多点无线温湿度实时监控系统的设计与实现.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.73M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2粮情检测技术的国内外研究动态

1.2.1硬件技术

1.2.2软件技术

1.2.3软件产品

1.3无线通信技术的发展及研究现状

1.4本课题要解决的主要内容

1.6课题的创新

1.7应用前景

1.8小结

第二章系统方案的总体设计

2.1系统设计目标：

2.2系统设计框图：

2.3系统方案构想

2.4系统方案的确定

2.4.1传感器方案

2.4.2无线通信模块方案

2.4.3系统控制及数据处理模块方案

2.5器件的选用

2.5.1数字式温度传感器的选择

2.5.2湿度传感器的选择

2.5.3无线频收发芯片的选择

2.5.4键盘显示模块的选择

2.6小结

第三章系统硬件电路的设计

3.1温湿度采集部分电路设计

3.1.1温湿度数据采集硬件接口电路框图

3.1.2数字式温度传感器DS18B20

3.1.3单片无线收发模块nRF401

3.1.4无线通信子系统电路接口设计

3.2温湿度显示电路设计

3.3硬件抗干扰措施

3.3.1元器件的选择

3.3.2电源的干扰与抑制

3.3.3不用引脚的处理

3.3.4印刷电路板抗干扰措施

3.4小结

第四章系统的软件设计

4.1上位机主程序

4.2下位机主程序

4.3温、湿度测量子程序

4.4 通信

4.5软件抗干扰措施

4.4.1自动恢复技术

4.4.2数字滤波技术

4.4.3指令冗余技术

4.4.4软件陷阱技术

4.6小结

第五章结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

山东大学硕士学位论文多点无线温湿度实时监控系统的设计与实现姓名：王美红申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：王济浩;吴顺伟20090308

山东大学硕士论文摘要随着电气技术、微电子技术与计算机技术的飞速发展，仓贮系统检测、控制、管理自动化已迫在眉睫，尤其是近年来仓贮系统的容量不断扩大，传统的方式已经远远不能满足实际生产的需要，建立一种管理科学、操作简便、运行可靠的高效率软硬件已是必需。粮库库房的原有温湿度检测都是采用人工检测和控制，方法老化、控制设施滞后，如果采用一般仓贮远程监控采用的有线控制，即重新布线或借助于电力线进行信号传输，施工劳动强度大，投资大。本设计以科技创新的观点，研究与设计以PC机为控制核心，采用无线数字温度和湿度传感器的自动测控系统，对库区内每个库房中各仓位的温度及湿度的变化情况进行实时自动测试，数据传输的采用无线传输方式，实时显示和监测各个仓库的环境变化情况，通过适当的软、硬件抗干扰处理和控制室计算机的分析处理，实现现场的控制，使仓库达到恒温、恒湿状态，从而提高仓库的科学管理化、控制自动化水平，对有效地提高事故的预见性和工作效率有着重要的实际推广价值和理论研究意义!本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的总体设计方案。包括系统要完成的设计功能，达到的技术指标，系统的设计原则，由此简要介绍系统的整个组成和系统工作原理：二是进行智能传感器的硬件电路和软件系统的设计。包括传感器的静动态特征介绍，采用单总线技术的DSl820数字温度传感器测温时序、测温原理、测温电路以及测温系统软件设计，湿度传感器HMl500的湿度测量电路。三是单片机及通信接口的硬件电路及软件系统设计。四是对计算机软件系统的设计思路、工作原理和实现方法进行了阐述。本系统将信息采集、信息传输、信息处理等多种信息技术相互融合，采用了多种总线技术，将粮仓环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出了一种切实可行的监测系统，该粮仓温、湿度测控系统实用性强，成本低，数据传输效率高，可靠性好。它不仅可以应用于粮库的监控管理，而且也可推广一到其他监控领域，因此具有广泛的应用前景。关键字：温度传感器；湿度传感器；数据采集；无线通信V

