基于組態(tài)王的智能家居溫濕度控制

《控制工程》課程設(shè)計論文論文題目：基于組態(tài)王的智能家居溫濕度控制學(xué)院計算機與信息科學(xué)學(xué)院、軟件學(xué)院專業(yè)自動化年級2012級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師日期2015-08-03目錄TOC\o"1-3"\f摘要 41.項目概述 41.1課程設(shè)計題目 4基于組態(tài)王的智能家居溫濕度控制。 41.2項目背景 41.3設(shè)計目的 51.4功能 52.項目實施方案 52.1設(shè)計方案及程序流程 52.1.1設(shè)計方案 52.1.2人員分工及進度安排 63.項目實施過程 73.1設(shè)計圖 73.2元器件說明 8（2）RS485溫濕度傳感器說明書 10通訊協(xié)議 123.3編碼過程 123.4制作過程 134.項目成果 174.1實物照片 174.2測試結(jié)果 195.總結(jié) 195.1收獲 195.2難點、創(chuàng)新點 205.3不足、改進措施 20基于組態(tài)王的智能家居溫濕度控制蘇雷西南大學(xué)計算機與信息科學(xué)學(xué)院，重慶400715摘要本系統(tǒng)設(shè)計通過溫濕度傳感器采集信號，經(jīng)MODBUS擴展模塊傳輸信號到485-232轉(zhuǎn)串口把信號傳遞到計算機上，計算機在組態(tài)王軟件的協(xié)助下對溫濕度分析比較設(shè)置讀取溫濕度變化，獲得溫濕度動態(tài)曲線，設(shè)置參數(shù)報表等。輸入額定溫濕度之后，按語言命令編程的要求發(fā)出警報同時發(fā)送信號到MODBUS模塊的繼電器模塊，使連接繼電器的風(fēng)扇接受指令轉(zhuǎn)動或者停止，從而達到對室內(nèi)溫濕度的智能控制。這是智能家居的初步設(shè)定，如果有其他傳感器也可以連接到計算機上控制的內(nèi)容可以更多，市場開發(fā)前景也很好。關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器；組態(tài)王軟件；風(fēng)扇控制；串口通信。1.項目概述1.1課程設(shè)計題目基于組態(tài)王的智能家居溫濕度控制。1.2項目背景溫濕度傳感器的特點是感應(yīng)讀取外界溫濕度，當接收到信號時通過發(fā)送IO離散信號到計算機，通過相應(yīng)軟件讀取溫濕度，如果想對溫濕度進行控制就需要外加電風(fēng)扇或者加濕器等其它的器材，我們這里只有風(fēng)扇，所以只對風(fēng)扇進行控制，實際操作中可以控制多個繼電器對其他改變溫室的的器具進行控制。如果額定值大于采集到的溫室度則繼電器工作風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。這個系統(tǒng)可以用于室內(nèi)智能溫濕度控制，使溫濕度保持在客戶需要的值。也可用于工廠、倉庫等對溫濕度要求比較高的地方，運用前景很好。1.3設(shè)計目的通過對控制工程的分析與設(shè)計，并在實驗室進行控制工程設(shè)計的實現(xiàn)與應(yīng)用檢驗，獲得面向工業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)分析與設(shè)計的實踐知識，初步掌握控制工程設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用的技能。讓各位組員了解系統(tǒng)分析設(shè)計的過程，熟悉相關(guān)軟、硬件知識，并親身參與到系統(tǒng)設(shè)計中，了解系統(tǒng)設(shè)計各個階段的工作，提高分析問題和解決問題的能力。培養(yǎng)大家團結(jié)協(xié)作、互幫互助的精神。1.4功能（1）實現(xiàn)溫濕度的采集和實時顯示；（2）實現(xiàn)實時時間的顯示和動態(tài)曲線以及生成報表；（3）對額定溫室的的設(shè)定使風(fēng)扇產(chǎn)生相應(yīng)動作，從而達到對室內(nèi)溫濕度的調(diào)節(jié)。