学术科技创新基金课题申请书(江波、刘强、张腾).doc

序号： 编码： 昆明理工大学学生课外学术科技创新基金课题申请书课 题 名 称：基于飞思卡尔单片机的温室无线传输监控系 统的CO2浓度监控模块的建立课题负责人姓名： 江波 学院、班级专业： 机电工程学院机自103班 填 报 日 期： 2011 年 11 月 1 日课题类别： A类:自然科学类学术论文 B类:科技发明制作 C类:哲学社会科学类社会调查报告和学术论文共青团昆明理工大学委员会制填 报 说 明一、申请课题必须符合昆明理工大学学生创新基金暂行办法（昆明理工大学（2001）学字217号）及昆明理工大学学生课外学术科技创新活动实施办法要求的资助范围，申请书各项内容要实事求是，逐条认真填写。表达要明确、严谨，字迹清楚易辨。二、部分栏目填写要求课题类别在相应的课题类别前的“”中任选其中之一划“”。课题性质根据研究内容填写“基础研究”、“应用研究”、“开发研究”或“人文社科研究”。参加人员指参加课题研究工作3个月以上，在课题组内起主要作用的人员，包含课题负责人。三、课题申请书须经学院签署资格审查意见，加盖公章后一式二份报送校团委。四、有关事项可向昆明理工大学学生课外学术科技创新活动领导小组办公室（设在校团委）咨询研究课题课题名称基于飞思卡尔单片机的温室无线传输监控系统的CO2浓度监控模块的建立课题性质开发研究起止年月自2012年1月至2012年12月课题负责人姓名江波性别男年龄20学历大学本科学院班级专业机械工程及自动化103班完成学分情况58联系方加人员姓 名性别年龄学历学院班级专业在本课题分工江波男20大学本科机械工程及自动化103班负责课题与导师的无线传输系统的兼容性刘强男20大学本科机械工程及自动化103班负责无线传输模块的设计张腾男20大学本科机械工程及自动化103班负责CO2浓度智能测量装置刘海涛男20大学本科机械工程及自动化103班负责论文的撰写等指导教师姓 名所在单位职 称研究领域黄亚宇机电工程学院教授机械设计及自动化吴涛机电工程学院讲师机械电子主要研究内容和意义摘要（限120字）我们是在指导老师正在研究的“温室无线传输监控系统”的课题的基础上进行相应的拓展，从而给出了该课题。在温室无线监控系统中，我们通常需要实现三个参数的监控：温度、湿度、CO2浓度。温度和湿度都有很多性价比高的测量仪器，但是CO2的浓度测量设备价格较高（350015000元左右），将其运用在温室的CO2浓度测量很不经济。因此有必要设计一套智能的廉价的CO2浓度测量系统。我们以单片机作为监控模块的依托；以在相同温度下的体积数为计算CO2浓度的物理量；以红外测量仪作为测量气体体积数的测量仪器。我们预设实现四个功能模块：.空气定量导入与CO2吸收系统。.红外线测量气体测量体积系统。.CO2浓度计算系统及数据传输系统。.气体浓度控制系统。预预期目标及成果（限200字内）预期目标及成果：.我们将对指导老师的课题： “温室无线传输监控系统”进行全面地了解，从而运用该课题已经解决的技术关口实现我们这个子模块的建立，以实现监控模块能更好的与“温室无线传输监控系统”的温度、湿度、光照等模块兼容。.将该模块在温室使用的基本成本控制在（500元+(50元/年)）以内。.制作低成本的CO2浓度无线传感器并申请专利。.完成一到两篇相应的论文。.完成温室内CO2浓度变化的数学模型建立，以确定最佳测量点和测量次数。申请课题经费预算预算支出科目金 额开支说明仪器设备费150元洗气瓶：20元 启普发生器：50元普通天平：50元酒精灯：30元实验材料费760元2L的玻璃容器等：30元各种保温材料隔热材料：50元弯曲细玻璃管：20元红外线发生及接收器：50元DA/AD转换器：50元无线发射和接收装置：400元普通小电机：50元NaOH固体：50元钾基CO2吸收剂：50元干燥剂：10元科研业务费100元其 他 费900元资料费：50元各种资料打印费等：50元论文发表费：800元本研究课题的科学依据和意义本研究课题的科学依据和意义、课题的理论依据：.CO2是一种酸性气体，能与碱性物质发生反应如NaOH。.