山东大学硕士论文AbstractWiththedevelopmentofelectrictechnology，micro-electronicstechnologyandcomputertechnology，thenewexamination，controllingandautomaticmanagementofstoragesystemhasbeeningreatneed．Asthecapacityofstoragesystemhasbeenbroadeningsincerecentyears，thetraditionalstoragewayhasbeenfarcryfromdemandinrealproductivity，SOit’Snecessarytosetupakindofsoftwareandhardwarefacilitywithscientificmanagement，simpleoperation，safefunctionandhighefficiency．ItisingraindepotthattheoriginalexaminationsystemoffemperatureandhumidityinworkshopandstorehouseWasexecutedandcontrolledbymanPower．Howeverthiswayhasbecomeold，includingitscontrollingfacilities；instead，ifitadoptsawire—controlwaywhichisusedincommonlong-distancemonitoringstorage，itwillbeanexpensiveinvestment．andhighintensityinworkingconstruction．Thenewdesign，basedonscientificinnovation，takesPCasthecontrollingcoreandadoptsautomaticmonitoringsystemspecializinginwirelessdignitytemperatureandhumiditysensor．Itcouldofferautomaticexaminationtothechangingconditionbothintemperatureandhumidityineverystorehouse，andcouldtransferdatainwirelessway：thedesigncouldalsostateandmonitorthechangingcondition，Whichcouldbecontrolledineverywarehousethroughappropriatesoftwareandhardwarelikecomputer，SOitcouldmakethetemperatureandhumidityinconstantcondition．Withhelpofthenewdesign，itisabletoimprovethescientificmanagementandautomaticcontrolofstorage；itisalsoofgreatvalueandsignificancetoforecasttherateofaccidentinstorageandtoimprovetheefficiencyindetailedworking．Thisdesignhasmainlydonethefollowingseveralworks．First，itestablishesthegeneraldesignofthesystem，includingthedesignfunctionofthesystemtobecompleted，thetechnicalspecificationstobereached，designprinciplesofthesystem，andintroducestheentiresystemcomponentsandworkprincipleofthesystems．Secondly，itdesignsthehardwarecircuitandsoftwaredesignofintelligentsensors，includingtheintroductionofthesmileanddynamiccharacteristicsofsensors．thesofcwaredesigningoftemperaturemeasurementPhase，temperaturemeasurementprinciple，temperaturemeasurementcircuitandtemperaturemeasurementsystemofdigitaltemperaturesensorDS18820whichadoptsone-wirebustechnology，humiditysensorcircuitofsensorHMl500，inordertopreventthedistortionofhumiditydatagatheredbymocksensor，thelinearinterpolationalgorithmisdopted．Thirdly，itdesignshardwarecircuitofcommunicationVI

山东大学硕士论文interfaceandsoftwaresystem；Thelast，itelaboratestheworkingprinciple，designingthoughtsandrealizingmethodsofcomputersottwaresystem．Thissystemintegratesmodemsignalgatheringteehnology，signaltransmittingtechnology，informationprocessingtechnology,combinesmanyparametersinstorehouseenvironmentmonitoringandcontroltheoryofSCMandbymanybusTechnologies，proposesonekindofpracticalfeasiblestorehouseenvironmentalmonitoringsystem．Controlsystemoftemperatureandhumidityispracticalandreliable．Andithavelowercostandhi：ghdatatransmissionefficieney．ItisnotoIllyappliedinthemonitoringandmanagementofgranary，butalsoextendedtootherareasofmonitoring．Thereforeithasabroadapplicationprospect．Keywords：Temperaturesensor：Temperature，humiditysenor：Dataacquisition：WirelesscommunicationVⅡ

原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：型苤纽日期：牮馆关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或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；本人授权山东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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)……：盥一稚铲日期妇每够汐

山东大学硕士论文1．1问题的提出第一章绪论防潮、防霉、防腐是仓库日常工作的重要内容，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，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作，这项工作，传统的方法是用干湿度表、毛发湿度计、湿度试纸和温度计等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度及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、效率低且测试的温度和湿度误差大、随机性大。随着电气技术、微电子技术与计算机技术的飞速发展，仓贮系统检测、控制、管理自动化已迫在眉睫，尤其是近年来仓贮系统的容量不断扩大，传统的方式已经远远不能满足实际生产的需要，建立一种管理科学、操作简便、运行可靠的高效率控制系统已是必需。为此，研究与设计以PC机为控制核心，基于数字温度和湿度传感器的自动测试系统，对库区内每个库房中各仓位的温度及湿度的变化情况进行实时自动测试，一旦出现异常现象便于及时处理，有效地提高事故的预见性和工作效率有着重要的实际推广价值和理论研究意义。本系统主要监测仓库现场的温度和湿度等参数，实时显示和监测各个仓库的环境情况，通过控制室计算机的分析处理，实现现场的控制，达到恒温、恒湿状态，从而提高仓库的科学管理化、控制自动化水平。如果使用一般仓贮远程监控采用的有线控制，即重新布线或借助于电力线进行信号传输，这需要对已经修建好的仓贮设备重新布线，施工劳动强度大，投资大。本次技改以科技创新的观点，拟采用基于无线传输的设计思路，通过适当的软、硬件抗干扰处理，通过测控系统的硬件处理、软件算法及功能实现方面有所改进。1．2粮情检测技术的国内外研究动态粮情检测属监控系统范畴，近年来，由于计算机技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域，因此，粮情检测技术的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。l

