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1、毕业设计(论文)外文资料翻译外文出处：资料1：The project sponsored by Science & Technology Developing Plan of Hebei province in China.2007,10(01):475-480 资料2：Proceedings of the 3rd WSEAS Int. Conf. on CIRCUITS, SYSTEMS, SIGNAL and TELECOMMUNICATIONS.2009,51(17):120-125 附 件： 资料1：1.翻译译文；2.外文原文。 资料2：1.翻译译文；2.外文原文。附件：资料1翻译译文
2、基于USB接口的智能网络温度和湿度测量系统摘要：多数字输出相对湿度和温度传感器 -SHT71是设置在系统中，它可以随时对环境监测点的温度和湿度进行实时测量。温湿度值、露点值和每个测量点的日期和时间都显示在LCM显示模块（液晶显示模块）HY-12864K上。与此同时，这些数据被保存在非易失性FRAM（铁电随机存取内存）的FM31256中，即可以保证在系统电源出现故障的情况下数据不丢失。获得的数据可以直接上传到电脑中的USB主机模式或间接地被复制到电脑而不经过USB设备模式磁盘领域的测试。该应用软件不仅可以绘制出温度、湿度和露点曲线，计算出最大值，最小值，平均值，同时还可以做进一步的统计分析，报表
3、打印和对系统的基本测量参数进行设置。关键词：温湿度，USB接口，网络，FRAM。1 简介温湿度测量广泛使用在工业和农业生产，日常生活和研究开发中。例如，湿度大可造成粮食变质，使药品、香烟和茶叶存储仓库发霉。如果存放棉花的仓库中温度和湿度不合适，将会引起自燃。同时，若温度控制不当，将会使精密仪器和半导体器件的性能降低。所以，温度和湿度在许多环境领域都需要严格得测量和控制。传统的温湿度测量采用了对温度和湿度分别进行测量，这不能很好地摆脱彼此测量时的相互干扰，此外，该传感器的互换性差，电路复杂，它需要长期而复杂的校准。截至目前，温度和湿度的测量在国内的研究是焦点课题，如南京航空航天大学、北京智能拓维
4、技术研究所、河北师范大学科学技术大学、电子信息工程学院湖南大学、黑龙江省八一农垦大学等都对此课题进行了深入的研究。但是，上述测量是基于离散传感器完成的，其测量精度低，单点测量不适合大温室环境，而且采用RS232串行通信，其较低的数据传输带宽难以满足目前计算机接口的发展趋势。在国外，在该领域的研究较为成熟，具有很高的准确度，如美国DeltaTRAK和QUATRONIX公司，德国德图公司，奥地利，芬兰，日本等，但他们的产品价格昂贵，使我国广大用户承担不起。对于上述国内和国际的现状，该系统采用新型集成数字输出温湿度传感器-SHT11，完成对测量网络各节点的测量，其具有测量精度高、良好的长期稳定性和响
5、应时间断等优点。智能传感器SHT11获得的数据不仅可以直接通过USB接口上传到电脑，也可保存在非易失性FRAM-FM31256中，即使系统掉电，数据也不会丢失。更重要的是，微机和PC之间的沟通取代了传统的RS232串行接口的双模式USB接口（USB主机和USB设备）的应用，它不仅可以直接实现，而且间接地闪存盘。因此，该系统具有小的接口，即插即用和更好的通用性能。2 该系统的总体结构该系统是由电脑和微机组成。微机AT89C52单片机为核心芯片，它是由数据采集网络，液晶显示模块，数据存储模块和USB通信模块来完成对温湿度数据的采集、显示、存储和上传。该系统不仅可以获取数据，或在任何关键时间暂停，而
