1、毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 工厂环境智能监测系统设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 环境的监测与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，其系统设计也较为复杂、涉及面较广，包括自动化监测技术、过程控制技术、通信技术等。环境监测系统主要涉及一些信息的采集、显示与传输，由于应用场合的不同，环境监测的采集对象也有所不同。但是一般来说，对温度和湿度的采集必不可少；比如一个粮食仓库环境监测系统，温度和湿度值是两个重要的显示和分析指标，因为根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检 查粮库各点的粮食温度和湿度，以便及时采取相应的措施。传统的粮仓温度温度测量都是由人工完成的，由
2、于监测分站比较分散，传统的温度测量方式周期长、成本较高，而且测量员必须到现场进行测量，因此工作效率非常低，且不便于管理。采用先进的技术监测这些环境因子，通过自动监测系统进行环境控制，降低生产成本，呈越来越流行的趋势。 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式 微控制器 （ Microcontroller Unit）， 常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由 芯片 内仅有 CPU的专用 处理器 发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使 计算机系统 更小，更容易集 成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 INTEL 的
3、Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 单片机比专用处理器更适合应用于 嵌入式系统 ，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的 计算机 。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。 手机、电话、 计算器 、家用电器、电子玩具、 掌上电脑 以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而 个人电脑 中也会有为数不少的单片机在工作。 汽车 上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 目前单片机渗透到我们
4、生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹 的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数 据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡 ，民用豪华轿车的安全保障系统， 录像机 、摄像机 、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 衡量现代工业、农业成功的基本原则是 :有 效的生产管理，高生产力以及改良的产品质量。要实现以上几点，传统的技术方法不再满足要求，因此采用新的，改良的温室、工厂环境监测控制技术是十分必要的。 国外如以色列、荷兰等国在设施农业的研究和生产
5、方面已达到很高水平。计算机智能化温室综合环境监控系统开始普及。近 20 年来，我国 在这方面也有 了较大的发展 。 目前环境监测系统的总体结构大致可分为分布式集散控制 (DCS)和最近出现的总线式结构。目前关于农业温室自动控制系统的研究主要集中在集散式控制方式，其主要核心思想是集中管理、分散控制，相对于以前的单机控制系统有 着极大的优势。由于微处理器芯片和网络通信技术的发展，现场总线技术成为自动化领域技术发展的热点之一，并开始应用在环境测控系统中来，CAN 总线就是其中一种。现场总线系统为开放式互联网络，用户可根据自己的需要，把遵循相同协议不同品牌的产品集成到一个规模随意的系统里，通过现场总线
6、构筑自动化领域的开放互连系统，从根本上打破了 DCS 系统的封闭性。温室环境监测系统的构成大体上可以分为3 个部分 :一是环境参数测量转换，二是测量数据的传输，三是数据的集中与管理。 环境监测系统中，环境参数的测量是主要环节。对环境参数的测 量主要包括对温度、湿度、光照、二氧化浓度的测量。随着微电子技术及传感器技术的发展，使得温室环境监测的参数随之增加。现在又出现了对土壤湿度、营养液酸碱度等因素的测量。 各分机测得环境参数后加以简单处理或不处理，然后将其传送给主机，这之间的数据的可靠性传送是监控系统中另一个关键环节。将 RS232 转换成可以进行多点通信的 RS485 方式是被广泛采用的一种通
7、信方式。 RS485 收发器带载能力强，传输距离远，且由于采用平衡发送和差分接收，故具有很强的共模干扰抑制能力。 随着无线通信技术的发展，一种采用无线方式获取和传输数 据的方法被引入温室环境监控系统仁。这种方式比较灵活，省去布线的困难，但也因无线信号是向空间开放的，因此很容易受到干扰。上位机主要用于数据的读取及显示，报警参数设置，历史曲线打印等。随着面向对象编程技术的发展，各种面向对象的编程语言如 VB、 VC 逐渐成为上位机管理软件开发的得力工具。系统上位机监控软件也可以采用工控组态软件来实现，画面美观，运行可靠。通过上位机对采集的数据进行统计处理，有助于了解环境变化的规律，从而设计出环境控
