4555基于MODBUS协议的温湿度检测模块设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共40页)
编号：785956
类型：共享资源
大小：1.11MB
格式：RAR
上传时间：2016-09-19
上传人：圆梦设计Q****9208...
认证信息
个人认证
邱**（实名认证）
湖南
IP属地：湖南
50
积分
- 关 键 词：
-
基于
modbus
协议
协定
温湿度
检测
模块
设计
机械
毕业设计
全套
资料
已经
通过
答辩
- 资源描述：
-
4555基于MODBUS协议的温湿度检测模块设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,基于,modbus,协议,协定,温湿度,检测,模块,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
- 内容简介：
-
湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计）是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 选 题 审 批 表 学 院 ： 工学院 毕业论文 （设计）题目 基于 议的温湿度检测模块设计 选题来源 结合科研课题 课题名称： 温室大棚中温湿度的测量 生产实际或社会实际 其他 选题性质 基础 研究 应用研究 其他 选题完成形式 毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 指导教师姓名 胡文武 职称 讲师 是否主持或参与过科研课题 是 否 选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要 选题依据 ： 温室大棚中的环境由多个因素组成 ,如温度和湿度等。 而 目前市场上普遍存在的温、湿度检测仪器大多都是单点测量，同时也会有温、湿度信息传递 不及时、精度不够等许多缺点，不利于工业控制的操作者根据温、湿度变化及时做出正确的决定；以前的温、湿度传感器都是经有线的方式传输数据，而不便于架设线路的情况下，给温、湿度的数据测量带来了很大的麻烦因此 ,采用先进的人工智能技术 ,科学、合理地控制影响作物的环境因素 ,通过计算机控制设备进行环境控制 ,以便给作物生长创造一个最佳的环境条件 ,做到既提高产品的质量、产量、经济价值和社会效益 ,同时尽量降低生产成本 ,这对温室环境施行自动检测和控制是非常必要的。而 目前工业领域较流行的协议， 它定义了一个控制器能认识 使用的消息结构 , 而不管它们是经过何种网络进行通信的。 基于这种现状 ,应用 温湿度监控系统中的具体软硬件 开发能够实现温室环境中的温度、湿度等基本环境参数测控的低成本实用型温室配套装置具有重要的现实意义。 内容摘要： 本设计以 51 单片机为核心，以 温湿度传感器为检测， 现数据传输，从而满足农业现场对于标准温湿度检测设备的需求。 首先概略介绍 议 , 和某温湿度监控系统主要硬件组成 , 接着详细阐述采用 讯具体的软硬件实现过程 。 实际运行显示效果良好 ,能 达到了预期目的 。 对学生有无特殊要求： 无 有： 专业委员会意见 专业委员会主任 签名： 年 月 日 湖南农业大学 全日制普通本科生 毕业论文（设计）任务书 学生姓名 刘军林 学 号 200940654115 年级 专业 及班级 2009 级汽车服务工程（ 1）班 指导教师及职称 胡文武 讲师 学 院 工学院 20 年 月 日 填 写 说 明 一、毕业论文（设计）任务书是 学校 根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件， 是 学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。 此表由指导教师填写。 二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。 三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以 完成任务书规定的设计研究内容。 四、任务书一经下达，不得随意更改。 五、各栏填写基本要求 。 （一）毕业论文（设计） 选题来源、选题性质 和完成形式： 请在合适的对应选项前的“ ”内打“” ，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。 （二）主要内容和要求： 1工程设计类 选 题 明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。 2实验研究类 选 题 明确 选 题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该 生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。 3文法经管类论文 明确 选 题的任务、方向、研究范围和目标； 对 相关的研究历史和研究现状 简要介绍，明确 该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文 、 文献综述报告、译文等。 （三）主要 中文 参考 资料 与外文 资料 ： 在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集 反映当前研究进展的近 1 3 年 参考资料和文献。