温湿度 开题报告

本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目：低功耗花房温湿度测控系统设计

学院：信息科学与工程学院

专业班级：测控技术与仪器0701

学生姓名：张颢德

指导教师：杨理践

2011年3月25日

低功耗花房温湿度测控系统设计

一、课题研究的目的和意义

此系统设计的目的在于对花房的温湿度控制实现自动化，科学化，通过分析监测数据，结合花卉生长发育的规律，控制环境条件，使花卉在不适宜生长发育的反季节中可获得比自然下室外生长更优良的环境条件，达到对花卉的优质，高产，时节的控制。

改革开放后，人们对生活质量的要求显著提高，对美丽的花卉的需求量也急剧上升，这种对养殖花卉为生计的园林工人是一个机遇，同时也是对传统的手工培养花卉是一个挑战，花卉一般都采用温室栽培，要充分利用好温室栽培这种高效技术，就需要一套科学的，先进的管理控制方法，用以对不同的花卉生长的各个时期所需的温度湿度等环境条件进行实时的监控。

由于我国从国外引入的自动温湿度测控系统侧重点与我国气候特征不相匹配，而且引进投资高，运行维护费用高，因此难于在我国花卉市场推广应用。因此，根据我国环境条件自主设计低成本的高效率的花卉温湿度控制系统对加快我国花房产业的现代化水平及提高温室的经济效益都有重要的意义。

植被栽培技术：

植被的“设施栽培”，即“保护地栽培”。它是指在某种类型的保护设施内（如阳畦、温室、大棚等），认为的创造是一直被生长的最佳环境条件，在不同季节内，尤其是不利于植被生长的季节进行植被栽培的一种措施。设施栽培是人类利用自然、改造自然的一种创造行为。由于涉室内的条件可以实现人为控制，使得植被可以周年生产。玻璃温室和塑料薄膜温室出现后，植被生产出现了划时代的变化。现在人们可以根据自己的意愿，随时生产出所

需的各种植被。可以说这是“设施栽培”的功劳。

在不利于植被生长的自然环境中，温室能够创造适宜植被生长发育的条件。

温室环境的调节主要包括三个方面：

温度：根据植被生的适宜温度进行温室温度调节，若低于下限温度则采取升温措施，通常采取电热增温和火力增温，火力增温较为方便。若高于上限温度则采取降温措施，通常通过水管降温和风扇降温。

日光：这饮食调节光照强度的最好方法，其具体做法是加盖这样草或草席，这种方法兼有降温效果。

湿度：为满足植被对湿度的要求，可以在地上、台阶、盆壁洒水，可以在空中悬挂湿布，以增加水分的蒸发，最好的方法是设置自动喷雾装置，自动调节湿度。如果湿度过大，容易导致植被被病害，可以采用通风的办法来降低湿度，而且最好在室温与气温相差不大的时候进行。

（此设计侧重于温湿度的信息采集处理，光照不予考虑，控制环节以继电器式工作）

国外关于温室温湿度的测控系统多为针对大型花房、及其他作物生产场合。而国内对于温湿度自动控制的需求主要以小型花卉培养为主，对于温度要求波动在2.5℃内，湿度波动在10%。

本课题研究的目的在于针对国内的非大型花房的特点，进行多点测量，整体控制，对于不同花卉进行可调节的温湿度控制，是花房温湿度在允许范围内波动，并且有缓冲区域，达到降低能耗的目的。

二、课题研究的主要任务和预期目标

1．课题主要研究内容：

了解花房温度湿度的监测与控制方法，了解指标要求设计温湿度测控系统。以单片机为核心的器件、构成系统选择温度湿度的感受器实现对花房内的温度湿度进行多点检测，对其进行加温加湿设备进行控制，维持花房内温湿度负荷指标要求。测量结果采用液晶屏显示，并给出温度变化曲线；具有参数设置功能。进行电路与程序设计与实验。

2．预期目标：1）完成硬件电路设计，画出原理图进行仿真实验；

2）完成PCB设计；

3）程序设计与调试；

4）实验。

3．指标：温度±5℃，湿度±10%；液晶显示；四路温湿度测量输入。

三、设计方案

1．设计思想

以单片机为核心的控制系统，多点温湿度数据采集，组成多点温度测量的巡回检测系统，使用实际的温湿度控制形式实现对温湿度的控制，并且可以通过键盘实现对于不同植物培养所需温湿度的上下限控制，并且同步显示于显示部分，显示内容为当前温湿度，温湿度上下限，以及最近的温湿度曲线。

2．方案论证

方案一：使用EDA技术，通过逻辑判断实现对当前温湿度与设定值的对比实现控制，但逻辑关系复杂，温湿度转换需要较复杂的芯片，对硬件的需求较大，而逻辑关系可以通过软件在芯片内模拟，所以这种方法放弃。

方案二：使用51系列单片机进行数据处理及控制，联合8279实现键盘输入与显示功能。

图1 方案二的原理图

此方案的优点在于结构简明，可以基本实现课题的指标要求，但是缺乏功能的扩展性，数码管显示易于操作但是无法显示图标曲线类复杂的信息。有待考证。

方案三：使用类似于方案二的设计，但加入上下位机概念，通过RS232实现单片机与上位PC机之间的数据传输，在PC机实现数据的存储与曲线显示功能。

图2 方案三原理图

对比之下，方案三设计较前两个合理，可以很好的实现曲线显示功能，PC 机便于控制。在上位机可以实现其他功能的扩展。

3．设计中要解决的主要问题和措施

主要问题在于以下方面：

①：数据传输方式。根据温湿度传感器的选择不同，有多种数据传输

方式，考虑使用的51系列单片机，管脚数有限，应选择串行式传感器。

RS232的传输方式在所学课程中并未设计，需要自学补充，完成设计任务。

②：PC机数据处理及显示方式，采用常用的Matlab即可实现所需的曲

线显示功能。

③：功能的合并：液晶显示及键盘输入部分都可以合并到PC机单元，

将地下位机负担，同时计算机比按键式键盘更便于操作。

传感器选择：

设计要求使用DHT11传感器。

该传感器特点：1）相对湿度和温度测量；

2）全部校准，数字输出；

3）卓越的长期稳定型；

4）无需额外部件；

5）超长的信号传输距离；

6）超低能耗；

7）四引脚安装；

8）完全互换。