温室温湿度控制系统 毕业论文.doc
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1、 毕 业 设 计(论文) 题 目 温室温湿度控制系统 专 业 电子信息工程 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 完成日期 2010.05.06 I温室温湿度控制系统摘要:随着现代农业的快速发展,大棚温室栽培作物为人们提供了许许多多的健康农产品。大力开发温室栽培作物可以创造良好的社会效益和经济效益。而温室的智能控制系统将直接影响温室的作物产量。近年来,单片机技术和各种传感器技术的发展使得温室智能控制系统的更加完善。虽然现在很多大型农场对于温室的智能控制系统有了一定的应用,但其高昂的成本还是不能做到全面的普及。正对这一实际情况,开发一套低廉,高性能的温室温湿度控制系统,在郊区和一些小农场具有非常
2、广泛的应用前景和实际意义。本文以AT89C52单片机为主控芯片,结合DHT21电容式数字温湿度传感器,8位数码管显示等设计了一款简单易操作的温室温湿度控制系统。相对其他的温室智能系统,该设计有价格低廉,性能优越,安全性稳定性高等优点。关键词:单片机,AT89C52,温湿度传感器,温室温湿度控制系统Temperature and Humidity Control System of GreenhouseAbstract: With the rapid development of modern agricultures , greenhouse crops has provided people
3、 with many healthy agricultural products. Developing greenhouse crops with great efforts can create good social and economic benefits. Meanwhile,the greenhouses intelligent control system will directly affect the production of greenhouse crops. In recent years, single chip technology and various of
4、sensor technologies have made the greenhouse intelligent control system more useful. Although the greenhouse intelligent control system has had certain applications in many large farms , because of its high cost, it still can not be widely populized. In order to face this actual situation, it is pra
5、ctical and prospective to develop a cheap, high-performance greenhouse temperature and humidity control system in the suburbs and small farms .This paper uses AT89C52 microcontroller as the main chip combined with DHT21 capacitive digital temperature and humidity sensors, as well as 8-segments tube
6、display , it designed a simple and easy greenhouse temperature and humidity control system. Compared with other greenhouse intelligent system, it enjoys the advantages of low-cost, superior performance, security and stability .Key words: microcontroller, AT89C52, temperature and humidity sensor, Tem
7、perature and Humidity Control System 目录第一章 绪论11.1引言11.2研究的意义和现状发展趋势以及存在的问题11.3研究的目标,基本内容,方法和措施31.4 系统的主要原理3第二章 系统总设计以及相关芯片的介绍42.1 系统总体设计42.2单片机的应用52.3温湿度传感器的应用62.4 显示部分112.5继电器112.6 电源的应用11第三章 系统硬件电路设计123.1 单片机最小系统123.2显示电路133.3输入模块电路133.4继电器与单片机接口电路143.5 报警电路143.6 DHT21温湿度传感器电路153.7 温湿度调节控制15第四章 系统
