溫度監(jiān)控報(bào)警裝置

1、溫度監(jiān)控報(bào)警裝置引言溫室是一種可以為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步以及人們對(duì)節(jié)能減排的重視,傳統(tǒng)的溫室生產(chǎn)技術(shù)已不能滿足當(dāng)代的需要，溫室環(huán)境控制技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)研究的重要內(nèi)容，通過(guò)對(duì)溫室內(nèi)外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律，控制有關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境要素的調(diào)控，達(dá)到作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的一些溫室控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低的現(xiàn)狀,通過(guò)深入分析溫室控制系統(tǒng)對(duì)溫室溫度的影響,很多科研人員致力于溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制。一、研究目的在農(nóng)業(yè)以及種植業(yè)，溫室大棚的作用真是功不可沒(méi)，它使我

2、們?cè)谒募纠锍陨闲迈r的蔬菜和水果，溫室大棚里適宜的溫度起到了至關(guān)重要的作用，在作物生長(zhǎng)的溫室大棚內(nèi)，通過(guò)溫度監(jiān)控儀來(lái)測(cè)量和控制溫室大棚里的溫度，使農(nóng)作物和植被在適合的溫度下進(jìn)行生長(zhǎng)以提高其產(chǎn)量。針對(duì)上述背景，我們小組進(jìn)行研討，利用課本所學(xué)知識(shí)進(jìn)行拓展，理論聯(lián)系實(shí)際，就溫室大棚溫度的監(jiān)控和超溫報(bào)警等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。二、研究?jī)?nèi)容2.1設(shè)計(jì)步驟1. 收集資料，進(jìn)行調(diào)研；2. 確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行小組討論；3. 分模塊設(shè)計(jì)硬件電路，并在面包板上調(diào)試；4. 學(xué)習(xí)LABVIEW數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件；5. 將硬件電路焊接到電路板，進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)其功能；6. 對(duì)軟、硬件進(jìn)行連接，同時(shí)調(diào)試，并且優(yōu)化

3、處理，實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)功能。2.2設(shè)計(jì)要求：1. 能夠?qū)κ覂?nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量；2. 將測(cè)量到的溫度以攝氏度的形式LCD液晶顯示；3. 設(shè)定上限溫度，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警；4. 利用LABVIEW采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)硬件功能；5. 利用MATLAB軟件進(jìn)行波形以及大小值和頻譜分析。三、研究方案3.1硬件部分方案的確定元器件的選擇1、溫度傳感器我們選擇的溫度傳感器是AD590 ，AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。AD590是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感

4、器的電路符號(hào)如圖所示。 AD590的主特性參數(shù)如下： 工作電壓：430V；工作溫度：55150；保存溫度：65175；正向電壓：44V；反向電壓：20V；焊接溫度（10秒）：300；靈敏度：1AK。2、ICL7106的AD轉(zhuǎn)換及LCD液晶顯示ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器。它包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和時(shí)鐘系統(tǒng)，ICL7106含有一背光電極驅(qū)動(dòng)線，適用于液晶顯示。3、LM324LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，lm324原理圖如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立4、555集成定時(shí)器555集成定時(shí)

5、器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，應(yīng)用十分廣泛。設(shè)計(jì)原理1、測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)測(cè)溫電路時(shí)，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于AD590為電流輸出元件，它的溫度每升高1K，電流就增加1A。當(dāng)AD590的電流通過(guò)一個(gè)10k的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mVK，為了使此電阻精確（01），可用一個(gè)96k的電阻與一個(gè)1k電位器串聯(lián)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)獲得精確的10k。圖5所示是一個(gè)電流電壓和絕對(duì)攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗。而運(yùn)放A2

6、的作用是把絕對(duì)溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給A2的同相輸入端輸入一個(gè)恒定的電壓（如1235V），然后將此電壓放大到273V。這樣，A1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。2、報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)電路由超低頻振蕩和音頻振蕩兩部分組成，將此電路與主電路的輸出電壓連接，通過(guò)LM324接成電壓比較器，進(jìn)行上限電壓設(shè)置，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。3、AD轉(zhuǎn)換和顯示電路的設(shè)計(jì)其中，ICL7106是3位半顯示的AD轉(zhuǎn)換電路，它內(nèi)含液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路，可用來(lái)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和LCD顯示驅(qū)動(dòng)。由ICL7106組成的三位半數(shù)字顯示原理圖如圖所示。量程為200.0mV。若將量程改為2.000V，基準(zhǔn)電壓改為1.000V。這時(shí)可把R3改為4

7、70 k，RP1改為10k多圈電位器，同時(shí)將C3改換為0.047µF。數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng)組成框圖溫度傳感器AD590運(yùn)算放大器LM324AD轉(zhuǎn)換器7106液晶顯示器LCD電壓比較器LM324報(bào)警器“555”揚(yáng)聲器8歐0.25瓦3.2軟件部分方案的確定應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介在當(dāng)代測(cè)試系統(tǒng)中，任何一個(gè)完整系統(tǒng)都由硬件和軟件共同組成，硬件側(cè)重于被測(cè)量的獲取，而軟件側(cè)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行理論分析。在測(cè)控領(lǐng)域，美國(guó)NI公司的labview軟件和MathWorks公司的matlab軟件占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位，其中，labview軟件的模塊化程度更高，操作也更加方便，但它的在數(shù)學(xué)運(yùn)算方面的功能要遠(yuǎn)遜色于matlab，而m

