開題報告課題名稱基于單片機的實驗室環境監測系統設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：傳統環境參數的監測需要相關專業的儀器設備，測量設備體積較大，實時性差，精度低，還需花費較大的人力，已不再適應現代經濟的快速發展的要求；通過人工不間斷測量、記錄大量數據的方式來實現環境監測的方式不僅需要耗費大量的人力物力，監控信息也會隨著季節的更替變得不準確。本系統采用單片機作為核心控制模塊，其重要意義在于：它完全不同于傳統控制系統的設計方法和設計思路。傳統的控制系統必須依靠大量的模擬電路或者數字電路技術來實現某些硬件的功能，現在可以通過單片機使用軟件的方法來實現。這種由軟件來替代硬件的控制技術被為微控制技術，是傳統控制技術的一次重大突破。研究基于單片機的環境溫濕度監控系統能夠準確、及時的知道環境溫濕度的變化；與傳統環境溫濕度監控的方式相比，本系統不僅可以節省大量人力物力，且準確度高，集成度高，使用更方便。2．研究內容擬解決的主要問題：本課題在國內外的研究狀況及發展趨勢：溫度、濕度、空氣質量三位-體的自動控制系統，目前國內外還沒有成熟的產品，只有單一溫度顯示控制與溫度和溫度同時顯示控制，產品單調、功能少，主要不能實現現場其他設備的聯動，如風機、照明、加溫設備、加濕設備等。

綜觀目前國內外的產品，基本趨勢表現在:主要芯片利用抗干擾能力比較強的PIC單片機居多，控制系統基本采用遠距離多點數據采集，集中處理等手段，被控設備有排風、升濕、加濕、照明等各種控制環境的設備，應用基本上局限在工廠或家庭。本系統是實現一個具備溫濕度、煙霧、PM2.5、為一體的多功能監測系統，要求其精度合適，適用于實驗室環境監測，與硬件設計部分配合完成實驗室環境監測系統的總體方案設計。完成系統軟件設計部分包括:各個模塊軟件設計、系統總體軟件設計，以及對應的軟件代碼調試。各個模塊包括:傳感器數據采集與處理模塊、報警、顯示、輸出驅動模塊、與上位機監控中心的RS485通訊模塊及上位機的人機交互模塊等.物聯網相關技術(1)實現物聯網的環境和條件實現物聯網的環境和條件主要有:互聯網是實現物聯網的網絡基礎；無線傳感器網是實現物聯網的技術基礎;計算機應用是實現物聯網的內部條件;標準化是實現物聯網的關鍵;立法是保障物聯網順利運行的社會環境。(2)物聯網的六大基礎技術要素物聯網的六大基礎技術要素包括互聯網、RFID、讀寫器、物聯網中間件、物聯網名稱解析系統、物聯網信息服務系統。"這里選取-一些關鍵技術進行介紹。實驗室環境條件基本要求:實驗室的標準溫度為20℃,一般檢測間及試驗間的溫度應在20±5℃，線值計量標準間為20±2℃實驗室內的相對濕度一般應保持在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境條件應符合在室內開展的檢定項目之檢定規程和計量標準器具及計量檢測儀器設備對環境條件的要求，室內采光應利于檢定工作和計量檢測工作的進行。主要研究內容：1:研究目標：本文基于單片機實現溫度、濕度、煙霧等參數的實時監測。當四個被測環境參數中的任何一個超過設定范圍，系統會發出警報提醒外界進行干預控制。2:研究對象：本課題主要對溫度、濕度、煙霧、PM2.5等四個環境因素進行實時監測。3:擬解決的問題：(1)溫度、濕度、煙霧濃度、PM2.5傳感器測量數據和數據處理；(2)獨立按鍵的設置(顯示切換和參數值調節)；(3)報警和電機執行來預警和改善環境質量；(4)總線的設置和串口通信等;(5)要求該物聯網系統能夠準確實時的獲取實驗室的環境信息并對這些信息進行遠程監測。3．研究方法技術路線：1、通過查閱資料,明確本系統的研究對象及實現功能，對本系統軟硬件設計進行劃分并提出具體的實現方案；2、確定系統的總體設計方案，包括其功能設計，電路工作原理；3、進行系統的硬件電路設計，包括硬件電路構成、測量原理以及單片機的選擇；4、建立單片機軟件開發環境，掌握對KEILC51軟件的使用；5、以單片機為控制核心，以溫度、濕度、煙霧濃度、PM2.5傳感器為測量元件，以電機為執行機構，以數碼管為顯示，并應用RS-485通訊總線與上位機通訊，構成室內環境檢測系統；6、系統通過各種傳感電路檢測室內溫濕度、煙霧及PM2.5等參數值，然后與預先設置的參數臨界值進行比較，實時顯示當前傳感器所檢測到的各個參數值，并與報警和執行機構相互配合，完成設計監控系統的需求；7、運用WIFI模塊實現數據的云端共享，并完成云端處可以對數據進行整合處理分析；8、根據所設計的硬件原理圖，在分析透徹其工作原理的基礎上，完成各部分的軟件流程設計并編寫相應的程序代碼，必要時查閱相關的數據手冊和使用說明書等資料；9、總結課題設計的過程和結果，整理相關資料，撰寫畢業設計論文。4．研究的總體安排和進度計劃：第一周了解設計的基本要求，查閱相關資料，寫開題報告，外文翻譯第二周了解設計的基本要求，查閱相關資料，寫開題報告，外文翻譯第三周畢業實習

第四周設計方案比較及論證第五周確定設計總體方案

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

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