1. 研究目的与意义
随着农业科技的快速发展，无线温湿度采集系统在现代工农业生产中，有着广泛的应用前景，它的运用范围将不断的扩大，采用多节点传感器对农作物的温湿度进行实时采集，对农作物的环境状态进行实时监测，有助于建立一个绿色农业的物联网系统。本课题完基于单片机的多节点温湿度采集系统的设计，采用单片机、无线传输模块、多节点传感器设计了一个完整的多节点温湿度采集系统，能够实时采集环境的温湿度信息，并无线传输到接收终端，并对接收到的参数曲线进行实时绘制和存储，方便用户观测温湿度变化情况。此外，接收终端能够远程设定参数阈值，一旦超过阈值，远程发送报警报文信息提示用户。
本文拟研究的多节点温湿度采集系统可以实现对温室内温湿度监测数据的分析和处理。并且多节点的设置可以完成对温湿度参数的采集、预处理、显示、招限报警等任务，并且具有实时性高、精度高，能够综合处理多点温湿度信息的优点。
2. 课题关键问题和重难点
拟解决的关键问题：
1、提出一种多节点温湿度传感器数据融合方法，解决各个节点的温湿度数据误差问题。
2、利用改进的自适应加权系数融合算法，减小各个节点温湿度检测均方误差仅为0.05，有效提高监测采集数据的精度。
3. 国内外研究现状（文献综述）
随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测就非常有必要了。而随着高科技的不断发展,温度和湿度已不再是相互独立的量，而应在系统集成中综合考虑。对其进行适时准确的测量具有重要意义。
孙文静（2022）利用单片机和虚拟仪器LabVIEW在PC端设计了温湿度测量及控制系统，用于温湿度数据监测。该系统上位机为PC端监控界面，下位机为单片机，单片机采集温湿度数据，并将采集到的数据通过串口发送给监控界面进行监测和管理。该监测系统具有开发成本低、功耗低、性能稳、电路简单等优点[1]。The nonlinearity of humidity and humidity affected by temperature are compensated in circuit and data processing respectively. On the circuit, the sampling principle and the structure of the operational amplifier in the design are introduced.[2]康家林、姚传安、徐江莉、荆科科（2022）进行智能监测系统设计，该设计主要是以STC12C5A60S2单片机为核心，采用DS18B20、DHT11传感器收取不同状态下的温湿度数据信息，然后由NRF24L01无线模块将把子节点收取的不同状态下的温湿度数值发送到主节点，最终单片机将接收主节点所发送的全部数据信息，并在显示屏LCD上将处理完成的数据信息显示出来。在特色上实现了系统覆盖面较大，主节点和子节点通过无线传输，灵活性强，可靠性高，耗能小成本低，操作简单方便，实用性也更广[3]。刘小滨、刘寅、沈文浩（2022）为了对环境温/湿度进行远程、快速、实时的监控，设计了一款基于STM32单片机的环境温/湿度远程监控系统，该系统以STM32F103VET6单片机为核心，通过DHT11温/湿度传感器模块采集环境温/湿度数据，并以ESP8266Wi-Fi无线传输模块与手机APP建立连接，实现数据传输及可视化。采用饱和盐溶液的标准湿度验证此系统；结果表明，此监控系统的湿度测量数据与标准湿度之间的平均相对误差在3.1%以内，系统的响应/恢复时间均在30 s以内，证明此系统具有良好的准确性、稳定性和快速性，能够实现对环境温/湿度的智能远程监控[4]。李小斌（2022）基于单片机设计一款船舶舱内热舒适性参数控制系统，使用传感器对舱内温湿度进行测量，将实时温湿度与单片机设定的温湿度上下限阈值进行比较。当参数超限时，单片机控制启动加热器、风扇、加湿器、除湿器等设备进行升温、降温或加湿、除湿，使舱内温湿度保持在合适范围内[5]。温湿度控制在人们的生产生活中具有重要意义，杜娟（2022）通过温度计、湿度计对温湿度进行数据采集，再经过人工加热、人工加湿、通风和降温等设备调节温湿度。但是，这种控制方法很难保证控制效果的准确性，操作费神费力。一些行业对温湿度的要求较高，温湿度较高或者较低均可能导致元器件失效，也可能导致事故的发生，不利于系统正常运行。因此，研究基于AT89S51单片机的温湿度监测和控制系统设计方案，提出了一种性能好、成本低的温湿度控制系统设计方案[6]。付文新、王洪丰（2022）设计了一款基于STM32F103C8T6单片机和DHT11温湿度传感器的环境温湿度智能采集系统。系统通过DHT11温湿度传感器模块采集环境温湿度，经STM32F103C8T6单片机处理，通过ESP8266 Wi-Fi模块与手机进行配网，将环境温湿度无线传输到手机端，通过手机App实时显示采集模块所在环境的温湿度。测试结果表明，该采集系统能够通过温湿度传感器和无线传输模块实时监测温湿环境，并将监测温湿度值以数值形式在手机端实时显示[7]。