蔬菜大棚温度控制器设蔬菜大棚温度控制器设.docx
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蔬菜大棚温度控制器设蔬菜大棚温度控制器设
辽宁工业大学
单片机原理及接口技术课程设计（论文）
题目：
蔬菜大棚温度控制器设计
院（系）：
电气工程学院
专业班级：
电气102
学号：
1003
学生姓名：
指导教师：
（签字）
起止时间：
2011.07.04-2011.07.15
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
电气工程学院教研室：
学号
10030
学生姓名
专业班级
电气102
课程设计（论文）题目
蔬菜大棚温度控制器设计
课程设计（论文）任务
当监测到蔬菜大棚温度超过上限报警值时，可开启220V供电的排风扇降温；当温度低于下限报警值时，可开启加热引风机提高温室内的温度，直至符合要求时为止。
大棚温度范围15～30度，白天温度控制在25~30度，夜间温度控制在1520度。
主要设计内容：
硬件电路设计：
1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）
2.温度传感器选择及接口电路设计
3.温度显示及控制电路设计
软件设计：
1.编程程序流程图2.程序清单编写
进度计划
第1天查阅收集资料
第2天总体设计方案的确定
第4天CPU最小系统设计
第5天温度传感器选择及接口电路设计
第6天温度显示及控制电路、电源电路设计
第7天程序流程图设计
第8天软件编写与调试
第9天设计说明书完成
第10天答辩
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
摘要
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温度控制。
温度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。
传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。
如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。
现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。
为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。
本论文主要阐述了基于89C51单片机的大棚温度控制系统设计原理，主要电路设计及软件设计等。
该系统采用89C51单片机作为控制器，温度传感器作为温度数据采集系统，可对执行机构发出指令实现大棚温度参数调节，具有上下位机直接设置温度范围，温度实时显示等功能。
上位机采用软件进行编写，用户界面友好，操作简单，可以根据大棚蔬菜生长情况绘制成简明直观的作物生长走势图，从而容易得出最适合作物生长的温度值。
关键词：
89C51；温度传感器；蔬菜大棚；温度；控制系统
第1章绪论
温度控制概况
在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。
自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。
在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。
温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。
我国人多地少，人均占有耕地面积更少。
因此，要改变这种局面，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。
温室大棚技术就是其中一个好的方法。
温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的约束。
而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。
由于温室大棚能带来可观的经济效益，所以温室大棚技术越来越普及，并且已成为农民增收的主要手段。
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制便成为一个十分重要的课题。
传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度值了解实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低，然后进行相应的通风或者洒水。
这些操作都是在人工情况下进行的，耗费了大量的人力物力。
现在，随着国家经济的快速发展，农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。
温室大棚的建设对温度检测与控制技术也提出了越来越高的要求。
今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。
采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。
因此，单片机对温度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。
因此，本课题围绕基于单片机的温室大棚控制系统展开了应用研究工作。
本文研究内容
本文介绍的温度测控系统就是基于单总线技术及其器件组建的。
该系统能够对大棚内的温度进行采集，利用温度传感器将温室大棚内温度的变化，变换成数字量，其值由单片机处理，最后由单片机去控制液晶显示器，显示温室大棚内的实际温度，同时通过与预设量比较，对大棚内的温度进行自动调节。
这种设计方案实现了温度实时测量、显示和控制。
该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高，可维护性好。
这种温度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，从而提高温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。
第2章CPU最小系统设计
2.1总体方案设计
温度检测模块是将物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量，用来采集数据。
显示模块是显示温度。
晶振电路是给单片机提供时钟信号。
复位电路的作用是使单片机的程序计数器清零。
温度调节模块是进行温度调节。
89C51单片机进行数据处理。
温度检测模块
89C51
显示模块
温度调节模块
复位模块
晶振模块
图2.1总体方案框图
2.2CPU的选择
2.2.1单片机的概述
单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。
它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。
因此，在本课题设计的温度控制系统中，采用单片机来实现，选用89C51单片机。
图2.289C51单片机引脚结构
2.2.289C51单片机的引脚说明
芯片引脚如图所示：
VSS:
接地端。
VCC:
电源端。
正常操作及对FLASHROM编程和验证时接+5V电源。
P0口：
是双向8位三态I/O口。
