开题报告-基于单片机的实验室环境监测系统设计

开题报告课题名称基于单片机的实验室环境监测系统设计课题来源教师科研课题类型A.教师科研1．选题的背景及意义：传统环境参数的监测需要相关专业的仪器设备，测量设备体积较大，实时性差，精度低，还需花费较大的人力，已不再适应现代经济的快速发展的要求；通过人工不间断测量、记录大量数据的方式来实现环境监测的方式不仅需要耗费大量的人力物力，监控信息也会随着季节的更替变得不准确。本系统采用单片机作为核心控制模块，其重要意义在于：它完全不同于传统控制系统的设计方法和设计思路。传统的控制系统必须依靠大量的模拟电路或者数字电路技术来实现某些硬件的功能，现在可以通过单片机使用软件的方法来实现。这种由软件来替代硬件的控制技术被为微控制技术，是传统控制技术的一次重大突破。研究基于单片机的环境温湿度监控系统能够准确、及时的知道环境温湿度的变化；与传统环境温湿度监控的方式相比，本系统不仅可以节省大量人力物力，且准确度高，集成度高，使用更方便。2．研究内容拟解决的主要问题：本课题在国内外的研究状况及发展趋势：温度、湿度、空气质量三位-体的自动控制系统，目前国内外还没有成熟的产品，只有单一温度显示控制与温度和温度同时显示控制，产品单调、功能少，主要不能实现现场其他设备的联动，如风机、照明、加温设备、加湿设备等。

综观目前国内外的产品，基本趋势表现在:主要芯片利用抗干扰能力比较强的PIC单片机居多，控制系统基本采用远距离多点数据采集，集中处理等手段，被控设备有排风、升湿、加湿、照明等各种控制环境的设备，应用基本上局限在工厂或家庭。本系统是实现一个具备温湿度、烟雾、PM2.5、为一体的多功能监测系统，要求其精度合适，适用于实验室环境监测，与硬件设计部分配合完成实验室环境监测系统的总体方案设计。完成系统软件设计部分包括:各个模块软件设计、系统总体软件设计，以及对应的软件代码调试。各个模块包括:传感器数据采集与处理模块、报警、显示、输出驱动模块、与上位机监控中心的RS485通讯模块及上位机的人机交互模块等.物联网相关技术(1)实现物联网的环境和条件实现物联网的环境和条件主要有:互联网是实现物联网的网络基础；无线传感器网是实现物联网的技术基础;计算机应用是实现物联网的内部条件;标准化是实现物联网的关键;立法是保障物联网顺利运行的社会环境。(2)物联网的六大基础技术要素物联网的六大基础技术要素包括互联网、RFID、读写器、物联网中间件、物联网名称解析系统、物联网信息服务系统。"这里选取-一些关键技术进行介绍。实验室环境条件基本要求:实验室的标准温度为20℃,一般检测间及试验间的温度应在20±5℃，线值计量标准间为20±2℃实验室内的相对湿度一般应保持在50－70％。实验室的噪音、防震、防尘、防腐蚀、防磁与屏蔽等方面的环境条件应符合在室内开展的检定项目之检定规程和计量标准器具及计量检测仪器设备对环境条件的要求，室内采光应利于检定工作和计量检测工作的进行。主要研究内容：1:研究目标：本文基于单片机实现温度、湿度、烟雾等参数的实时监测。当四个被测环境参数中的任何一个超过设定范围，系统会发出警报提醒外界进行干预控制。2:研究对象：本课题主要对温度、湿度、烟雾、PM2.5等四个环境因素进行实时监测。3:拟解决的问题：(1)温度、湿度、烟雾浓度、PM2.5传感器测量数据和数据处理；(2)独立按键的设置(显示切换和参数值调节)；(3)报警和电机执行来预警和改善环境质量；(4)总线的设置和串口通信等;(5)要求该物联网系统能够准确实时的获取实验室的环境信息并对这些信息进行远程监测。3．研究方法技术路线：1、通过查阅资料,明确本系统的研究对象及实现功能，对本系统软硬件设计进行划分并提出具体的实现方案；2、确定系统的总体设计方案，包括其功能设计，电路工作原理；3、进行系统的硬件电路设计，包括硬件电路构成、测量原理以及单片机的选择；4、建立单片机软件开发环境，掌握对KEILC51软件的使用；5、以单片机为控制核心，以温度、湿度、烟雾浓度、PM2.5传感器为测量元件，以电机为执行机构，以数码管为显示，并应用RS-485通讯总线与上位机通讯，构成室内环境检测系统；6、系统通过各种传感电路检测室内温湿度、烟雾及PM2.5等参数值，然后与预先设置的参数临界值进行比较，实时显示当前传感器所检测到的各个参数值，并与报警和执行机构相互配合，完成设计监控系统的需求；7、运用WIFI模块实现数据的云端共享，并完成云端处可以对数据进行整合处理分析；8、根据所设计的硬件原理图，在分析透彻其工作原理的基础上，完成各部分的软件流程设计并编写相应的程序代码，必要时查阅相关的数据手册和使用说明书等资料；9、总结课题设计的过程和结果，整理相关资料，撰写毕业设计论文。4．研究的总体安排和进度计划：第一周了解设计的基本要求，查阅相关资料，写开题报告，外文翻译第二周了解设计的基本要求，查阅相关资料，写开题报告，外文翻译第三周毕业实习