外文 资料是指导老师根据选题情况明确学生需 要阅读或翻译成中文的外文文献。 （四）毕业论文（设计）的进度安排 ： 1设计类、实验研究类课题 实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的 20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的 50%； 撰写初稿、修改、定稿约占总时间的 30%。 2文法经管类论文 实习、调研、资料收集、归档整理 、 形成提纲约占总时间的 60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的 40%。 六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。 毕业论文 （设计）题目 基于 议的温湿度检测模块设计 选题来源 结合科研课题 课题名称： 温室大棚中温湿度的测量 生产实际或社会实际 其他 选题性质 基础研究 应用研究 其他 题目完成形式 毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 主要内容和要求 本设计 的 主要内容如下 : 1. 采用 议完成温湿度的集群采集与传输； 2. 利用 度传感器和 字湿传感器， 完成环境温湿度的采集与转换； 3. 利用 线收发模块实现温湿度 数据的远程无线传输； 4. 采用 数码管 和按键完成人机界面的数据交换； 主要要求如下： 1. 熟悉单片机编程技术，熟练掌握 C 语言； 2. 熟悉温湿度传感器的检测原理和具体的选型； 3. 了解无线传输的基本原理； 4. 熟悉 该设计中的运用； 注：此表如不够填写，可另加 附 页。 主要 中文 参考 资料 与外文资料 1 王美红 监控系统的设计与实现 .D山东大学 ,2009:32粮库网络测控系统设计与开发 .D西安科技大学 ,2006:293 黄惟公 智能监控器的设计 .D西华大学硕士论文 ,2010： 13智能温室环境控制系统的设计与试验研究 .D西南农业大学 ,2004. 滕光辉 ,刘世荣 J2007,(10):154董莉 J2007,5(12):73智能温室气动开窗温度调控系统研究 .D浙江大学 ,2005:9智能温室环境温湿度测控系统的研究与设计 .D太原理工大学 ,2005： 33分布式温湿度自动控制系统的研究及其应用 .D四川大学 ,2002： 22温室气候环境微机测控系统与控制方法的研究 .D杭州 :浙江大学 ,2005： 6in J000,(26):217工作进度安排 起止日期 主要 工作内容 找相关的资料，对毕业设计课题有一个总的认识 ，撰写开题报告。 过查资料，对系统的各个模块进行设计，也就是硬件电路的设计。 片机多模块软件的设计 硬件和软件结合起来，完成电路的最后设计 造成品并完成最终调试 业论文的撰写 ，准备答辩 要求完成日期： 20 年 月 日 指导教师签名： 审查日期： 20 年 月 日 专业 委员会主任 签名： 批准日期： 20 年 月 日 学院指导委员会签名（公章）： 接受任务日期： 20 13 年 1 月 1 日 学生本人签名： 注： 签名栏必须 由 相应责任人亲笔签名。 此表可从教务处网站下载中心下载。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计）开题报告 学生姓名 刘军林 学 号 200940654115 年级专业及班级 2009 级汽车服务工程 (1)班 指导教师及职称 胡文武 讲师 学 院 工学院 20 年 月 日 毕业论文（设计）题目 基于 议的温湿度检测模块设计 文献综述 （ 选题研究意义、 国内外研究现状 、 主要参考文献 等，不少于 1000 字 ） 一，研究意义： 目前我国农业正处于从传统农业向以优质、高产、高效益为目标的现代农业转化的新阶段。环境控制作为农业生物速生、优质、高产的手段 ,是农业现代化的重要标志。温室大棚中的环境由多个因素组成 ,如温度和湿度等。时下 ,我国温室环境控制目前仍靠人工经验来管理 ,严重影响了农业生产的效益 ,阻碍了农业生 产的发展。而 目前市场上普遍存在的温、湿度检测仪器大多都是单点测量，同时也会有温、湿度信息传递不及时、精度不够等许多缺点，不利于工业控制的操作者根据温、湿度变化及时做出正确的决定；以前的温、湿度传感器都是经有线的方式传输数据，线路复杂冗余，不适合大范围或者异地多数量的测量，线路故障也很难排查，若设备重新布局则要重新布线等一系列问题，连线成本也相对要高，线路的老化问题也会影响设备的可靠性，尤其是有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制；而不便于架设线路的情况下，给温、湿度的数据测量带来了很大的麻烦 因此 ,采用先进的 人工智能技术 ,科学、合理地控制影响作物的环境因素 ,通过计算机控制设备进行环境控制 ,以便给作物生长创造一个最佳的环境条件 ,做到既提高产品的质量、产量、经济价值和社会效益 ,同时尽量降低生产成本 ,这对温室环境施行自动检测和控制是非常必要的。而目前工业领域较流行的协议， 它 定义了一个控制器能认识使用的消息结构 , 而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器如何请求访问其它的设备、如何回应来自其它设备的请求 , 以及怎样侦测错误并予以记录错误的过程 ， 具有开放性、用户范围广、易实现、扩展性好、可靠性 强等优点。