【摘 要】
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本文旨在设计一款可远程传输数据的小型露点仪,本露点仪可做实验室教学器材使用,也可用于其他领域对露点的测量。本文综述了露点仪和无线通信技术相关研究现状,以及无线通信技术在露点仪中的应用,发现目前露点仪普遍存在数据传输距离较近,仪器体积较大,造价较高,功耗较高等问题。针对这些问题,本文提出了一种可远传露点仪的总体设计方案,包括微控制器、结露检测模块、测温模块、测湿模块、显示模块和通信等模块,并通过硬件
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本文旨在设计一款可远程传输数据的小型露点仪,本露点仪可做实验室教学器材使用,也可用于其他领域对露点的测量。本文综述了露点仪和无线通信技术相关研究现状,以及无线通信技术在露点仪中的应用,发现目前露点仪普遍存在数据传输距离较近,仪器体积较大,造价较高,功耗较高等问题。针对这些问题,本文提出了一种可远传露点仪的总体设计方案,包括微控制器、结露检测模块、测温模块、测湿模块、显示模块和通信等模块,并通过硬件设计和软件设计的高度配合实现露点仪的功能。硬件设计为设计电路、构建各模块硬件连接,包括微控制器、加热制冷装置和数据采集等各硬件部分。本文在对比了不同微控制器的优缺点后,选择ARM芯片作微控制器;设计并加工加热制冷装置,使用热水和冰水实现加热制冷功能;结露检测设计是基于电阻电极板遇水电阻突变的特性,通过ADC采集该突变信号作为露点温度捕捉的“开关”;采用温度传感器DS18B20和湿度传感器DHT11测试环境温度和环境湿度;采用TFT-LCD触摸屏作下位机显示;通过实验验证了各模块的可行性。软件设计为编译代码、构建各模块的软件连接,包括软件开发环境、主程序和各模块的驱动代码。本文以C语言为基础,从工作原理、时序操作和代码编写三个方面完成ADC驱动代码、温度传感器驱动代码、湿度传感器驱动代码和显示屏驱动代码的编译,调用各驱动代码设计露点仪主程序,实现露点温度判断、数据采集与显示以及下位机界面的设计等。通信设计包括串口通信、LORA通信、蓝牙通信和WIFI通信,实现了露点仪四种通信方式。从硬件连接、代码编译和上位机软件三个方面完成四种通信方式的设计,通过按键和触摸屏操作选择和配置通信功能,既可近距离通信,亦可远程通信,既可通信到电脑,亦可通信到手机。最后测试了露点仪的性能和露点仪的通信效果,包括露点仪响应速度、测试精度和通信距离及效果。通过对比实验值与理论计算值显示本露点仪虽然精度略差,但响应速度较快,体积较小,功耗较低,满足实验教学器材使用场景的需求;四种通信方式均可通信,通信距离LORA(900 m)>WIFI(19.21 m)>蓝牙(15.48 m)>串口,可根据通信的距离、安全性、稳定性和对上位机的要求等原则进行选择。
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