智能建筑温湿度采集系统远程通信-接口设计开题报告示例.doc

开 题 报 告毕业设计题目：智能建筑温湿度采集系统远程通信接口设计一、 选题意义和可行性分析世界上公认的第一座智能建筑，是1984年1月诞生于美国康涅狄格州(Connecticut)哈特福德市(Hartford)的都市大厦(CityPlace Building)，它是由一栋旧金融大厦改建的1。改建后的大厦高38层，总建筑面积103余平方米，不但对空调、照明、给排水、保安、防火等等进行了良好的自动控制管理，更由于装备了当时最先进的计算机程控交换机、高速计算机网络等现代办公化设备与通信系统，能方便地发送传真、电子邮件、查询各种信息，给用户带来极大的方便。当时，美国联合科技集团公司(UTBS)，在他们的广告宣传中，首次使用了智能建筑(Intelligent Building)这一词汇。从功能上讲，IB又称为“三A”大厦，即CA（通信自动化）、OA（办公自动化）和BA（楼宇管理自动化）。后来有人将“三A”增加到“五A”，新增的SA（保安自动化）、FA（消防自动化）实际上是原BA系统中的子系统2。CA、OA和BA三大系统是将通信技术、微电子技术、计算机技术和软件技术综合在一起应用到建筑上，共同实现大厦的智能化。 智能化集成系统将智能建筑内诸多智能化子系统相互独立的设备、资源、服务、管理功能集成到一个相互关联的、统一协调的系统之中，以实现信息、资源、任务共享。信息集成和综合管理。智能化集成系统是提高智能建筑管理水平和效率的有力工具，正在被越来越多的智能建筑所采用，在智能建筑的日常管理和维护中扮演着日益重要的角色。智能化集成系统与各个子系统建立连接和交换信息的最有效、最方便的方法是使用软件接口在集成系统服务器与子系统管理主机之间使用一个接口软件来完成集成系统与子系统的连接3。因此软件接口技术就成了智能建筑中的关键技术。随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等高新技术的延伸，以及近年来智能建筑的高速发展，远程通信必将成为世界范围内心的工业技术革命的核心之一。本论文就是致力于研究远程通信接口的设计，旨在为智能建筑的温湿度采集系统实现有效的、实用的远程通信。二、 国内外研究现状在现代工业自动化系统中，经常用到单片机及微机。由于单片机的结构简单，设计应用方便，抗干扰及在各种环境下适应能力强，因为被称之为工业自动化系统中的前端处理器（被称之为下位机）。常常被设置到现场采集各种数据及信息，同时可进行简单的数据处理后送到微机（被称之为上位机）。而下位机同时也是一种控制器，接受上位机下达的命令，对现场进行相关的自动控制。上位机和下位机之间的数据传送可以采用串行通信和并行通信两种方式。如果一组比特在多条线上同时被传送，这种传输被称为并行传输。在传输中各数据位可并行传送，传送速度快、效率高，多用在实时、快速的场合。但是有多少数据位就需要多少数据线，传送成本高。而串行通信是数据通过一根传输线逐位传送，数据传送按位顺序进行，至少只需要一根传输线即可完成，节省传输线。由于串行通信方式使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用4。而Microsoft公司在VB中设计了一个相当好用的MSComm通信控件，它避免了VB系统内置及外挂控件众多、不易学习的缺点，使得串行通信变得容易.本文将介绍串行通信的VB实现。为了提高串行通讯的可靠性，国际上流行一种标准的RS-232串行接口。RS-232串行接口属于个人计算机（PC）及电信应用领域中最为成功的串行数据标准。它被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，是目前PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口5。智能建筑温湿度采集远程通信系统一般用PC机或工控机为上位机，单片机作为下位机组成，其硬件结构如图1所示。图1智能建筑温湿度控制系统架构简图图1所示的下位机的任务是完成现场的温湿度信息的采集、分析处理和存储显示，并通过RS-232接口同上位机相连；上位机则主要实现环境的调控策略、集中操作管理、通信控制等功能，协调各从机之间的数据传送，从而实现对整个系统的有效管理6。随着单片机及微机技术、网络技术的发展和应用，采用上位机与单片机构成小型控制系统在现代智能建筑测控领域的运用将非常普遍。它利用单片机价格低、功能强、抗干扰性能好、温限宽和面向控制等优点，结合微机的软硬件支撑，是一般规模温湿度采集系统的常用选择方案。三、 研究的基本内容与拟解决的主要问题3.1 传感器的选择及其接口我选用的SHT10温湿度传感器是集温度和湿度检测于一体的单片集成传感器。其原理框图如图2所示。图2 SHT10温湿度传感器原理框图SHT10传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正的过程中使用。两线制的串行接口，使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选7。SHT10与微控制器的连接，即为SHT10的串行接口电路与微控制器的连接。SHT10与微控制器的接口连接图，如图3所示。图3 接口连接图3.2 STC89C51与计算机的通讯串行通信是一种能把二进制数据按位传送的通信模式，故它所需的传输线条数极少，特别适用于分级、分层和分布式控制系统以及远程通信。由于分布式控制系统在现代计算机控制系统中获得了广泛的应用，常常需要一台主计算机控制多台下位机，因此微机和单片机之间的通讯成为一个重要问题。由于RS-232C的逻辑0电平规定为+5V+15V，逻辑1电平规定为-15V-5V，因此在与TTL电路接口时必须进行电平转换。本设计采用MAXIM公司生产的MAX232芯片，来实现单片机与PC机的通信，它只需要单一的+5V的电源，适用于各种232通信接口8。硬件连接图如图4所示：图4 硬件连接图3.3 上位机的数据显示为实现微控制器和PC机之间的数据传送，本设计采用的是串口通信的方式。从串口读取数据并将其显示、记录，有很多种编程方式，如VC+、VB6.0等等。本设计将采用的是VB 6.0编程。利用VB 6.0中的MSComm通信控件，可以很好的实现上位机与下位机之间的串行通信。MSComm控件提供了一系列标准通信命令的接口,它允许建立串口连接,可以连接到其他通信设备,还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件,从而可以用它创建全双工的、事件驱动的、高效实用的通信程序9。MSComm通信控件的通信功能,实际上是调用了API(Application Programming Interface)函数，对于VB程序的开发者，知道了MSComm控件的属性和事件的用法，即可实现串口的操作。