開題報告-基于單片機(jī)的實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

開題報告課題名稱基于單片機(jī)的實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計課題來源教師科研課題類型A.教師科研1．選題的背景及意義：傳統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測需要相關(guān)專業(yè)的儀器設(shè)備，測量設(shè)備體積較大，實時性差，精度低，還需花費(fèi)較大的人力，已不再適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展的要求；通過人工不間斷測量、記錄大量數(shù)據(jù)的方式來實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測的方式不僅需要耗費(fèi)大量的人力物力，監(jiān)控信息也會隨著季節(jié)的更替變得不準(zhǔn)確。本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心控制模塊，其重要意義在于：它完全不同于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計思路。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)必須依靠大量的模擬電路或者數(shù)字電路技術(shù)來實現(xiàn)某些硬件的功能，現(xiàn)在可以通過單片機(jī)使用軟件的方法來實現(xiàn)。這種由軟件來替代硬件的控制技術(shù)被為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次重大突破。研究基于單片機(jī)的環(huán)境溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、及時的知道環(huán)境溫濕度的變化；與傳統(tǒng)環(huán)境溫濕度監(jiān)控的方式相比，本系統(tǒng)不僅可以節(jié)省大量人力物力，且準(zhǔn)確度高，集成度高，使用更方便。2．研究內(nèi)容擬解決的主要問題：本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢：溫度、濕度、空氣質(zhì)量三位-體的自動控制系統(tǒng)，目前國內(nèi)外還沒有成熟的產(chǎn)品，只有單一溫度顯示控制與溫度和溫度同時顯示控制，產(chǎn)品單調(diào)、功能少，主要不能實現(xiàn)現(xiàn)場其他設(shè)備的聯(lián)動，如風(fēng)機(jī)、照明、加溫設(shè)備、加濕設(shè)備等。

綜觀目前國內(nèi)外的產(chǎn)品，基本趨勢表現(xiàn)在:主要芯片利用抗干擾能力比較強(qiáng)的PIC單片機(jī)居多，控制系統(tǒng)基本采用遠(yuǎn)距離多點數(shù)據(jù)采集，集中處理等手段，被控設(shè)備有排風(fēng)、升濕、加濕、照明等各種控制環(huán)境的設(shè)備，應(yīng)用基本上局限在工廠或家庭。本系統(tǒng)是實現(xiàn)一個具備溫濕度、煙霧、PM2.5、為一體的多功能監(jiān)測系統(tǒng)，要求其精度合適，適用于實驗室環(huán)境監(jiān)測，與硬件設(shè)計部分配合完成實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。完成系統(tǒng)軟件設(shè)計部分包括:各個模塊軟件設(shè)計、系統(tǒng)總體軟件設(shè)計，以及對應(yīng)的軟件代碼調(diào)試。各個模塊包括:傳感器數(shù)據(jù)采集與處理模塊、報警、顯示、輸出驅(qū)動模塊、與上位機(jī)監(jiān)控中心的RS485通訊模塊及上位機(jī)的人機(jī)交互模塊等.物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)(1)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境和條件實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境和條件主要有:互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；無線傳感器網(wǎng)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ);計算機(jī)應(yīng)用是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部條件;標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵;立法是保障物聯(lián)網(wǎng)順利運(yùn)行的社會環(huán)境。(2)物聯(lián)網(wǎng)的六大基礎(chǔ)技術(shù)要素物聯(lián)網(wǎng)的六大基礎(chǔ)技術(shù)要素包括互聯(lián)網(wǎng)、RFID、讀寫器、物聯(lián)網(wǎng)中間件、物聯(lián)網(wǎng)名稱解析系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)。"這里選取-一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。實驗室環(huán)境條件基本要求:實驗室的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20℃,一般檢測間及試驗間的溫度應(yīng)在20±5℃，線值計量標(biāo)準(zhǔn)間為20±2℃實驗室內(nèi)的相對濕度一般應(yīng)保持在50－70％。實驗室的噪音、防震、防塵、防腐蝕、防磁與屏蔽等方面的環(huán)境條件應(yīng)符合在室內(nèi)開展的檢定項目之檢定規(guī)程和計量標(biāo)準(zhǔn)器具及計量檢測儀器設(shè)備對環(huán)境條件的要求，室內(nèi)采光應(yīng)利于檢定工作和計量檢測工作的進(jìn)行。主要研究內(nèi)容：1:研究目標(biāo)：本文基于單片機(jī)實現(xiàn)溫度、濕度、煙霧等參數(shù)的實時監(jiān)測。當(dāng)四個被測環(huán)境參數(shù)中的任何一個超過設(shè)定范圍，系統(tǒng)會發(fā)出警報提醒外界進(jìn)行干預(yù)控制。2:研究對象：本課題主要對溫度、濕度、煙霧、PM2.5等四個環(huán)境因素進(jìn)行實時監(jiān)測。3:擬解決的問題：(1)溫度、濕度、煙霧濃度、PM2.5傳感器測量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理；(2)獨立按鍵的設(shè)置(顯示切換和參數(shù)值調(diào)節(jié))；(3)報警和電機(jī)執(zhí)行來預(yù)警和改善環(huán)境質(zhì)量；(4)總線的設(shè)置和串口通信等;(5)要求該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實時的獲取實驗室的環(huán)境信息并對這些信息進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。3．研究方法技術(shù)路線：1、通過查閱資料,明確本系統(tǒng)的研究對象及實現(xiàn)功能，對本系統(tǒng)軟硬件設(shè)計進(jìn)行劃分并提出具體的實現(xiàn)方案；2、確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，包括其功能設(shè)計，電路工作原理；3、進(jìn)行系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，包括硬件電路構(gòu)成、測量原理以及單片機(jī)的選擇；4、建立單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境，掌握對KEILC51軟件的使用；5、以單片機(jī)為控制核心，以溫度、濕度、煙霧濃度、PM2.5傳感器為測量元件，以電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以數(shù)碼管為顯示，并應(yīng)用RS-485通訊總線與上位機(jī)通訊，構(gòu)成室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)；6、系統(tǒng)通過各種傳感電路檢測室內(nèi)溫濕度、煙霧及PM2.5等參數(shù)值，然后與預(yù)先設(shè)置的參數(shù)臨界值進(jìn)行比較，實時顯示當(dāng)前傳感器所檢測到的各個參數(shù)值，并與報警和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相互配合，完成設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)的需求；7、運(yùn)用WIFI模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的云端共享，并完成云端處可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理分析；8、根據(jù)所設(shè)計的硬件原理圖，在分析透徹其工作原理的基礎(chǔ)上，完成各部分的軟件流程設(shè)計并編寫相應(yīng)的程序代碼，必要時查閱相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊和使用說明書等資料；9、總結(jié)課題設(shè)計的過程和結(jié)果，整理相關(guān)資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。4．研究的總體安排和進(jìn)度計劃：第一周了解設(shè)計的基本要求，查閱相關(guān)資料，寫開題報告，外文翻譯第二周了解設(shè)計的基本要求，查閱相關(guān)資料，寫開題報告，外文翻譯第三周畢業(yè)實習(xí)

