温湿度监测系统新

山东科技大学泰山科技学院实训报告嵌入式课程综合实训报告书课题名称：温湿度监测系统系（部）：信息工程系专业班级：嵌入式专业方向09班学生姓名：学号：完成日期：山东科技大学泰山科技学院实习类型课程实训实训地点组成原理实验室组别实习课题温湿度监测系统实训人姓名同组人员指导教师实习日期2012-08-27至2012-10-07实训成绩指导教师评语指导教师签名：_____________________年____月____日1绪论嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与BIOS的工作方式。具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括:工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然等。本课题就是把嵌入式系统的优势利用到仓库的温湿度监控系统中。在仓库的货物的管理中，防潮、防霉、防腐、防爆是衡量仓库管理质量的重要指标，它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，我们需要实时知道温湿度的具体变化，因此首要问题就是加强仓库内温度和湿度的监测工作。传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行监测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低、测试的温度湿度误差大随机性大，而且库区的面积越来越大，因此我们需要一种造价低廉、使用方便、测量准确、传输能力强和通信距离远的监控系统来有效地对仓库货物进行监管。本课题的目的就是利用ARM控制器来实现工业现场温度、湿度的采集和无线传输，在远程可以显示温度和被送到上位机。1.1设计目的注重培养综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练。了解所选择的ARM芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时，I/O口，中断等的相关原理，并巩固学习嵌入式的相关内容知识。通过软硬件设计实现利用ARM芯片对周围环境温度信号的采集及显示。1.2设计意义嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由以下几部分组成：嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。传统的温度采集系统由于存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐等弊端，已经不能完全适应现代化工业的高速发展。随着嵌入式技术的迅猛发展，设计高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便的温度采集系统成为当务之急。基于ARM的温度采集系统就成为了解决传统温度采集系统各种弊端的优先选择方案。2系统可行性与需求分析2.1课题意义目前，国内大中型库房在仓储管理和花房等需要温湿度控制的场所的现状，多数仅限于对温度进行监测和控制，而没有对湿度采取相应的措施。当温度不正常时（过低或者过高）便进行强制通风或者加温，但是这样会因为处理不及时（设备、人力、条件有限）仍然造成大量损失。湿度和温度是众多领域中需要检测的重要环境参数。不仅在工业、现代农业，还是在气象卫星、仓库保管等领域，对温度和湿度的测量都是随处可见的。对温度和湿度的测量与监控也是十分有意义的。对湿度和温度进行合理有效的调控不仅可以节约能源还更有利各行业安全健康的发展。查阅资料得知人体适宜的健康温度为18℃—25℃，健康湿度为40％—70％RH，在此环境下人体感觉最舒适。而在温度介于24℃—30℃，湿度小于60％RH时，人体的感觉是热而不闷；在温度高于30℃，湿度大于70％RH时，人体就会感觉到闷热；在温度高于36℃，湿度大于80％RH时，人体的感觉则是严重闷热，而且发汗机制受阻，容易因体内蓄积大量的余热而中暑；工作出错率比平时高十倍，意外工伤事故比率上升。许多疾病都与温湿度有密切的关系，尤其与过低的湿度有关。现代医学发现：在45％—55％RH的相对湿度下，病菌平均寿命最短，过高或过低的湿度都会导致病菌寿命延长。当空气湿度为35％RH时，鼻部和肺部呼吸道粘膜上的纤毛运动减缓，灰尘、细菌等容易附着在粘膜上，刺激喉部引发咳嗽和其它呼吸道疾病。空气湿度低的时候，流感病毒和能引发感染的革兰氏阳性菌的繁殖速度会加快，而且容易扩散，引发疾病。此外，过敏性皮炎、哮喘、皮肤瘙痒等过敏性疾病也都和空气干燥有关。因此检测人们工作空间内的温湿度值，并进行合理的调控对人们的身体健康是十分有意义的。仓库储藏领域必须对湿度和温度进行检测与控制。国家的储备粮仓库对温度湿度控制更是非常严格的。如果储藏粮油等副食品地方的湿度过大、温度过高，就容易导致储藏的粮食发霉变质。这些地方的温湿度一但出现问题，不仅仅是粮食资源的浪费，更关乎到市场供应、社会秩序的安全与稳定。故而，需要定期的对仓库内的温湿度值进行监测。花房内的温度和湿度也需要定期监测，对湿度和温度的控制要求也很高。这是因为温湿度值的高低直接影响到植物的正常生长发育。合适的温度和湿度，不仅可以节约植物生长必须的养分和化肥，而且植物开出花朵会更美更大。