【導(dǎo)讀】論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫。與我一同工作的同志對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)。均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。沼氣能源是解決目前農(nóng)村能源的最佳途徑。然而，目前沼氣發(fā)酵過(guò)程中存在諸多亟。目前，國(guó)內(nèi)大多采用常溫發(fā)。酵工藝,該工藝方法很容易受到環(huán)境因素的制約,特別是在有些季節(jié)甚至?xí)Ｖ巩a(chǎn)氣。以為沼氣池發(fā)酵提供一個(gè)理想的溫度環(huán)境是目前沼氣發(fā)酵中急需解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行溫度控制的方法比較理想,然而該工藝也同樣受環(huán)境因素的制約,助裝置,實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的理想溫濕度環(huán)境。該課題首先分析了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指。標(biāo),確定系統(tǒng)的總體方案。然后考慮到經(jīng)濟(jì)性能及體積因素,深入研究和選擇了各種芯片。范圍內(nèi)，并具有和上位機(jī)通訊,多點(diǎn)監(jiān)測(cè)等功能。沼氣發(fā)酵的影響因素.......

　　

【正文】 溫度值超過(guò)系統(tǒng)所需報(bào)警的溫度設(shè)定值，然后通過(guò) I/O 端口輸出控制信號(hào)，以控制蜂鳴器報(bào)警裝置，達(dá)到報(bào)警目的。 開 始r e s u l t 0 4 5 ||r e s u l t 0 2 5 報(bào) 警是否返 回 圖 報(bào)警程序路程圖 溫度控制程序 該部分是本系統(tǒng)的最主要部分，沼氣最理想、經(jīng)濟(jì)的發(fā)酵溫度是 35℃，功能是使溫度值始終保持在系統(tǒng)設(shè)定范圍內(nèi)，溫度范圍是 3040℃。在本部分，需要對(duì)兩個(gè)傳感器的周圍進(jìn)行溫度的控制，其中溫度控制是兩個(gè)加熱片控制加熱、兩個(gè)風(fēng)扇控制降溫。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 軟件設(shè)計(jì) 22 開 始是 否T H _ d a t a 1 4 0 | | T H _d a t a 2 4 0是 否T H _ d a t a 1 4 0是 否T H _ d a t a 2 4 0開 啟 制 冷 器 1 開 啟 制 冷 器 2是 否T H _ d a t a 1 3 0 | | T H _ da t a 2 3 0否是 是是 否T H _ d a t a 1 3 0是 否T H _ d a t a 2 3 0開 啟 加 熱 器 1 開 啟 加 熱 器 2是 是是 是返 回否 圖 溫度控制程序路程圖 濕度控制程序 該部分是本系統(tǒng)的主要功能是使?jié)穸戎凳冀K保持在系統(tǒng)設(shè)定范圍內(nèi)，濕度范圍是 60%RH 以上。在本部分，需要對(duì)兩個(gè)傳感器的周圍進(jìn)行濕度的控制，其中用電機(jī)模擬加濕過(guò)程，當(dāng)濕度值低于設(shè)定值時(shí)，電機(jī)一直會(huì)處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，直到濕度值高于 60%RH 以上，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 開 始R H _ d a t a 1 6 0 ||R H _ da t a 2 6 0開 啟 加 濕 器是否返 回 圖 濕度控制程序路程圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 軟件設(shè)計(jì) 23 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 軟件介紹 虛擬儀器 (Virtual Instrument， VI)是儀器儀表發(fā)展歷史上的一次重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是傳統(tǒng)儀器儀表的重大更新和突破，它代表著現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的最新方向和潮流。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下特點(diǎn)：靈活性高、性價(jià)比高、用戶化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，以上特點(diǎn)讓它在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域和學(xué)校學(xué)習(xí)領(lǐng)域都占據(jù)了舉足輕重的地位。本設(shè)計(jì)所使用的上位機(jī)模塊，是在 LABVIEW 的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。LABVIEW 是美國(guó) NI（ National Instrument）公司的軟件產(chǎn)品，它是目前在國(guó)際上虛擬儀器領(lǐng)域中，應(yīng)用最廣泛、功能最強(qiáng)大、發(fā)展最迅速的圖形化虛擬儀器開發(fā) 環(huán)境之一，主要應(yīng)用范圍是：儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示。