6、且还可以通过该系统相应的应用软件设置启动时间、停止时间和时间间隔。此外，当环境温度和湿度超过了预先设定的范围时，它具有声光报警功能。PC机是由数据处理和参数设置装置组成，它可以绘制曲线、列表显示、数学分析、统计分析、报表打印和设计微型计算机的参数，如启动和停止时间，时间间隔，报警的上下限值等。该系统的总体结构是图1所示：图1总体结构的系统框图2.1 数据采集网络该系统采用多功能集成数字输出温湿度传感器-SHT11做多点顺序测量，其集成温度和湿度的测量元件与一身，如信号放大器，A / D转换器，光盘的OTP（一次性可编程只读存储器），I2C总线等外围电路。它在校准后直接输出相对湿度和温度的数字信
7、号，它可以增强信号强度和抗干扰能力，具有长期的稳定性，有效地解决了传统的温度和湿度传感器的不足。此外，它也可以准确地测量露点，不会因为不同的温度和湿度产生误差。从图2（相对湿度数字输出特性曲线）中我们可以看到它出现了非线性。该系统采用软件方法进行补偿以获得准确的数据。该湿度值修正公式如下：RH Linear =C1+C2*SO RH+C3*SORH*SORH在上面的公式，SORH是测量传感器的相对湿度测量值，这是作为如下情况的值（湿度可以选择14或12位，温度可以选择12或8位）：12位 SORH ：C1 =-4 C2 =0.0405 C3 =-2.8*10-68位 SORH ：C1 =-4
8、C2 =0.6480 C3 =-7.4*10-4上面的公式用于计算在25情况下湿度值，但真正的测量温度是在特定的范围内变化，因此应考虑湿度传感器的温度系数，其可按下列公式进行补偿：RH true = (T-25)*(t1+t2*SORH) + RH Linear在上面的公式中，T是实际温度值。其系数如下：12位 SORH ：t1=0.01 t2=0.000088位 SORH ： t1=0.01 t2=0.00128该SHT71温度的线性度非常好，因此数字输出的温度的实际值可以通过下列公式转换：TC =d1+d2*SOT在上面的公式，SOT是传感器的温度输出值，该系统的电源电压为5V。当温度传感
9、器的分辨率为14位时，d1 =-40 d2 =0.01当温度传感器的分辨率为12位时，d1 =-40 d2 =0.04环境的露点值可根据由下列公式的相对湿度和温度值计算：Log EW = (0.66077+7.5*T)/ (237.3+T) + (Log 10(RH)-2)DP = (0.66077- Log EW)*273.3)/ (Log EW-8.16077)图2 相对湿度数字输出特性曲线的SHT712.2 液晶显示模块（液晶显示模块）液晶显示模块采用低功耗海鹰-12864K模块，它可以同时显示每个监测点的温度、湿度、露点、实时时间和日期，以便它可以使用户更方便的对环境进行监测。LCM采
10、用LED蓝色背光控制的关键就是它可以使用户在昏暗场合能够读取温湿度值。2.3 数据存储器模块在许多场合（如高风险之际，密封的环境等），个人电脑和微机之间的交流不能直接和实时的执行，因此温度和湿度的历史数据需要记录，然后将数据绘制成曲线图，分析处理，报表打印等。该系统采用先进的非易失性FRAM-FM31256，其在掉电后仍有10年的保留时间，无限的读写能力。因此，该系统需要可靠地保证历史数据的存储。此外，内存集成了RTC（实时时钟），低电压复位电路（而不是独立的时钟芯片 -DS1302的）和看门狗定时器电路（而不是X5045的芯片），这使得该系统具有更高的集成度和更好的可靠性3。2.4 USB通
