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1、控制工程 课程设计论文论文题目：基于组态王的智能家居温湿度控制学 院 计算机与信息科学学院、软件学院 专 业 自动化 年 级 2012 级 学生姓名 苏雷 学 号 222012321042083 指导教师 张渝 日 期 2015-08-03 目录摘 要 41. 项目概述41.1课程设计题目4基于组态王的智能家居温湿度控制。41.2 项目背景41.3 设计目的51.4 功能52. 项目实施方案52.1 设计方案及程序流程52.1.1设计方案52.1.2 人员分工及进度安排63. 项目实施过程73.1 设计图73.2 元器件说明8（2） RS485温湿度传感器说明书10通讯协议123.3 编码过程
2、123.4 制作过程134. 项目成果174.1实物照片174.2 测试结果195. 总结195.1收获195.2 难点、创新点205.3 不足、改进措施20基于组态王的智能家居温湿度控制苏雷西南大学计算机与信息科学学院，重庆 400715摘 要 本系统设计通过温湿度传感器采集信号，经MODBUS扩展模块传输信号到485-232转串口把信号传递到计算机上，计算机在组态王软件的协助下对温湿度分析比较设置读取温湿度变化，获得温湿度动态曲线，设置参数报表等。输入额定温湿度之后，按语言命令编程的要求发出警报同时发送信号到MODBUS模块的继电器模块，使连接继电器的风扇接受指令转动或者停止，从而达到对室
3、内温湿度的智能控制。这是智能家居的初步设定，如果有其他传感器也可以连接到计算机上控制的内容可以更多，市场开发前景也很好。关键词：温湿度传感器； 组态王软件； 风扇控制； 串口通信。1. 项目概述1.1课程设计题目 基于组态王的智能家居温湿度控制。1.2 项目背景 温湿度传感器的特点是感应读取外界温湿度，当接收到信号时通过发送IO离散信号到计算机，通过相应软件读取温湿度，如果想对温湿度进行控制就需要外加电风扇或者加湿器等其它的器材，我们这里只有风扇，所以只对风扇进行控制，实际操作中可以控制多个继电器对其他改变温室的的器具进行控制。如果额定值大于采集到的温室度则继电器工作风扇转动。这个系统可以用于
4、室内智能温湿度控制，使温湿度保持在客户需要的值。也可用于工厂、仓库等对温湿度要求比较高的地方，运用前景很好。1.3 设计目的通过对控制工程的分析与设计，并在实验室进行控制工程设计的实现与应用检验，获得面向工业生产过程系统分析与设计的实践知识，初步掌握控制工程设计、开发和应用的技能。让各位组员了解系统分析设计的过程，熟悉相关软、硬件知识，并亲身参与到系统设计中，了解系统设计各个阶段的工作，提高分析问题和解决问题的能力。培养大家团结协作、互帮互助的精神。1.4 功能（1）实现温湿度的采集和实时显示；（2）实现实时时间的显示和动态曲线以及生成报表； （3）对额定温室的的设定使风扇产生相应动作，从而达
5、到对室内温湿度的调节。2. 项目实施方案2.1 设计方案及程序流程2.1.1设计方案 本系统设计通过温湿度传感器采集信号，经MODBUS扩展模块传输信号到485-232转串口把信号传递到计算机上，计算机在组态王软件的协助下对温湿度分析比较设置读取温湿度变化，获得温湿度动态曲线，设置参数报表等。输入额定温湿度之后，按语言命令编程的要求发出警报同时发送信号到MODBUS模块的继电器模块，使连接继电器的风扇接受指令转动或者停止，从而达到对室内温湿度的智能控制。确定方案数据库操作算法设计界面设计结果测试2.1.2 人员分工及进度安排人员分工：本小组由四名成员组成，王永浩（组长）、苏雷（组员）、文星（组
6、员、吴云飞（组员），王永浩主要负责对modbus模块原理以及组装，组态王资料库建立逻辑关系的负责；文星主要负责调试信号，以及风扇的组装；吴云飞主要负责对温湿度传感器的原理和组装以及串口知识的汇总，苏雷主要负责组态王控制画面，语言编程和演示。虽然分工比较多，其实基本上都是组员集体讨论和调试的结果。周期进度：1、确立任务目标，设计思路，基本框架图，相关元器件原理熟悉，初步编写代码； 2、配置元器件，继续编写完善程序，尝试初连接； 3、联机操作，完善配置，开始调节，看是否实现目标，改进； 4、改进配置要求，调节，分析，完善； 5、演示提交，结合设计产品，修改完善论文。3. 项目实施过程3.1 设计图