LABVIEW 強(qiáng)大的圖形編程能力，可視化編程環(huán)境等受到了很多軟件開發(fā)技術(shù)人員的青睞，是虛擬儀器編程語(yǔ)言的典型代表。 軟件功能特點(diǎn) Labview 可利用單片機(jī)的通訊串口，向上位機(jī)輸出實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并顯示在曲線圖和表格中。用戶也可以對(duì)需要采集的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和更改，如：測(cè)量時(shí)間、溫度上下限報(bào)警、通訊通道等。它與 C 語(yǔ)言， C++， VB，Basic 等傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言，有非常多的相似之處，比如他們的數(shù)據(jù)類型、調(diào)試工具、數(shù)據(jù) 控制結(jié)構(gòu)，以及模塊化等。但他們也有一個(gè)最大的區(qū)別：傳統(tǒng)變成軟件是用的文本語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫，而 Labview 卻是用的是非常直觀的圖形變成，例如開關(guān)、旋鈕、波形圖等。 其具體特點(diǎn)如下： (1) 圖形化編程方式，不需要設(shè)計(jì)者編寫類似 C 語(yǔ)言的文本程序代碼； (2) 有龐大的數(shù)據(jù)采集、分析、及存儲(chǔ)庫(kù)函數(shù)； (3) 有 32 位的編譯器和 32 位的應(yīng)用程序，可以保證用戶數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測(cè)量測(cè)試高速、精確執(zhí)行； (4) 提供設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行等傳統(tǒng)調(diào)試手段，同時(shí)還提供它特有的執(zhí)行工具，使程序的編寫和調(diào)試更為簡(jiǎn)便； (5) 提供 PXI， PCI， VXI， GPIB， RS232/485， USB 等各種總線標(biāo)準(zhǔn)的功能函數(shù)； (6) 提供大量連接機(jī)制，可以和外部代碼及軟件進(jìn)行連接，例如 DDE、 DLL、ActiveX 等。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 軟件設(shè)計(jì) 24 系統(tǒng) 功能特點(diǎn) 上位機(jī)主界面如圖 所示，顯示兩組溫度、濕度值，以及六個(gè)系統(tǒng)控制電路的狀態(tài)，當(dāng)主程序循環(huán)完成，主界面顯示相應(yīng)的通道號(hào)的數(shù)據(jù)，且與液晶對(duì)應(yīng)，而且當(dāng)判斷函數(shù)進(jìn)行判斷，且執(zhí)行的時(shí)候，主界面將會(huì)顯示控制輸出的相應(yīng)狀態(tài)。程序框圖如圖 所示，單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)至 PC 機(jī)，一個(gè)字節(jié)為通道號(hào)數(shù)，四個(gè)數(shù)據(jù)分別為所采集的溫濕度值，另外六個(gè)數(shù)據(jù)為控制輸出的狀態(tài)值，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，顯示在上位機(jī)上。 圖 上位機(jī)前面板示圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 軟件設(shè)計(jì) 25 圖 上位機(jī)程序框圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)調(diào)試 26 5 系統(tǒng)調(diào)試 子程序調(diào)試 由于各種原因，程序會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期 效果的現(xiàn)象，這就要調(diào)試與測(cè)試。 具體調(diào)試如下： (1) 測(cè)試數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)串口顯示程序?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)在 PC 機(jī)上顯示，看是否正常顯示且是否與實(shí)際數(shù)據(jù)值相符，否則檢查這一模塊。 數(shù)據(jù)采集部分包括 DHT11采集和 DS18B20采集兩部分。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，遇到了許多問(wèn)題：首先是 DHT11 溫濕度數(shù)據(jù)采集，該傳感器所采集顯示的數(shù)據(jù)與實(shí)際值不相符，經(jīng)過(guò)參考一些現(xiàn)有的有關(guān) DHT11 傳感器的采集顯示程序，使程序更加完善，使采集的數(shù)據(jù)更加精確；再是 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集，該傳感器以前接觸過(guò)，所以用起來(lái)還是比其他的傳感器 要順手，但是，本次涉及到單總線采集，在參考了一些材料后，成功完成該采集模塊。 (2) 測(cè)試 LCD 顯示模塊，通過(guò)顯示程序測(cè)試 LCD 是否正常工作，否則檢查這一模塊。 在液晶顯示時(shí)，遇到了一些小問(wèn)題，因?yàn)橐郧笆褂眠^(guò)該液晶顯示屏，所以在遇到問(wèn)題時(shí)，解決起來(lái)比較容易，在該部分遇到的問(wèn)題是由于疏忽造成的，就是在顯示的時(shí)候液晶顯示屏沒(méi)有顯示，經(jīng)過(guò)檢查后，發(fā)現(xiàn)是由于液晶的 PSB 口要接地，當(dāng)接好線路后，液晶正常顯示。