山东大学硕士论文1．2．1硬件技术早期粮情监测主要采用温度计测量法，它是将温度计放入特制的插杆中，根据经验插在粮堆的多个测温点，管理人员定期拔出读数，确定粮温的高、低，决定是否倒粮。这种方法对储粮有一定的作用，但由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时有发生。随着科技的发展，从1978年开始，采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器、报警器等组成的储粮监测系统出现，它可对各粮库的各个测温点进行巡回检测，检测速度、精度大大提高，降低了劳动强度，但由于电阻传感器的灵敏度低，致使检测精度、系统可靠性还不够理想。至1990年，粮情检测系统有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路，在传感器方面应用了半导体、热电偶等器件；在线路传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数；采用单片机进行数据处理，并采用各种手段提高数据传输及检测速度，通过软硬件技术的结合，检测精度和可靠性较前有很大提高。但温度传感器的线性度差，系统的检测精度仍不理想，无法大面积推广。近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。寻找最佳配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点。国外在粮情监控技术上已达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片，存储芯片等，除完成温度检测功能外，还可完成预置范围温度、报警、多路A／D转换、温度补偿等功能。由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器、接插器、分线器等，技术也比较成熟。数字传感技术、通信技术、计算机成为当今信息技术的的三大基础，计算机监控技术已成人们关注的热点。1．2．2软件技术近年来，各种计算机软件开发平台有了很大的发展，特别是基于Windows环境下的VisualC++、VisualBasic、PowerBuilder的不断升级，数据库功能增强，能够2

山东大学硕士论文使用ODBC驱动程序访问各种数据系统，并可使用ADO、DAO等各种应用程序开发接口，操纵数据库中数据，管理数据库、数据库对象与结构，方便地对监测数据进行显示、打印、查询、自动控制等操作，为高性能的测控软件设计提供了基础。1．2．3软件产品美国、加拿大等代表的产粮大国在粮情监控技术上已达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统，并有一定数量的检测系统软件产品推出，监测的速度、精度都达到了较高的水平。国内粮情检测系统的研究主要采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器等作为基本硬件，线路复杂，不易维护，软件设计较简单。国外的产品价格昂贵，粮库难以承受，国内的产品目标性强，仅适应特定环境，一致性差。最近几年，国内设计者把目光投向国外，硬件也采用数字传感器，但多传感器测温电缆的设计与检测精度和速度的相互协调目前还是个难题，检测精度与国家粮食储备局的有关文件要求还有一定差距，数据采集速度不够理想，由于人员少、路程远等方面的原因，后期维护质量较差。总之，粮情监测技术在软、硬件方面的研究，国外有成熟先进的研究经验，国内既有经验又有不足，这些为本项目提供了一定的研究基础和研究空间。1．3无线通信技术的发展及研究现状无线通信技术已经在我们的日常生活中得到了广泛的应用，目前应用广泛的短距离无线通信技术主要有IEEE802、nwLAN、蓝牙、ZigBee、uwB、微功率短距离无线通信技术等。与目前已经具备相当规模的无线长距离通信网络相比，短距离无线通信系统在基本结构、服务范围、应用层次及通信业务(数据、话音)上，均有很大的不同。(一)IEEE802．11n一一1802．11是个系列标准。IEEE802．1ib技术标准是无线局域网的国际标准，自发布之日起就得到了广泛的应用，迄今为止仍是应用热点。该标准工作在2．4GHz的频段上，采用了补码键控(CCK)调制技术和直接序列调频(DSSS)技术，最大传输速率可达11Mbit／S，并且可以根据情况的变化，在llMbit／s、5．5Mbit／s、2Mbit／s、1Mbit／s的不同速率之间自动切换，且在2Mbit／s、lMbit／s的速率时与802．11兼容，它从根本上改变了WLAN的设计和应用现状，扩大了WLAN的应用领域。现在，大多数厂商生产的wLAN产品都基于802．11标准。3

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