基于Stm32的温湿度检测系统.pdf

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书资料大小：6.14M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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分类号： UDC：密级：武f，蔫；净拨夫哮硕士学位论文基于Stm32的温湿度检测系统 The temperature and humidity of the ．．．．—．。———————detection syste—m————————————b———a————s——e———d—————o————n—．．．．S．．．t．．m—————3————2．—．．．．．．．．．————— 陈城指导教师姓名：潘炼教授武汉科技大学信息科学与工程学院申请学位级别：论文定稿日期：学位授予单位：学位授予日期：答辩委员会主席：王斌教授评阅人：王斌教授张均湖高工

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武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名： i肇遮日期：矽f≥、r、而研究生学位论文版权使用授权声明本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门(按照《武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作的规定》执行)送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名：指导教师签名：日

筮TT雨／lJ 上山／、武汉科技大学硕士学位论文一——————————————————————————————————一 Abstract At口rese此with the development ofthe n∞dern society,more and more science technologY is applied in the field of agricultural production．In the greenhouse，the acqulsit舢-of ternperature and humidity,carbon dioxide concentration of external parameters ot'the real．time can be accurate measured and adjusted is the important premise which can ensure the efficlem in agricultural． This Daper designs and realizes a intelligent temperature and humidity detection system based on Single．chip microcomputer,and the main paper has made the following several aspects： first through to the real time and accuracy,economy and expansibility，the analysis o f the four directions after comparing，choose the STM32F 1 03VE microcontroller as the main control chip and AM2303 temperature and h删dky sensor to the collection of data；Then detailed introduces the work Drinciple of each module and the hardware circuit design ideas，set the abnor盥l automatic alarm circuit,realize the temperature meaS眦ment：Expounds the system after each part ofthe software design train ofthought；In the end，the paper introduces the system in the actual app lication o f the co llected data processing， analyzes the causes of the error,and through the piecewise linear interpolation algorithm for nonlinear system error compensation,the data acquisition with the compensation are higner accuracy and better stability when without it． and humidity data real-time accurate In order to e11sⅦ℃the effect of measurement based on this system design of fuHy comidering to price，quality and development such as periodic again,with lower cost and facilitate the developrnent ofthe design，versatility and other characteristics，not only applicable to the modern agricultural production,also can be used in other fields such as industrial contr01， machinerv manufacturing and others．The system has a good value of rrlaI'ket popularizatio n． Key words：temperature and humidity control；Intelligent detection system；Single chip microcomputer；Greenhouse canopy；

武汉科技大学硕士学位论文第1II页目录摘要……．．．．．．．．…．．．．．…………………．…………………．．I Abstract…．．．．．．．．．…．．．．…………………………．……．．．…．．I工目录……．．．．．．．．…．．．．……．………．．．．．．．…………………工工工第一章绪论………………………………。．…………………．．1 1．1课题的研究背景．．．．．………………．．．……………………1 1．2温湿度传感器国内外研究现状…………………………．．……1 1．3温湿度传感器技术的发展趋势…………………………．．……2 1．4本论文的研究意义…．．．．．…．．……………………．．……．．．3 1．5本论文的章节安排．．．………………．．．．………．……．．…．．4 1．6本章小结……．………．．．．…．．．．．…．………．…………．．4 第二章系统总体方案设计……．……．…．…………………………．5 2．1系统设计工作流程…．…………．…………………．………5 2．2主要元件的选择…………………………．…………．……6 2．2．1温湿度传感器的选择…………………………．．………6 2．2．2控制器的选择…………………．………．……………7 2．3本章小结．．…．．．．．．…．．…………．．．．……………………9 第三章系统硬件电路设计……………………………………．…．．10 3．1微控制器概述………………………………………．…．．10 3．2 ARM Cortex—M3内核简介．．…．．．．．………………．……．．…．10 3．3温湿度采集模块设计………………………………………13 3．3．1温湿度传感器AM2303介绍…………………………．．…13 3．3．2 AM2303的引脚分配及说明…．……………．……………13 3．3．3传感器的性能……．…………………………………14 3．3．4 AM2303通讯时序……………………………………．15 3．4液晶显示模块设计……．．…．．．…………………．……．…．17 3．4．1液晶显示模块介绍……………………．……．…．……17 3．4．2显示屏坐标点的映射关系………………………………17 3．4．3液晶显示模块硬件说明………………………………．．18 3．4．4模块操作时序控制………………．…………………．．19 3．5电源模块设计…．．．．．．．…………………．………………．20 3．6其他模块设计…．…．……．…………．……．……………．22 3．6．1报警电路………………．……………………．……22 3．6．2时钟电路…………………………．………………．22