工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制 , 为工业领域最流行的网络应用协议 , 在仪器仪表和测控系统设计中得到了广泛应用。 基于这种现状 ,应用 温湿度监控系统中的具体软硬件 开发能够实现温室环境中的温度、湿度等基本环境参数测控的低成本实用型温室配套装置具有重要的现实意义。 二，国外研究现状 在温室环境测控技术的研究领域 ,欧美等西方发达国家一直处于领先地位。 20 世纪 40年代 ,美国开展了人工干预温室种植环境及基本环境参数对作物影响的应用研究 ,并建成第一个作物人工气候室。 60 年代 ,小规模生产型温室开始应用于奥地利农业生产 ,简易温室环境监控装置进入使用阶段。 70 年代后期 ,温室生产规模继续扩大 ,在日本、以色列、美国、荷兰、英国等国家 ,温室设施广泛应用于作物生产、畜牧养殖等行业 ,电子技术的快速发展和单片机的出现 ,使温室环境测控技术发生了巨大的变化。 80 年代 ,单片机的性能大幅度提高、价格不断下降 ,以微控制器为核心的温室环境测控技术在西方发达国家得到了长足的进步。 目前 ,国外温室的测控技术己经比较成熟 ,很多国家都实现了基于环境模型以及专家系统的温室智能控制系统 ,能够对各种执行机构实现综合 控制 ,如通风降温、热风加温、加湿、除湿光照调节、灌溉、施肥等。世界上温室生产最发达的国家是荷兰 ,其温室以大型玻璃温室为主体 ,现有大型连栋玻璃温室面积达 约占世界玻璃温室的 1/4左右 ,其规模位居世界之首。荷兰瓦赫宁根大学通过将作物田间管理模型与环境控制模型相结合 ,成功地把人工经验应用于自动控制过程 ,实现了温室的智能化管理 ,同时大幅度降低了系统能耗和运行费用。英国的智能型温室调 控系统、西班牙和奥地利的远程遥控式温室系统都是计算机控制与管理系统在温室中的成功应用。美国开发的计算机控制与管理系统可以根据温室内种植作物的特点和要求 ,对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多环境因子进行自动调控 ,还可利用差温管理技术实现对花卉、果蔬等产品开花和成熟期的控制 ,以满足生产和市场的需要。以色列研发的温室环境控制系统能够根据控制对象的不同特点选用型式各异的传感器、控制器及外围辅助设备 ,充分实现了现代化温室内部的环境监控需求。 综上所述 ,温室环境测控技术在许多发达国家 (如荷兰、美国、以色列等 )已经相当先 进 ,能够达到对多环境因素综合控制的水平 ,但其具有价格昂贵、维护不方便等缺点 ,于是 ,为了降低生产成本、提高系统性能 ,以荷兰为代表的欧美国家温室测控系统开始向网络化、无线化的方向发展。 三， 国内研究现状 我国对于温室控制技术的研究较晚 ,始于 20 世纪 80 年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上 ,才掌握了人工气候室内微机控制技术 ,该技术仅限于温度、湿度和 度等单项环境因子的控制，大部分设施农业从业者还是使用传统的温度计、湿度计来采集温室中的温、湿度值 ,并通过人工调节方式加温、降温、加湿、除湿 和通风来控制温室环境参数。我国温室设施计算机应用正从消化吸收、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统居多 ,尚无真正意义上的多参数综合控制系统。在总体上 ,虽然一些高校和科研机构都在进行温室环境控制系统的研究工作 ,但是到目前为止 ,能够真正满足现代设施农业实际需求的案例还非常少 ,我国温室环境测控技术研究水平与荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家相比 ,仍有一定差距 ,自动化控制水平低 ,可靠性不高 ,价格也不容易被接受 , 同时我国温室现状还远远没有达到工厂化农业的境地 ,生 产实际中仍然有许多问题困扰着我们 ,存在着温室装备配套能力差 ,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。依据实际情况开发出适合我国温室发展水平的温室环境自动测控装置 ,努力降低生产成本、提高生产水平 ,已经成为现代设施农业生产的当务之急。 四 ， 参考文献 130 年农村改革 :农业大国的复兴之路 .J2009,2(1):142林存杰 ,马丽香 J2010,9(3):333设施农业技术研究进展与发展趋势 .J2010, 4(10):3464赵立新 J2004,30(1):105赵龙庆 J2003,5(2):126基于无线传感器网络的温室温湿度监测系统研究 .D中北大学 ,2009:367设施农业的温室环境调控问题分析与研究 .J2010,5(37):458徐世艳 ,赵化春 J2004,12(2):349浅析我国设施农业发展现状 .J2010,5(7):5410乔晓军 ,王迎春 M中国农业科学技术出版社 ,2005:17811丁飞 ,陈应春 J2007,6(03):40512时玲 ,张亚静 J2006, 5（ 1） :2913温室大棚温湿度和二氧化碳测控系统的研究 .D西安理工大学机械与精密仪器工程学院 ,2007:2814魏蔚 J2009,150（ 1） :2415 蒋念平 . 议在工业控制系统中的应用 .J. 