The result showed that the delay compensation module could effectively ensure the data synchronization between different pulses at different temperature, compensate the influence of temperature drift on the synchronization. This method has a good engineering practical value[8].王宇（2022）提出了一种基于 Arduino 单片机的温湿度控制装置，主要应用于温室，花房等场合。设计基于 Arduino 单片机的温湿度控制装置实现了对一个封闭环境的温湿度自动化控制，不需要人的参与，而且运用了物联网技术，实现了数据的交互，使人们可以通过移动设备实时掌握系统运行的情况，实现了对环境温湿度的智能化管理[9]。贾春刚（2022）阐述了基于STM32F103c8t6的机房温湿度监控系统的设计原理。该系统主要以STM32F103c8t6单片机为核心，以DHT11温湿度传感器作为采集系统，把实时温度、湿度数据显示在OLED屏幕上。如果温湿度数值超过设置的阈值，会通过无线通讯模块GSM800C发送信息给用户，从而对交警中心机房内的环境实行实时监控，使环境内的温湿度得到有效监控[10]。李晓歌、李娜（2022）把单片机技术、传感器技术、通信技术应用到烟草育苗中,设计了以单片机为核心的监测系统。该系统的硬件部分主要包括主控模块、显示模块、温湿度传感模块、报警模块、通信模块等部分。该系统能够将实时检测的温湿度在液晶屏上显示,如果监测到温湿度超过所设定的范围就会报警,同时向育苗大棚管理人员发送信息以便及时调整。仿真结果证明:该系统改进了对烟草育苗大棚温湿度的监测方式,可以使监测更加精确、便捷和及时,同时大大节省人力成本[11]。魏菡（2022）开发了一种电路简单、操作简单、运行稳定、检测精度高的监控系统，系统的主要部分是AT89C51型单片机，其中可以通过显示模块实时地展示传感器检测到的温湿度数据，通过将阈值存储在存储单元中来实现断电保存，过阀时将驱动报警装置，以实现对仓库温湿度的监控[12]。
总体来讲，国内的研究和实际系统的开发主要是在温湿度系统结构、智能控制算法等方面获得数据，在这方面应付我们现实的应用已经是绰绰有余，但和国外相比，国内温湿度制系统在经济性、功能、可靠性、可扩展性等方面还有待进一步的提高。本文基于单片机开展多节点温湿度采集系统设计，希望为解决上述问题做出一些贡献。
4. 研究方案
硬件设计方案:
温湿度传感器已经由模拟化向着数字化的方向发展，而且数字传感器也已经有了很广泛的应用，因为其与单片机等通信可以更加方便，因此在这里采用DHTII数字温湿度传感器。DHT11数字温湿度传感器是温湿度复合传感器9，它集采集温度和湿度于一体，利用这一个器件就能对两组数据进行测量，而且其设计了校准参数，所以测得的数据非常的可靠，人们用起来也会非常的方便，采用数字信号的传输方式，在设计应用电路的时候也会非常的简单。DHTII传感器中有一个感湿元件和测温元件，感湿元件是利于电阻在不同的湿度时的电阻值的不同来测量湿度的，具有灵敏的优点，测温元件是利用负的温度系数的温度敏感元件做的测温探头。DHT11本身就集成了一个高性能的单片机，这个单片机会实时的对这个器件进行分析和处理，确保设备能够良好的运行。基于以上的这些特点，此产品不仅质量好，而且价格也较低，非常适合应用在实际的电路系统当中。连接方式采用SPI串行接口，只需要一条线就可以与单片机相连，这样使得电路的设计更加简单，系统的集成度相应的也会变高，因此它的体积就会很小，占用的空间就小，同样，它的功耗也比较小，产热量小，有利于环保和节电，信号的传输稳定，在短距离时不会出现失真现
为适用多个节点温湿度监测，且需要无线传输距离较远的情况，多节点温湿度采集硬件电路的设计思路是:按照NRF24L01树状拓扑结构进行组网，即每n个温湿度子节点数据汇总到一个中转节点电路收集，再转给总节点的MCU处理，在通过WIFI模块上传到OneNET物联网平台，进行远程监测。每个子节点电路包括:DHT11温湿度传感器、MCU单片机STC15F2K60S2、NRF24L01无线射频模块、稳压电源。子节点任务是DHT1I温湿度传感器采集温湿度，传给从机MCU单片机STC15F2K60S2,经串口由NRF24L01无线射频电路传给中转节点。每个中转节点电路包括: MCU单片机STC15F2K60S2、NRF24L01无线射频模块、稳压电源。中转节点任务是接收总节点的命令，给子节点传达命令，并暂时收集各个子节点的温湿度数据。主控电路也就是总节点电路，它包括:主控MCU单片机STC15F2K60S2、NRF24L01无线射频模电路(总节点)、ESP8266 WiFi通信电路。它作为智能终端，给各个中转节点下发命令，由NRF24L01无线射频总节点收集各个节点的数据，再由MCU进行多温湿度数据融合处理，提高数据精度和稳定性。
5. 工作计划
1、2022-2023-1学期第15-16周，完成选题，查阅相关中英文资料，进行相关技术的学习。
2、第17周，与导师沟通进行课题总体规划。
3、第18周，导师下发毕业设计（论文）任务书，学生根据导师的要求进行外文翻译，列出开题报告大纲。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