項目實施方案2.1設(shè)計方案及程序流程2.1.1設(shè)計方案本系統(tǒng)設(shè)計通過溫濕度傳感器采集信號，經(jīng)MODBUS擴展模塊傳輸信號到485-232轉(zhuǎn)串口把信號傳遞到計算機上，計算機在組態(tài)王軟件的協(xié)助下對溫濕度分析比較設(shè)置讀取溫濕度變化，獲得溫濕度動態(tài)曲線，設(shè)置參數(shù)報表等。輸入額定溫濕度之后，按語言命令編程的要求發(fā)出警報同時發(fā)送信號到MODBUS模塊的繼電器模塊，使連接繼電器的風(fēng)扇接受指令轉(zhuǎn)動或者停止，從而達到對室內(nèi)溫濕度的智能控制。確定方案確定方案數(shù)據(jù)庫操作算法設(shè)計界面設(shè)計數(shù)據(jù)庫操作算法設(shè)計界面設(shè)計結(jié)果測試結(jié)果測試2.1.2人員分工及進度安排人員分工：本小組由四名成員組成，王永浩（組長）、蘇雷（組員）、文星（組員、吳云飛（組員），王永浩主要負責(zé)對modbus模塊原理以及組裝，組態(tài)王資料庫建立邏輯關(guān)系的負責(zé)；文星主要負責(zé)調(diào)試信號，以及風(fēng)扇的組裝；吳云飛主要負責(zé)對溫濕度傳感器的原理和組裝以及串口知識的匯總，蘇雷主要負責(zé)組態(tài)王控制畫面，語言編程和演示。雖然分工比較多，其實基本上都是組員集體討論和調(diào)試的結(jié)果。周期進度：1、確立任務(wù)目標，設(shè)計思路，基本框架圖，相關(guān)元器件原理熟悉，初步編寫代碼；2、配置元器件，繼續(xù)編寫完善程序，嘗試初連接；3、聯(lián)機操作，完善配置，開始調(diào)節(jié)，看是否實現(xiàn)目標，改進；4、改進配置要求，調(diào)節(jié)，分析，完善；5、演示提交，結(jié)合設(shè)計產(chǎn)品，修改完善論文。3.項目實施過程3.1設(shè)計圖系統(tǒng)原理框圖如下圖，采用組態(tài)王軟件，有傳感器模塊，modbus模塊，顯示模塊，控制模塊等組成。（如圖）溫濕度傳感器溫濕度傳感器MODBUS模塊USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝組態(tài)軟件MODBUS模塊USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝組態(tài)軟件屏幕顯示曲線圖屏幕顯示曲線圖溫度濕度溫度濕度溫度報警照度報警溫度報警照度報警MODBUS模塊繼電器模塊 高 高 MODBUS模塊繼電器模塊風(fēng)扇啟動后風(fēng)扇啟動風(fēng)扇啟動后風(fēng)扇啟動3.2元器件說明（1）MODBUS擴展模塊ER-4D4A2O-M34數(shù)字量4模擬量輸入2輸出模塊模塊特性：?4路光電隔離開關(guān)量采集.?4路10位4-20mA/（0-5V）模擬量采集?2路30A繼電器輸出?RS485/RS232標準接口.?MODBUS_RTU標準協(xié)議控制.?軟件設(shè)定地址等參數(shù)?標準工業(yè)導(dǎo)軌安裝?提供控制示例程序.?可與組態(tài)王、三維力控等組態(tài)軟件連接?可按客戶要求定制協(xié)議工作特性:?工作環(huán)境溫度：-20℃～65℃?相對濕度：95％（無凝結(jié)）?電源電壓12V(可定制其它電壓)典型應(yīng)用:?各種工業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集?PLC接口接擴展引腳描述引腳名稱描述1Vin12V電源正.2Gnd電源地;Rs232地.3TXDRS232數(shù)據(jù)發(fā)送4RXDRS232數(shù)據(jù)接收5D+RS485數(shù)據(jù)D+(A)6D-RS485數(shù)據(jù)D-(B)7AG模擬地8A1第一路模擬量輸入端9A2第二路模擬量輸入端10A3第三路模擬量輸入端11A4第四路模擬量輸入端12AG模擬地13Nc1繼電器1常閉端14No1繼電器1常開端15Co1繼電器1公共端16Nc2繼電器2常閉端17No2繼電器2常開端18Co2繼電器2公共端19X1第一組開關(guān)量輸入20X2第二組開關(guān)量輸入21X3第三組開關(guān)量輸入22X4第四組開關