11、信模块USB接口以其即插即用、方便、易于扩展和高速的特点被大量广泛的推广和应用。但是，要开发、研制USB接口不是一件容易的事情，因为它要求开发者深入地理解USB标准，固件和驱动程序编译，这将会抑制一般硬件工程应用到USB接口产品中去4。但是，在本系统中，普遍使用的USB接口芯片CH375得到应用，它只需要开发人员对单片机和PC应用软件进行编程，其具有易于使用，缩短开发周期的许多特点。更重要的是，它支持USB主机方式和USB设备模式。该系统突破传统单一的USB外部设备，并采用双USB插头座模式，这使它不仅可以工作在USB设备模式，也可以在USB主机模式下使用，因此它为不同的用户和场合提供了更多的
12、方便。CH375和单片机的接口电路如图3所示：图3 CH375和单片机之间的接口电路图单片机判别哪个USB插头座正处于高或低的信号级别状态，然后确定使用哪些使系统工作的通信方式。如果端口P52与电脑连接，CH375就工作在工程设备的模式下。如果端口P51与USB设备（如闪存盘）连接，则CH375工作在主设备模式下。这两种情况不能工作在同一时间。在空闲的情况下，状态信号为低电平，单片机使CH375工作在主机模式下。当USB设备插入P51时， CH375将通知单片机使其自动处理相关的工作。当P52与PC机的USB端口相连时，PC的5V电压使状态变为低电平，然后单片机监控状态信号使CH375芯片切换
13、到设备模式6。双模式USB接口，使系统更普及，更方便，同时满足许多场合。2.5 PC的应用软件和驱动程序图4 界面的结构和功能的个人电脑应用软件框图个人电脑应用软件和驱动程序采用可视化编程语言 -Visual Basic的编程方法。该驱动程序完成了USB接口与系统软件的通信协议。应用软件是由数据处理和参数设置模块组成，其可实现以下功能：温湿度的测量，露点曲线图的绘制，在任何时间间隔显示最大值，和最小值。改变了微软Office Excel的传输显示数据的列表，统计分析和报表打印。此外，该软件可以设置系统（如启动和停止时间，时间间隔，启动模式，内存模式，温度和湿度的预警阈值等）的许多参数。该软件的
14、界面结构总图4所示。3 实验结果及分析通过温室试验，该系统被证实其具有很高的精度和测量的影响。图5中的温度和湿度曲线是根据温室的实际数据采集而绘制的。这些数据测量的时间间隔为5秒，通过与标准温度湿度计分析系统相比较，温度误差不超过0.4和湿度误差不超过 3.0，非易失性内存可存储超过16000组数据。当系统在温度和湿度缓慢变化的环境下使用时，它可以通过每20分钟一次的数据收集，连续测量约220天。4 结论该系统采用先进的单总线传感器，它具有可靠，稳定，全面的校准和完全互换的优点。它不仅可以自动的长期的获取和存储温度和湿度数据，还可以对获得的数据进行写保护。此外，这些数据不会在失电后丢失，因为这
15、些数据存储在非易失性FRAM中。更重要的是，该系统不仅可以根据用户设置的开始时间，停止时间和间隔时间自动的采集数据，不需要人工监测，适用于许多危险场合，而且还可以摆脱电脑，作为一个便携式的测量仪器，随时可以实现启动和停止，这使用户使用更方便。双模式USB接口使数据传输更加方便和快捷，它可以将数据通过闪存盘复制在没有PC的语言环境的实验室电脑上。该系统具有精度高，稳定性好，可靠性高和通用性等诸多特点。附件：资料1外文原文附件：资料2翻译译文温室温度和湿度智能控制系统待添加的隐藏文字内容2摘要：文章是基于嵌入式数据库的温室温湿度智能控制系统。该系统提出在温室温湿度智能控制系统中采用嵌入式数据库技术
16、，来控制温室作物的生长过程，以解决温室作物在温度和湿度控制的环境中生长过程并不理想的问题，以及提高系统的控制和成本效益的问题。本文着重阐述了控制系统的结构，硬件、软件的设计和系统控制策略。该控制系统具有硬件结构简单，成本低，易于使用和维护，温度和湿度数据兼测，稳定性好等优点。关键语：嵌入式数据库，温度和湿度控制，数据过滤，温室，微控制器1 简介带有嵌入式微控制器技术、智能控制系统是科技发展的方向。数据库是决策智能控制系统的核心，是智能控制的基础，它需要存储的专业知识和例子很多，也需要不断更新和添加实时数据。为了确保在温室环境下正常的农业生产和高效率，提高农产品质量和数量，降低劳动强度，节约能源
