基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统的研究与实现开题报告

青岛大学本科毕业论文（设计）任务书论文（设计）题 目基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统的研究与实现学 院电子信息学院专 业电子信息工程学生姓名学 号选题来源教师科研课题（ ）；生产、工程或社会实践课题（ ）学生自拟课题（ ）；师生共同拟定课题（ ）大学生创新创业训练项目（ ）； 学科竞赛 （ ）研究目标或设计构想： 设计目标：设计制作一个基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统。设计要求： （1）检测的温度范围：050 （2）检测的湿度范围：0100%RH （3）各检测器与主控器之间距离100米（实验中用10米传输线代替） （4）各检测器单元可显示检测的温度值、湿度值 （5）设计并制作各检测器以及主控器所用的直流稳压电源。由单相220V交流电压供电。（不可使用定型产品）。 （6）可由主控器设置系统时间以及温度修正值。 （7）其它功能的改进（如：改善显示功能以及操作方式；主控器所带检测器单元数扩展至4台以上）。 （8）提高各温湿度检测器的温湿度检测精度。设计构想： 检测器使用温湿度传感器采集温湿度，由单片机获取后在显示屏上显示，同时通过有线或者无线的通信手段发送到主控器。一台主控器可连接 4 台以上的检测器。研究内容或设计方案：1. 拟采用的方案概述:本设计包括两大部分：温湿度采集终端，信息监控终端。组成蔬菜大棚温湿度监控系统系统。 1.1温湿度采集终端包括：供电模块、温度传感器、湿度传感器、数据采集模块、STC89C52单片机最小系统、显示模块、数据传输模块。温湿度采集终端系统框图1.2 信息监控终端：使用计算机作为硬件平台，通过 Lab VIEW 编写的上位机完成信息监控。 本设计系统各环节涉及主要知识包括：传感器技术、电路、单片机及外围模块控制、智能仪器设计、计算机网络技术、LabVIEW 虚拟仪器编程 等。 2.温湿度采集终端包各个模块方案论证温湿度采集终端包括：供电模块、温度传感器、湿度传感器、数据采集模块、单片机最小系统、显示模块、数据传输模块。2.1温度传感器方案一：采用铂电阻温度传感器，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。需要额外加补偿电路，安装复杂，成本较高。而且必须经过A/D转换后才可以被微处理器识别和处理。这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题。方案二：采用DS18B20作为温度传感器，DS18B20温度传感器是由Dallas半导体公司生产的“一线总线”接口的温度传感器，采用3脚(或8脚)封装，从DS1820读出或写入数据仅需要一根I/O口线，而且测量精度达到12位，最低精确到小数点后4位有效数字。综合比较选择方案二。2.2湿度传感器方案一：采用HOS-201湿敏传感器，HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。方案二：采用HS1101湿度传感器， HS1101电容传感器，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等，精度较高。综合比较选择 HS1101湿度传感器 。综合比较选择方案二。2.3数据采集模块方案一：采用 MCU 内置模数转换器，无需额外电路，使用也比较简单，大部分 MCU 内置模数转换器在 8 位-12 位。 方案二：采用 AD7792 系列高精度模数转换器。AD7792 内置一个低噪声16位 ADC，包含有 3 个差分模拟输入，并集成了片内低噪声仪表放大器。是一款适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端。 考虑到 MCU 内置模数转换器位数较低且噪声控制稍差，为满足题目要求，采用方案二。 2.4显示模块方案一：采用段式液晶屏。功耗很低，成本较低，但显示内容有限。 方案二：采用 12864 点阵液晶屏，显示内容自由度高，但成本稍高，控制较复杂。 本系统设计显示内容较少，为考虑成本和功耗，采用方案一。 