智能环境温湿度监测与控制毕业设计论文.docx

智能环境温湿度监测与控制毕业设计论文.docx

《智能环境温湿度监测与控制毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能环境温湿度监测与控制毕业设计论文.docx（63页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

智能环境温湿度监测与控制毕业设计论文

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

本课题主要针对特定室内温度、湿度研制了以PC机为上位计算机，单片机为下位机的智能环境测控系统的软硬件设计。

综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求这三个方面之后，最终确定下位机以AT89S52单片机系统为核心，采用DHT11数字温湿度传感器对周围环境温湿度的测量取样，通过对监测数据的分析，结合实际需要，实现对温湿度的精确测量与准确控制。

针对不同的参数，可以通过键盘人为设定作物所期望的上、下限值。

当单片机检测到温湿度有任何一个参数越限时，则启动声光报警，同时单片机通过控制固态继电器打开相应的执行机构进行补偿。

下位机可以通过RS232实现和上位机的串行通讯。

为了便于系统的调试、移植、修改，软件设计以C语言为基础，采用模块化设计，主要包括数据采集模块、键盘显示模块、串行通讯模块以及数据处理等模块。

在系统设计过程中充分考虑到性价比，选用价格低、性能稳定的元器件来实现环境中温湿度的自动控制，既节省了人力，又提高了效率，不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。

关键词：

智能；温湿度；传感器；测控；单片机

Abstract

Thisthesispresentsthemeasuringandcontrollingsystemabouttemperature,inthespecificenvironment，composedofhostPCandsecondaryMCU.Consideringtheaccuracyandeconomical,thisthesisdesignA89S52asthecorecontrolapparatus.Afterthenonlineariscompensatedwithleastsquaremethodtomeasuringresult,ithasreducedthenonlinearerrorofsensorandachievedaccuratemeasurementandaccuracycontrol.Whentheparameterhasexceededthelimit,includingtemperature,humiditythesingle-chipmicrocomputersactivatetheaudibleandvisualalarm.Atthesametime,thesingle-chipmicrocomputerscontrolthesolidstaterelaytoactuatemechanismforcompensation.Fordifferentparameters,wecanusekeyboardtosettheanticipantrangeofthecrop.ThesecondarycomputercommunicateswithhostcomputerthoughRS232.Inorderthatit'smodelblockiscomposedofdataacquisition,keyboardanddisplay,serialcommunication,dataprocessingandsoon.Atthelast,thisthesispresentsthereliabilityandthemeasurestoagainstinterference,andmakethesystemworkmorereliableandstable.

Thisthesischoosesthedevicesasfullconsiderationoftherationbetweenperformaneandcostasposiblesave the human, improve the control quality produceda good economic benefit, not only has a broad market prospect, and has great social bene-fits.

Keywords:

Smart；Temperature；Single-chipmicrocomputer；Humidity；Sensors.

1绪论

本系统在工农业方面主要应用于温室大棚、粮食储存仓库等对密闭环境温湿度要求比较高的场所。

本文主要以农业中常见的温室大棚为例。

在我国，传统的温室大棚多为人工通过简单的温湿度计量设备或者简单的仪器仪表获取环境状态参数，并根据经验手动控制各个调节阀。

此种方式效率低下，控制效果也无法达到智能自动的要求，因此传统的监控管理方式已显示出诸多局限性。

1.1温湿度控制背景及研究意义

本系统的作用与意义主要体现在农业的应用。

众所周知，我国是农业大国，无论是农业大棚种植，还是粮食储存，都关系到国计民生。

我国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。

现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。

例如:

空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。

在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。

以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。

大棚内的温度、湿度与含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。

而国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。

而当今大多数对大棚温度、湿度的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。

因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度，使大棚内形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。

目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。

由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。

本文提出了一种以AT89S52单片机为控制核心的温湿度监控，主要是为了对蔬菜大棚内温度、湿度，以及含量进行有效、可靠地检测与控制而设计的。

该测控仪具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点，该系统具有较好的通用性和较强的适应性，并运用一定的仿真方法对该系统的正确性和实用性进行了验证，具有一定的应用前景。

1.2温湿度测控技术的发展状况

1.2.1国外发展状况

西方发达国家在现代温湿度测控技术上起步比较早。

1949年，借助于工程技术的发展，美国建成了第一个植物人工气候室，开展了植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础及应用研究。

20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。

随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展。

特别是二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化。

80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段。

目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准。

温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。

计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制，一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向发展。

