温室大棚卷帘机控制系统总体方案设计本科毕业论文.docx

1、温室大棚卷帘机控制系统总体方案设计本科毕业论文温室大棚卷帘机控制系统总体方案设计第一章 绪 论1.1 背景介绍2009年12月8日傍晚，福兴地某村一位中年妇女到自家大棚上放草帘，由于没有及时停住卷帘机，导致绳子在铁杆上反缠，该妇女去拉绳子时，不慎被绳子缠住围巾，最终被勒住颈部，当场死亡。1.2 相关技术的情况目前使用的温室大棚卷帘机是靠人工送电，以达到控制卷帘机升降的目的，存在着很大的安全隐患。卷帘机本是帮助人们干活的工具，可有时却成了杀人工具，而且不管温室中是否有劳动任务，管理人员必须亲自到温室按动按键实现卷帘机的升降，浪费了时间。1.3 设计的意义本设计以发送短信的方式来控制卷帘机的升降，

2、通过远程控制，就能实现卷帘机的自动升降，一方面可以有效的避免类似上述情况的发生，另一方面可减轻管理人员的劳动强度，在温室中没有劳动任务的时候不必亲自到温室，仅仅为实现大棚帘子的升降，节省了时间。同时本设计外加其他功能，一方面能检测室内温度，将温度以短信的形式发给管理人员，使管理人员能够及时准确的了解温室内的温度情况，及时实现对温室大棚的通风，使作物获得适宜的生长温度，有利于作物的生长；另一功能就是当室内温度过低时，卷帘机能够自动放帘，以保证室内基本恒温，缩短蔬菜生长周期，使蔬菜提前上市，提高经济效益。第二章 总体设计方案温室大棚卷帘机控制系统总体方案设计是根据其功能而设计的，从全局的角度，以系

3、统的观点而进行整体方面的设计，主要由GSM短信收发模块、温度显示模块、矩阵键盘设置模块，步进电机模拟卷帘机模块等组成。2.1 结构设计 （图2-1 总体框架结构图）其中AT89S52单片机作为本系统的主控制模块。按键设置模块可设置最低报警温度和管理人员手机号码。GSM模块中的短信内容由单片机进行判别，如读到升起的指令，卷帘机往上卷，若为降指令，则往下卷。同时18B20温度传感器将检测到的温度传输到LCD显示，温度一旦低于设置的值，单片机发短信给GSM，提示管理人员降下帘子。2.2 本设计主要功能流程图 （图2-2 功能流程图）小节：本章对该设计的总体框架结构体系设计进行了论述，并对该设计的功能

4、通过流程图的形式进行了介绍,硬件及软件模块的设计分别在第三章、第四章给以介绍。第三章 硬件设计模块温室大棚卷帘机控制系统硬件模块主要由单片机主控制模块、GSM短信收发模块、温度显示模块、按键模块、步进电机仿卷帘机五大模块组成。下面分别对五大模块进行分析。3.1 单片机主控制模块 本模块主要由单片机最小系统搭建而成，主要包括复位电路与时钟电路两大部分，这里单片机主要进行计算，判断，进制转换等一系列工作，也是整个系统中最关键的部分，下面具体介绍一下单片机主控制模块的各个组成。3.1.1 AT89S52功能简介AT89S52和AT89S51（如图）基本是一样的，S52比S51多一个定时器，由于S52

5、的定时器2不常用，故在此我们讨论S51，它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32

6、个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 ( 图3-1-1 AT89S51引脚图 ) 3.1.2 复位电路为确保单片机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的部分，复位电路有上电自动复位和按键复位两种，这里采用按键复位。其工作电路图（3.1.2）。3.1.3 时钟电路时钟电路是单片机工作的心脏，它控制着单片机的工作节奏，单片机就是通过复杂的时序电路完成不同指令功能的。时钟的工作电路图如（3.1.3）。 （ 图3-1-2 复位电路） （ 图3-1-3 时钟电路）3.2 GSM短信