17、，是温室环境中对温度和湿度控制的必要条件。目前在温室环境下中、低档产品的控制仍存在一些技术问题：一般只对一套温度和湿度控制使用。由于作物对温度和湿度的要求不一样，用户必须经常调整控制器的设置，这难以满足现代农业生产的要求。开发一个，低价格，系统可靠的温室是温湿度智能控制系统必需的。温室环境是非线性的，参数分布，时变，长延迟，多变量耦合和多个控制对象的控制系统。在温室中培育不同作物需要不同的栖息地。在温室的温湿度控制系统中建立温室环境的嵌入式数据库系统的目的在于：（1）专家的经验与用户的实际需要相结合，灵活和自动化生产适合对具体对象种植的监测战略；（二）未提供关于作物栽培系统的专家经验，用户可以
18、通过控制系统的独立运作的使用方式建立监测数据库，并长期保存；（三）建立可能对用户系统进行优化和修改的监测数据。在目前的温室控制，一方面植物文化环境专家在温室软件硬件技术发展的研究经验严重滞后，同时温室用户试图找出植物文化的经验无法及时控制系统，这研究有助于对这一问题的解决。2 设计的嵌入式数据库在分析了温室的温湿度控制的环境数据和数据库系统的技术现状的基础上，设计了作物栖息地的嵌入式数据库。在设计过程中，运用实际参数 -模式识别方法，对已知的数据关系的半经验规则进行总结。例如将会用基础参数 -模式识别方法来对某些未知参数的部分特征进行预测。初步研究结果表明：这种嵌入式数据库的研究技术对温室温湿
19、度控制系统的研究具有一定的应用价值。采用紧密耦合技术，介绍了数据库管理系统专业系统开发工具，其采用了嵌入式数据库系统管理专业系统知识库，设计开发了农作物栖息环境的数据库系统。开发了作物栖息环境的数据库系统，提出这个嵌入式数据库系统的设计方案，先后完成了农业知识表述和管理，并在关系数据库中表述和记忆。该控制系统嵌入式数据库系统构成如图1所示。2.1嵌入式数据库的建立在温湿度智能控制系统中数据库的应用，具有十分重要的意义，最重要的是积累数据，以便对作物生长情况进行分析。在数据库的嵌入式控制系统中，可从下表中得出数据操作：存储在数据表中的对象，保持对温湿度的信息表中实时数据的采集，对存储在温度和湿度
20、的数据表中的信息进行设置。2.2 嵌入式数据库管理当以温室温度和湿度控制系统为基础嵌入式数据库为智能用户模式，系统将给予用户一个对话环境，进行应用程序和自身应用的选择，用户将失去了新的应用需求。数据库管理软件的设计，根据用户进行相应，自动控制，扩展和在知识库的基础上更新知识，与用户的要求来搜索与温室环境下温湿度控制相适应的数据。嵌入式数据库控制系统的应用过程和控制过程，是通过获取新的数据与数据库中已经存在的对象的差异，来判断他们是否相同或相似。新用户将失去相同或类似的嵌入式数据库对象，该数据库将向下调整至不同的对象，使嵌入式数据库系统更加完善，更具有普遍性。3 系统方案嵌入式数据库的理想温湿度
21、数据是从农业专家们对作物生长所需的理想温湿度数据的研究得来的。在控制方面，根据系统测量的温湿度数据和农业专家根据不同的作物存储的温湿度数据来对温室中的对象（充足的阳光，加热器，风扇和一流的供水设施系统）进行控制操作，使温室的温度和湿度值达到作物最佳的生长条件。对温室的温湿度进行一年的自动控制，以达到研究要求。根据农业专家获取的温湿度数据（一年中每小时测量一次温度和湿度值）来选择温室作物控制系统的类型，使温湿度控制系统与数据库中的智能控制系统在温湿度数据一致。此外，在控制温室内的温度和湿度的同时，系统自动记录温室实际环境的温度和湿度作为数据保存值，未来的农业专家，将会开发出更为合理的作物生长温度
