基于单片机的温湿度控制系统设计Word格式.docx
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1.3植被栽培技术
植被“设施栽培”。
它是指在某种类型的保护设施内（如阳畦、温室、大棚等），人为地制造适宜植物生长发育的最佳环境，在不利于植被生长的季节内进行植被种植的一种方法。
设施栽培是人类创造理想环境，改造自然的一种方式。
因为人造设施内部的各种条件是可以人为控制的，所以人没希望得到的植物能够不受季节限制的种植，并得到良好的收成。
温室大棚出现后，植被生产发生了巨大的变化。
现在人们可以根据自己的需求来生产自己所需要的植物，不像原来那样靠天吃饭。
这就是设施栽培的好处！
在不利于植被生长的自然环境中，温室能够创造适宜植被生长发育的条件。
温室环境的调节主要包括温度、湿度、阳光三个方面。
·
温度：
根据十五生长需要的最佳温度来进行调节，如果低于最佳温度，设施进行升温，通常情况下采用电热增温和火力增温。
如果高于最佳温度，设施进行降温措施，通常使用水管降温和风扇降温。
日光：
调节日照强度的办法通常是在顶部遮盖遮光物质，比如覆盖草帘等遮荫物质。
这种办法也能起到降温的作用。
湿度：
如果湿度偏低，可以在地上泼水以增加水分蒸发，从而提高湿度或者使用可以自动调节湿度的自动喷雾装置。
如果湿度偏高，容易导致植被病害和腐烂，可以通过通风来解决，最好在室温与气温相差不大的时候进行。
以免导致设施内温度发生巨大变化。
1.4本系统主要研究内容
本设计所要完成的任务：
1.4.1人性化设计。
温湿度的设定温度能够根据植物生长的最佳温度的不同，通过键盘输入来调节温湿度。
1.4.2能够及时、准确的反映出设施内部温湿度的数值。
1.4.3通过检测到温湿度，并且与标准值进行比较，及时的启动报警装置并采取相应的方案。
1.4.4用户可以随时更改温度以及湿度，以满足不同时间段植物对于温湿度的不同需求。
2、系统总体分析与设计
2.1系统功能及系统的组成和工作原理
2.1.1.总体方案
温度监控：
对设施内温度进行测量，并通过升降温来调节到最佳温度。
湿度监控：
对设施内湿度进行测量，并通过喷雾活着通风来调节最佳湿度。
控制处理：
当温度、湿度越限时报警，并根据报警信号提示采取一定方式控制。
显示：
LCD显示器显示输入值和相应的温湿度，数码管摆放在设施内部，来检测设施内部的温湿度。
2.1.2.实施措施
实际温度与设定温度比较，执行加热/制冷措施。
实际湿度与设定湿度比较，执行加湿/去湿措施。
越限报警：
当温湿度超越设定温度时，进行报警。
2.1.3.硬件系统设计
主机与主要部件的选择：
根据总体性能以及性价比等因素考虑，选用MCS-51系列的89C51为主机，满足上面的要求而且设计方便，不需要再存储扩展。
数据存储片内设有128B，外部有8279的256B，而且由于存入的数据可以随时更新的而且不计小数位，存入8个16进制数字，其总共需要的容量只有16B，已经够用。
对外部模拟量（温度、湿度）采样，选用ADC0809能够满足要求。
温湿度控制系统是以89C51单片机作为中央控制装置，模数转换器ADC0809，加热设备风扇，加湿设备，排潮设备，喷雾设备，双色灯，音效模块，LED显示屏，键盘闲事芯片等，其功能和原理如下：
89C51作为中央控制装置，负责中心运算和控制，调节各个装置的工作。
四路采样温度信号采样简单平均处理，温度保存为整数。
四路采样湿度信号采样简单平均处理，温度保存为整数。
模数转换器ADC0809：
将模拟信号转换为数字信号。
模数转换器一共有8个通道。
模数的转换方法共有2种。
一种是INT0中断，一次转换结束后，ADC0809使INT0产生中断，并通知系统转换完成；
另一种方法采用延时，转换开始后系统延时100微秒等待转换完成。
本方案采用的方法是延时转换。
键盘显示芯片：
用8729识别键盘，负责相关数据的显示和用户的输入。
风扇：
负责设施的降温。
加热设备：
负责设施的加热。
喷雾设备：
负责设施的加湿。
排潮设备：
负责设施的去湿。
双色灯，音效模块：
负责设施的报警功能。
如果设施内的温度超过用户设定的标准值时系统将自动报警，双色灯在74LS273的控制下闪烁，同时音效模块发出报警，提示用户采取相应的措施。
2.2温湿度采样与控制系统
2.2.1.温湿度采样系统
为了准确的测量设施内的温湿度，在设施内取六个不同的位置测量，然后取平均值，在分辨率达到的情况下，精度能达到1%。
2.2.2.温湿度控制系统
系统开始启动，系统会提示用户输入的温湿度的最低值和最高值。
输入之后，系统计算出平均值，根据实际温度的情况采取相应的方案。
如下图所示。
最高值中间值最高值
28----32----36
如果某一时刻设施内的世纪温湿度低于用户输入的最低温湿度值，系统会发出警报，并且系统会进行升温如果该时刻的实际温度值低于用户给定的下限温度值时，系统立即启动报警装置，且系统处于升温状态，直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止升温。