7、系统原理框图如下图，采用组态王软件，有传感器模块，modbus模块，显示模块，控制模块等组成。（如图）温湿度传感器MODBUS模块USB转串口驱动安装 组态软件屏幕显示曲线图温度湿度温度报警照度报警MODBUS模块继电器模块高 高风扇启动后风扇启动3.2 元器件说明（1）MODBUS扩展模块ER-4D4A2O-M34 数字量4 模拟量输入2 输出模块模块特性：4路光电隔离开关量采集.4 路10 位4-20mA/（0-5V）模拟量采集2 路30A继电器输出RS485/RS232标准接口.MODBUS_RTU标准协议控制.软件设定地址等参数标准工业导轨安装提供控制示例程序.可与组态王、三维力控等组
8、态软件连接可按客户要求定制协议工作特性: 工作环境温度：-2065 相对湿度：95（无凝结） 电源电压12V(可定制其它电压)典型应用:各种工业数据数据采集 PLC接口接扩展引脚描述引脚 名称 描述1 Vin 12V电源正.2 Gnd 电源地;Rs232地.3 TXD RS232 数据发送4 RXD RS232 数据接收5 D+ RS485数据D+(A)6 D- RS485数据D-(B)7 AG 模拟地8 A1 第一路模拟量输入端9 A2 第二路模拟量输入端10 A3 第三路模拟量输入端11 A4 第四路模拟量输入端12 AG 模拟地13 Nc1 继电器1常闭端14 No1 继电器1常开端15
9、 Co1 继电器1公共端16 Nc2 继电器2常闭端17 No2 继电器2常开端18 Co2 继电器2公共端19 X1 第一组开关量输入20 X2 第二组开关量输入21 X3 第三组开关量输入22 X4 第四组开关量输入23 Com 开关量输入公共端24 Vio 开关量输入电源端（2） RS485温湿度传感器说明书SM1910B温湿度传感器,配合美国瑞士专用温湿度传感器及RS485总线技术,基于工业用MODBUS-RTU协议，实现低成本温湿度状态在线监测的实用型一体化传感器， 本传感器可应(1)SMT行业温湿度数据监控 (2) 电子设备厂温湿度数据监控(3) 冷藏库温湿度监测(4) 仓库温湿度
10、监测 (5) 药厂GMP监测系统(6) 环境温湿度监控(7) 电信机房温湿监控 （8）宾馆温湿度监控（9）档案室温湿度监控（10）智能家居温湿度监控(9) 其它需要监测温湿度的各种场合等。 为便于工程组网及工业应用，本传感器采用工业广泛使用的MODBUS-RTU通讯协议，支持二次开发。用户只需根据我们的通讯协议即可使用任何串口通讯软件实现传感器数据的查询和设置。 特点与特色采用进口传感器，精度高 RS485远距离通信接口，最远可达1.2公里指令简单 标准工业导轨安装 6-37V宽电源供电组网方案，每个传感器都有一个地址，可任设意设置地址 高性价比 技术参数 参数 值 显示测温范围 -40+12
11、3.8 测温精度 0.5 显示测湿范围 0100%RH 测湿精度 默认:4.5%RH （可选SM1910B2:3%RH SM1910B3：2%RH波特率9600 通讯端口RS485 供电电源 总线供电，DC6V-36V 1A 耗电 1W 存储温度 -40 - 85 运行环境： -40 - 85-40+85 外形尺寸 906626mm接口其引脚定义如下： 标号 引脚 说明 1 V+ DC 6-37V电源正 2 V- DC 6-37V电源负 3 B- RS485 B- 4 A+ RS485 A+ 通讯协议温度 寄存器 40001 无符号整型 USHORT 湿度 寄存器 40002 无符号整型 US
