【文章內(nèi)容簡介】 。業(yè)內(nèi)人士預測，強者愈強，弱者被淘汰的局面，在未來 10 年內(nèi)表現(xiàn)更加激烈 [11]。 現(xiàn)如今很多帶有溫濕度控制產(chǎn)品中，有冷鏈監(jiān)測 (物聯(lián)網(wǎng) )系統(tǒng) [12]、冷鏈溫濕度控制器、溫濕度記錄儀、冷庫電氣控制箱、溫濕度環(huán)境測量儀、空氣能熱泵控制器、車用空調(diào)控制器等，這些都應用于不同領(lǐng)域和處所?？刂茰貪穸鹊闹饕康氖墙鉀Q基于冷鏈的運行需要，實現(xiàn)對冷鏈各個環(huán)節(jié)的溫濕度進行精準監(jiān)控，溫濕度異常報警 。各種廚房柜、飲料柜、展示柜、醫(yī)療柜、冷凍冷藏 柜等制冷系統(tǒng)的溫濕度控制等。 然而對于零距離溫濕度的控制是遠遠不夠的，因此在溫濕度控制中加入遠程監(jiān)控功能，即無線傳輸系統(tǒng)是必然的。有一種遠程監(jiān)控是通過通信模塊和控制器把互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備連成物聯(lián)網(wǎng)，并可用于集中監(jiān)控，無需網(wǎng)絡(luò)。其特點是提供設(shè)備運行控制，預警，報警，記錄等功能。通過互聯(lián)網(wǎng)可以對設(shè)備進行實時監(jiān)測和實時控制，無需再在多個工地奔走勞碌。定時記錄運行和操作參數(shù)，給維護和性能分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)，讓任何問題都有證可循。通過手機 [13]和網(wǎng)頁兩種方式及時發(fā)送設(shè)備故障信息，極大降低人工運維成本，減少損失和賠償。無需另 外安裝軟件，只需能上網(wǎng)的計算機或手機，即可樂享遠程監(jiān)控的帶給您的便利。 因此，文獻 [14]中的工業(yè)溫濕度控制器，完全可以加以改進，添加無線傳輸系統(tǒng)，并運用到智能家居中。添加相應的報警功能，當某電器或者室溫超過原有所規(guī)定范圍外時可以啟動報警器甚至可以遠程傳輸給房子主人的手機或者電腦。實現(xiàn)人們雖然遠離房屋，但任然對房屋中的狀況一清二楚，方便快捷。使原本靜止的家居環(huán)境變?yōu)榭梢苿拥闹腔鄣闹悄芑≌? 再細致化到 家庭用于養(yǎng)魚觀賞用的魚缸中的智能溫控調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,在文獻 [15]中采用的是工業(yè)中最常用的 PID 控制 算法。通過改 進，房屋主人即使不在家中，也可以對家中觀賞魚的周圍環(huán)境了如指掌，養(yǎng)魚會變得方便多了。還可以根據(jù)不同魚的習性設(shè)置不同的溫濕度，并通過移動終端或者互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地控制。 在歐洲絕很多情況的溫控器被用于壁掛爐必配件 [16,17]，而且配備的溫控器大多是智能型溫控器。而在國內(nèi)，已安裝在運行和正在安裝調(diào)試準備投入使用的壁掛爐近 95%的都有配備各種各樣的簡易型的或智能型的溫濕度控制器。而房間溫濕度采集系統(tǒng)中配備的溫控器尤其是智能溫控器，是節(jié)能溫濕度采集綜合體系中一個極為突出的最重要的環(huán)節(jié)。 總結(jié)：由以上內(nèi)容分析，適合國內(nèi) 的溫濕度采集系統(tǒng)需要具備的性能有溫濕度的采xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 集，無線傳輸，節(jié)能環(huán)保，數(shù)據(jù)的實時收集和分析。本文將著重這幾個性能來設(shè)計一套完整的無線溫濕度采集系統(tǒng)。 本論文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排 本論文主要實現(xiàn)基于 DHT11傳感器的溫濕度實時采集的硬件電路設(shè)計及軟件驅(qū)動設(shè)計。該溫濕度采集系統(tǒng)使用搭載四旋翼飛行器的方式，可以用來動態(tài)測量整個樓宇區(qū)域的溫濕度分布，為整個樓宇或是測量區(qū)域提供可靠的溫濕度數(shù)據(jù)，促進樓宇采暖系統(tǒng)的智能化和精準化，論文包括以下六個章節(jié)。 第一章 ：緒論 該章重點介紹智能溫濕度控制器的研究背景與意義 、國內(nèi)外溫控器當前的發(fā)展情況和具體應用案例，并給出本論文的主要章節(jié)安排。 