通過(guò)該模塊告訴我們，越是自己熟悉的地方，由于馬虎大意，就越容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。 (3) 測(cè)試按鍵控制模塊，通過(guò)液晶顯 示程序來(lái)檢驗(yàn)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，是否顯示相應(yīng)的界面，否則重新檢查該模塊。 在該部分遇到的問(wèn)題是，按鍵函數(shù)用的是 switch 函數(shù)，在進(jìn)行按鍵操作時(shí)，按鍵要一直按下才可以顯示相應(yīng)的界面，后來(lái)經(jīng)過(guò)檢查是因?yàn)樵诎存I掃描是沒(méi)有進(jìn)行消抖操作，當(dāng)進(jìn)行該操作之后，液晶正常顯示。 (4) 測(cè)試報(bào)警模塊，通過(guò)液晶所顯示采集的溫度值，來(lái)檢驗(yàn)報(bào)警模塊是否正常，否則重新檢查該模塊。 在該部分所需要做判斷的 ds18b20 采集的溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)值高于或者是低于所設(shè)定的上下限值時(shí)，開啟報(bào)警電路，開始報(bào)警。 (5) 測(cè)試控制加熱模塊，通過(guò)液晶顯示 值來(lái)觀測(cè)，當(dāng)數(shù)值低于設(shè)定下限值時(shí)，觀察是否相應(yīng)的控制輸出工作，否則重新檢查該模塊。 開始是用加熱片來(lái)進(jìn)行加熱操作，由于加熱片不能直接連接單片機(jī)使用，因此焊接了一個(gè)三極管的驅(qū)動(dòng)電路，在進(jìn)行加熱操作時(shí)，加熱片始終不工作，開始重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)調(diào)試 27 認(rèn)為是電壓不足，后來(lái)焊接了一個(gè) 5V 穩(wěn)壓模塊，用一塊 的電池通過(guò)穩(wěn)壓模塊直接帶動(dòng)加熱，但是，還是不能進(jìn)行工作，而且三極管發(fā)燙，電流超過(guò)三極管的使用電流。再后來(lái)查閱該加熱片的使用說(shuō)明，得知是額定功率打不到要求，電流不夠，經(jīng)過(guò)參考資料決定用繼電器驅(qū)動(dòng)加熱片工作，經(jīng)過(guò)一系列改正之后，加熱片正常 工作。 (6) 測(cè)試控制降溫模塊，通過(guò)液晶顯示值來(lái)觀測(cè)，當(dāng)數(shù)值達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)，觀察是否相應(yīng)的控制輸出工作，否則重新檢查該模塊。 該模塊開始選用的是制冷片，但是在實(shí)際操作過(guò)程中達(dá)不到使用要求，因此，該模塊用小風(fēng)扇和步進(jìn)電機(jī)來(lái)進(jìn)行散熱，當(dāng)達(dá)到降溫要求時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而且小風(fēng)扇開始工作，開啟電機(jī)的作用是模擬開啟通風(fēng)口，來(lái)模擬降溫過(guò)程。在降溫與加熱模塊，驅(qū)動(dòng)電路一樣，因此，在兩個(gè)降溫電路中，其中一個(gè)使用繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)試之后，該模塊正常工作。 (7) 測(cè)試控制加濕模塊，通過(guò)液晶顯示濕度值來(lái)觀測(cè)，當(dāng)數(shù)值低于 設(shè)定值時(shí)，觀察是否相應(yīng)的控制輸出步進(jìn)電機(jī)工作，否則重新檢查該模塊。 該部分用的是 5 線四相的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)濕度值低于設(shè)定值時(shí)，電機(jī)開始工作，模擬加濕過(guò)程，當(dāng)濕度值高于設(shè)定值時(shí)電機(jī)停止工作。該模塊與降溫中的電機(jī)一樣，在調(diào)試過(guò)程中主要是要求對(duì)步進(jìn)電機(jī)的熟悉使用。 總程序調(diào)試 當(dāng)各個(gè)子程序調(diào)通后，要進(jìn)行總體編譯，步驟如下： (1) 將所有子程序全部整合到一個(gè)總程序中，進(jìn)行總體編譯調(diào)試，查看系統(tǒng)是否顯示錯(cuò)誤。 在下位機(jī)總體程序編譯時(shí)，程序出現(xiàn)了許多錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)檢查是原因各個(gè)子程序在整個(gè)總程序當(dāng)中不能協(xié)調(diào)，有的定義 的變量以及單片機(jī)串口重復(fù)等等，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查、編譯和修改程序后，使錯(cuò)誤排除，系統(tǒng)正常運(yùn)行。 (2) 下位機(jī)軟件調(diào)通后，進(jìn)行 硬件搭建，確認(rèn)無(wú)誤后把程序下載到硬件中進(jìn)行整體調(diào)試，根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件要求的具體情況來(lái)進(jìn)行編譯和修改程序，使之最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 在下位機(jī)總體調(diào)試過(guò)程中，液晶顯示時(shí)，所顯示內(nèi)容基本看不清，這是供電不足導(dǎo)致，最后加了一個(gè)外部電源來(lái)帶動(dòng)控制輸出部分，之后液晶顯示恢復(fù)正常。 (3) 當(dāng)下位機(jī)調(diào)通后， 連通上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的整體運(yùn)行，觀測(cè)上位機(jī)顯示是否達(dá)到要求，若不符合，則進(jìn)行修改與調(diào)試，最后使之達(dá)到要 求。 上位機(jī)用 LABVIEW 做的界面，在上位機(jī)編輯過(guò)程中遇到的問(wèn)題是對(duì) LABVIEW運(yùn)用的不熟悉，經(jīng)過(guò)同學(xué)的指導(dǎo)，使該部分順利完成。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)調(diào)試 28 最后進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，在試驗(yàn)時(shí)，設(shè)置的溫度范圍是 2730 度，當(dāng)溫度低于 27 度時(shí)，開啟加熱器，當(dāng)溫度高于 30 度時(shí)，開啟制冷器；濕度范圍是 60%RH以上，當(dāng)濕度值小于 60%RH 時(shí)，開啟加濕器；報(bào)警溫度上下限分別為 25 和 33度，當(dāng)溫度低于 25 度或高于 33 度時(shí)，開啟報(bào)警器，開始報(bào)警。 上位機(jī)的運(yùn)行結(jié)果如圖 、圖 、圖 所示，為三種不同情況。 圖 上位機(jī)運(yùn)行 結(jié)果框圖一 圖 上位機(jī)運(yùn)行結(jié)果框圖二 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)調(diào)試 29 圖 上位機(jī)運(yùn)行結(jié)果框圖三 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 總 結(jié) 30 6 總結(jié) 本系統(tǒng)在沼氣發(fā)酵過(guò)程中作用很大，以 STC89C52 單片機(jī)為核心部件，利用溫濕度傳感器采集不同位置的溫濕度值，利用按鍵操作通過(guò)液晶顯示相應(yīng)位置所對(duì)應(yīng)的溫濕度值，而且通過(guò)單片機(jī)的控制輸出系統(tǒng)，控制加熱、降溫和加濕，使溫度、濕度值始終保持在一定的范圍內(nèi)，使沼氣池環(huán)境的溫濕度值始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，使沼氣發(fā)酵始終處于最佳狀態(tài)，且當(dāng)溫度值超過(guò)一定上限時(shí)，系統(tǒng)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。而且本系統(tǒng)可以與 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通訊，通過(guò)上位 機(jī)顯示所采集的溫濕度值以及顯示報(bào)警器、加熱器、加濕器和制冷器的相應(yīng)的狀態(tài)。 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，遇到了許多突發(fā)事件和各種困難，設(shè)計(jì)制作因此曾一度中斷。由于條件的限制，許多理想的功能都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。 在傳感器的選型上，剛開始選得溫度傳感器是 ds18b20，濕度傳感器是AM1001，這兩個(gè)傳感器一個(gè)是數(shù)字量的一個(gè)是模擬量的，在軟件編輯是要復(fù)雜的多，因此經(jīng)過(guò)修正選用了 DHT11 數(shù)字量溫濕度傳感器，該傳感器使用起來(lái)比較方便。因?yàn)榉磻?yīng)器溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵效率很低甚至停產(chǎn)，還會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器的損壞甚至?xí)?，單?dú) 用一個(gè) ds18b20 來(lái)檢測(cè)環(huán)境溫度，如果溫度過(guò)高或者過(guò)低，則開啟報(bào)警，以提醒工作人員。再者加熱器的選用，開始選用的是 5V 恒溫加熱片，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，始終達(dá)不到該加熱片的額定功率，最后只能選用較為簡(jiǎn)單的加熱電阻。制冷時(shí)也是遇到了與加熱時(shí)一樣的問(wèn)題，進(jìn)行研究之后，該用小風(fēng)扇和電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫，當(dāng)需要降溫時(shí)，電機(jī)和小風(fēng)扇同時(shí)開啟，電機(jī)的作用是模擬開啟通風(fēng)口，與小風(fēng)扇共同實(shí)現(xiàn)降溫功能。其他的一些控制器所需要的元器件都用得比較順手。最后就是上位機(jī)的制作，用得軟件是 LABVIEW，此款軟件以前沒(méi)有學(xué)習(xí)和用到過(guò)，對(duì)其的了解很 少，在用其編寫上位機(jī)程序的時(shí)候，參考了許多資料以及網(wǎng)上的現(xiàn)成的程序，在不斷學(xué)習(xí)、參考、摸索以及找其他同學(xué)指導(dǎo)，上位機(jī)程序不斷改進(jìn)，最終使上位機(jī)成功完成。 在本次設(shè)計(jì)所遇到的各類問(wèn)題，都是由于對(duì)傳感器、各種控制器以及LABVIEW 編輯軟件的 不了解，