在访问外部存储器时，可分时用作低8位地址线和8位数据线；在FLASHROM编程时，它输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令。
P0口能驱动8个LSTTL门电路。
P1口：
是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在对FLASHROM编程和程序验证时，它接受低8位地址。
能驱动4个LSTTL门电路。
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在访问外部存储器时，它送出高8位地址。
在对FLASHROM编程和程序验证时，它接收高8位地址和其他控制信号。
能驱动4个LSTTL门电路。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，能驱动4个LSTTL门电路。
RST:
复位信号输入端，高电平有效。
当振荡器工作时，出现两个机器周期以上的高电平，就可以使单片机复位。
ALE/PROG：
地址锁存允许信号。
PSEN:
外部程序存储器选通信号。
EA/VPP:
访问内、外部程序存储器控制信号。
接高电平时，CPU访问并执行内部程序存储器的指令，但当程序计数器值超过0FFFH时，将自动转去执行外部程序存储器中的程序。
接低电平时，CPU只访问并执行外部程序存储器中的指令。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
2.3数据存储器扩展
图2.36264数据存储器扩展
89C51片内有128B的RAM存储器，在实际应用中仅靠这128B的数据存储器是远远不够的。
这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。
89C51单片机最大可扩展64KBRAM。
本文中采用6264进行数据存储器扩展
2.4复位电路设计
复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。
复位是单片机的初始化操作。
单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
因此，复位是一个很重要的操作方式。
但单片机本身不能自动复位的，必须配合相应的外部复位电路才能实现的。
当89C51通电，时钟电路开始工作，在单片机的RST引脚加上大于24个时钟周期以上的正脉冲，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0`P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其他专用寄存器被清0。
RST由高电平降为低电平后，系统从0000H地址开始执行程序。
图2.4复位电路
2.5时钟电路设计
单片机的各个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的一拍一拍的工作。
因此，时钟频率直接影响到单片机的速度。
常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。
图2.5晶振电路
2.6CPU最小系统图
CPU最小系统图由89C51单片机、数据扩展芯片、时钟电路和复位电路构成。
89C51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，89C51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。
89C51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。
图2.6CPU最小系统图
第2章温度控制输入输出接口电路设计
温度传感器的选择
传统的模拟式温度传感器，如热电阻、热敏电阻，在一些温度范围内线性不好，需要经行冷端补偿或引线补偿；集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及需要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有尺寸小，使用方便等优点。
常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。
经比较，本设计的温度传感器选用AD590。
AD590是电流输出型的集成温度传感器，具有测温误差小、动态阻抗高、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。
其工作电压范围较宽（4～30V），测温范围为－55～150℃，输出电阻较大，长导线上的压降一般不影响测量精度，因此不需要专门的温度补偿电路。
流过AD590的电流等于所处环境的热力学温度系数。
温度检测接口电路设计
A/D转换器选择
由于温度是一种模拟信号，则由信号采集电路采集的信号是一种模拟信号，而且频率很低，但是单片机所识别的是具有高低电位的数字信号，这就要求在信号处理中必须把模拟信号转换成数字信号从而输出给单片机处理。
ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行的A/D转换器件。
内有一个8通道多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它由比较器、逐次逼近器、D/A转换器及控制和定时5部分组成，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可以直接连到单片机数据总线上。
图3.1ADC0809引脚结构图
模拟量检测接口电路图
模拟量检测接口电路由A/D转换器、89C51单片机和温度传感器组成。
图3.2模拟量检测接口电路图
人机对话接口电路设计
非编码键盘可以分为两种结构形式：
独立式按键和行列式按键。
独立式按键：
是指直接用I/O口线构成单个按键电路，每一个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生相互影响。
图所示为一种独立式按键电路，当图中的某一个按键闭合时，相应的I/O口线就变成低电平。
当程序查询到为低电平的I/O口线时，就可以确定处于闭合状态的键。
独立式按键的电路的结构和处理程序简单，扩展方便，但占用的I/O口线相对较多，不适合在按键数量较多的场合下采用。
行列式键盘：
将I/O口线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，这就构成了行列式键盘。
本设计有三个按键，共需要三个I/O口线，占用的口线不多，因此可以采用独立式按键。
图3.3按键电路
为了方便管理者能明确的观察到某一路的温度，这里要有显示电路，共有七个数码管，两位是用来显示设定的最高温度，两位用来显示设定的最低温度，两位是用来显示当前某一路的温度，一位是用来显示当前的路数。
图3.4显示电路
第3章温度控制软件设计
软件实现功能综述
本实验要实现的是蔬菜大棚温度控制。
由89C51单片机和其他一些器件组成的控制系统，要实现的软件功能是将蔬菜大棚中的温度信息通过温度检测模块传送给89C51单片机，途中利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，让单片机识别，并显示。
然后温度进行判断，进行调节，通过显示模块显示温度，使大棚中的的温度一直维持在适合蔬菜生长的条件下。
4.2流程图设计