(guān)量輸入23Com開關(guān)量輸入公共端24Vio開關(guān)量輸入電源端RS485溫濕度傳感器說明書SM1910B溫濕度傳感器,配合美國瑞士專用溫濕度傳感器及RS485總線技術(shù),基于工業(yè)用MODBUS-RTU協(xié)議，實現(xiàn)低成本溫濕度狀態(tài)在線監(jiān)測的實用型一體化傳感器，本傳感器可應(yīng)(1)SMT行業(yè)溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)控(2)電子設(shè)備廠溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)控(3)冷藏庫溫濕度監(jiān)測(4)倉庫溫濕度監(jiān)測(5)藥廠GMP監(jiān)測系統(tǒng)(6)環(huán)境溫濕度監(jiān)控(7)電信機房溫濕監(jiān)控（8）賓館溫濕度監(jiān)控（9）檔案室溫濕度監(jiān)控（10）智能家居溫濕度監(jiān)控(9)其它需要監(jiān)測溫濕度的各種場合等。為便于工程組網(wǎng)及工業(yè)應(yīng)用，本傳感器采用工業(yè)廣泛使用的MODBUS-RTU通訊協(xié)議，支持二次開發(fā)。用戶只需根據(jù)我們的通訊協(xié)議即可使用任何串口通訊軟件實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的查詢和設(shè)置。特點與特色采用進口傳感器，精度高RS485遠距離通信接口，最遠可達1.2公里指令簡單標準工業(yè)導(dǎo)軌安裝6-37V寬電源供電組網(wǎng)方案，每個傳感器都有一個地址，可任設(shè)意設(shè)置地址高性價比技術(shù)參數(shù)參數(shù)值顯示測溫范圍-40℃~+123.8℃測溫精度±0.5℃顯示測濕范圍0~100%RH測濕精度默認:±4.5%RH（可選SM1910B2:±3%RHSM1910B3：±2%RH波特率9600通訊端口RS485供電電源總線供電，DC6V-36V1A耗電1W存儲溫度-40-85℃運行環(huán)境：-40-85℃-40℃～+85℃外形尺寸90×66×26mm3接口其引腳定義如下：標號引腳說明1V+DC6-37V電源正2V-DC6-37V電源負3B-RS485B-4A+RS485A+通訊協(xié)議溫度寄存器40001無符號整型USHORT濕度寄存器40002無符號整型USHORT3.3編碼過程打開組態(tài)軟件，組態(tài)王；根據(jù)整體思路和電路構(gòu)造，規(guī)劃整個控制執(zhí)行畫面；編寫組態(tài)軟件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行語句，變量定義，對象設(shè)置；模擬運行，檢查錯誤。3.4制作過程確定實驗?zāi)繕诉x定方案，根據(jù)方案選擇元器件，并檢驗元器件是否完好無損在實驗所需電腦上安裝好USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動及相關(guān)組態(tài)軟件運行組態(tài)軟件，新建工程“溫室控制”在左側(cè)欄“文件-畫面”下新建“溫濕度傳感器”畫面在設(shè)備欄新建“I/O設(shè)備”其地址與傳感器串口地址相對應(yīng)進行溫濕度變量定義，設(shè)置變量類型、連接設(shè)備、寄存器以及數(shù)據(jù)類型對于Modbus寄存器串口設(shè)置參數(shù)類別地址內(nèi)容操作Modbus協(xié)議地址（16進制/10進制）PLC地址（10進制）測量值0000H/000040002濕度的測量值(實際值*100)只讀0001H/000140001溫度的測量值(實際值*100)只讀0002H/000240003保留位只讀設(shè)置本站點的溫濕度顯示，并對其在畫面命令語言中加以編輯。該項目中濕度：等于（實際值*100），單位為百分號。溫度：等于（實際值*100）。溫度舉例:假如軟件讀取到溫度值為:28301(十進制)實際溫度用T表示:T=28301/100=28.3(℃)插上傳感器電源，畫面切換到“view”，進行調(diào)試。點擊智能風(fēng)扇，打開顯示畫面，觀察溫濕度是否顯示。