第工v页武汉科技大学硕士学位论文 3．6．3复位电路…．．．．．．．．．．．．．．．．……．．．……．……．．．…．．．．23 3．7通信模块的设计……．…………．．…………………．……24 3．7．1 RS485通信模块．．．．．．．．．．．．．．．．．…．…．…．．．．．…………24 3．7．2 Modbus通信协议…．．．．．．．………．．……．．．．．．．．．．．…．．．26 3．8本章小结………………．………………………………．27 第四章系统的软件设计…………．……………………．．………．．28 4．1开发环境介绍．…．…………．……………．……………．．28 4．2液晶显示的软件设计．．……．．．．．．．．．……．．…．．．．．．…．．……29 4．3温湿度采集模块的设计………………………………．……33 4．4串口通信程序的设计………．．．……．．．．……．．．．．……．．．．．．36 4．5本章小结．…．．．……．…．．…．．．．．……．．．……．．……．．．…38 第五章实际应用及数据的分析处理……．．．．…．．．．．．．…．．．．．．………．．39 5．1系统的误差来源…．…．．．……．…．．．．．．．……．．．…．．．．．……39 5．2传感器的误差分析．．．．．．……．．．．．．．……．．…．．．．………．…40 5．3消除误差的措施．．．．……．．．……．．…．．．……．．…．…．．……4l 5．3．1多项式插值法．…．．…．……．．．……………．…………41 5．3．2分段线性插值法………………………．…．．…．……．．42 5．4实际应用效果…．．．．．．．．………．．．……．．…．．…………．…43 5．5本章小结．．…．……．．．．．．．……．．…．．．……．．…．…．．……43 第六章总结和展望……．．．．……．…．．…．．．…．．．……．………．．．．45 6．1论文工作总结…．．……．…．．．……．．．．．．．．…．．．………．…．45 6．2后续工作展望………．．．……．．．．…………．…．．…．．……．45 参考文献…．．……………．．…．…………．……．．……………．46 致{射……．………………．……………．．……．．．………．．．．．48

武汉科技大学硕士学位论文第1页第一章绪论 1．1课题的研究背景随着科学技术的快速革新和人民生活水平的逐步提高，科学技术在农业生产中占的比重是越来越大。尤其是随着现代农业革命的逐渐到来，越来越多的信息技术和人工智能技术的被应用于农业生产中，在避免了有效资源的大量浪费和减少农业环境污染的同时，对农业生产中的各个环节给予了精确的控制，合理的利用了各项资源，大幅度提高农产品的产量和质量，极大的改善了人民的生活水平。而在温室大棚中，影响植物生长的因素有很多，比如温度、湿度、CO，浓度、光照强度、土壤的营养成分等等都会对植物的生长产生一定的影响。如果依靠传统农业的方式来进行管理，不仅要消耗大量的人力、物力资源，而且还不能对大棚内的环境给予准确的控制和及时的管理，这样就会导致农业生产过程效率低下，制约农业发展。在这种条件下，采用先进的信息技术和人工智能技术来对农业生产环境进行科学有效的管理就显得十分重要了。通过智能的检测设备，我们能对植物生长环境周围的各种变化随时进行准确检测，及时对采集到的数据进行诊断分析，并通过网络技术对现场环境进行远程监控。这样在为农作物提供了良好的生长环境和精确的生产控制的同时，也能够实现农业土地的高效利用和农业现代化技术的优化管理n¨2l。而以单片机为核心的智能温湿度检测系统，由于价格相对便宜、便于开发、操作简单、监控效果良好，在各项农业生产及其他领域中得到广泛的应用，市场前景良好。 1．2温湿度传感器国内外研究现状随着农业现代化技术的快速发展和科学技术水平的不断提高，农业技术和科学技术的结合程度越来越受到重视。由于农业生产中外部环境与植物的生长、发育关系密切，所以对环境中的一些参数之如温、湿度等随时进行检测和控制是农业生产中非常重要的一环，其中非常重要的就是传感器检测技术。在科学技术在生活比重中占得成分越来越多的今天，传感器技术和通信技术、计算机技术一起组成了信息技术的三大支柱，传感器技术就相当于信息系统的“感官”，通信技术相当于“神经”，计算机技术相当于“大脑”，它们分别完成信息的采集、传递和处理的功能，都是信息系统中不可缺少的部分之一。而传感器检测技术是人们对于信息进行采集的最前端的技术，是现代工业和科学技术中必不可少的重要手段。温度传感器的早在17世纪就被使用，较于湿度传感器的出现更早。从伽利略发明了温度计之后，人们就逐渐开始了对温度的测量和温度检测技术的不断革新。后来随着 1821年热点效应的发现，逐渐研制出了热电偶传感器，从而真正实现了把温度信号变成电信号，它们与被测对象直接接触，具有精度高，测量范围广的特点，可对一50～1600℃ 的进行连续测量，特殊的热电偶如金、镍、铬等最低可测到一269℃，最高可达到3000℃，

