毕业论文-基于51单片机的温湿度控制系统的研究.doc
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1、 基于51单片机的温湿度控制系统的研究摘 要现代农业生产离不开环境控制,随着计算机自动化和单片机技术的不断发展,许多地方都实现了无人值守或智能控制。温度和湿度是日常生产中常见的被控参数,因此对温度和湿度的控制对工农业等日常生产的智能化及自动化相当重要。为此,我们引入了89C51系列单片机。本次设计的温湿度控制系统可利用单片机对所采集的温湿度数据进行实时检测与分析,并作出及时判断,从而实现温湿度控制的智能化及自动化。其中温度数据的采集是由温度传感器DS18B20将采集的数据转化为数字量,然后被送入单片机中进行处理。湿度数据的采集是由湿度传感器HS1101完成的,然后经A/D转换后,将数字量送入单
2、片机进行数据处理。同时在设备出现故障的时候,语音报警电路和数字显示电路的组合,会更好地是值班人员了解当前的温湿度的具体数值,并提醒维护人员及时采取相应措施。本文共分为五部分,第一部分是引言,主要对选题背景、意义及国内外发展现状进行简单介绍。第二部分为系统总体方案的设计,主要通过对比集中方案来最终确定本次设计所下用的最佳方案。第三部分为主要单元电路的介绍,有温度测控电路、湿度测控电路、数显电路、报警电路、51单片机的外围电路等。第四部分为主要元器件的介绍,有温度传感器DS18B20、湿度传感器HS1101、51单片机。第五部分为总结,是对本文的高度概括。关键字: 温度,湿度,智能化Abstrac
3、tThere is no modern agricultural production without environment control,with the rapid development of computer automation and single chip microcomputer technology,many places have realized unattended or intelligent control.Temperature and humidity are common in daily production was accused of parame
4、ters,so to control the temperature and humidity is vital to the automation of industry,agricultural and other daily production.Thats why we introduce the 51 single chip microcomputer.The design of the temperature and humidity control system can use single chip microcomputer to have a real-time detec
5、tion and analysis on the temperature and humidity data,and then make a in-time judgment ,so as to realize the intelligent and automatic control on the temperature and humidity.Temperature data collected by the temperature sensor DS18B20 transform data into digital quantity,and then be processed into
6、 the single chip microcomputer.Humidity data collection was done by HS1101 humidity sensor,then after A/D conversion,the digital quantity into single-chip microcomputer for data processing.At the time of equipment malfunction,the combination of voice alarm circuit and digital display circuit will ma
7、ke it easier for relevant people to check the current temperature and humidity data and remind the maintenance personnel to take corresponding measures in time.The article is divided into five parts,the first and fore is the introduction,mainly to the selected topic background ,significance and the
8、brief introduction to the current situation of the development of both at home and broad.The second part of overall scheme of the system design.This design mainly by comparing the concentrated solution to finalized with the best solution.The third part of the main unit circuit is introduced,includin
9、g temperature measurement and control circuit,humidity measurement and control circuit,digital display circuit,alarm circuit and the periphery of the 51 single-chip microcomputer circuit,etc.The fourth part to be introduced is the main component,including temperature sensor DS18B20,humidity sensor H
10、S1101,51 single-chip microcomputer,etc.The five part is summary,it is highly generalization of this article.Keywords:temperature, humidity, intelligence 目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1课题背景11.2 选题意义11.3 国内外发展现状11.3.1 国内发展现状21.3.2 国外发展现状22设计任务分析及方案论证42.1设计思路42.2系统功能及系统组成52.3系统整体框图62.4温湿度控制系统方案比较及论证63单元硬件电路的设
11、计83.1温度测控单元83.2湿度测控单元83.3报警电路93.4数字显示电路103.5 单片机的外围电路113.6 A/D转换电路124 主要元器件介绍144.1温度传感器DS18B20144.1.1 DS18B20数字温度传感器概述144.1.2 DS18B20的读写时序154.1.3 DS18B20的测温原理164.2 湿度传感器HS1101184.2.1湿度传感器HS1101的特性184.2.2湿度传感器 HS1101的测温原理184.3 89C51单片机184.3.1 单片机的发展194.3.2单片机引脚195系统软件整体体设计215.1 整体流程图215.2 计算机软件系统225.