四、 总体研究思路4.1 硬件设计4.1.1 温湿度传感器温湿度采集系统中涉及到温度和湿度参数的检测，采用一体化集成的传感器对温湿度进行检测有利于提高系统的抗干扰能力和可靠性，瑞士SENSIRION公司出品的SHT10正是这种集温度和湿度检测于一体的单片集成传感器。其主要特点如下10：1. 高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、AD转换和加热器等功能集成到一个芯片上；2. 提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；3. 测量精度可编程调节，内置AD转换器(分辨率为812位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择)；4. 测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能；5. 封装尺寸超小(7.62 mm5.08mm2.5 mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；6. 高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。4.1.2 微控制器我采用的是STC89C51单片机来做这个系统的微控制器。STC89C51RC/RD+系列单片机是兼容8051内核的单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，12时钟/机器周期和6 时钟/机器周期可反复设置，最新的D 版本内部集成MAX810 专用复位电路。图5为AT89C52的管脚图。图5 STC89C51管脚图其主要特点如下11：1. 增强型6时钟/机器周期2. 工作电压：5.5V - 3.4V3. 工作频率范围：0 - 40 MHz，相当于普通8051的080MHz。实际工作频率可达48MHz4. 用户应用程序空间 4K 字节5. 片上集成 512 字节RAM6. 共3个16位定时器/计数器7. 外部中断2路,下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒8. 通用异步串行口(UART)9. 封装： PIP-404.1.3 RS-232串行通信本论文中用到的远程通信方式是RS-232串行通信。串行通信是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式，串行通信的特点是：数据位传送按位顺序进行最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通信的距离可以从几米到几千米。由于串行通信方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通信时要求通信双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通信12。RS-232是目前PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232标准定义了20个不同的信号连接，推荐(但非强制)使用25针的D型DB-25连接器。实际上，大多数设备只使用20个针脚中的一小部分针脚，出于节省资金和空间的考虑很多机器采用较小的连接器。表1列出了RS-232的几种常见的针脚定义13。表1 常见的RS232针脚定义信号DB-25DE-9(TIA-574)RJ45(EIA/TIA 561)信号地G754发送数据TD236接收数据RD325数据终端准备好DTR2043数据设备准备好DSR661请求发送RTS478允许发送CTS587载波检测DCD812振铃指示RI2291随着计算机应用的普及，计算机与计算机、计算机与数据终端间的通信也日益显示出重要性。在工业控制与通信领域中，RS-232串行接口以其应用的便利性、成本的低廉性、广泛的普及性，成为个人计算机及电信应用领域中最为成功的串行数据标准14。4.2 软件设计4.2.1 单片机的程序编写 在远程数据采集系统的软件设计中，首先要实现的是利用单片机控制温湿度传感器的工作，进行温湿度数据的采集；其次，单片机和PC机之间采用串口通信，单片机程序要能实现包括串口初始化、波特率及数据格式设置等问题15。4.2.2 上位机的通信程序设计上位机的远程通信软件可以用VB6.0语言开发，基于VB6.0的远程通信软件主要完成智能建筑温湿度采集系统的串口数据的读取、显示和存储功能。VB6.0是一种功能强大、简单易学、可视化的程序设计语言。其中MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它允许上位机与其他通信设备(如Modem)建立串口连接，还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以利用它创建高效实用的串行通信程序16。本系统采用是Microsoft Access本地数据库，并用VB中的DATA控件来实现数据库的连接。与Data控件相捆绑的控件自动显示来自当前记录的一个或多个字段的数据17。五、 预期研究成果本论文自行设计的智能建筑温湿度采集系统远程通信接口，首先用SHT10温湿度传感器采集温湿度数据，然后采用低成本的STC89C51微控制器和简单的RS-232串行口，将采集到的温湿度数据传送到PC机上，能基本实现智能建筑温湿度采集系统的远程通信。当然本设计还是存在着很多缺陷和不足。首先数据采集系统与网络接口之间采用的是RS-232串口通信方式，虽然很易于实现，但是串口通信的传输速度在很大程度上限制了远程通信接口性能的发挥；其次本设计采用的是低档微控制器，虽然也能很好地满足各方面的要求，如果能够采用高档微控制器，系统整体性能将会得到很大的提高18。六、 研究工作计划计划进度：起止时间内容2008.12.112009.02.16开题报告、文献综述、英文翻译完成并上交2009.02.172009.02.25开题报告答辩，并对开题报告、文献综述、英文翻译修改2009.2.262009.3.20了解以太网的结构和TCP/IP协议2009.3.212009.4.10了解JPCAP类库的安装环境、功能和使用2009.4.112009.4.30完成数据包监听程序的设计，并给出数据流量分析结果2009.4.282009.4.30学院进行中期检查2009.5.12009.5.19完善程序，撰写论文2009.5.20毕业设计(论文)交指导教师2009.5.212009.5.29继续修改论文2009.5.302009.5.31学院分组进行答辩参考文献1 M. 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