1、 毕业设计文献综述 电气工程及其自动化 工厂环境智能监测系统设计 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、湿度测量都是由人工完成的，由于监测分站比较分散，传统的温度测量方式周期长、成
2、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。 1、正文 (一 )智能监控环境的发展状况 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。现代设施农业研究成就的典型例子，如美国的生物圈 2 号、日本等国家的植物工厂，就是
3、应用电子计算机结合加温、降温、营养液、 二氧化碳 :供给、太阳能利用等新设备，对环境条件进行自动调节控制，最大限度地满足植物生长的需求，从而大大增加产量，提高劳动生产率。 近 20 年来，我国 在这方面 了较大的发展 。例如： 温室面积不断增大 ， 但目前我国的温室大棚多由人工依靠经验进行管理或以单片机控制的单参数单回路的较多，自动化程度不高，效率低下 。从 80 年代起我国开始从国外引进现代化温室，通过消化、吸收与技术创新，取得一批重大科技成果，有力地推动了我国工厂化农业的发展。但实践表明在某些方面并不完全适合我国的情况。这些温室都是凭借人工经验调控，技术含量低，作物的产量和质量也远远达不到
4、国外同类温室的水平。 (二 )环境监测系统的组成 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。分布式集散控制通常采用两级结构 :控制系统的下位机以单片机为核心， .外接数据采集输入电路、输出电路、键盘和LCD 显示等部分，能够独立工作，被配置在每个 独立环境 。各从机由一个上位机进行监控管理，通常上位机采用 PC 机来担任，上下采用主从式监控管理形式。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
5、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。下面对此三部分分别加以介绍 : 环境参数的测量 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 碳 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
6、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。 温室中对温度测量的传感器种类很多，主要分为模拟 温度传感器和数字温度传感器。其中可以采用温敏电阻，但要得到温度值还需对其进行信号放大、 A/D 变换以及对其进行数据修正。另一种模拟温度传感器 AD590 亦常被用于温室中，它的输出电流与绝对温度成正比，且具有温度响应快、线性度好及高阻抗电流输出等特点，适于长距离传输。最新数字式温度传感器 DS18B20 直接输出数字信号，省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低 ;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与 CPU 连接，且每一只都有自己唯一的 64位系列号存储在其内部的
7、ROM 存储器中，故在一根信号线上可以挂接多 个 Ds18B20，便于多点测量且易于扩展。 湿度测量方法也是多种多样，但是，与温度等物理量相比，湿度是比较难于测量的。目前较常使用的是高分子电容式湿度传感器，近年来还有多种集成湿度传感器面世 。 测量数据的传输 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。 例如：温室 监控中心比较远，通常上百米，因此数据传输是一个远程多机通信系统。 RS232 适宜点对点通信，最大距离 15 米。将 RS232 转换成可以进行多点通信的 RS485 方式是被广 泛采用的一种通信方式。 RS48
8、5 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。 数据的集中与管理 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
9、控制软件。 错误 !未指定书签。 2、小结 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
10、测量的温度。 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。 3、 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):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
11、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
12、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.
