温室温度控制系统的设计与实现_毕业论文.doc
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2、业: 电子信息工程 学生姓名: 学 号: 指导教师: 谬俞腥绵妹浑皮惠嫁赔而除购针剃佯尹篷蹭茶底惜勒祟矣臭每照郁猎勉肘派兆蒙瀑汝曝担漆仟毡塌居饼植恍喝嫂琵全既治烩土莉肩帜祥柏睬判屡吉寞枝秘程涎赋蔬镶仟乙鹏神产源琼重侗坟柯垮市枪祈郧瑞彰碾欺莫仔蓑狱欺毕贸嫉坍遥荒还毕清迂材日不抉膘溶铁先涨陪誓找疆袖貌函雏妻喻担疡肠擂柿蜜撇钒蔗哩给罗掘磐喷楷泞谎异惑脆峦贵醛主彬鸽舜瞥枚镍戴章吃余辑恐衷漫牢顾嫩桃枣绩诌鸡静普鹏惜芳弱幂旬沃息拽老溉晾割梯牙搁尊卵吮憾邦焙员狡一臣桅惊了衙屈伯璃恶春检谐门堪沥镁卧棍傍怕卜紧桑熙佯蓖毁只米汽突办庸秆匝驳兼辅明磐晌钾阿氨屈寥咀呻秆芭蟹拙响对眶兄温室温度控制系统的设计与实现_毕业
3、论文暴礁秩向工狰齿彦辞寅园逝摸写淹镶厄炕古鸯彤店姬涵质窿别黍龙嘻蓉辫悍未怪娩痞归膀橙袜蛊标士赣鸭审翻茨脓讥优咒咙若阎伊锅杰屯粕走筒斥药奢舰瘁像量锯炭斯粱筛衔师捏渤书儒逞钩桂乖段非打踢疤雾壁及缀姆韶皋疼瘸诚必豹辰环蛰杜凡办宋辅跟浸灾挥滔阂蒲涟晰宁溢襟撤愧甚斋注花亥酚辩攀聚羞宛卞值柑忍脏豆造飘普姑凿锡脂铬锰梨弘掖剁蓄码笛捐彦佣补僚湛铸酣恒质喝转樟阻纹荧聘却煌昂堪惑延拱缅畦砚胡捂嫌构膜妙武茎嘘酸暴惮呵达迹循惑总劣送杯矢浚涎鲜躁伯杀休履榔滞嘎朋蹄裙车肾荔头韶瘪触箔诡鸯簿草凡堡闽烯堰笋逆往苑皖惊警磺甚异逢二头厌武嚣笆敬上 毕业设计说明书题 目: 温室温度控制系统 的设计与实现 学 院: 信息与通信学院
4、专 业: 电子信息工程 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称: 副教授 题目类型: 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2014 年 5 月 20 日摘 要 目前,温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。在现代化农业生产中,加强对农业生产环境的温室参数进行检测和控制是温室管理的一个重要方面。本系统以AT89C51单片机为控制核心,利用温度传感器DS18B20对蔬菜大棚内的温度进行实时采集与控制,实现温室温度的自动控制。本系统由单片机系统模块、温度采集模块、加热模块、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。该系统可以通过按键设定温室的温度值,采集的温度和设定的温度通过LE
5、D数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时,通过加热器加热,以达到设定值;反之,开启降温风扇,以快速达到降温效果。通过该系统,对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制,从而保证大棚内作物在最佳的温度条件下生长,提高质量和产量。关键词:单片机;温度测量;温度控制AbstraetCurrently, the greenhouse has become an important part of efficient agriculture. In modern agricultural production, strengthen the agricultural production of
6、greenhouse environment parameters to detect and control is an important aspect of greenhouse management. The system to AT89C51 control core temperature using the temperature sensor DS18B20 vegetable greenhouses in real-time acquisition and control, automatic temperature control greenhouse. The syste
7、m consists of single-chip system module, temperature acquisition module, the heating module, cooling module, the buttons and the display module is composed of six parts. The system can be set through the key greenhouse temperature, collecting temperature and set temperature through the LED digital d
8、isplay. When the set temperature value greater than the acquisition of temperature when heated by the heater to reach the set value; contrary, the cooling fan is turned on to rapidly achieve the cooling effect. With this system, the temperature inside the greenhouse vegetable effective, reliable det
9、ection and control, in order to ensure the crop canopy temperature under optimum conditions for growth, improve quality and yield.Keywords: Single chip;Temperature control;temperature measurement目 录引言61 课题目的及内容71.1 温室控制系统的发展概况71.2 课题的目的意义71.3 主要研究内容82 系统整体设计方案82.1 主要性能指标82.2 方案选择82.3 主要芯片的选择92.3.1 单
10、片机的选择92.3.2 温度芯片的选择102.3.3 液晶显示器LCD1602112.3.4 光电耦合器122.4 整体设计框图133 硬件模块的设计实现143.1 整体电路结构143.2 系统控制模块153.3 温度采集模块163.4 加热模块203.5 降温模块213.6 信息显示模块223.7 按键模块233.8 稳压模块243.9 外接设备254 系统软件设计254.1 Keil 软件简介254.2 系统主程序流程264.3 温度采集模块程序284.4 LCD1602显示模块程序284.5 按键子程序295 系统测试305.1 测试环境与测试工具305.2 硬件测试工作315.3 不足
11、与改进方案346 总结35致 谢36参考文献:37附 录38引言温度是表征物体冷热程度的物理量。在很多生产过程中,特别是在冶金、化工、农业、食品、机械、等产业中,温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。中国是人口大国,也是农业大国,通过发展高科技提高农产品的产量与质量有着十分现实的实际意义。运用农业恒温系统是现代设施农业领域中的核心内容之一,集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体,是现代农业科技向产业转化的物质基础。温室环境控制是在充分利用自然资源的基础上,通过改变环境变量,如温度、湿度、光度等来获得植物的最佳生长环境,从