2.5数据传输模块各检测器与主控器之间距离100 米。 方案一：使用 RS232 接口进行有线传输，程序写法简单，硬件设计简单，在波特率较低的情况下传输距离符合要求。 方案二：采用 GPRS，优点是传输范围很大，能轻松实现远程监控。 考虑到有线传输在实际应用中布线的不方便，因此选用了方案二的 GPRS 方案，以便实现更广泛的远程监控。 2.6 单片机选择方案一：采用MSP430F449芯片作为硬件核心。此芯片采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间，能于1.8V-3.6V的超低压工作，适合手持设备。但是编程环境复杂，编程风格与MS-51相差很大。用MSP430编程较之MS-51繁琐。方案二：STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。 综上所述，我们采用方案二。2.7供电模块方案一：外接单相 220V 交流电压供电，经过变压，整流，稳压，滤波，得到直流电。供各个模块使用。 方案二：在无外接电源时采用由 3.7V 锂离子供电，有外接电源采用外接电源供电，使用开关充电模块完成自动切换。 考虑到使用场景可能存在的多变性，决定采用方案二。 3.信息监控终端 方案论证方案一：采用单片机设计制作专用的信息监控终端。使用单片机、显示模块、键盘模块、网络模块，设计一个信息监控终端。 方案二：使用计算机作为信息监控终端。在电脑上使用上位机完成信息的监控。 为了使获取的信息更方便的进行处理，在作为大数据时代的数据支撑，另外，计算机作为监控终端可连接的温度采集终端的数量几乎没有限制，而且计算机早已在生产生活中得到普遍使用，因此拟采用计算机的上位机软件接收数据。 3.1方案一：使用现有的网络调试助手，网络调试助手是集 TCP/UDP 服务端+客户端于一体的网络调试工具，是网络应用开发及调试中常用必备的专业工具。可进行数据收发并显示数据收发状况。 方案二：采用 Lab VIEW 编写，Lab VIEW 是由美国国家仪器（NI）公司研制开发的一种图形化的程序开发环境，使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，是开发测量或控制系统的理想选择。 设计初期可使用网络调试助手进行调试，但考虑到网络调试助手不具有专用性，特定的使用中操作不方便，图形化编程的 Lab VIEW开发环境能帮助快速构建自己的应用，所以本设计拟采用 Lab VIEW 编写上位机软件。 研究方法或技术路线：1）温度的采集 采购传感器：DS18B20， 构建简易电路，通过万用表等仪器初步测量传感器可用性。 2）湿度的采集 采购传感器：HS1101， 构建简易电路，通过万用表等仪器初步测量传感器可用性。 通过计算，采取合理的电路图以便模数转换器的采集。 在根据参照 AD7792 器件手册，完成模数转换器外围电路设计。 3）单片机的使用 参照STC89C52单片机手册，构建单片机最小系统，使用 C 语言在开发环境下对STC89C52单片机中 GPIO、中断、定时器、UART、SPI 等片内结构进行调试。 4）温度的显示 通过单片机调试段式液晶，编写可方便调用的函数接口。 5）GPRS 模块的使用 参考器件手册及相关参考文献，搭建外围电路， 首先通过串口调试助手直接调试 GPRS 模块，对 GPRS 模块及其 AT 指令有一定了解后，编写单片机的 GPRS 驱动函数。 6）通信的建立 通过网络调试助手建立 TCP Server ，结合 GPRS 模块的使用调试，建立通信。最终完成用于单片机的 TCP 通讯函数编写。 7）供电模块 参照电路电力等相关文献，设计制作 AC-DC 电源，设计-仿真-搭建，制作外接供电模块。 8）上位机的编写 参考相关书籍和资料，学习 Lab VIEW 的 TCP 控件使用，编写 Lab VIEW 的 TCP 通信程序，建立 TCP Server，将从温度采集终端接收到的数据显示，最终完成数据收发及显示的程序编写。 进度安排：第1周第2周：查阅、学习相关文献资料，完成文献综述；第3周：下发毕业设计任务书，准备开题报告；第4周：完成开题报告，开始翻译外文文献；第5周第6周：了解基于MCS51单片机多点温度检测智能系统的基本原理；学习所需的 C语言编程技术；进行初步的实验编程；第7周第9周：在初步