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：0℃～50℃（2）检测的湿度范围：0～100%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。DS18B20温度传感器HS1101湿度传感器STC89C52单片机HS1101湿度传感器显示模块供电模块通信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LabVIEW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4KBEEPROM，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LabVIEW编写，LabVIEW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LabVIEW开发环境能帮助快速构建自己的应用，所以本设计拟采用LabVIEW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TCPServer，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LabVIEW的TCP控件使用，编写LabVIEW的TCP通信程序，建立TCPServer，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：在初步的原理实验通过后，根据具体的应用要求，编写、调试功能较为全面的程序，实现基本的功能；第10周~第12周：进一步优化程序，实现具有实用功能的应用程序，完成外文文献译稿；第13周~第16周：撰写论文，准备答辩。论文起止时间：年月日——年月日学生（签名）：指导教师（签名）：年月日教研室意见：教研室主任（签名）：年月日注：本表格由学生填写，指导教师审核同意后，由教研室审批留存。