12、2.1 上下位机通信225.2.2单片机和PC通信相连235.2.3上位机监控软件功能24总 结25致 谢26参考文献27附 录29III 1绪 论1.1课题背景在现代的温室种植技术中,温度、湿度是温室蔬菜能否茁壮成长的重要因素。现代我国的社会生产虽然规模空前巨大,但是温室的设备计较陈旧,技术比较落后,现阶段,广大农村仍采用煤油温度计的温度采集方式,逼近温度采集较为老套,而且费事费力,不利于温室生产规模的扩大,也不利于信息化程度的提高,也不符合党中央提出的科技兴农的战略目标。传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材,通过人工进行检测,对不符合温度和湿度要求的库房进
13、行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低,且测试的温度及湿度误差大,随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。1.2 选题意义现代以89C51单片机为核心的智能控制系统是进行大鹏温湿度控制的有效手段和工具,它不仅可以提高测量的准确性,还有利于实现控制过程中的科学和无人化管理,比如,将单片机控制方法运用到温度湿度控制系统中,可以克服温度湿度控制系统存在的严重滞后现象,同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的控制效果和控制精度。也降低了对操作者本身素质的要求和体力劳动强度。除此之外,它还能准确、高效、定时、定量地进行温湿度控制,可以节省人力、体力而提高
14、农产物的质量和产量。智能温室大棚控制系统在现阶段我国农业中使用为数不多,与发达国家相比仍有较大差距,基本停留在人工操作,即使有些使用了自动控制系统,但是也是以经验来自行设定很多参数,使得不能物尽其用而又造成浪费。因此只有提高自动控制系统的自动化程度,使得在农业生产中更加智能和方便并采用廉价的器材使其价格能够被大多数农业生产者索赔接受,才能促进智能温室大棚控制在农业中的广泛应用和提高其经济效益。随着单片机和传感器技术的迅猛发展,其价格低、可靠性高,给改造农业带来很多便利。用高新技术改造农业生产,是我国农业和国民经济持续发展的根本大事。 1.3 国内外发展现状目前国内外的温湿度检测使用的温湿度检测
15、元件种类繁多、应用范围也较广泛加之单片机和大规模集成电路技术的不断提高,出现了高性能、高可靠性的单片机数据采集系统。基于单片机的温湿度检测控制系统的研究案例较少。随着经济和社会的不断发展,人们对自己生活环境的要求越来越严格。特别在工厂仓库中,对温湿度要求更为严格。基于单片机的温湿度检测控制系统,将对环境的温湿度监测控制系统作详细的设计与实现。采用高性能的控制芯片89C51高精度的温度传感器和湿度传感器。向模块化、高速化、智能化的单片机数据采集系统靠近。将此系统应用到工厂仓库中,无疑为货物的存放提供了更加适宜的环境,具有良好的发展前景。1.3.1 国内发展现状自20世纪70年代以来,我国逐渐从欧
16、美、日本等国家引进了先进的现代化农业温室,在吸收并总结发达国家先进的温湿度控制技术的基础上,我国的科研人员相继对温室内部的温度、湿度、二氧化碳浓度及光照强度等环境元素控制技术的综合研究。1987年,中国农科院引进了FELIXC512系统,并且建立了全国范围内第一个计算机应用研究机构。清华大学的郑学坚首先介绍了应用单片机控制人工恒温箱的方法;然后,中国农科院徐世华报道Z80C控制温湿度的软件硬件方案以及利用单片机控制气候箱的模拟实验;陈思聪等人研究了以节能为目标的温室微机控制系统;范云翔等人研制的智能喷水器,可以根据环境的变化自动调节水量;上海园林工具厂等单位设计了温室微机控制系统;于海业等人研
