温室温度自动控制系统设计毕业论文Word文件下载.docx
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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。
该系统对温度的控制范围在20℃——30℃，温度控制的误差小于等于0.5℃。
通过使用该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制,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。
图1系统原理框图
第2章温室控制系统硬件设计
该系统分为六个模块，分别是单片机系统模块、温度采集模块、显示模块、键盘扫描模块、加热模块和降温模块。
现分别介绍如下：
2.1基于AT89C51的单片机系统
本系统采用Atmel公司所生产的MCS—51系列中的AT89C51单片机[4]。
主芯片的功能：
AT89C51单片机系统如图2所示：
图2单片机系统
这个系统由两部分组成，现介绍如下：
AT89C51的内容：
2.1.1时钟脉冲
AT89C51内部已具备振荡电路，只要在接地引脚上面的两个引脚（即19、18脚）连接简单的石英晶体即可。
AT89C51的时钟频率为12MHz。
2.1.2复位电路
AT89C51的复位引脚（Reset）[5]为第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期（一个机器周期为6个时钟脉冲），即可产生复位的动作。
以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲1us,两个机器周期为12us,因此，在第9脚上连接一个12us以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。
对于上电复位，复位引脚上串接了一个电容，当复位引脚接+5伏电压时，电容相当于短路，经过一段时间（在这段时间内完成复位）后，电容处于充电状态，相当于断开。
还有一种是手动复位,它的接法是在AT89C51复位引脚所串连的电容上并联接一个按钮开关。
当按钮没按下时，电容处于充电状态；
当按钮按下时，电容对复位引脚放电，从而在这个引脚上产生高电平，达到复位的目的。
2.2温度采集模块
本系统的温度采集和转换电路原理图如图3所示，它的工作过程为：
系统通过AD590[6]采集外界的温度参数，并通过三个放大器的作用将温度转化为电流模拟量；
此模拟量通过ADC0804[7]的转化变成数字量，以便单片机辨认接收。
图3AD590温度传感器工作的系统结构电路图
根据电路图，说明各个器件的功能如下：
温度传感器AD590的功能：
如上图3所示：
OPA1：
以0℃为标准，调节可变电阻R10使其输出电压为2.73伏特。
OPA2：
减2.73伏特，并反相。
OPA3：
放大5倍并反相。
例如：
AD590输出电压为1.5伏特，则其温度为：
1.5/5（OPA3）+2.732（OPA2=3.032伏特；
3.032/10K=303.2微安培；
303.2-273.2=30微安培→30℃。
注意：
ADC0804的VREF=2.56V。
表1各温度与3个OPA及ADC0804的输入与输出关系
温度值
OPA1
OPA2
OPA3
ADCVIN
ADC输出值
0℃
2.732V
0V
00H
10℃
2.832V
-0.1V
0.5V
19H
20℃
2.932V
-0.2V
1V
32H
30℃
3.032V
-0.3V
1.5V
4BH
40℃
3.132V
-0.4V
2V
64H
50℃
3.232V
-0.5V
2.5V
7DH
60℃
3.332V
-0.6V
3V
96H
70℃
3.432V
-0.7V
3.5V
AFH
80℃
3.532V
-0.8V
4V
C8H
90℃
3.632V
-0.9V
4.5V
E1H
100℃
3.732V
-1V
5V
FAH
2.2.1AD转换器ADC0804的功能
图4ADC0804
（1）如图4所示，所谓A/D转换器就是模拟/数字转换器，是将输入的模拟信号转换成数字信号。
信号输入端的信号可以是传感器或是转换器的输出，而ADC输出的数字信号可以提供给微处理器，以便更广泛地应用。
（2）ADC0804电压输入与数字输出关系如下表2所示：
表2ADC0804电压输入与数字输出关系
十六进制
二进制码二
与满刻度的比率
相对电压值VREF=2.56伏
高四位字节
低四位字节
高四位字节电压
低四位字节电压
F
1111
15/16
15/256
4.800
0.300
E
1110
14/16
14/256
4.480
0.280
D
1101
13/16
13/256
4.060
0.260
C
1100
12/16
12/256
3.840
0.240
B
1011
11/16
11/256
3.520
0.220
A
1010
10/16
10/256
3.200
0.200
9
1001
9/16
9/256
2.880
0.180
8
1000
8/16
8/256
2.560
0.160
7
0111
7/16
7/256
2.240
0.140
6
0110
6/16
6/256
1.920
0.120
5
0101
5/16
5/256
1.600
0.100
4
0100
4/16
4/256
1.280
0.080
3
0011
3/16
3/256
0.960
0.060
2