第四周设计方案比较及论证第五周确定设计总体方案

第六周实验室环境参量的分析第七周实验室环境参量的获取第八周传感器选型及安装设计第九周硬件电路设计第十周单片机与物联网端连接第十一周单片机与物联网端连接第十二周撰写毕业设计说明书第十三周撰写毕业设计说明书第十四周答辩准备，答辩5．主要参考文献：邱洋苑俊英，陈海山.一种基于无人机的多传感器环境监测平台[J/OL].电子技术与软件工程2019(04):68-69[2019-03-05J].

[2]黄俊英，李明辉基于物联网的室内微型健康环境监测分析系统[J/OL].电子技术与软件工程2019(04):149[2019-03-05J].[3]叶倩文，刘阳，郑争兵基于物联网的室内环境监测系统设计[J]电子制作,2019(Z1):48-50+20.

[4]李陆杨，杨洋，付曜

，贾志宁郭晓霞，陈文亮基于物联网的在线连续烟道气v体污染物监测系统[J].中国仪器仪表，2019(02):26-29.[5]刘文雯段菁春，胡京南殷丽娜，胡丙鑫，杨超，于瑞基于环境监测数据的大气重污染应急管控措施效果评估[J/OL]环境科学研究：1-12[2019-03-05J][6]米辉霞.物联网技术在环境监测中的应用探析[J].信息记录材料，2019,20(02):98-99.

[7]汤真福,潘运丹，王廷华基于STM32单片机的环境监测仪的设计与研究[M]电气自动化,2019.41(01):85-87+98.

[8]赵正军，王福平，潘杰，原

思杰.基于Wi-Fi的马铃薯贮藏环境测控系统设计与应用[J/OL].江苏农业科学：1-5[2019-03-05J].[9]李立.环境空气监测数据分析及处理方法[J].环境与发展,2019(01):148-149.[10]

广州奥松电子有限公司.数字温湿度传感器DHT11说明书[M].2009.[11]倪天龙.单总线传感器DHT11在温湿度测控中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2010(06):67-68.[12]FutureGenerationComputerSystems[M]2018，2(24):106－111.[13]

谭浩强.C语言程序设计[M].北京:清华大学出版社,2005.

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刘强,张高,陈钟.C#编程语言程序设计与开发[M].北京:清华大学出版社,2003.[15]于波.基于单片机的室内环境监测系统设计[D].青岛:中国海洋大学，2011:1~28指导教师意见：基本了解课题背景，能较好的把握课题研究中所存在的问题，并针对问题提出适当的解决方案。需要进一步提炼总结研究内，并细化技术路线。研究内容相对丰富，并且有