8、软件设计164.1 程序设计语言简介164.2 Keil C51 软件的简介164.3 程序主流图174.4按键模块184.5 温湿度采样模块204.6温湿度控制模块214.7报警模块22第五章 总结23致 谢24参考文献25附录1 系统总电路图26IV湖州师范学院求真学院毕业论文第一章 绪论1.1引言现代社会随着科技的发展尤其是农业科技的日新月异,使得人们能通过创造适合农作物生长的环境来改变其生长周期。满足人们对作物优质,高产和低耗的需求。而随着计算机技术在农业中的运用,以及现代控制技术的飞速发展。现代农业逐渐的趋向于农业的自动化,专业化。温室智能控制系统是微电子技术,计算机技术和自动控制技
9、术的结晶。他大概经历了四个阶段:最开始的原始的手工阶段,对于温室环境的改变大多只能依靠种植者的经验以避免环境的过度变化导致的农作物的减质减产。手工阶段过后出现了各种各样的机械设备,大片温室安装了这样的机械来作为控制器。二十世纪七十年代计算机的出现使得各种机械设备退出了历史的舞台。而温室的智能控制便是于二十世界九十年代中期问世 1 。 温室温湿度控制系统是温室智能控制系统的一个分支系统。温室温湿度控制系统是温室管理者对于温室的温湿度环境的一种微电子技术,计算机技术和自动控制系统相结合的一种创新发明。它更精确和系统的控制着温室的温湿度环境。使得温室更适合农作物的生长。现在一般的温室都有实施温室温湿
10、度控制系统的硬件条件。采用温室温湿度控制系统更能方便管理者的操作,提高工作效率节约各种资源,也提高了农作物的产量,使其质量和数量都能达到很高的标准,符合我国的现代化发展 7 。 运用温室温湿度控制系统进行温室的管理,能更有效的提高温室管理者的工作成绩。温室的管理,特别是大型温室的管理具有农作物数量大,品种多,需求的最佳环境变化大能缺点。利用计算机的强大记忆和计算能力,对各种环境需求进行集中系统有效的控制。大大降低了温室管理者的劳动强度。1.2研究的意义和现状发展趋势以及存在的问题1.2.1选题意义 温室,又被称为“暖房”。是用来栽培植物的设施。在外界环境不能满足植物健康生长时给与植物最适合的环
11、境,以保障植物能按照种植者的期望所成长。温室智能系统是保障温室正常运作的控制系统2。而温室温湿度控制系统正是其中的一个子系统。在温室智能系统中起到非常巨大的作用。它主要负责控制温室的温度和湿度,如果没有温室温湿度控制系统,温室环境将得不到有效的控制。温室也将失去它存在的意义。现在市场上温室温湿度控制系统有很多种,它对温室或不可缺,但它也存在着这样那样的不足与缺陷。通过该课题的研究可以充分了解到该系统领域,以提出相关缺陷的改进,促进该系统的发展。功能完善的温室温湿度控制系统,在促进社会经济发展,提高人民生活水平质量有着重大的意义。1.2.2研究现状 温室温湿度控制系统这一项技术已经在全球范围内得
12、到广泛的运用,该系统已经发展到了专业化,精确化和大规模生产化。规范的营运操作使得温室的相关产品得到大量的生产,成为如今世界上一项新型的产业。系统所用的单片机也有多种多样,比如PIC系列和AT89C523等。而各个系统在各方面也有各自的优缺点。目前来说温室温湿度控制系统主要有单片机作为主要的中央控制器,通过温湿度传感器收集信息,以强大的数据库,和精确及时的计算能力作为依靠,迅速做出控制,以达到对温室环境的控制4。现代温室的控制理论主要有PID控制法和模糊理论控制法。 PID控制法,即比例(P)控制,积分(I)控制,微分(D)控制。此类控制法已经广泛应用于温室控制系统中。但由于温室农作物生长周期的
13、数据复杂性,需求环境因素的变化量大,以及各种外部环境因素的原因,导致了计算机对环境的监控出现偏差,控制也将相应的出现何种错误指令。最终使得温室农作物的减质减产。相对来说此类控制方法的效果不够理想10 。 模糊控制法,是以模糊集合为基础的,它的基本思想是收集模糊性现象,以处理具有模糊现象的事物为目标。并将其转化成精确的数据为计算机所能处理。它不主张使用复杂繁琐的数学模型来解决问题。模糊控制具有的优点为以下几点:1、模糊控制是一种基于规则的控制。主要采用语言型控制规则。设计中是不需要精确的数据模型的。因此便于理解和操作;2、模糊控制适用于动态特征不容易掌握的对象;3、模糊控制由于采用语言控制规则,
14、具有很强的独立性,能与语言规则之间找到折中的控制选择。4、模糊控制采用的语言控制规则具有一定的启发性设计,有利于模拟人工控制,大大的提高了系统的适应能力,并具有一定的智力;5、模糊控制的抗干扰性强5。模糊控制的主要缺陷:信息收集的信息模糊,将导致系统控制的精确性下降。如果要提高系统的精确性,则需要收集更大量的环境因素和建议更精确的模糊语言规则。从而导致了决策速度的降低,严重时甚至不能做到实时控制。模糊控制的规则选择和运用也无精确的标准6。1.2.3.发展趋势随着计算机技术,微电子技术和自动控制技术的进一步发展,使得全球市场对温室温湿度控制系统的要求进一步细致化和增强化。因此温室温湿度控制系统也