反之，如果实际温度值高于用户设定的上限值时，系统也会立即启动报警装置，且系统处于降温状态，直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止降温。
选择中间值作为控制参数，防止升温——降温——升温的死循环，因为温度低于下限时会一直升温，可能导致温度高于上限系统又开始降温，这样系统便一直重复升温——降温——升温过程，导致设备在某一个温湿度点附近频繁的启停，使设备寿命下降，而且没有实际意义。
选择中间值的一定区间，是防止达到中间值时，采取了停止升温或者降温措施，温度还是会持续上升或下降一会儿，这时候温度可能不是正好在中间值处，系统便还是采取升温或者降温的措施，而此时的温度值可能已经是很适合植被生长的需要的温度值。
所以本方案选在中间值的正负一度区间内，认为此区间内都是适合的，不产生任何控制动作变化，这样就能解决设备频繁启停问题。
2.3键盘显示系统
键盘显示系统采用8279芯片控制16键的键盘和8个七段数码管，以实现用户的输入与数据输出。
16个键分别是“0”到“F”，对应的键值是0到15不需要键值的转换。
七段数码管采用共阴极，系统中使用的段码如下表2-3-1所示。
显示
1
2
3
4
5
6
7
段码
3FH
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7DH
07H
8
9
A
B
C
D
E
F
7FH
6FH
77H
7CH
39H
5EH
79H
71H
表2-3-1
8279初始化时，设定的相关命令字如下：
Z8279EQU08701H;
8279状态/命令口地址
D8279EQU08700H;
8279数据口地址
LEDMODEQU00H;
左边输入八位字符显示
;
外部译码键扫描方式,双键互锁
LEDFEQEQU38H;
扫描速率
LEDCLSEQU0D1H;
清除显示RAM
LEDWR0EQU80H;
设定的将要写入的显示RAM地址
系统的连接图如下图2-3-2所示。
图2-3-2
AD0809与89C51连接图：
2.4报警系统
报警系统由声音报警和警报灯报警组成。
声音报警通过P1.0口接SD口控制系统的音效模块发声，用CPU控制P1.0产生一定频率的方波就可以实现音效模块的发声。
音效模块是一个带有扬声器的放大电路。
如图2-4-1所示。
图2-4-1
2.5硬件电路设计
2.5.1.系统硬件配置
采用总线型结构的设计。
由P0口作数据线，P0口和P2口共同作地址。
2.5.2.主要组件简介
（1）89C51芯片
89C51是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（内部数据总线为8位，外部数据总线为8位），它与MCS-96系统中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便（48PINDIP）等优点。
89C51在工业应用方面有许多明显的特点，它具有灵活方便的8位总线外围支持器扩展功能，而在数据处理方面又有8位微机的快速功能。
由于大的高度集成化已把许多常驻用的输入检测输出控制通道都制作在同一块硅片上，大大地灵活了外部连线，增强了系统的稳定性并且速度快（时钟12MHz），非常适合于工业环境下安装使用。
因此本系统CPU选用89C51芯片。
89C51单片机引脚采用40双列直插式封装结构。
89C51系统CPU中的主要组件有：
高速寄存器阵列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算术逻辑单元（RALU）。
它与外部通讯是通过特殊功能寄存器SFR或存储器，控制器进行的。
8051系统的CPU的主要特色是体积小，重量轻，抗干扰能力强，售价低，使用方便。
此外，通过SFR还可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效运行。
CPU内部的一个控制单元和两条总线寄存器阵列和EALU连接起来。
这两条总线是：
16位地址总线（A-BUS）和8位数据总线（D-BUS）。
数据总线仅在RALU与寄存器阵列或SFR之间传送数据，地址总线用作上述数据传送的地址总线或用作与寄存器控制器连接的多路复用地址/数据总线[7]。
CPU对片内RAM访问是直接访问和通过寄存器R0,R1间接访问的。
89C51工作时所需的时钟可通过其XTALL输入引脚由外部输入，也可采用芯片内部的振荡器。
其工作频率为6～12MHz。
在本系统中采用11.0592MHz频率。
（2）74LS273地址锁存器
74LS273是带有三态缓冲输出的8D锁存器74LS273；
D7～D0：
三态门输入端。
Q7～Q0：
三态门输出端。
GND：
接地端。
Vcc：
电源端。
OE：
三态门使能端。
G（STB）：
8D锁存器控制端。
（3）8279可编程键盘/显示器接口芯片
8279使Intel公司为8位微处理器设计的通用键盘/显示器接口芯片，其功能主要体现在二个方面
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