微计算机信息 , 2006,10(11):11816用 现 与 片机的主从式通信 .J):4517利用 现 与多单片机通讯 . J ):1518王懿娜温湿度远程监控系统的设计与实现 .D西安：长安大学杂志社， 2009进行串口实时数据采集现场总线及网络控制 ,19入式系统网络接口设计 .J2008,48(10):8420基于 议通讯的设计与实现 .J2002(4):3521吕震中 议的 站串口通讯模块设计 .J2004,23(9):3822利用 现网络测控仪器 .J2005,41(21):12223盛璞琳 议的冷库现场总线监控系统 .J2010,10(4):7624包长春 ,马淑英 ,等 J ,2001,17(4):14825智能科技 发指南 .J2009,12:826单片机原理及应用 M高等教育出版社 ,2004:10227智能多点模糊 度控制系统 .D上海交通大学 ,2007:4528低成本低功耗的温室测控系统无线通信技术 .D江苏大学 ,2008:4529多点无线温湿度实时监控系统的设计 与实现 .D山东大学 ,2009:3230粮库网络测控系统设计与开发 .D西安科技大学 ,2006:2931黄惟公 3的智能监控器的设计 .D西华大学硕士论文 ,2010： 1332智能温室环境控制系统的设计与试验研究 .D西南农业大学 ,2004. 33滕光辉 ,刘世荣 J2007,(10):15434董莉 J2007,5(12):7335 智能温室气动开窗温度调控系统研究 .D浙江大学 ,2005:936智能温室环境温湿度测控系统的研究与设计 .D太原理工大学 ,2005： 3337分布式温湿度自动控制系统的研究及其应用 .D四川大学 ,2002： 2238温室气候环境微机测控系统与控制方法的研究 .D杭州 :浙江大学 ,2005： 639. a J005,20(5):52140. in J000,(26):217注：此表如不够填写，可另加页。 研究方案 （ 研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等） 研究目的 ：本课题在吸收了我国传统温室和国外温室控制精华的基础之上 ,设计了一套通用性强、具有一定智能化、成本低、符合我国国情的温室温湿度测控模块 ,实现了温湿度因素的综合 检测 ,为作物提供最佳的生长环境。 研究内容 ： 议分析 与运用； 设计 预期成果 :提供具有自动测温湿度的装置一套以及详细制作过程的论文一篇。 研究方法 ： 运用文献分析法、实验法、比较法、探索性研究法、观察法、综合分析法等进行研究 。 进行设计所需条件 ： 1丰富的相关资源（包括图书资源和网络资源） 。 2自身的知识面（包括数电、模电、单片机、信号处理和无线通信等）和相关的技能 。 3电脑软件的辅助 ( 电路软硬件进行设计和仿真 。 进程计划 （各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等 ） 找相关的资料，对毕业设计课题有一个总的认识，撰写开题报告。 过查资料，对系统的各个模块进行设计，也就是硬件电路的设计 。 片机多模块软件的设计 。 硬件和软件结合起来，完成电路的最后设计 。 造成品并完成最终调试 。 业论文的撰写， 论文修改、定稿、打印、准备答辩。 论证小组 意见 组长 签名： 20 年 月 日 专业委员会 意见 专业委员会主任 签名： 20 年 月 日 注： 可打印，但 意见 栏必须相应责任人亲笔 填写 。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 开题论证记录 学 院： 工学院 记录人 ： 学生姓名 刘军林 学 号 200940654115 年级专业及班级 2009 级汽车服务工程 (1)班 指导教师姓名 胡文武 指导教师职称 讲师 论文（设计）题目 基于 议的温湿度检测模块设计 论证小组质疑： 2 准备采取哪些方法和步骤完成你的毕业设计 ？ 议？ 学生回答简要记录： 1. 基于 51单片机的温湿度检测器设计 ， 基于 无线网关设计与实现 ， 基于 等。 2. 主要是要通过自己本身的 电脑软件的辅助 (电路软硬件进行设计和仿真 以及老师的指导和帮助，另外还有同学之间的相互的讨论和互联网，图书馆相关资料的查询。 3. 目前工业领域较流行的协议 ， 具有开放性、用户范围广、易实现、扩展性好、可靠性强等优点 。 此协议 的通用性和使用的普遍性 , 具有此 通信协议的设备能够与其它的自动化测控系统进 可靠的连接和组网。 论证小组 成员签名 论证地点： 论证日期： 20 年 月 日 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计） 中 期 检 查 表 学 院： 工学院 学生姓名 刘军林 学 号 200940654115 年级专业及班级 2009 级汽车服务工程 (1)班 指导教师 姓名 胡文武 指导教师 职称 讲师 论文（设计）题目 基于 议的温湿度检测模块设计 毕业论文（设计）工作进度 已完成的主要内容 尚需解决的主要问题 1 温度传感器和湿度传感器芯片的选取 。 2 温湿度数据显示模块的选取 。 1 无线收发模块传输的设计 ； 2 单片机多模块程序设计 ； 3，成品的 调试； 指导教师意见 签 名： 年 月 日 检查小组意见 组长签名： 年 月 日 目 录 摘要 . 1 关键词 . 1 1 前言 . 2 研究目的和意义 . 2 国外研究现状 . 2 国内研究现状 . 3 主要研究内容 . 4 2 . 4 . 4 在 输 . 4 在其它类型网络上传输 . 5 查询 回应周期 . 5 . 5 . 6 . 6 . 7 3 . 8 4 系统方案的设计 . 