中断服务程序流程图
当CPU正在处理内部数据，外部发生了紧急情况。
要求CPU暂停当亲的工作转去处理紧急事件。
中断发生
保护现场
读数，存数
通道加1
通道完？
恢复现场，中断返回
否
是
图4.1中断程序流程图
主程序流程图设计
温度信号通过温度检测模块传送给89C51单片机，途中利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，让单片机识别，并处理，然后温度进行判断，进行调节。
开始
系统初始化
数据采集
数据转换
数据显示
温度是否超过范围
返回
调节
否
是
图4.2主程序流程图
程序清单
#include
sbitDQ=P1^0;
sbitBUZZER=P1^1;
sbitPWM=P1^2;
sbitLCD_RS=P1^4;
sbitLCD_RW=P1^5;
sbitLCD_E=P1^6;
sbitHEAT=P1^7;
voidinitial（void）;
voidread_DHT11（void）;
voidLCD_write_command（unsignedcharcom）;
voidLCD_display_char（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchardat）;
unsignedcharread_DHT11_char（void）;
voidcontrol_temperature_humidity（void）;
voiddelay_xms（unsignedinttime_xms）;
voiddelay_x10us（unsignedinttime_x10us）;
unsignedcharstop_system=0;
unsignedcharlineOne[]="TS（0-50）:
C";
unsignedcharlineTwo[]="HS（20-90）:
%RH";
unsignedintT0_number=0,T1_number,PWM_width_H;
unsignedchartemperature_ten,temperature_one,humidity_ten,humidity_one;
unsignedchartemperature_H,temperature_L,humidity_H,humidity_L,checkData;
voidinitial（void）
{
unsignedchari,j;
TMOD=0x11;/
TH1=0xFC;
TH1=0x66;
TH0=0xFC;
TL0=0x66;
EA=1;
ET1=1;
ET0=1;
EX0=1;
IT1=1;
TR0=1;
LCD_write_command（0x38）;
LCD_write_command（0x0c）;LCD_write_command（0x06）;LCD_write_command（0x01）;for（i=0;i<16;i++）
{
LCD_display_char（i,1,lineOne[i]）;
}
for（j=0;j<16;j++）
{
LCD_display_char（j,2,lineTwo[j]）;
}
LCD_display_char（14,1,0xDF）;//显示
}
voidread_DHT11（void）
{
DQ=0;
delay_xms（18）;
DQ=1;
delay_x10us
（2）;
if（DQ==0）
{
while（DQ==0）;
while（DQ==1）;
humidity_H=read_DHT11_char（）;
humidity_L=read_DHT11_char（）;
temperature_H=read_DHT11_char（）;
temperature_L=read_DHT11_char（）;
}
}
unsignedcharread_DHT11_char（void）
{
unsignedchari,temp_one,temp_two;
for（i=0;i<8;i++）
{
while（DQ==0）;
delay_x10us（3）;
if（DQ==0）
{
temp_one=0;
}
else
{
temp_one=1;
}
temp_two<<=1;
temp_two|=temp_one;
while（DQ==1）;
}
returntemp_two;
}
voidLCD_write_command（unsignedcharcom）
{
LCD_DB=com;
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_E=1;
delay_xms
（1）;
LCD_E=0;
delay_xms（5）;
}
voidLCD_display_char（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchardat）
{
if（y==1）
{
LCD_write_command（0x80+x）;
}
else
{
LCD_write_command（0xc0+x）;
}
LCD_DB=dat;
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_E=1;
delay_xms
（1）;
LCD_E=0;
delay_xms（5）;
}
第4章系统设计与分析
系统原理图
图5.1系统原理图
第5章课程设计总结
本设计是以温度采集及控制过程设计为总目标，以89C51单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度检测电路、A/D转换电路、键盘电路、数码管显示电路、控温电路等。
89C51单片机把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器计数器集成在一块芯片上，具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点。
89C51单片机最小系统由89C51单片机、数据扩展芯片、时钟电路和复位电路构成，形成了总控制中心，对数据进行处理。
本文中详细介绍了89C51的引脚功能，为正确使用89C51提供了条件，同时也对最小系统中的替他部分进行了说明及描述。
输入输出接口电路包含温度传感器、A/D转换器、键盘电路和显示电路。
温度信号通过温度传感器，经过A/D转换器，将模拟信号变为数字信号，送入89C51单片机中，对数据进行处理，再由温度调节模块对温度进行合理的调节、控制，由数码管显示电路显示温度数值，方便直观的了解大棚中的温度情况。
对89C51单片机的软件编程，完成本文研究的内容，即蔬菜大棚的温度控制设计。
参考文献
[1]梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社2009.7
[2]赵晶主编Prote199高级应用人民邮电出版社，2000
[3]于海生编著微型计算机控制技术清华大学出版社2003.4
[4]张桂香.电气控制与单片机应用.北京:
化学工业出版社,2003,8.
[5]隋振有．单片机应用与编程技术．北京：
中国电力出版社，2009
[6]王永华.现代电气及可编程控制技术.北京航空航天大学出版社,2002,9.
[7]冯国民．如何调节蔬菜大棚的温湿度及光照．吉林农业，2006．6:
18-31
[8]张明洋．基于单片机的温室大棚温湿度测控系统．黎明职业大学学报，2007.6：
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