第四周設(shè)計方案比較及論證第五周確定設(shè)計總體方案

第六周實驗室環(huán)境參量的分析第七周實驗室環(huán)境參量的獲取第八周傳感器選型及安裝設(shè)計第九周硬件電路設(shè)計第十周單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)端連接第十一周單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)端連接第十二周撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書第十三周撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書第十四周答辯準(zhǔn)備，答辯5．主要參考文獻(xiàn)：邱洋苑俊英，陳海山.一種基于無人機(jī)的多傳感器環(huán)境監(jiān)測平臺[J/OL].電子技術(shù)與軟件工程2019(04):68-69[2019-03-05J].

[2]黃俊英，李明輝基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)微型健康環(huán)境監(jiān)測分析系統(tǒng)[J/OL].電子技術(shù)與軟件工程2019(04):149[2019-03-05J].[3]葉倩文，劉陽，鄭爭兵基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]電子制作,2019(Z1):48-50+20.

[4]李陸楊，楊洋，付曜

，賈志寧郭曉霞，陳文亮基于物聯(lián)網(wǎng)的在線連續(xù)煙道氣v體污染物監(jiān)測系統(tǒng)[J].中國儀器儀表，2019(02):26-29.[5]劉文雯段菁春，胡京南殷麗娜，胡丙鑫，楊超，于瑞基于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的大氣重污染應(yīng)急管控措施效果評估[J/OL]環(huán)境科學(xué)研究：1-12[2019-03-05J][6]米輝霞.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用探析[J].信息記錄材料，2019,20(02):98-99.

[7]湯真福,潘運(yùn)丹，王廷華基于STM32單片機(jī)的環(huán)境監(jiān)測儀的設(shè)計與研究[M]電氣自動化,2019.41(01):85-87+98.

[8]趙正軍，王福平，潘杰，原

思杰.基于Wi-Fi的馬鈴薯貯藏環(huán)境測控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J/OL].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)：1-5[2019-03-05J].[9]李立.環(huán)境空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)分析及處理方法[J].環(huán)境與發(fā)展,2019(01):148-149.[10]

廣州奧松電子有限公司.數(shù)字溫濕度傳感器DHT11說明書[M].2009.[11]倪天龍.單總線傳感器DHT11在溫濕度測控中的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2010(06):67-68.[12]FutureGenerationComputerSystems[M]2018，2(24):106－111.[13]

譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[14]

劉強(qiáng),張高,陳鐘.C#編程語言程序設(shè)計與開發(fā)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.[15]于波.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].青島:中國海洋大學(xué)，2011:1~28指導(dǎo)教師意見：基本了解課題背景，能較好的把握課題研究中所存在的問題，并針對問題提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。需要進(jìn)一步提煉總結(jié)研究內(nèi)，并細(xì)化技術(shù)路線。研究內(nèi)容相對豐富，并且有