科学实验的实验室对温湿度的要求则更高，实验室内温湿度值控制的合适与否，直接影响科学家能否得出正确的实验结果。库房储藏物和花房的温度变化主要是由于湿度引起的，库房储藏物和花房植物本身水分过高或连续的潮湿天气将导致储藏物和植物新陈代谢加快而放出热量，从而引起的温度变化又使新陈代谢进一步加剧以至发霉变质和植物枯萎。这种恶性循环一旦形成很难进行有效控制。因此，库房和花房在进行温度监测的同时，必须重视对空气湿度的检测。为了更好地测量、控制温度和湿度等影响物品和植物储存的因素,本文设计了以AT89C51单片机为控制器的智能测控系统,通过该系统可以对环境温度、湿度等观测值进行自动控制和适时监测,并利蜂鸣器进行报警及相应的处理。2.2国内外发展现状及趋势最近几年，国内外库房温湿度测控系统正从结构复杂、功能单一、成本高昂向着集成化、智能化、多参数检测、成本低廉的方向迅速发展，随着科研人员的不断努力，该类型的系统取得了巨大的成就。这也为开发新一代温湿度测控系统奠定了基础，同时将温度、湿度的测量、控制技术提高到新的水平。现代温湿度测控系统技术主要以数据采集为依据，主要类型包括：虚拟仪器、智能仪器、数字式仪器等等。伴随着科学技术及计算机的进一步发展，数据采集系统也发生了日新月异的变化，其整体的性能、实用性方面都有所改进。因此，依托于数据采集结构而发展的温湿度传感器测量系统在实际应用中也发挥这越来越重要的作用。目前，国内温湿度测控系统采用的方法主要有:“温—阻”法和“湿—阻”法,即采用电阻型的温湿度传感器,利用其阻值随温湿度的变化测定空气的温度和相对湿度。然而受传感器灵敏度的影响,这类温湿度测控系统的精度不可能很高,难以满足实验室设备等对精度要求颇高的场合。近些年来，国内许多机构也在传感器测试装置的研发上不断探索、实践。例如通过采用传统电子仪器进行设计研发而成的多种动态测试系统、自动装置的气体传感器智能测试系统等等，这些成绩都体现了我国在传感器领域取得的成就。3总体设计3.1硬件设计3.1.1设计思路本设计的基于ARM的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图3-1所示。由图可见，本系统采用“电源部分＋ARM核心控制模块＋温度采集模块”实现所需功能。并考虑到系统的可扩展性和延伸性，本系统采用主从CPU协同工作，实现了数据的实时采集、传输与显示，具有处理速度快、精度高、人机交互界面友好、稳定性高、扩展性好等优点。本设计的基于ARM的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图3-1所示。由图可见，本系统采用“电源部分＋ARM核心控制模块＋温度采集模块”实现所需功能。电源部分图3-1系统原理框图3.1.2电源电路设计本系统的电源电路由两部分组成：系统总电源电路和RAM核心模块电源电路。如图3-2：+12V恒定直流电源经电容滤波，分别进入7809和7805稳压，得到+9V和+5V的稳定电压输出后分别供给ARM核心控制模块和其余电路部分使用。图中IN4148是为了防多路温度传感器协控制器RS-232ARM处理器LCD显示器FlashROM存储器SDRAM存储器键盘电源电路ARM核心控制模块温度采集模块止输出端并接高于本稳压模块的输出电压而烧坏7809和7805而特别设计，达到了可靠性电源设计目的。另外，由于系统正常工作电流较大，因此使用时均应在7809和7805上加散热片散热。由图可见，系统采用双电源供电，提供了系统正常工作所需的电源电压。另外，由于考虑到便携目的，本系统采用+12V铅蓄电池提供系统所需的恒定直流电源。图3-2系统电源电路原理图如图3-2：I/O口提供了相应的稳定直流电源。其中的IN4004是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。由于S3C2440采用2.5V作为ARM内核电源，使用3.3V作为I/O口电压，故ARM核心控制模块电源需要另外单独设计，其电源电路如图3-2所示。由系统总电源电路提供的+9V稳压电源作为输入，分别经AS1117-5.0、AS1117-3.3、AS1117-2.5稳压后，输出5.0V、3.3V和2.5V恒定电源，为RAM内核和I/O口提供了相应的稳定直流电源。其中的IN4004是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。3.1.3温度采集电路设计温度采集模块电路采用AT89S52单片机作为模块的协控制器。对于温度传感器的选用DS18B20，因为DS18B20是Dallas公司最新单总线数字温度传感器，该传感器集温度变换、A/D转换于同一芯片，输出直接为数字信号，大大提高了电路的效率。由于现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，且提高了CPU的效率。AT89S52单片机的P0口与8路温度传感器相连，用于采集温度数据；另外，模块提供RS-232串行口与RAM核心控制模块通信，达到数据传输的目的。温度采集模块电路原理图如图3-3。图3-3温度采集电路原理图3.2软件设计3.2.1设计思路本系统软件设计是在CodeWarriorforADS开发环境下完成的。本温度数据采集与显示装置的主体由S3C2440核心控制模块和温度数据采集模块构成，所以系统软件也是围绕这两个模块来编写的。而又由于系统采用了S3C44Box和AT89S52两个CPU协同工作，所以软件的编写需要对这两个CPU分别编写，以实现所要求的功