8 5 系统模块的硬件设计 . 9 模块的硬件的选择及电路设计 . 9 单片机芯片的选择及电路设计 . 9 温湿度采集芯片的选择及电路设计 . 12 扩展内存 选择及电路设计 . 14 . 15 无线模块芯片的选择及电路设计 . 16 显示器的选择及电路设计 . 18 按键电路设计 . 18 报警电路设计 . 19 电源电路设计 . 19 . 20 . 20 单片机侧 口电路的设计 . 21 6 测量模块的软件设计 . 22 软件的总体设计 . 22 初始化的流程图设计 . 22 温湿度数据采集流程图 . 23 . 24 报警流程图 . 25 7 模块 . 25 8 系统调试与运行 . 27 调试过程 . 27 运行结果 . 28 9 结束语 . 29 参考文献 . 29 致谢 . 31 附录 . 31 1 基于 议的温湿度检测模块设计 学 生：刘军林 指 导老师：胡文武 (湖南农业大学 工学院 ,长沙 410128) 摘 要 ： 我国自古以来就是农业大国 ,但现代设施农业生产起步较晚。 而我国农业正处于从传统农业向以优质、高产、高效益为目标的现代农业转化的新阶段，环境控制作为农业生物速生、优质、高产的手段 ,是农业现代化的重要标志。本文在对国内外温室智能控制进行深入分析的基础上 ,针对温室大棚智能化控制存在的温湿度 ,将智能传感器监测和单片机控制相结合 ,提出一套基于 并对其硬件和软件进行了详细的设计。结合 线搭配 信协 议组成网络 ,实现对温室大棚内温度和湿度的实时测量。 关键词 ： 信协议； 湿度传感器； 片机； u 10128, is of s is in a of to as of as is an of of In on of of at of CU a of in 2 of in 1 前言 研究目的和意义 目前我国农业正处于从传统农业向以优质、高产、高效益为目标的现代农业转化的新阶段。环境控制作为农业生物速生、优质、高产的手段 ,是农业现代化的重要标志1。温室大棚中的环境由多个因素组成 ,如温度和湿度等。时下 ,我国温室环境控制目前仍靠人工经验来管理 ,严重影响了农业生产的效益 ,阻碍了农业生产的发展。而目前市场上普遍存在的温、湿度检测仪器大多都是单点测量，同时也会有温、湿度信息传递不及时、精度不够等许多缺点，不利于工业控制 的操作者根据温、湿度变化及时做出正确的决定；以前的温、湿度传感器都是经有线的方式传输数据，线路复杂冗余，不适合大范围或者异地多数量的测量，线路故障也很难排查，若设备重新布局则要重新布线等一系列问题，连线成本也相对要高，线路的老化问题也会影响设备的可靠性，尤其是有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制；而不便于架设线路的情况下，给温、湿度的数据测量带来了很大的麻烦 2。因此 ,采用先进的人工智能技术 ,科学、合理地控制影响作物的环境因素 ,通过计算机控制设备进行环境控制 ,以便给作物生长创造一个最佳的环境条件 ,做到既 提高产品的质量、产量和经济价值 ,同时尽量降低生产成本 ,这对温室环境施行自动检测和控制是非常必要的 3。而 目前工业领域较流行的协议， 它 定义了一个控制器能认识使用的消息结构 , 而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器如何请求访问其它的设备、如何回应来自其它设备的请求 , 以及怎样侦测错误并予以记录错误的过程 ， 具有开放性、用户范围广、易实现、扩展性好、可靠性强等优点 4。工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制 , 为工业领域最流行的网络应用协议 , 在仪器仪表和测控系 统设计中得到了广泛应用。 基于这种现状 ,应用 温湿度监控系统中的具体软硬件 开发能够实现温室环境中的温度、湿度等基本环境参数测控的低成本实用型温室配套装置具有重要的现实意义 5。 研究现状 国外研究现状 在温室环境测控技术的研究领域 ,欧美等西方发达国家一直处于领先地位。 20 世纪 3 40 年代 ,美国开展了人工干预温室种植环境及基本环境参数对作物影响的应用研究 ,并建成第一个作物人工气候室。 60 年代 ,小规模生产型温室开始应用于奥地利农业生产 ,简易温室环境监控装置进入使用阶段。 70 年代后期 ,温室生产规模继续扩大 ,在日本、以色列、美国、荷兰、英国等国家 ,温室设施广泛应用于作物生产、畜牧养殖等行业 ,电子技术的快速发展和单片机的出现 ,使温室环境测控技术发生了巨大的变化。 80 年代 ,单片机的性能大幅度提高、价格不断下降 ,以微控制器为核心的温室环境测控技术在西方发达国家得到了长足的进步 6。 目前 ,国外温室的测控技术己经比较成熟 ,很多国家都实现了基于环境模型以及专家系统的温室智能控制系统 ,能够对各种执行机构实现综合控制 ,如通风降温、热风加温、加湿、除湿光照调节、灌溉、施肥等。世界上温室生产 最发达的国家是荷兰 ,其温室以大型玻璃温室为主体 ,现有大型连栋玻璃温室面积达 公顷 ,约占世界玻璃温室的 1/4 左右 ,其规模位居世界之首。荷兰瓦赫宁根大学通过将作物田间管理模型与环境控制模型相结合 ,成功地把人工经验应用于自动控制过程 ,实现了温室的智能化管理 ,同时大幅度降低了系统能耗和运行费用。英国的智能型温室调控系统、西班牙和奥地利的远程遥控式温室 系统都是计算机控制与管理系统在温室中的成功应用。