0010
2/16
2/256
0.640
0.040
1
0001
1/16
1/256
0.320
0.020
0000
VIN=3V，由上表可知2.880+0.120=3V，为10010110B=96H。
（3）AD590产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为4V——30V，检测的温度范围为-55℃——+150℃，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1微安培。
当摄氏温度为0℃时，AD590的电流为273.2微安培，经10千欧姆电阻后其电压为2.732伏特。
余者依上述方法类推。
（4）利用AD590以及接口电路把温度转换成模拟电压，经由ADC0804转换成数字信号后传送给AT89C51处理。
（5）温度采集和AD590温度传感器工作的系统结构电路图为图3.2。
2.3显示模块
译码IC及温度显示的电路图如图5所示。
显示部分的工作原理是，它将温度转换的数字量，即温度值，经由AT89C51的P1口由两个译码IC输出并分别送入两个七段数码管显示[8]，这两个LED都是共阳极的。
图5译码IC及温度显示
2.3.1译码IC7447
BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC，如图6所示，首推7447系列，包括7446、7449、74LS49[9]。
其中的7446及7447输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极7段LED数码管；
而7448及74LS49输出高电平驱动显示码，用以推动共阴极7段LED数码管，7446、7447与7448的引脚相同（双并排16pins）。
7447引脚说明：
1、D、C、B、A：
BCD码输入引脚。
2、a、b、c、……g：
7段数码管输出引脚。
3、/LT：
本引脚为测试引脚，当接高电平时，所连接的7段LED数码管全亮。
正常显示下应接低电平。
4、/RBI：
本引脚为涟波淹没输入引脚，正常显示下应接低电平。
5、/BI和/RBO：
本引脚为淹没输入或涟波淹没输出引脚，正常显示下应接低电平。
图6译码IC7447
2.3.2七段LED数码管
7段LED数码管是利用7个LED组合而成的显示设备，可以显示0到9共10个数字。
当要显示多个数码管，可分别驱动每个数码管；
当要利用人类的视觉暂留现象，则可以采用快速扫描的方式，只要一组驱动电路即可达到显示多个数码管的目的。
一般来说，7段LED数码管可分为共阳极和共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同的接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；
同样的，共阴极就是把所有LED的阴极连接到共同的接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。
2.4键盘扫描
图7是键盘扫描的电路图，其中74922[10]是键盘扫描IC。
键盘扫描电路的原理是，将键盘接在一个键盘扫描IC74922上，当在键盘上按下键时，相关的键码将通过74922的A、B、C、D口线传递给AT89C51单片机。
图7键盘扫描电路
2.4.1键盘
本键盘采用电话式键盘，其结构如图8所示。
键盘是接在键盘扫描IC74922（上图7所示）上面的，键盘的输入通过74922的X1——X4和Y1——Y4输入。
X1X2X3
Y1
*
#
图8电话式键盘
但鉴于键盘扫描IC为4*4形式，以下键盘编码每行后面都有0FFH，以配合硬件使用。
按键及分别对应的键盘编码如表3所示：
表3键盘编码
按键
对应编码
01H
02H
03H
04H
05H
06H
07H
08H
09H
0AH
OBH
2.4.2键盘扫描芯片
键盘扫描芯片74922的图形如图7所示。
键盘扫描IC74922的工作过程是这样的：
X1——X4接键盘的行，Y1——Y4接键盘的列，按键信息由这几个口输入，由A、B、C、D四个口输出到P3口的低四位，再通过P1口经过译码IC显示在LED上。
键盘扫描芯片不断查询是否有按键输入，当查询到有按键时，DA置1，同时执行相应的程序，比较温度是否超出上、下限，进而决定是加热还是降温。
第3章软件设计
本系统的工作流程是，操作人员可以从键盘上输入要设定的温度值。
当此温度值与当前温度不同时，单片机控制系统采取调节的动作。
当设定温度大于测定温度时，则使加热器工作；
当设定温度小于测定温度时，则开启降温风扇。
此程序流程包括4个部分。
第一部分是主程序，它描述的是程序的总体结构；
第二部分是定时器T0的描述，它的功能是将实际温度和设定的温度比较，再作出相应的动作；
第三部分是键盘扫描部分；
第四部分是显示部分，用于显示温度值（系统总程序见附录2）。
3.1主程序
主程序流程图如图9所示：
图9主程序流程图
本温度控制系统的主程序流程图，温度控制系统采用温度传感器AD590采集温度数据，再由ADC0804模数转换器将温度转化为单片机可以处理的数据。
本系统将温度总体控制在20℃到30℃之间，并且可以通过键盘输入要设定的温度值，并通过7段数码管显示出来。
在整个系统的运行期间，有一个定时器T0中断每隔20ms扫描一次，用于当前温度与设定温度的比较，然后发出加温或降温的命令。
程序代码如下：
ORG00H
JMPSTART
ORG0BH
JMPTIM0;
定时器T0中断子程序