1.2.2国内发展状况

我国现代温室技术起步较晚，70年代以来，政府大力发展以塑料大棚、节能日光温室为主的设施农业，促进了农村经济的发展，同时也缓和了蔬菜季节性短缺的问题。

与此同时，从1979年至1994年，从欧美、日本等国家引进了一系列现代化温室（包括加温系统、湿帘降温系统、灌溉系统、监测与集中控制系统及其它附属设施）进行实验研究。

引进的温室与我国传统温室比较，其空间大，便于进行机械作业，生产率与资源利用率比较高，为我国温室的发展提供了借鉴作用。

但这些温室也存在着许多不足之处，主要表现在:

（1）价格昂贵，国内农业生产目前难以接受；

（2）缺乏与我国气候特点相适应的温室测控软件。

目前我国引进温室的测控系统大多投资大、运行费用过高，并且测控系统中所侧重考虑的环境参数与我国的气候特点存在矛盾；

（3）控制方式比较简单，软件实现模式固定，不能进行功能扩展。

随后在我国出现了一些国外的仿造产品，如江苏工学院研制的“温室环境测控系统’，主要用于无土栽培实验温室，造价仍较高，且处于实验阶段；吉林工业大学研制的“温室环境自动检测系统”，仅实现了温湿度的自动测试，“智能型温室环境控制器”仅实现了温室内的喷水自动控制等。

以上产品均没有面向我国广大农村现有的100万亩传统温室的改造工程。

所以，传统的方法，人们主要还是采用温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，通过人工操作加热、加湿、通风和降温来控制温湿度。

因此，以上产品的推广使用价值仍然不大。

总体上说，我国综合环境测控技术的研究刚刚起步，目前仍然停留在研究单个或少量环境因子调控技术的阶段，自行开发的温室测控系统其技术水平和调控能力与发达国家还有一定的差距。

1.3课题的主要内容及研究意义

1.3.1课题的主要内容

为适应农业发展的需要，根据以上分析存在的问题，本文研制和设计了基于单片机的温湿度自动测控系统。

该系统在设计过程中充分考虑到性价比，选用价格低、性能稳定的元器件，可实现对大棚内温湿度的在线实时检测。

同时，本课题还设计了相应的控制系统，单片机实时监测大棚内的温湿度，当温湿度超过设定的上、下限时，单片机驱动固态继电器打开相应的执行机构，实现对温湿度、的补偿，从而使得大棚内的参数在适合作物生长的范围内保持稳定。

本课题主要研究内容包含以下几个方面:

（1）空气温度、湿度传感器的选型及相应信号处理电路的设计；

（2）实现温室内空气温度、湿度环境参数的自动测试；

（3）通过人机对话接口实现参数显示和在线参数设置；

另外，本系统在设计时加入了以下特色性能：

（1）可扩展性。

系统在设计过程中除满足当前需求外，还需为日后的系统扩展留有足够的接口，所有功能模块均为可组态化设计，可以灵活的增加或者删除。

（2）可集成性。

系统在设计过程中需具备高度集成性，满足于第三方平台的实时交互集成需求。

（3）可控制性。

系统建成后，要求对温室中的温湿度、光照强度、喷灌装置等设备可实现远程自动、手动控制，保证温室作物处于最优的生长环境中。

1.3.2课题的研究意义

传统的方法，人们主要采用温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，通过人工操作加热、加湿、通风和降温设备来控制温湿度。

但是由于温度计、湿度计精度比较低，以及人工读数的人为因素等原因，温湿度检测不仅速度慢，精度低，实时性差，而且操作人员的劳动强度大。

现在农业上基本沿用人工的测控方法，这就不可避免的存在着劳动强度大、繁琐、测量精度低，并且由于检测报警不及时，给农业生产和科研工作造成了一定的损失。

近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，人们对大棚内参数检测的准确性、稳定性要求也越来越高。

本课题就是针对此问题，设计相对精度高、性能稳定、价格便宜的温湿度测控装置。

该仪器可广泛地应用于诸如温室大棚、畜牧业中的孵化和饲养环境调节、粮食储藏以及其它农业生产和科研领域，并且由于系统的灵活性和模块化，也可以方便地满足其它领域的需要。