美国开发的计算机控制与管理系统可以根据温室内种植作物的特点和要求 ,对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多环境因子进行 自动调控 ,还可利用差温管理技术实现对花卉、果蔬等产品开花和成熟期的控制 ,以满足生产和市场的需要。以色列研发的温室环境控制系统能够根据控制对象的不同特点选用型式各异的传感器、控制器及外围辅助设备 ,充分实现了现代化温室内部的环境监控需求 7。 综上所述 ,温室环境测控技术在许多发达国家 (如荷兰、美国、以色列等 )已经相当先进 ,能够达到对多环境因素综合控制的水平 ,但其具有价格昂贵、维护不方便等缺点 ,于是 ,为了降低生产成本、提高系统性能 ,以荷兰为代表的欧美国家温室测控系统开始向网络化、无线化的方向发展 8。 国内研究现状 我国对于温室控制技术的研究较晚 ,始于 20 世纪 80 年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上 ,才掌握了人工气候室内微机控制技术 ,该技术仅限于温度、湿度和 度等单项环境因子的控制，大部分设施农业从业者还是使用传统的温度计、湿度计来采集温室中的温、湿度值 ,并通过人工调节方式加温、降温、加湿、除湿和通风来控制温室环境参数。我国温室设施计算机应用正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展 9。在技术上 ,以单片机控制的单参数 4 单回路系统居多 ,尚无真正意义上的多 参数综合控制系统。在总体上 ,虽然一些高校和科研机构都在进行温室环境控制系统的研究工作 ,但是到目前为止 ,能够真正满足现代设施农业实际需求的案例还非常少 ,我国温室环境测控技术研究水平与荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家相比 ,仍有一定差距 ,自动化控制水平低 ,可靠性不高 ,价格也不容易被接受 , 同时我国温室现状还远远没有达到工厂化农业的境地 ,生产实际中仍然有许多问题困扰着我们 ,存在着温室装备配套能力差 ,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。依据实际情况开发出适合我国温室发展水平的温室环 境自动测控装置 ,努力降低生产成本、提高生产水平 ,已经成为现代设施农业生产的当务之急 10。 主要研究内容 本文提出了一套基于 议温湿度检测模块的解决方案 ,通过 线组成系统网络 ,以 片机为核心，以 温湿度传感器为检测， 而满足农业现场对于标准温湿度检测设备的需求。 首先介绍 议和 讯 ,然后讲述温湿度模块主要硬件和组成 , 并对模块的硬件和软件做出详细的设计， 接着详细阐述采用 讯具体的软硬件实现 过程 。 实际运行显示效果良好 ,能 达到了预期目的 。 2 议介绍 议简介 议是一种广泛应用于电子控制器上的通用语言 ,通过该协议 ,控制器相互之间、控制器和其它设备之间经网络可以互相通信。该协议现己成为工业控制领域中的一种通用标准。利用 议 ,可以让不同厂商生产的控制设备连成网络 ,进行系统集中的监控。由于开放性、可扩充性和标准化使 议成为工业控制领域中最流行的协议之一 11。 议通过定义一个能够被控制器认识和使用消息结 构 ,而不考虑他们之间是通过哪种网络通信。它描述控制器请求访问设备的过程、设备如何回应控制器的请求。在 络上通信时 ,议规定每个从机须要知道它们的设备地址 ,识别按地址发来的消息 ,决定要产生何种行动 ,从机回应生成的反馈信息。而在其它网络上传输时 ,只需将 议的消息转换为能够此网络上通信的帧结构 12。 在 络上传输 在 络上传输 ,控制设备之间通信通常使用主从技术 ,通常选取一个设备做主机 ,其它设备做从机。通信时从设备根据主设备查询 提供的数据做出相关反应。主 5 设备可以单独和一个从设备通信 ,也可以通过广播方式和所有从设备通信。单独通信时从设备要有一回应消息返回主设备。对于从设备的回应消息 ,要按 议规定的格式建立回应帧。如果从设备在消息接收或者处理过程中发生异常 , 议根据对应异常码的建立异常回应消息返回主设备 13。 在其它类型网络上传输 在其它网络传输时 ,控制器采用对等技术进行通信 ,所以任意一个控制器都可以初始化并能和其它控制器通信。因此 ,一台控制器既可作为主设备 ,也可作为从设备。但在信息 位 , 果一控制器发送一消息 ,它只是作为主设备 ,并期望从从设备得到回应。同样 ,当控制器接收到一消息 ,它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。 查询 回应周期 查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码 03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。 如果从设备产生 一正常的回应 ,在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据：象寄存器值或状态。如果有错误发生 ,功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的 ,同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用 14。 种传输方式 用户可以选用自己需要的模式 ,但是在同一个 络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数进行通信。 