第二章： F450四旋翼飛行器系統(tǒng)架構(gòu) 該章主要講述了飛行器組成結(jié)構(gòu)、飛行原理、飛行測試，搭建樣機過程中遇到的問題以及解決方案。 第三章：溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計 該章詳細介紹了溫濕度采集與顯示系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方案、電路設(shè)計思想以及各個電子元器件的選擇與優(yōu)點。實現(xiàn)溫濕度的采集，數(shù)據(jù)的包裝和發(fā)送，基于藍牙的無線傳輸，電腦終端接收實時數(shù)據(jù)等。同時也介紹了硬件實現(xiàn)中所遇到的問題以及解決方案。 第四章： 基于 DHT11 溫濕度采集系統(tǒng)的軟件驅(qū)動設(shè)計 該章詳細說明了 DHT11 溫濕度采集系統(tǒng)的軟件驅(qū)動，其中包括 DHT11傳感器的時序介紹，程序流程圖以及基于 C語音的溫濕度讀取程序。 第五章： 溫濕度顯示系統(tǒng)人機軟件界面簡介 該章簡單闡述了溫濕度采集與顯示系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計思想、功能模塊以及具體實現(xiàn)過程?；?C開發(fā)語言，設(shè)計串口通信程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、顯示、繪圖、導出等功能，細化到各個功能模塊具體實現(xiàn)方式。 第六章：總結(jié) 總結(jié)本論文所做的工作，討論當前設(shè)計的不足和展望后續(xù)可能實現(xiàn)的功能。 xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 第 2 章 F450 四旋翼飛行器系統(tǒng)架構(gòu) 本文使用 四旋翼飛行器為平臺，搭載溫濕度采集系統(tǒng)，用來更方便地動態(tài)測量整個被測量空間的溫濕度數(shù)值。 F450 四旋翼 飛行器的基本結(jié)構(gòu) 對于經(jīng)典的四旋翼飛行器，旋翼對稱分布在機體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，對角的兩個旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須一致，處于鄰角位置的兩個旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須相反（其原因?qū)⒃?23中詳細介紹）。四個電機對稱地安裝在飛行器的支架端，支架中間的空間安放飛行控制器和外部設(shè)備。結(jié)構(gòu)形式如圖 21所示。 圖 21 F450 四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)框圖 相比較傳統(tǒng)直升機而言， F450四旋翼飛行器大大簡化了整體機械構(gòu)造，加強了用戶實際操作性能，具有響應快、效率高、速度快等特色，保證 F450四軸飛行器實現(xiàn)垂直升xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 降、空中懸停、倒飛等固定翼飛行器所無法實現(xiàn)的功能。常 用于各類航拍項目如高壓電線檢測、電視節(jié)目拍攝等。圖 22為四旋翼飛行器的遙控器和無線數(shù)傳。 圖 22 遙控器與無線數(shù)傳 F450 四旋翼 飛行器的工作原理 四旋翼飛行器通過控制四個電機的旋轉(zhuǎn)速度來改變旋翼（螺旋槳）的旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)四個旋翼升力的不同變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，但由于該飛行器以四個輸入力，控制著六個狀態(tài)輸出，所以它又屬于欠驅(qū)動系統(tǒng)類型。 四旋翼飛行器的電機 1和電機 3逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，電機 2和電機 4順時針旋轉(zhuǎn)，因此當飛行器平衡飛行 時，陀螺效應和空氣動力扭矩效應均被抵消。 在圖 21中，電機 1和電機 3作逆時針旋轉(zhuǎn)，電機 2和電機 4作順時針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定沿 x軸正方向運動稱為向前運動，箭頭在旋翼的運動平面上方表示此電機轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機轉(zhuǎn)速下降。 （ 1）垂直運動：同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當總拉力足以克服整機的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實現(xiàn)了沿 z軸的垂直運動。當外界擾動量為零時，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時， 飛行器便保持懸停狀態(tài)。 （ 2）俯仰運動：在圖 23（ b）中，電機 1的轉(zhuǎn)速上升，電機 3 的轉(zhuǎn)速下降（改變量大小應相等），電機 電機 4的轉(zhuǎn)速保持不變。由于旋翼 1的升力上升，旋翼 3的升力下xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機身繞 y軸旋轉(zhuǎn)，同理，當電機 1的轉(zhuǎn)速下降，電機 3的轉(zhuǎn)速上升，機身便繞 y軸向另一個方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)飛行器的俯仰運動。 （ 3）滾轉(zhuǎn)運動：與圖 23（ b）的原理相同，在圖 23（ c）中，改變電機 2和電機 4的 轉(zhuǎn)速，保持電機 1和電機 3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機身繞 x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運動。 （ 4）偏航運動：旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個旋翼中的兩個正轉(zhuǎn)，兩個反轉(zhuǎn)，且對角線上的各個旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當四個電機轉(zhuǎn)速相同時，四個旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當四個電機轉(zhuǎn)速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖 23（ d）中，當電機 1和電機 3的轉(zhuǎn)速上升，電機 2和電機 4的轉(zhuǎn)速下降時，旋翼 1和旋翼 3對機身的反扭矩大于旋翼 2和旋翼 4對機身的反扭矩，機身便在富余反扭矩的作用下繞 z軸 轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)飛行器的偏航運動，轉(zhuǎn)向與電機 電機 3的轉(zhuǎn)向相反。 圖 23 四旋翼飛行器眼各自由度的運動 F450 四旋翼 飛行器的 搭建與調(diào)試 因多旋翼飛行器構(gòu)造簡單，相對直升機調(diào)試容易，對 飛手基礎(chǔ)知識要求大大降低，xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 12 導致近年航模在拍攝領(lǐng)域的流行。與此同時，因為飛行門檻降低，很多不具備足夠經(jīng)驗的新手在安裝多旋翼飛行器過程中缺乏相關(guān)知識，摔機事故頻發(fā)。某些調(diào)試盲點甚至是已入模多年的模友也難以避免。通常，在組裝調(diào)試四旋翼無人機的過程中應注意以下幾點。 首先，螺旋槳要采用正反槳的方式。這主要是由于四旋翼飛行器需要安裝 4個旋翼，在組裝過程中，處于對角的兩個旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須一致，處于鄰角位置的兩個旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須相反，這樣可以保證 F450四旋翼飛行器實現(xiàn)垂直升降、空中懸停、倒飛等固定翼飛行器所無法實現(xiàn) 的功能。 其次是電調(diào)，電調(diào)充當了變壓器的作用，將 5V為飛控板和接收器供電。電調(diào)的品牌有好盈、銀燕、新西達、中特威等，電調(diào)的做工精確度對飛行有重要影響。 然后是電池，一塊電池飛行時間大概 1015分鐘（懸停省電，做動作會耗電），屬于易耗品。 選好所有配件安裝完成后（如表 21四旋翼飛行器配件），飛控接上電也并不是馬上可以起飛的，通常需要解鎖，這是出于安全考慮的特殊設(shè)計。