2研究方案的设计

2.1室内温湿度参数的调节

2.1.1温度的调节与控制

目前温室内温度的调节和控制包括加温、降温和保温三个方面，具体表现在：

（1）加温。

加温有热风采暖系统、热水采暖系统、土壤加温三种形式。

热风采暖系统由热风炉直接加热空气和蒸汽热交换空气两种。

前者适用于塑料大棚，后者适用于有集中供暖设备的温室；热水采暖系统的稳定性好，温度分布均匀，北方温室大都采用此种方式；土壤加温有酿热物加温、电热加温和水暖加温。

（2）降温。

降温最简单的途径是通风，但在温度过高，依靠自然通风不能满足作物的要求时，必须进行人工强制降温。

降温包括遮光降温法、屋面流水降温法、蒸发冷却法及强制通风法。

遮光降温法是一种在室外与温室屋顶部相距约40cm处张挂遮光幕，对温室降温很有效。

另一种在室内挂遮光幕，降温效果比挂在室外差；屋面流水降温法采用时须考虑安装成本，清除玻璃表面的水垢污染问题：

蒸发冷却法使空气先经过水的蒸发冷却降温后再送入室内，达到降温目的。

蒸发冷却法有湿帘法、风机降温法、细雾降温法、屋顶喷雾法。

（3）保温。

保温包括减少贯流放热和通风换气量、增大保温比、增大地表热流量。

减少贯流的放热和通风换气量包括减少向温室内表表面的对流传热核辐射传热、减少覆盖材料自身的热传导散热、减少温室外表面向大气的对流和辐射传热、减少覆盖面因漏风而引起的换气传热；增大保温比是适当的降低温室的高度，缩小夜间保护设施的散热面积，从而有利的提高温室内昼夜的气温和低温；增大地表热流量可以采用增大保护设施的透光率，且经常保持覆盖材料干洁，及设置防寒沟，防止地中热量横向流出。

2.1.2湿度的调节与控制

大棚内空气湿度的调节与控制，从环境调控的观点来说，空气湿度的调控，主要是防止作物沾湿和降低空气湿度两个直接目的。

而防止作物沾湿主要是为了抑制病害。

除湿的方法有通风换气、加温除湿、覆盖地膜、适当地控制灌水量、使用除湿机、除湿型热交换通风装置。

一般采用在不加温的温室里自然通风，达到降低温室内湿度的目的，其效果显著。

在有条件的情况下，可采用强制通风，可由风机功率和通风时间计算出通风量，而且便于控制；其他的方法如覆盖地膜、热泵除湿等也能达到除湿的目的。

加湿的方法包括喷雾加湿、湿帘加湿、温室内顶部安装喷雾系统。

喷雾加湿时可根据温室面积选择合适的喷雾器，此法效果明显，常与降温结合使用。

湿帘加湿主要用来降温，同时也可达到增加室内湿度的目的；温室内顶部安装喷雾系统，降温的同时也可以加湿。

2.1.3温度湿度之间的耦合控制

温度与湿度之间有一定的耦合关系，对一个因子的控制常会带来另一个因子的变化。

在冬季温室环境控制中，默认为温度控制优先的原则，在温度条件满足后，再来满足湿度条件。

如温度过低、湿度过大的情况下，以加温为主导，只有当温度上升到一定值后，才能通风降湿，另一方面，温度提高本身可以使相对湿度降低。

在夏季降温加湿的过程中，采用以湿度优先的原则。

当湿度过小时，开启蒸发降温加湿装置。

而当温度过高需要启动蒸发降温执行机构时，必须先检测室内的相对湿度，只有湿度低于某一设定范围时，才能启动蒸发装置。

2.2系统总体方案设计

2.2.1概述

本文设计和研制上、下位机温室大棚测控系统，以满足不同的需求。

其中，上位机采用PC机，下位机采用单片机。

下位机控制器应能完成以下工作：

脱离监控主机独立地进行数据采集与控制，通过人机接口（键盘和显示器）实现参数设定、显示和人工干预控制输出等功能。

下位机控制器是以单片机为核心的，整个系统包括主模块、数据采集与处理模块、输出控制模块、键盘显示模块和数据通信模块等。

数据采集与处理模块能够完成温室内温度、湿度和二氧化碳浓度的模拟量的采集和处理，结果送数据存储器或传输给监控服务器，由监控服务器存储和管理，输出控制模块主要负责温室执行机构的控制，通信模块则是基于RS-232总线，由双绞线进行远程的数据传输，实现单片机和上位机的通信。

本系统主要由温室内外环境自动测试系统，自动控制系统，人机对话接口和通讯接口四个部分组成。

系统流程框图如图