式： 设备以 式在 行链路上通信时 ,信息帧中的每一个字节要用 2 个符传输 ,该模式允许字符之间的时间间隔长达 1s,所以当通信链路中不能满足式的时间要求时大都使用该模式 ,但该模式效率比 式效率低。 式 : 设备以 式在 行链路上进行通信时 ,信息帧中的每一个字节分成 2个 16 进制的字符 ,该模式在相同波特率下其传输的字符的密度高于 式 ,每个信息必须连续传输 ,传输效率高于 式 15。 6 息帧 不管是 式还 是 式 , 息传输方式都是以数据帧的形式 ,每帧数据都有确定的起始点和结束点 ,数据帧要传送的设备在数据帧的起始点开始读地址 ,并检测要寻址的设备和信息传输的结束时间。 在使用 式传输时 ,用冒号表示一帧数据开始 ,在消息帧结束时用回撤 换行键 (示一帧数据结束。除开始和结束外的帧内容 ,允许发送字符只能是 16 进制字符 0 9 和 A F。通信时网络中所有设备都检测接收消息帧开始标志 (冒号 ),然后检测消息帧中的地址码是否和本设备地址相同 ,若相同则接受帧 ,不同则舍弃。消息帧传输时 ,每个字 符之间的时间间隔最大为 1s，如果大于 1s 接收设备认为出现了错误。 在使用 式传输时 ,要开始接收一帧数据至少需要有 字符的静止时间 ,根据使用的波特率可以计算出这个静止的。帧数据允许发送的字符均为 16 进制的 09 和 A F。消息帧接收时第一个数据区的为要发送设备的设备地址。在通信时 ,网络上的设备监测包括静止时间在内的信息 ,当设备接收到地址数据时 ,对照本设备地址检测是否是本机地址 ,如果是本设备地址则接受该消息帧 ,否则舍弃。在每帧数据发完后 ,到接收到下一帧数据 ,在两帧数据之间也要有 字符的静止时 间。在发送一帧数据期间 ,如果两字符之间出现大于 字符的静止时间时 ,认为数据出错 ,接收设备刷新不完整信息等待接收下一帧数据 16。 误检查方法 标准的 行网络采用两种错误检测方法 :奇偶校验和帧校验。传输的每个字符用奇偶校验 ,每帧消息用帧检测 ( 式时消息帧采用 验 ,式时采用 验。主设备在消息发送前产生校验码 ,从设备在接收过程中校验每个字符和消息帧。 奇偶校验 用户通过配置控制器奇偶校验来设置每个传输字符中的奇偶校验位 ,也 可以设置成无校验。无论是何种校验 ,都要计算每个字符数据中值为“ 1”的个数 ,在根据“ 10”的位数值 (奇数或偶数 )设置奇偶位为“ 0”或“ 1”。发送设备发送信息时 ,把计算奇偶位加到数据帧中 ,接收设备接收字符计算位值为“ 1”的个数 ,如果与该设备要求的不一致时产生错误。所有设备在 线上的采用的奇偶校验方式必须相一致。 验 采用 式传输时 ,消息帧中校验区使用 验方式生产校验码。 验检测消息帧中除开始的冒号和结束的回车一换行号外的所有内容。 验码是含 7 1 个 8 位二进制值的字节。 发送设备发送的消息帧中包含 ,接收设备在接收信息帧时计算 验码 ,把计算的 与接收到的 进行比较 ,如果二者不一致 ,说明产生一个错误。 验 采用 式传输时 ,消息帧中的校验码采用 法计算。 验码是含有2 个 16 位的二进制值的字节。发送设备把计算 附加到信息帧中去 ,接收设备在接收信息过程中再次计算 如果二者不一致 ,说明产生一个错误 17。 为了便于与基于单片机的仪表进行通信 , 本设计采用 输模式 , 法校验 消息帧。 式以传输间隔来标识整个消息帧的开始和结束 , 典型的 息帧为 / 设备地址 ( 1 功能代码 ( 1 by 数据 ( n by 验 ( 2 by 0。此协议要求每个控制器必须知道作为从机的设备地址 , 并能识别按地址发来的消息和根据消息来执行相应的请求 , 如果需要回应 ,控制器将生成反馈信息并用 议发出。 议指令 本设计 议指令采用的是 03 (0保持寄存器，在一个远程设备中，使用该功能码读取 保持寄存器连续块的内容。请求 明了起始寄存器地址和寄存器数量。从零开始寻址寄存器。因此，寻址寄存器 1 0响应报文中的寄存器数据分成每个寄存器有两字节，在每个字节中直接地调整二进制内容。对于每个寄存器，第一个字节包括高位比特，并且第二个字节包括低位比特。表 1，表 2，表 3分别表示请求，错误，响应的指令信息 18。 表 1 请求 能码 1个字节 0始地址 2个字节 0 0存器数量 2个字节 1 至 125（ 0 表 2 错误 错 码 1 个 字节 0常 码 1 个 字节 01或 02 或 03 或 04 8 表 3 响应 能码 1 个 字节 0节数 1 个 字节 2 N* 寄存 器 N* 2个 字节 N*寄存器的数量 3 讯介绍 一种典型的通信息标准 ,全称是 485 串行通信标准。数据信号采用差分传输方式。相比 言 ,口信号电平低 ,电平与 平兼容 ,与 路连接方便。接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合 ,抗共模干扰能力强。最大的通信距离约为 1200m,最大传输速率为 10M/S。有两种接线方式 :两线制和四线制。用四线制方式接线只能实现点对点的通信方式 ,而用两线制接线方式 ,在同一总线上能够挂接犯个结点 ,所以现在大都采用两线制接线方式 ,四线制接线方式现已很少使用。采用 线通信的网络 ,通信方式一般采用的都是主从方式 ,在网 络上将一个设备作主机 ,其它设备都是从机 ,用一个主机控制着多个从机。在实际应用中 ,一般采用普通的双绞线就可以实现通信。作为一种常用的通信平台 ,信标准具有成本低廉 !抗干扰能力强、传输速率高和传输距离远等许多优点 ,在电子通信、工业控制、计算机网络等许多领域被广泛应用 19。 