15、在智能性,安全性,可靠性,方便性等方面得到飞速发展。具体在一下几个方面:1、智能化技术。由于温室作物的生长周期长,过程复杂,其所需要的最佳环境也是一个模糊的动态数据。这造成了温室控制的不精确性8。而且考虑到温室作物的安全性,以及温室管理所涉及的市场,人员,技术,设备等因素,温室控制还是无法实现无人化管理。模糊控制理论的提出以及应用,适应了温室环境环境控制的特点,是现阶段温室温湿度控制技术发展的主要趋势之一;2、分布式系统结构。过去的温室控制系统主要由一个主机终端作为控制中心,对各个子系统进行控制调节。这种模式的使用不够灵活,可靠性差。一旦主机出现故障将导致整个系统的崩溃。分布式系统的发展方向是
16、采用了无控制中心的方式,每个子系统都有个自己的任务。当一个字系统出现故障并不会影响其他子系统的运行; 3、多因子控制方式。实现以各个因子相互影响控制。能提高温室控制的效果;4、人机智能系统的集成。温室环境控制的各个系统的相互制约。因其复杂性,需要提供新型的概念,新方法。需温室管理者与温室控制系统的相互结合达到集成一体的人机智能系统,是未来温室控制系统的发展方向9。1.2.4研究存在问题 温室温湿度控制系统对于温室的温湿度检测调控的精确性和及时性有待改善。在节能,无污染和操作性上也需要进行强化。1.3研究的目标,基本内容,方法和措施1.3.1研究目标 本次课题主要研究基于单片机AT89C52的温
17、室温湿度控制系统。采用单片机AT89C52与DHT21温湿度传感器监控测量温室的温度与湿度。并利用点陈式液晶显示器显示相关数据。期望在控制方面进一步提高。并利用中央CPU把温室温湿度控制系统的控制偏差降低到一定的水平。通过此次研究能更加完善温室温湿度控制系统,满足各温室管理者的需求。1.3.2课题主要研究的内容 本次课题主要研究基于单片机AT89C52的温室温湿度控制系统。主要研究内容有一下几点:(1) 系统能显示当前的温度和湿度。(2)系统能显示设定的温湿度。(3)系统可保持恒温和恒湿度,并可控制温湿度上升下降。(4)系统对于控制温湿度范围有限制,并能在超出上下限时报警。(5)系统对控制的细
18、节有记载。1.3.3研究方法 研究温室温湿度控制系统的监控测量原理,以及它在运用中存在的一些问题,并设计基于单片机AT89C52的温室温湿度控制系统来解决目前存在的这些问题。首先研究单片机AT89C52的原理以及它的应用。接着分为温度测量,湿度测量,程序编写,数码管显示和继电器输出等部分进行研究。最终设计出一款集温湿度显示,微调,控制,以及外接电路等功能的温室温湿度控制系统。1.3.4研究措施 在清楚了解研究方法后,制定相应的研究措施。主要措施有以下几点:(1)充分的了解研究方法的各个分部分,及其相关原理。这要求研究者查阅大量的相关文献资料,并进行归纳总结。(2)基本上要求自己设计出相关的电路
19、图以及相关的程序。在具体实行时可请指导老师进行指导。(3)充分利用自己已有的资源。利用多次实验的方法。把误差减小到最低限度。(4)在最后设计制造成品时,请指导老师进行改正和完善。1.4 系统的主要原理 该系统以单片机AT89C52为核心,利用DHT21电容式数字温湿度传感器实现数据收集,通过8位数码管显示数据,核心CPU数据处理以及反馈继电器。第二章 系统总设计以及相关芯片的介绍2.1 系统总体设计 现在市场上的温室温湿度控制系统通常由温湿度传感器,单片机,电源,显示器,键盘,控制器组成。本设计大致与上述组件相同。在A/D转化模块中,本设计采用了集成在单片机内部的A/D。系统的大致原理图如图2
20、-1。AT89C52单片机DHT21温湿度传感器键盘电源显示器调节器图2-1系统原理图系统总电路图如图2-2。图2-2 系统总电路图下面对该系统的各个组成部分进行详细介绍。2.2单片机的应用2.2.1单片机的选型方案比较 将微处理器(CPU),存储器(ROM和ROA等),输出/输入(I/O口),定时/计数器,终端系统等集成在一块集成电路芯片上。称之为单片机微型计算机,简称单片机(MCU)。 片机组件是整个系统的核心部分,它起到了信号收集,信号处理,按键处理,显示控制,代码输出等各种至关重要的工作。 选择单片机的型号方面有几个不同的方案: 方案一:选用AT89C51单片机。AT89C51是美国A
21、TMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随即存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大,性价比高。 方案二:选用AT89C52单片机。AT89C52是51系列单片机的一个型号,它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),
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