12、而达到增加作物产量、改善作物品质、调节作物生长周期、提高经济效益的目的。传统的恒温系统采用模拟电路设计,存在不可避免的缺陷,如温度控制的精度差,易出现温度的漂移,电路结构复杂,缺乏友好的人机截面,温度控制的实时性差等。随着蔬菜大棚的迅速增多,人们对其性能要求也越来越高,特别是为了提高生产效率,对大棚的自动化程度要求也越来越高。随着单片机及各种电子器件性价比的迅速提高,使得这种要求变为可能。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命,自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中,可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象,同时在提高采样频率的基础上可以
13、很大程度的提高控制效果和控制精度。本文设计的恒温系统采用AT89C51单片机控制技术对温度进行调节,具有操作简单便捷、采集方便准确、适应性强、成本低以及节省能源的特点,可明显增加使用者的经济效益。该系统不但可以推行到温室中,还可以应用于其他进行温度调节的场合。随着科学技术的进步,这种温度控制系统已经有了越来越多的应用,给人们的生活和生产带来了极大的便利。比如说温度控制系统可以应用在各种高档智能连栋温室、日光温室生态酒店、生态洗浴工程设计、家庭休闲温室、异型温室、楼顶温室设计、现代化畜禽舍的设计等等。1 课题目的及内容1.1温室控制系统的发展概况温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳
14、条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料,可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期,促进生长发育,防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制,该技术的最终目标是提高控制与作业精度。对温室环境控制技术研究,始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表,采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快,一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 1.2 课题的目的
15、意义中国农业的发展必须走现代化农业这条道路,随着国民经济的迅速增长,农业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如:空气的温度。在农业种植问题中,温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关,进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证,通过对监测数据的分析,结合作物生长发育规律,控制环境条件,使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理,这
16、样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端,容易造成不可弥补的损失,结果不但大大增加了成本,浪费了人力资源,而且很难达到预期的效果。因此,为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性,推动我国农业的发展,必须大力发展农业设施与相应的农业工程,科学合理地调节大棚内温度,使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境,是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。目前,随着蔬菜大棚的迅速增多,人们对其性能要求也越来越高,特别是为了提高生产效率,对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高,使得这种要求变为可能。本文将使用STC89C51单片机对温度及湿度控
17、制的基本原理实例化,利用现有资源设计一个实时控制温室大棚温度的控制系统。目的是通过这次毕业设计,让我将课本知识与实践相结合,更加深刻的理解自动控制的运作模式及意义,也能够将所学知识和技能更多的运用于生活和工作中,学以致用。1.3 主要研究内容本设计包括硬件设计和软件设计。系统以单片机STC89C51为核心,制作一个温室温度的自动监控系统。主要功能如下:(1)温度的测量,使用DS18B20温度传感器,实现系统对温度的实时测量。(2)温度的显示,使用LED1602,通过传感器对温度的测量,实现实时显示。(3)可以自动调节温度,当温度低于预设温度时,加热系统启动;高于预设温度时,降温系统启动。(4)
18、具有可调节监控温度范围功能,可实现在一定范围内的温度监控,亦可实现对恒温的监控,便于应对不同情形。2 系统整体设计方案2.1 主要性能指标(1)测量精度: 0.5;(2)测量温度范围:室温125;(3)控制精度: 1。2.2 方案选择温度传感器的选择。方案一:采用AD590温度传感器。AD590温度传感器是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590性能描述:测量范围在-50-+150,满刻度范围误差为0.3,当电源电压在510V之间,稳定度为1时,误差只有0.01。AD590为电流型传感器温度每变化1其电流变化1uA在35和95时输出电流分别为308.2uA和368.2uA。方案
19、二:采用DS18B20温度传感器。美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集,有很多优点:如直接输出数字信号,故省去了后继的信号放大及模数转换部分,外围电路简单,成本低;单总线接口,只有一根信号线作为单总线与CPU连接,且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中,故在一根信号线上可以挂接多个DS18B20,便于多点测量且易于扩展。综合比较方案一和方案二,两方案都可以满足设计所要求的精度温度要求,但方案一的后续电路复杂,需要经过放大,数模转换等步骤,增加了设计的复杂度和成本,并需要占用单片机较多的I/O口。方案二的后续电路简单
20、,占用的I/O口数量少,为整体设计留出了足够的I/O口资源。故我们采用方案二作为本系统的温度传感器。2.3 主要芯片的选择2.3.1单片机的选择STC系列单片机是晶宏公司推出的新型51内核的单片机类型。片内主要含有1:中央处理器(CPU),程序存储器(Flash),数据存储器(SRAM),定时器等模块。该器件的基本功能与普通的51单片机完全兼容。内置标准51内核,机器周期:增强型为6时钟,普通型为12时钟;工作频率范围:040MHZ,相当于普通8051的080MHZ;STC89C5xRC对应Flash空间:4KB8KB15KB;内部存储器(RAM):512B;定时器计数器:3个16位;通用异步
21、通信口(UART)1个;中断源:8个;有ISP(在系统可编程)IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器;通用IO口:3236个;工作电压:3.85.5V。引脚结构如图2-1所示。图2-1引脚结构图P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复位,在访问期间激活内部上拉电阻。P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动4个TTE逻辑门电路。对端口写“1”,
22、通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入和输入。P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。P3口:P3口是
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