4 系统方案的设计 图 1 系统模块结构图 湿度器 传 感 单 片 机位七段数 码 管 数据储 存 器 电 源 无线收发模块 9 本设计 片机系统为核心，以 温湿度传感器为检测， 而满足农业现场对于标准温湿度检测设备的需求。 湿度传感器进行实时采集温湿度，将采集到的数据经过算法分析处理 ,然后按 议格式返回到单片机系统中心 , 显示出大棚内的温湿度 ,从而有利于调节大棚内的环境状况来达到种植物所需要的环境。系统模块结构图如图 1 所示。 5 系统模块的硬件设计 块的硬件的选择及电路设计 单片 机芯片的选择及电路设计 一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ 低电压，高性能 微处理器，俗称单片机， 是典型的嵌入式 微控制器 （ 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 密度非易失存储器制造 技术制造，与工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 一种高效微控制器。 片机主要特性： 与 容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0三级程序存储器锁定 1288 位内部 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 4个管脚， 42个 I/O 口和 2个电源端口，其管脚分配如 2图所示 20。 供电电压。 地。 10 ： 为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8电流。当 时，被定义为高阻输入。 够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 位双向 I/O 口， 电流。 后，被内部上拉为高，可用作输入， 输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 位双向 I/O 口， 出 4个电流，当 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 6位地址外部数据存储器进行存取时， 给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， D)R)0)1)8)9)10)11)12)13)14)15) 3 口： 管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 电流。当 写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， 将输 出电流（ 是由于上拉的缘故。 11 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 两个机器周期的高电平时间。 访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 止，置 位无效。 部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /号将不出现。 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出 单片机系统的扩展是以基本最小系统为基础的，故应首先熟悉应用应用系统的结构。单片机最小系统包括晶体振荡电路、复位电路，其电路图如图 3 所示。 图 3 单片机最小系统 3 片机复位的原理是在时钟电路开始工作后，在单片机的 脚施加 24 个时钟振荡脉冲（即两个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现复位。在复位期间，单片机的 脚和 PSEN 引脚均输出高电平。当 脚从高电平跳变为低电平后，单片机便从 0000H 单元开始执行程序。在实际应用中，一般采用既可以手动复位，1 +2 又可以上电复位的电路，这样可以人工复位单片机系统，这种电路如图 3 复位部分 所示。 时钟电路是用于产生单片机工作时所必需的时钟信号。时钟是单片机的心脏，单片机各功 能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地一拍一拍地工作。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。电路中的电容 型值为 3010 接代内容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。同时，在系统中采用 晶体振荡器来产生时钟脉冲。一方面，可以满足系统在设计时的机器周期的需要；另一方面，在进行串行口通讯的时候能够提供精准的通讯波特率 21。 温湿度采集芯片的选择及电路设计 温湿度采集芯片 一款用于采集温度和湿度的复合传感器 ,该传感器具有己校准数字信号输出 ,内部包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件 ,并与一个 14位的户 具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点。利用 性能温湿度传感器构成的
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号