第2页武汉科技大学硕士学位论文但是相比之下灵敏度比较低，由于线性不好，必要对采集数据进行温度补偿。模拟集成温度传感器的是在20世纪80年代问世，它通过硅半导体集成工艺，将传感器和温控开关、可编程控制器等集成到一块芯片上，具有测温误差小、功耗低、精度高、价格低，并且由于温度和输出电压成线性关系，受外界影响很小，不需要进行非线性校准，但受制于半导体技术的原因，测量范围不宽，一般为一50～150。C。随后又出现了辐射温度传感器、光谱测量温度传感器、超声波温度传感器、激光温度传感器等。而现在，随着电子技术的逐渐发展，温度传感器正逐渐从模拟式向数字化、集成化、智能化及网络化方向发展。智能温度传感器将温度采集电路、A／D数字化信号转化电路、数据处理电路、外设硬件接口电路等集成到一个芯片上面，有的还带微控制器(MCU)、多路控制器等旧儿4|。在常规环境参数中，温湿度的检测由于受外界环境因素(温度，压强、有毒气体、水分等)影响比较大，相对比较复杂，对灵敏度、精度和稳定性等要求比较高。国外在湿度传感器研制方面较我们国家更好，在湿度检测方面技术水平更为先进，对于湿度测量，测量范围更广，精度更高，部分高精度产品精度可达到±1％RH左右，稳定性和耐高温、耐腐蚀性等方面可靠性比较高，但是价格也相对比较昂贵旧1。而我国湿度传感器在20世纪80年代才开始研发，起步比较晚，技术水平比较薄弱，同时由于科研设备和经费投资不足、研究单位多于生产厂家且这些单位多从事与电解质以及高分子累传感器的研制与开发等原因，导致传统或者集成式温湿度传感器与国外还有一些差距，主要是体现在产品的质量、稳定性、精度和创新性上，就目前现状来说一部分高精密传感器主要选择国外的产品。近年来，随着信息技术的突发猛进，温湿度传感器发展也越来越快，尤其是在数字化智能传感器方面有了很大的进步，这也为传感器检测技术的发展创造了优越的条件。 1．3温湿度传感器技术的发展趋势 (1)向集成化发展所谓集成化，就是在一个芯片上面，将众多不同型号的传感器(如何集成上温度、湿度、压强、CO，浓度等)集成到一个传感器上面，甚至能集成上控制电路、信号处理电路、电源和放大电路等，使之能实现多参数的检测，并完成对检测的信号进行分析、处理和补偿等多种功能。 (2)向微型化发展随着微米、纳米技术和微机械加工技术(如同步辐射X射线光刻、无应力微薄接口封装等技术)的快速发展，微型传感器出现，同时也标志着传感器的发展进入新的阶段。 MEMS工艺和微纳米技术使得大量体积小、重量轻、精度高、成本低的集成敏感元件与微型机集成到一个硅芯片上，大大减低了传感器空间体积的同时，也使得传感器检测的数据更为精确可靠。同时由于便于封装的特点，使得传感器在使用时受外界影响减小，进

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