钾基CO2吸收剂充分利用了钾的催化效应，使其具有很高的CO2吸收效率。.红外线照射至光敏电阻会产生低电平，若被挡住则产生高电平，这样一来就可以实现位置的测定，从而间接实现气体体积的测定。.根据克拉伯龙方程同温同压下，气体的体积与物质的量成正比，若输入气体体积一定，则物质的量与浓度成正比，亦即体积与浓度成正比。.由生物学知识，温室的CO2浓度通常在1000mg/L1200mg/L时，农作物的光和效率最大，超过1200mg/L时农作物呼吸作用渐渐强烈。因此，该系统须将CO2浓度控制在合理的范围内，以实现农作物产量的最大化。课题的意义:. 在温室无线监控网络中，我们通常需要实现至少三个参数的监控;温度、湿度、CO2浓度。因为根据生物学知识，生物光合作用呼吸作用的强度深受这三个参数的影响，其中温度及CO2浓度对植物的光合作用和呼吸作用影响很大。我们通过网络了解到温度和湿度都有很多价格合理，性能较高的测量仪器和设备，但是，关于CO2的浓度测量设备市场价格相对较高（单价在250010000元左右，使用年限在5年左右），如果将其运用在温室的CO2浓度测量是很不经济的。因此，很有必要根据温室的具体需求，设计一种智能的低成本的CO2浓度测量仪器。.实现低成本的温室CO2浓度测量与控制对于指导温室农产品生产，提高产量具有重大意义.温室种植是农村致富的重要手段，温室的高产出低投入符合农民的利益，有利于国家实现新农村建设和社会主义和谐社会建设。.该模块很好的与温度、湿度、光照等模块实现了兼容，便于建立起温室全方位无线监控系统，降低了整个无线监控系统的成本。.无线传输具有很大的机动性和灵活性，便于温室的改易，同时达到了运用一个飞思卡尔单片机实现多个温室监控的目的，提高了资源利用率。研究内容和预期成果课题的研究内容：.空气定量导入与CO2吸收系统的建立。.红外线智能测量气体体积的测量系统的建立。.CO2浓度计算系统及数据转换、无线传输系统的建立。.数据接收和处理系统的建立.气体浓度控制系统的建立。.研究使用NaOH和钾基CO2吸收剂测量CO2浓度的精度哪个更高。.研究如何实现装置的可互换性和操作的方便性。课题预期成果：.空气定量导入与CO2吸收系统、红外线智能测量气体体积的测量系统、CO2浓度计算系统及数据转换、无线传输系统、数据接收和处理系统的建立、气体浓度控制系统等五个基本子系统将实现低成本的建立。.通过简单的化学实验，我们将比较出使用NaOH和钾基CO2吸收剂测量CO2浓度的精度谁高谁低。.该CO2浓度监控模块将具有良好的兼容性，与温度、湿度等模块兼容。.该测量系统将具有较低的使用成本，符合温室的使用条件，经济而且简单。拟采用的研究方法、技术路线及工作进度课题拟采用的研究方法和技术路线：.在建立空气定量导入的系统时，我们拟采用通过控制电机的转动来达到控制空气定量导入的目的.我们决定设计一个装置，当CO2被吸收后的空气出来后，进入该装置进行干燥。并运用连通器原理，通过一根中间注有很短的一段不透明液柱的细玻璃管平衡气压（通常大气压不会发生过大变化）。然后借助相应的红外装置测量液柱的位置即测出了气体的体积。.为了节省单片机的工作量和我们的编程量，我们决定并不真正地计算出具体的CO2浓度，而是通过液柱的位置来间接的反映出CO2浓度，即我们只需知道液柱距离零点（实验后人为设定）的距离即可。.为了实现多个传感器的无线传输，我们决定使用Zigbee无线数据传输模块。该模块具有各方面的优点，适合应用于该系统。课题预计的工作进度：. 2012年1月 完成市场调研。. 2012年2月至4月 完成整个模块的硬件制作。. 2012年5月至6月 完成编程及软硬件的调试 。 .