8、制软件。 错误 !未指定书签。 综上所述，环境测控系统的设计方法虽然不尽相同，但最终目的是通过 对环境因素的监测控制，为 工厂作业、生产、 作物生长 造出 适宜的环境。 本课程设计叙述了智能温度计的设计，包括硬件的组成和软件的设计，该系统在硬件设计上主要是通过温度、湿度传感器对温度、湿度进行采集、把温度湿度转换成变化的电压，然后由放大器将信号放大，通过 A/D转换器。其硬件设计中最为 核心的器件是单片机 P89LPC930，它一方面控制 A/D转化器，实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面，将采集到的数字温度、湿度电压值经计算机处理得到相应的值，送到 LED显示器，以 数字形式显示测量的温度。
9、 以上系统不仅操作简 单 , 成本低，测温准确 , 省时省力 , 而且运行可靠 , 抗干扰能力强。值得指出的是 , 对传感器进行适当选型 , 该温度监测系统可广泛应用于各种工业生产过程中的自动检测 。 二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题： 整个的环境监测系统一般说来是一个大型的系统，其涉及的技术有底层的下位机开发，还包括上层上位机开发的数据储存、图形显示界面等。而本设计中谈及的环境监测都只针对下位机的设计的，需要实现两种参数的测量、显示等。 1、实现温度的采集，分辨率为 0.5； 2、实现湿度的采集，误差不大于 3%RH； 3、实现两个 参数的本地显示； 4、能将采集的参量值通过通信接口传
10、送到上位机； 5、操作简单，使用方便； 6、考虑电池供电，低功耗； 三、研究步骤、方法及措施： （ 1）、制定具体实施计划 （ 2）、硬件部分 1、完成总体硬件框图 2、完成系统的电路图 （ 3）、软件部分 1、 总体系统流程设计 2、 子程序进行编码 3、 系统总程序调式 （四）、攥写毕业论文 （五）、论文答辩 四、参考文献 1周晓国 .粮食温度监测系统的设计与实现 J.电站设备自动化 ,2002(2):1617. 2王文成 .基于单片机的粮仓多点温度监测系 统设计 J.农机化研究 ,2010(7):9094. 3王文成 .分布式粮仓温度实时监测系统的设计 J.仪表技术与传感器 ,2010(
11、11):5153. 4林曙光 .PIC 单片机与基于 HD44780 液晶显示模块接口的设计 J.现代电子技术，2003(10):6569. 5由 勇 .采用 MAX487 芯片实现单 片机与 PC 机的串行通信 J.内蒙古科技与经济 ,2008(11):4950. 6白延敏 .51 单片机典型系统开发实例精讲 M.北京 :电子工业出版社 ,2009. 7沈红卫 .单片机 应用系统设计实例与分析 M.北京 :北京航空航天大学出版社 M,2009. 8冯建华，赵亮 .单片机应用系统设计与产品开发 M.北京 :人民邮电出版社 ,2004. 9求是科技 .单片机典型模块设计实例导航 M.北京 :人民
12、邮电出版社 ,2005. 10楼然苗 ,李光飞 .51 系列单片机设计实例 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,2003. 11杜树春 ,张体才 .单片机与外围器件接口实例详解 M.北京 :中国电力出版社 ,2009. 12薛小铃 ,刘志群 .单片机接口模块应用与开发实例详解 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,2010. 13周润景 ,徐宏伟 .单片机电路设计、分析与制作 M.北京 :机械工业出版社 ,2010. 14王幸之，钟爱琴 .AT89 系列单片机原理与接口技术 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,2004. 15何立民 .MCS-51 系列单片机应用系统设计 M.北京 :北京
13、航空航天大学出版社 ,1990. 16沈红卫 .单片机应用系统设计实 例与分析 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,2003. 17MOON C, BROWN W C, MELLEN S, et a.l U ltrasound T echn iques for Leak D etect ion SAE, 2009. 18 UE ULTRAPROBE 10000 In struction m anua.l EB /OL . 2010 -01- 30 . www. uesystem s. com. 五、研究工作进度 ： 第一阶段： 2011 年 12 月 15 号前，需明确毕业设计任务、要求和期限，围绕毕业设计课题检索、收集资料和信息。对所收集的资料信息进行整理，完成外文资料翻译、文献综述和开题报告。 第二阶段： 2011 年 3 月前，需根据设计内容和要求，进行初步设计，画出设计框图。 第三阶段： 2011 年 3 月 15 号前，需按设计方案要求进行温度采集仪的硬件。 第四阶段： 2011 年 4 月前，需按要求进行对系统软件的设计以及对上位机软件程序的设计。 第五阶段： 2011 年 4 月 10 号前，需做出硬件电路板，结合软件，上位机进行调试和修改。 第六阶段： 2011 年 5 月 31 日前，需撰写毕业好论文，并按要求修改，准备答辩。