START:
MOVTMOD,#01H;
选择TIMER0，MODE1
MOVTH0,#60
MOVTL0,#76
SETBTR0;
启动定时器T0
MOVIE,#82H
MOVR4,#09H;
（30H）--（38H）寄存器
MOVR0,#30H
CLEAR:
MOV@R0,#00H;
清除RAM（30H）--（38H）
DJNZR4,CLEAR
MOVA,#00H
MOVDPTR,#TABLE1
MOVCA,@A+DPTR
MOV34H,A;
（34H）为上限温度--30度
MOVA,#01H
MOV35H,A;
（35H）为下限温度--20度
MOV36H,#0FFH;
（36H）为存储的旧温度值
START0:
MOVX@R0,A;
/WR=0,ADC0804开始转换
WAIT:
JBP3.4,KEYIN;
P3.4=1表示有按键，转往按键子程序
JBP2.0,ADC;
检测ADC0804转换完成否？
P2.0=1，
;
则完成
JMPWAIT
ADC:
MOVXA,@R0;
将转换好的数据送入累加器
MOV37H,A;
温度的比较。
将现温度值存入37H
CLRC
SUBBA,36H;
现温度值减去旧温度寄存器的值
JCTDOWN
TUP:
MOVA,37H;
将现温度值存入A
SUBBA,34H;
与上限温度作比较
JNCPOFF;
C=0表示比上限温度大，必须停止加热
JMPLOOP
PON:
CLRP2.1
JMPSTART0
POFF:
SETBP2.1;
继电器不动作，即停止加热
TDOWN:
SUBBA,35H;
与下限温度作比较
JCPON;
C=1表示比下限温度小，须加热
LOOP:
MOV36H,37H;
将现温度值存入36H中
CLRA
MOVR4,#0FFH;
延迟
DJNZR4,$
CALLL1;
二--十进制转换程序
MOV21H,#10H;
显示延迟
NOVR1,#30H
DISP1:
CALLDISP;
温度值的显示
DJNZ21H,DISP1
3.2定时器T0中断
定时器T0中断的工作流程如图10所示。
当定时器T0发生中断时，就将按键输入的设定的温度值与当前的温度值比较。
当输入的温度值大于当前测定的温度值，单片机就控制加热器加热；
当设定的温度值小于当前测定的温度值，就开启降温风扇。
图10定时器T0中断子程序
TIM0:
PUSHACC
PUSHPSW
MOVTH0,#60;
重设中断时间
MOVA,33H
CJNEA,31H,T;
设定温度的十位是否等于所
;
测温度的十位数
MOVA,32H
CJNEA,30H,T;
设定温度的个位是否等于所
测温度的个位数
JMPOFF;
个位相等，则令加热器停止加热
T:
JCOFF;
设定温度小于现在温度，停止加热
CLRP2.1;
否则加热
RETURN:
POPPSW
POPACC
RETI
OFF:
停止加热
JMPRETURN
DELAY:
MOVR7,#06;
显示器扫描时间
D1:
MOVR6,#248
DJNZR6,$
DJNZR7,D1
RET
3.3显示模块
显示子程序流程图如图11所示:
（说明：
30H用于暂时存放要显示温度的高四位，31H用于暂时存放要显示温度的低四位，38H用于存放最终要显示在7段数码管上的温度值；
D1、D2分别表示两个7段数码管的存储地址。
）
图11显示子程序
系统提供温度的显示功能，将温度用两个7段数码管显示出来。
程序如下：
DISP:
MOVA,@R1
ANLA,#0F0H;
D1值：
取（30H）高4位
SWAPA
MOV38H,A
INCR1
ANLA,#0FH;
D2值：
取（31H）低4位
ORLA,38H;
D1,D2合成为8位
MOVP1,A;
送给7段数码管显示
CALLDELAY;
扫描延迟
3.4按键扫描
按键扫描子程序流程图如图12所示:
图12按键子程序
将键盘接在一个键盘扫描IC74922上，所按键将被此芯片处理后传送给单片机处理。
工作流程如图12所示。
如果要设定新的温度值，操作流程为：
按“*”→要设定的温度值→按“*”，这样就完成了温度的设定。
KEYIN:
JBP3.4,$;
有按键，放开否？
MOVA,P3;
是则读74922的按键值
取有效的低4位
MOVDPTR,#TABLE;
至TABLE取键盘转换码
XRLA,#0AH;
是否按“*”？
JNZSTART0;
不是，回到现在温度模式
JBP3.4,KEYIN1;
有新的按键否？
MOVR1,#32H;
无，设定温度显示地址
显示设定温度地址中的值
MOVR5,4FH;
几秒钟后无按键则自动解除
设定温度模式
D4:
MOVR7,#0FFH
D3:
MOVR6,#0FFH
D2:
JBP3.4,KEYIN1
DJNZR6,D2
DJNZR7,D3
DJNZR5,D4
KEYIN1:
按键放开否？
MOVA,P3;
放开则读74922键盘值
ANLA,#0FH
MOVDPTR,#TABLE
MOV20H,A;
按键值存入（20H）
JZX1;
是，则温度设定完成
MOVA,20H
XRLA,#0BH;
"
#"
未设定键
JZWAIT1
MOVA,20H;
不是"
*"
、"
，则为数字键
XCHA,32H;
按键值存入（32H），（33H）
XCHA
附录
附录1系统电路图
附录2源程序代码
程序要完成的功能是将总体温度控制在20℃——30℃之间，在这个范围内，可以设定任一温度值，并使之达到恒温效果；
如果超出这个范围，则程序自动控制继电
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