22、和湿度数据，作为理想的数据进行循环，使系统能够更好地控制温室的温度和湿度，为作物提供最好的温度和湿度环境。3.1 系统的硬件组成根据系统硬件设计的功能和技术指标，结构示意图如图2所示，因为是电机控制，电磁阀，电磁开关等电气设备，环境控制器的使用是为了提高控制系统的可靠性，输出控制接口采用固态继电器，固态继电器包含此微控制器的内部闪存模块，使控制器可以在一年的时间内随机对任何一小时的理想温湿度值进行在线修改，并能在温室纪录每小时平均气温，平均湿度值，而且要求断电数据不丢失。控制器必须记录很多数据，（在1年，每天24小时，每小时有温度和湿度设定值，但必须记录在一年中每小时温室的温度和湿度的平均值）
23、。如果采用每1个字节的数据（即第1B），共需要3652422=35040B。数据自动输入存储模块，完成数据测试，结果以相应的形式保存在相应的光电隔离和SCR中，它具有强弱电隔离的良好效果，进一步SCR可以降低功率干扰，提高系统可靠性。图1 系统的硬件结构示意图3.2 控制系统软件控制系统软件包括以下模块：初始化模块，显示模块，键盘处理模块，数据采集模块，数据处理模块，决策控制模块，实时时钟模块和通讯模块。数据格式的选择：为了减少数据存储空间，我们收集了多次实验的温湿度数据，以节省数据存储空间。该数据库系统在独立自主原则的基础上，从程序中将数据分离出来，建立一个专门的嵌入式数据库管理模块。3.3
24、 循环控制周期鉴于温室的温度和湿度有较大的惯性，以及作物对温度和湿度反应时间不敏感，大部分的控制装置（如电炉，天窗等），不能被频繁打开和关闭，控制器的控制循环时间为五分钟，延迟模块在此控制循环时间内，完成测量并显示当前的温湿度值。3.4 过程控制控制模块根据温湿度入口处收集到的数据状态，选择出口处的状态。控制模块的程序，根据温度和湿度（从农业专家的经验数据的数据）设置数据测量点，并在它们之间建立完全的控制系统。对于控制，应根据测量结果和控制策略，来执行与经验数据相匹配的控制操作。以至于是温室的温度和湿度环境达到作物的最佳生长条件。4 控制策略在控制系统中，控制策略是系统的核心，随着温度和湿度的
25、过程控制参数和控制指标的增多，以及控制目标的性质差异较大，控制参数和控制目标有彼此牵连，所以常规数字PID算法，达林算法或模糊算法使用起来都比较困难，并且因为它们难以建立控制参数，控制效果不一定理想，原始的模拟控制操作方式的反复控制能力较差。该系统的这种计划方法简单，模仿操作符，温度和湿度控制在控制点达到一个确定的最小值（调整）时开始启动，并循环工作。系统可根据理想的平滑曲线设置出智能控制温室环境的温度和湿度值。在控制过程中，根据测量数据的存储系统和在不同作物上得到的实验结果，为智能控制操作提供理想的数据，以达到温室作物生长的最佳温湿度环境。5 结论在本文中，通过嵌入式控制系统对温室相关技术的
26、研究，一个实用性和高层次的温室技术嵌入式智能控制系统，包括系统体系结构，系统软件和硬件设计。本文侧重于实践研究。我们的目标是设计非常实际和高技术水平的温室嵌入式智能控制系统。对人工模拟系统控制的使用，提高了控制的可靠性。采用与人工控制状态相对应的输出设备，简化了操作和控制程序，以便容易实现控制，从而使系统运行可靠，避免设备控制系统状态发生异常。与此同时，该控制系统也可用于其它环境的温度和湿度的自动控制，具有较好的前景。该系统的温度和湿度信息在嵌入式数据库中的存储和图形显示，使用户更进一步的对温室温湿度测量的分析了解，具有重大的意义和实用价值，它替代了传统的温室温湿度控制系统的控制方式。附件：资料2外文原文