通上電，飛控板上的燈處于關(guān)閉狀態(tài)，可以聽到電調(diào)發(fā)出的滴滴聲，這時將油門打到最低（注意油門方向，需要實現(xiàn)確定是設(shè)置的向上為最 低，還是向下為最低），然后方向舵向右扳到底，飛控板的燈就會亮，電調(diào)也不會再繼續(xù)發(fā)聲，說明飛行器已準備好起飛。 表 21 四旋翼飛行器配件 配件名稱 型號 數(shù)量 機架 DJI 風火輪 F450 機架 1 電調(diào) 好盈 Hobby 鉑金 Platinum 30A 4 機架 高腳架 Dji 風火輪 F450 機架 原裝腳架 6 電機 Sunnysky X2212 KV980 4 T 插頭 公母 防滑 T 插 10 鋰電池 格式 ACE 2200mAh 3S 25C 2 PIXHAWK 飛控 PIXHAWK 飛控套 餐五 1 正反螺旋槳 APC 1047 4 xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 我們在搭建過程中遇到如下幾個問題，針對各個問題查找資料，分別找到了相應的解決方案。 第一個遇到的問題是 F450四軸飛行器通過 USB數(shù)據(jù)線連接地面站后， GPS無法正常定位。其解決方案是發(fā)現(xiàn)學校室內(nèi)信號較差，拿到空曠的露天場地后完美解決； 第二個問題是 F450組裝完成后在進行陀螺儀校準時，無法校準成功。其解決方案是由于 PixHawk飛控內(nèi)置有 GPS，所以進行校準時，可以只選一個 GPS，本次課題設(shè)計中，我們選用外接 GPS模塊； 第三個問題是 F450四軸飛行器解鎖后 起飛時立即倒向一邊，無法正常起飛。我們發(fā)現(xiàn)這是由于固件版本不能完美兼容造成的。其解決方案是給 PixHawk飛控重新載入最新的固件，從而解決該問題。 圖 24 四旋翼無人機搭建過程 F450 實地試飛 在實際試飛前，將指南針、陀螺儀進行校準，敏感度調(diào)整、電調(diào)參數(shù)、遙控器一并設(shè)置好，先在電腦上進行軟件模擬試飛（防止第一次實際試飛出錯），熟悉遙控器操作后選擇一個空曠地（本次測試在浙工大向日葵花地）進行實地試飛，輕推油門， F450四旋翼飛行器平穩(wěn)起飛，并依據(jù)遙控器指令完成懸停、定高飛行、升高飛行 等操作，并拍下視頻，基本完成課題要求。圖 25 為四旋翼飛行器定點懸停，圖 26 為 F450 飛行器靜態(tài)圖。 xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 圖 25 450 實地試飛定高懸停 圖 26 450 實地試飛靜態(tài)圖 本章總結(jié) 本章節(jié)介紹了 F450 四軸飛行器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，完成了搭建與調(diào)試四旋翼飛行器，通過遇到問題、解決問題的方式，加強了自身對四旋翼飛行器具體運作的認識，積累了實際經(jīng)驗，增加了動手能力。 xx 工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 第 3 章 溫濕度采集系統(tǒng) 的 硬件 設(shè)計 溫濕度采集系統(tǒng)的各部分硬件選取 該溫濕度采集系統(tǒng)既可以使用電池供 電，也可以使用固定電源供電，例如在使用USB 接口的情況下可以由電腦供電也可使用手機充電器或是移動電源供電。本無線溫濕度采集系統(tǒng)選用了 STC89C51 單片機、 HC05 主從機一體藍牙模塊、 DTH11 溫濕度傳感器、 LCM1602 液晶顯示屏 4 個主要元器件。這 4 個元器件屬于低功耗器件，這樣的選取保證了溫濕度采集系統(tǒng)在工作時采集到的數(shù)據(jù)更加精確標準，降低了電池的消耗使四旋翼飛行器的續(xù)航能力更久，同時減小了整個系統(tǒng)的體積，使其更易安裝在四旋翼飛行器上便于飛行器攜帶，這樣的硬件選取在降低成本的同時提高了性價比 [18]。 STC89C51 單片機 STC89C51 單片機屬于 STC 系列單片機，是美國 STC 公司所推出的新型以 51 為內(nèi)核的單片機。該單片機采用了 8051 核的 ISP（ In System Programming）系統(tǒng)可編程芯片，該芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)可編程（ ISP）特性，通過配合 PC 端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內(nèi)部，