保证大棚的温湿度范围能够在预置的范围内。下位机键盘显示部分 可以直接对温湿度值进行预设，并可实现温湿度值的实时显示。上位机可通过通信接口模 块接收下位机传送过来的温湿度值，可以直接设置温湿度值和控制执行机构对大棚进行相 关操作。 3 3）数据的存储与显示 在系统主机中加入 E2PROM，flash 等非易失性存储器，用于定时保存从各个采集点 收集来的数据，在需要时用于输出打印。上位机界面拟采用 VB 或 Borland Delphi 等图形 界面开发工具制作，系统主板通过串口连接到上位机，在上位机界面中显示温湿度曲线等 信息。 3 （二）解决问题（二）解决问题 1 1) ) 可进行温度湿度报警 当温度湿度超出预设范围， 而且超出了系统自身的调节能力时， 系统将产生报警信号， 通知工作人员尽快进行处理。 2 2) ) 可进行数据的显示和存储 数据传送到上位机的显示界面中，绘制温度湿度曲线等，还可保存在系统的非易失性 存储器中，用于保存和打印数据信息。 五、工作的主要阶段、进度和完成时间五、工作的主要阶段、进度和完成时间 设计具体安排如下： 2012.10.27 - 2013.01.20 确定毕业指导教师和毕业设计题目，搜集设计资料，完成 开题报告； 2013.01.21 - 2013.04.15 进行系统设计，查询相关资料、进行课题研究； 2013.04.15 - 2013.05.05 在已完成研究的基础上，撰写论文，完成提交论文初稿； 2013.05.06 - 2013.05.20 根据指导教师的修改意见进行设计修改，并最终定稿； 2013.05.21 - 2013.06.10 完善设计，准备答辩。 六、已进行的前期准备工作六、已进行的前期准备工作 ( (一一) ) 前期搜集的资料前期搜集的资料 1谭浩强C程序设计M北京：清华大学出版社，2002 2林国汉. 基于单片机的温度控制系统设计J.微计算机信息，2009（25） 3易顺明. 基于单片机的大棚温湿度控制系统设计J.现代电子技术,2011 (7) 4何希才. 传感器及其应用电路编著. 北京：电子工业出版社，2001，3 5百度：湖南工业大学基于AT89C51单片机湿度检测系统的研究，百度文库 6百度：温室大棚温湿度数据采集系统设计报告，百度文库 ( (二二) )准备工作准备工作 1 1）本设计拟采用以下传感器实现温湿度的采集和数据传输本设计拟采用以下传感器实现温湿度的采集和数据传输 （1）温度测量传感器 温度传感器采用采用 Dallas 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20， 芯片内部集成了 4 温度传感器和模数转换器。其测温范围为-55-+125，测量的温度值可编程为9、10、11 和12位数字表示，相应温度分辨力分别为0.5、0.25、0.125 和0.0625。用户可设 定温度超标报警的上、下限值。 （2）湿度测量传感器 湿度传感器采用 HS1101。HS1101是 HUMIREL 公司生产的变容式相对湿度传感器， 采用独特的工艺设计。 HS1101测量湿度采用将 HS1101置于555振荡电路中， 将电容值的变化砖换成电压频率 信号，可以直接被微处理器采集。 （3）无线发射接收模块 系统通过无线收发模块传输现场采集的数据，系统所处环境较恶劣，对数据传输的可 靠性要求较高。综合考虑以上因素，采用以 nRF2401AG 为核心芯片的无线数传模块。 nRF2401AG 是单片无线收发一体的芯片。模块工作电压为2.73.6V，内置天线；采用全球 开放2.4GHz ISM 频段，免许可证使用；采用高效 GMSK 调制最高传输速率达到1Mbit/s， 抗干扰能力强；有125个频道，可