温室温度自动控制系统设计毕业论文Word文件下载.docx

1、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2030，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MCS51系列中的AT89C51单片机4。主芯片的功能：AT89C51单片机系统如

2、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 +

3、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AD5906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ADC08047的转化变成数字量，以便单片机辨认接收。图3 AD590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

4、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OPA1OPA2OPA3ADC VINADC输出值02.732V0V00H102.832V-0.1V0.5V19H202.

5、932V-0.2V1V32H303.032V-0.3V1.5V4BH403.132V-0.4V2V64H503.232V-0.5V2.5V7DH603.332V-0.6V3V96H703.432V-0.7V3.5VAFH803.532V-0.8V4VC8H903.632V-0.9V4.5VE1H1003.732V-1V5VFAH2.2.1 AD转换器ADC0804的功能图4 ADC0804（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）ADC

6、0804电压输入与数字输出关系如下表2所示：表2 ADC0804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F111115/1615/2564.8000.300E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.0600.260C110012/1612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180810008/168/2562.5600.

7、160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/2560.9600.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.0200000VIN=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4V30V，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

8、。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IC 7447BCD码转换成7段LED数码管的译码

9、驱动IC，如图6所示，首推7447系列，包括7446、7449、74LS499。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

10、没输出引脚，正常显示下应接低电平。图6 译码IC 74472.3.2 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

11、数点）。2.4 键盘扫描图7是键盘扫描的电路图，其中7492210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IC 74922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IC 74922（上图7所示）上面的，键盘的输入通过74922的X1X4和Y1Y4输入。 X1 X2 X3Y1*#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

12、编码01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AHOBH2.4.2 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IC 74922的工作过程是这样的：X1X4接键盘的行，Y1Y4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

13、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

14、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：ORG 00H JMP START ORG 0BH JMP TIM0 ;定时器T0中断子程序START: MOV TMOD,#01H ;选择TIMER0，MODE1 MOV TH0,#60 MOV TL0,#76 SETB TR0 ;启动定时器T0 MOV IE,#82H MOV R4,#09H ;（30H）-（38H）寄存器 MOV R0,#30HCLEAR: MOV R0,#00H ;清除RAM（30H）-（38H） DJNZ R4,CLEAR M

15、OV A,#00H MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV 34H,A ;（34H）为上限温度-30度 MOV A,#01H MOV 35H,A ;（35H）为下限温度-20度 MOV 36H,#0FFH ;（36H）为存储的旧温度值START0: MOVX R0,A ; /WR=0,ADC0804开始转换WAIT: JB P3.4,KEYIN ; P3.4=1表示有按键，转往按键子程序 JB P2.0,ADC ;检测ADC0804转换完成否？P2.0=1，; 则完成 JMP WAITADC: MOVX A,R0 ;将转换好的数据送入累加器 MOV 37H,A ;

16、温度的比较。将现温度值存入37H CLR C SUBB A,36H ;现温度值减去旧温度寄存器的值 JC TDOWNTUP: MOV A,37H ;将现温度值存入A SUBB A,34H ;与上限温度作比较 JNC POFF ;C=0表示比上限温度大，必须停止加热 JMP LOOPPON: CLR P2.1 JMP START0POFF: SETB P2.1 ;继电器不动作，即停止加热TDOWN: SUBB A,35H ;与下限温度作比较 JC PON ;C=1表示比下限温度小，须加热LOOP: MOV 36H,37H ;将现温度值存入36H中 CLR A MOV R4,#0FFH ;延迟 D

17、JNZ R4,$ CALL L1 ;二-十进制转换程序 MOV 21H,#10H ;显示延迟 NOV R1,#30HDISP1: CALL DISP ;温度值的显示 DJNZ 21H,DISP13.2 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: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#60 ;重设中断时间 MOV A,33H CJNE A,31H,T ;

18、设定温度的十位是否等于所 ;测温度的十位数 MOV A,32H CJNE A,30H,T ;设定温度的个位是否等于所测温度的个位数 JMP OFF ;个位相等，则令加热器停止加热T: JC OFF ;设定温度小于现在温度，停止加热 CLR P2.1 ;否则加热RETURN: POP PSW POP ACC RETIOFF:停止加热 JMP RETURNDELAY: MOV R7,#06 ;显示器扫描时间D1: MOV R6,#248 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D1 RET3.3 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

19、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: MOV A,R1 ANL A,#0F0H ;D1值：取（30H）高4位 SWAP A MOV 38H,A INC R1 ANL A,#0FH ;D2值：取（31H）低4位ORL A,38H ;D1,D2合成为8位 MOV P1,A ;送给7段数码管显示 CALL DELAY ;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IC 74922

20、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: JB P3.4,$ ;有按键，放开否？MOV A,P3 ;是则读74922的按键值取有效的低4位 MOV DPTR,#TABLE ;至TABLE取键盘转换码 XRL A,#0AH ;是否按“*”？ JNZ START0 ;不是，回到现在温度模式 JB P3.4,KEYIN1 ;有新的按键否？ MOV R1,#32H ;无，设定温度显示地址显示设定温度地址中的值 MOV R5,4FH ;几秒钟后无按键则自动解除设定温度模式D4:

21、 MOV R7,#0FFHD3: MOV R6,#0FFHD2: JB P3.4,KEYIN1 DJNZ R6,D2 DJNZ R7,D3 DJNZ R5,D4KEYIN1:按键放开否？ MOV A,P3 ;放开则读74922键盘值 ANL A,#0FH MOV DPTR,#TABLE MOV 20H,A ;按键值存入（20H） JZ X1 ;是，则温度设定完成 MOV A,20H XRL A,#0BH ;#未设定键 JZ WAIT1 MOV A,20H ;不是*、，则为数字键 XCH A,32H ;按键值存入（32H），（33H） XCH A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2030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