若顯示，則傳感器與組態(tài)軟件連接正常；不顯示，則連接不正常，加以檢查。直到傳感器與組態(tài)軟件連接正常。當傳感器與組態(tài)軟件正常連接后，再通過ER-4D4O-M0四進四出485繼電器模塊，對風(fēng)扇模塊進行設(shè)置。項目成果4.1實物照片實物搭建畫面如下：組態(tài)軟件中的演示畫面如下：智能家居溫濕度控制演示畫面：實時曲線和參數(shù)顯示畫面：報警畫面報表：4.2測試結(jié)果溫度<=額定溫度時，為綠燈，熱氣風(fēng)扇啟動,實現(xiàn)升溫；濕度>=額定濕度時，為綠燈，增濕度風(fēng)扇啟動，實現(xiàn)加濕功能?？偨Y(jié)5.1收獲技術(shù)方面了解控制儀表通訊協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)連接；掌握了組態(tài)軟件與傳感器的連接方式；熟悉一種計算機控制系統(tǒng)設(shè)計軟件、編程軟件；了解計算機控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件，畫面的設(shè)計；學(xué)習(xí)方面整個設(shè)計通過了軟件和硬件上的調(diào)試。設(shè)計中遇到了很多實際性問題，在實際設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運用中是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，而在解決的過程當中你會發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升?？梢哉f系統(tǒng)的設(shè)計是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。還有感謝這次參與設(shè)計的其他兩位成員，他們兩個學(xué)的知識比我全面，所以很多東西都請教他們和大家團隊合作，這也提高了我的團結(jié)協(xié)作能力，對今后參加工作和實際生活有很大幫助。通過這次課程設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)清楚，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，有些東西也需請教老師和其他同學(xué)以及自己查詢多方資料才得以解決，做任何事都要經(jīng)過一番努力才得以成功。5.2難點、創(chuàng)新點如何實現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)軟件與元器件的正確連接，并將相應(yīng)參數(shù)在組態(tài)軟件上顯示出來供用戶使用，并作出達到相應(yīng)的控制目的。如何調(diào)試實際電路與組態(tài)軟件顯示的一致性，使得糾正電路和組態(tài)畫面中的錯誤。5.3不足、改進措施不足：由于時間比較緊，整個系統(tǒng)的功能和硬件電路比較簡單。我只是對這些硬件的功能和使用方法掌握了，對其根本原理基本熟悉，由于我對組態(tài)王軟件的熟練度不夠所以最后的警報畫面顯示的參數(shù)比較少，這也是需要不斷的學(xué)習(xí)熟練才能提高。在一個由于器材的局限性，我們的設(shè)計功能比較單一，只有對風(fēng)扇的啟開控制，也只用到了一個繼電器，我想的話可以增加一些加熱器什么的產(chǎn)生熱源，這樣對溫濕度的控制將會更加完美，在投入市場的時候也需要更多的完善。改進措施：由于其他人都是對固定溫濕度的調(diào)節(jié)所以有時候在調(diào)試的時候會不好控制，在這里我加入了兩個額定變量使控制的范圍更加廣泛，在實際操作中可以改變?nèi)我鉁貪穸日{(diào)節(jié)，這樣給用戶帶來更大的選擇范圍和對不同環(huán)境的適應(yīng)能力也大大增加?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設(shè)計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機控制系統(tǒng)HYPERLINK"/detail.htm?38