8、atlab的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析能力極強(qiáng)，但它的專業(yè)程度不高，它涉及到各個(gè)領(lǐng)域，但在具體的建模應(yīng)用中并不是非常容易實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)方案結(jié)合abview軟件和matlab軟件各自的優(yōu)缺點(diǎn)，我們最終選擇利用labview軟件和matlab軟件綜合開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)我們的軟件功能，其中l(wèi)abviwe用于數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)分析；而matlab用于對(duì)大批記錄數(shù)據(jù)的綜合分析處理1、Labview部分：圖1 前面板 圖2 程序框圖2、Matlab部分：X=importdata('test.lvm'); %創(chuàng)建列向量n1='在本次試驗(yàn)中，共采集到了' num2str(length(X) 

9、9;個(gè)溫度樣點(diǎn).' disp(n1); %統(tǒng)計(jì)顯示采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)mx='在本次試驗(yàn)中，采集到的溫度最大值為' num2str(max(X) '攝氏度.'disp(mx); %統(tǒng)計(jì)顯示采用點(diǎn)最大值mi='在本次試驗(yàn)中，采集到的溫度最小值為' num2str(min(X) '攝氏度.'disp(mi); %統(tǒng)計(jì)顯示采樣點(diǎn)最小值ma='在本次試驗(yàn)中，平均溫度為' num2str(mean(X) '攝氏度.'disp(ma); %統(tǒng)計(jì)顯示所有采樣點(diǎn)的平均值a=length(find(X>32);

10、%統(tǒng)計(jì)大于32度的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)b=100*a/length(X);c= num2str(b) '%'d='在本次采用中，危險(xiǎn)點(diǎn)占總采樣點(diǎn)的' num2str(c) '.' %統(tǒng)計(jì)顯示本次采樣中危險(xiǎn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)disp(d);if (a/length(X)>0.3 msgbox('系統(tǒng)狀態(tài)危險(xiǎn)，請(qǐng)及時(shí)采取降溫措施','階段狀態(tài)統(tǒng)計(jì)','warn')end %若危險(xiǎn)點(diǎn)個(gè)數(shù)超過(guò)設(shè)定的閾值比例，則彈出對(duì)話框提示用戶“狀態(tài)危險(xiǎn)”subplot(2,2,1);plot(X,'k-diamond'

11、); %作采樣溫度點(diǎn)曲線圖title('采樣溫度點(diǎn)曲線圖');xlabel('采樣點(diǎn)');ylabel('溫度值');box on;grid on;hold off;Fs=100;%設(shè)定采樣頻率 a,b=xcorr(X,'unbiased');subplot(2,2,3);plot(b*1/Fs,a); %作自相關(guān)分析圖title('自相關(guān)函數(shù)分析圖');xlabel('時(shí)間延遲(s)');ylabel('自相關(guān)函數(shù)Rx');box on;grid on;hold off;n=0:1

12、/Fs:1; xn=cos(2*pi*40*n)+3*cos(2*pi*100*n)+randn(size(n);%產(chǎn)生含有噪聲的序列window=boxcar(length(xn); %矩形窗 nfft=1024; Pxx,f=periodogram(xn,window,nfft,Fs); %直接法subplot(2,2,4);plot(f,10*log10(Pxx); %作自功率譜密度分析圖title('自功率譜密度分析圖');xlabel('頻率（Hz)');ylabel('自功率譜密度函數(shù)10*log10(Pxx)')grid on;bo

13、x on;disp('輸入"quit或exit"離開(kāi)統(tǒng)計(jì)界面'); %提示用戶退出界面主要功能（1）采集傳入波形，并對(duì)之進(jìn)行低通處理顯示出來(lái)；（2）進(jìn)行狀態(tài)設(shè)定，閾值溫度下顯示“狀態(tài)正常”、虛擬綠燈亮；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定閾值后顯示“危險(xiǎn)狀態(tài)”，虛擬紅燈亮；(3)對(duì)采集到溫度信號(hào)進(jìn)行文件長(zhǎng)期備份，以便分析和日后查閱；(4)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析和功率譜分析。四、小結(jié)通過(guò)這次課程實(shí)踐，不僅鍛煉我們的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，而且使我們對(duì)理論知識(shí)掌握的更加的牢固，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解也更加的深入。從小組討論確定題目，到圖書(shū)館和網(wǎng)上查閱資料，不斷的向?qū)W長(zhǎng)和老師請(qǐng)教，最后確定了方案，從一次又一次的調(diào)試和一次又一次的失敗中鍛煉我們的意志，同時(shí)也讓我們感覺(jué)到做學(xué)問(wèn)是艱辛的。過(guò)程的每一步我們都高度重視，嚴(yán)格要求，以嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度積極主動(dòng)地投身到實(shí)踐環(huán)節(jié)中去。小組里的每個(gè)人必須完成分配的工作，同時(shí)又要求小組通力協(xié)作，通過(guò)努力，高質(zhì)量地完成課程設(shè)計(jì)。每個(gè)人都學(xué)會(huì)了運(yùn)用學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識(shí)和理論，去分析和處理實(shí)踐中的各種問(wèn)題。最終的成功包含了小組成員的共同努力，感謝老師一次又一