12、HORT 3.3 编码过程1) 打开组态软件，组态王；2) 根据整体思路和电路构造，规划整个控制执行画面；3) 编写组态软件中的数据结构，执行语句，变量定义，对象设置；4) 模拟运行，检查错误。3.4 制作过程1) 确定实验目标2) 选定方案，根据方案选择元器件，并检验元器件是否完好无损3) 在实验所需电脑上安装好USB转串口驱动及相关组态软件4) 运行组态软件，新建工程-“温室控制”5) 在左侧栏“文件-画面”下新建“温湿度传感器”画面6) 在设备栏新建“I/O设备”其地址与传感器串口地址相对应7) 进行温湿度变量定义，设置变量类型、连接设备、寄存器以及数据类型对于Modbus寄存器串口设置
13、参数类别地址内容操作Modbus协议地址（16进制/10进制）PLC地址（10进制）测量值0000H / 000040002湿度的测量值(实际值*100)只读0001H / 000140001温度的测量值(实际值*100)只读0002H / 000240003保留位只读8) 设置本站点的温湿度显示，并对其在画面命令语言中加以编辑。该项目中湿度：等于（实际值*100），单位为百分号。温度：等于（实际值*100）。 温度举例:假如软件读取到温度值为: 28301 (十进制)实际温度用T表示:T = 28301/100 = 28.3 ()9) 插上传感器电源，画面切换到“view”，进行调试。点击智
14、能风扇，打开显示画面，观察温湿度是否显示。若显示，则传感器与组态软件连接正常；不显示，则连接不正常，加以检查。直到传感器与组态软件连接正常。10) 当传感器与组态软件正常连接后，再通过ER-4D4O-M0四进四出485继电器模块，对风扇模块进行设置。4. 项目成果4.1实物照片实物搭建画面如下：组态软件中的演示画面如下：智能家居温湿度控制演示画面：实时曲线和参数显示画面：报警画面 报表：4.2 测试结果温度=额定湿度时，为绿灯，增湿度风扇启动，实现加湿功能。5. 总结5.1收获技术方面a) 了解控制仪表通讯协议和网络连接；b) 掌握了组态软件与传感器的连接方式；c) 熟悉一种计算机控制系统设计
15、软件、编程软件；d) 了解计算机控制系统的操作系统、数据库软件，画面的设计；学习方面整个设计通过了软件和硬件上的调试。设计中遇到了很多实际性问题，在实际设计中发现，书本上理论性的东西与在实际运用中是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。可以说系统的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。还有感谢这次参与设计的其他两位成员，他们两个学的知识比我全面，所以很多东西都请教他们和大家团队合作，这也提高了我的团结协作能力，对今后参加工作和实际生活有很大帮助。通过这次课程设计我也发现了
16、自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经清楚，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，有些东西也需请教老师和其他同学以及自己查询多方资料才得以解决，做任何事都要经过一番努力才得以成功。5.2 难点、创新点1 如何实现监控组态软件与元器件的正确连接，并将相应参数在组态软件上显示出来供用户使用，并作出达到相应的控制目的。2 如何调试实际电路与组态软件显示的一致性，使得纠正电路和组态画面中的错误。5.3 不足、改进措施 不足：由于时间比较紧，整个系统的功能和硬件电路比较简单。我只是对这些硬件的功能和使用方法掌握了，对其根本原理基本熟悉，由于我对组态王软件的熟练度不够所以最后的警报画面显示的参数比较少，这也是需要不断的学习熟练才能提高。在一个由于器材的局限性，我们的设计功能比较单一，只有对风扇的启开控制，也只用到了一个继电器，我想的话可以增加一些加热器什么的产生热源，这样对温湿度的控制将会更加完美，在投入市场的时候也需要更多的完善。 改进措施：由于其他人都是对固定温湿度的调节所以有时候在调试的时候会不好控制，在这里我加入了两个额定变量使控制的范围更加广泛，在实际操作中可以改变任意温湿度调节，这样给用户带来更大的选择范围和对不同环境的适应能力也大大增加。