17、制的温室环境自动检测系统,可以自动调节温室内的温湿度参数;1996年 江苏理工大学研制了一套温室环境控制设备,从而通过对温室内部温湿度的监测,实现对温室内温湿度的综合控制;1997年以来,中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面取得一些成果。但是这些研究基本上是温室的单因素监测和控制,没有进行全系统综合的研究。我国地域辽阔,因此各地的气候、自然条件相差很大,这就使得温室需要研究的环境问题复杂而又多样。目前我国关于这方面的研究基本上都是单项研究,涉及到光、热、水、气等环境因素的综合研究还欠缺。现阶段国内温室仍然靠的是认的经验进行单因子控制,进行并加强综合控制技术的研究势在必行。同国外的先进温湿度
18、控制技术相比,我国温室研究仍处于较低的水平。光、热、水、气等环境因子的综合控制技术,低成本、低能耗的设施设备配套技术,高效设施栽培管理技术,现代化设施生产、设计的标准语质量监控体系等方面仍存在一系列问题,亟待进一步的深入研究。1.3.2 国外发展现状现代化温室采用先进的科学技术,采用连续生产方式和先进管理方式,高效、均衡地生产各种农作物,并且不受地点和气候的影响。它能够有效地改善农业生态、生产条件,促进农业资源的合理开发和科学利用提高土地的产出率、劳动生产率和社会、经济效益。温室实现控制自动化的目的是加强控制及作业精度,提高农业生产率。因此世界各国对这方面的研究十分深入。温室自动控制设施的关键
19、是环境控制、智能化。利用温室来为作物创造适宜的生存环境,其中主要包括的就是温室内的温度和湿度。温室控制技术随着温室农业的发展应运而生,其中单片机的采用代表着它发展的逐步成熟。英美等发达的西方国家都大力发展集约化的温室产业,温室内温度、湿度等实现单片机的检测与控制。1974年,荷兰首次研制出单片机控制系统CECS。1978年日本东京大学的学者研制出微型计算机温室综合环境控制系统。目前,日本、荷兰、美国等发达国家可以根据温室作物的特点和要求,对温室内的诸多环境因子进行监测与控制。在日本,作为设施农业主要内容的设施园艺相当发达,塑料温室和其他人工栽培设施达到普遍应用,设施栽培面积位居世界前列,蔬菜、
20、花卉、水果等普遍实行设施栽培生产。针对种苗生产设施的高温、多湿等不良环境因子,日本农业相关部门进行了如下几种设施项目的研究,主要有设施内播种装置、苗接触刺激装置、苗灌水装置、换气扇的旋转和遮光装置的开闭装置、缺苗不良苗的检测及去除和补栽装置、二氧化碳施肥装置等方面得 自动化研究。英国农业部对温室的设计和建造也很重视,在英国的希尔所农业工程研究院,科学家们进行了温室环境与作物生理、温室环境因子的计算机优化、温室节能、温室自动控制、温室作物栽培与产后处理、无土栽培相关方面的研究。目前,英国温室大量采用单片机控制与管理,主要控制的就是温度和湿度。伦敦大学农学院研制的计算机遥控技术,可以观测50Km以
21、外温室内的温度、湿度等环境状况,并进行遥控。另外,国外温室正在致力于高速发展。遥测技术、网络技术、控制局域网已逐渐应用于温室的管理与控制中,AlvesSerodio,C.M.J等在ISIE98国际会议中提出一体化的温室网络管理体系模型,可将气候的调节、灌输系统与营养液的供给系统作为一个整体,并可以实现远程控制。1.4 本文研究的主要内容1、 首先我们必须了解到温湿度控制对温室大棚提高农作物产量的重要性,其次我们才能做出更好的判断,更好地解决用户面临的问题。2、 温湿度的检测和控制是我们研究的主要内容数字化温湿度测量方法为一旦环境中的温湿度发生变化温湿度传感器将随着温湿度的变化而变化,然后将变化
22、的电阻通过转换电路和转换信号检测与之对应的电压变化,然后把模拟电压信号由A/D转换器转换为数字量后送往51单片机,对采集到的信号单片机进行滤波处理并通过查表得到实际测量的温湿度值,之后通过LCD1602液晶模块显示该数值。3、 该系统通过按钮设定最适应的温度和湿度,温湿度传感器向中央控制系统输送监控信号,超过上下阀值时,就会启动声光报警电路,控制系统开始工作,调整温湿度至合适的范围,使系统正常运行。4、 根据不同作物的适宜温湿度进行温湿度调节。如果低于下阀值,则升温;如果高于上阀值,则降温。为满足温室大棚对不同作物的温湿度需求,可设置自动喷雾装置,自行调节湿度。我们可以随时对温、湿度进行调节,
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