7、收发模块GSM短信收发的主要功能是收发短信，当温度低于设定的值时自动给管理人员发送短信，给以报警提示，同时接受管理人员回复的短信，通过单片机判断短信内容，控制卷帘机的升降。3.2.1 TC35模块简介 TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。模块的工作电压为3.3 5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2W（900M）和1W（1800M）。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4

8、.8k，9.6k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过 ZIF连接器及50天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。3.2.2 TC35引脚极其用法简介TC35有40个引脚，114引脚为电源部分，其中l5引脚为电源电压输入端VBATT+610引脚为电源地GND，ll12引脚为充电端，13引脚为对外输出电压(供外部电路使用)，2429引脚为SIM卡连接端；3340引脚为语音接口用来接电话手柄。15、30、31和32引脚为控

9、制部分，15引脚为启动线IGT(Ignition)。当TC35通电后必须给IGT一个大于100 mV的低电平，模块才能启动。30引脚为RTC BACK up；31引脚为掉电控制；32引脚为SYNC，1623引脚为数据输入输出端。启动电路由漏极开路三极管控制。在这里，着重介绍下SYNC引脚，因为该引脚可以很好的反映TC35的工作状态。SYNC引脚可以用来输出一个同步信号（synchronizationsignal），也可以在应用时来控制一个LED灯的输出状态。SYNC端通过一个三极管或门电路来控制LED。一个简单的电路接法是：SYNC端通过一电阻接到NPN三极管（如9013）的基极，射极直接接地

10、，集电极通过一个接限流电阻接到LED的负端，LED的正端接VCC。LED的工作模式完全类同于同步信号，显示的是TC35的工作状态：【1】LED灯灭，表示TC35电源关闭，处于休眠、报警或单纯的充电模式【2】600ms亮/600ms灭，表示未插入SIM卡，或者个人身份未登记/已注销，或者网络正在搜寻中，或者正在进行管理人员身份鉴定，或者网络注册正在进行中【3】75ms亮/3s灭，表示网络注册成功（控制通道和管理人员交换信息完成），无来电【4】LED灯亮，依据不同的呼叫类型：声音呼叫，数据呼叫，在建立或者完毕时的状态。3.3 温度显示模块本模块主要通过DS18B20温度传感器采集室内温度，将实时温

11、度显示在LCD液晶上，并且当温度低于设定温度时，将温度值发送给管理人员，让管理人员知道温室内温度变化。 3.3.1 DS18B20温度传感器（1）DS18B20温度传感器简介DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；零待机功耗。零待机功耗；温度以或位数字；管理人员可定义报警设置；

12、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 （2） 温度检测电路 温度检测采用数字温度计DS18B20。如图（3.3.1） （图 3-3-1）3.3.2 1602字符型LCD液晶屏（1） LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。本次设计选用的是长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器，下面介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-3-2-1： （图3-3-2-1）引脚功能说明1602LCD采用标

13、准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时

14、，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。（2） LCD显示电路本设计液晶显示模块的设计如下图（3-3-2-2）所示,该电路实现的功能是：通过AT89S52的P00P07八个口输出控制信号，控制液晶的8位双向数据线，通过单片机的P2.0、P2.1、P2.2向液晶模块发送命令，控制液晶执行各种命令，其中P2.2控制液晶的使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，P2.1控制液晶模块的读写，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当P2.0和P2.1共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当P2.0为低电平P2.1为高电平时

15、可以读忙信号，当P2.0为高电平P2.1为低电平时可以写入数据,P2.0控制寄存器的选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 （图3-3-2-2）3.4 矩阵键盘模块矩阵键盘主要用来对最低温度和管理人员手机号码的设置，可以随时改变数值，更符合实际生产的要求。3.4.1 44矩阵键盘的工作原理矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是44个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。3.4.2 键盘电路设计矩阵键盘引脚接法及其电路图3-4-2： （图3-4-2）3.5 步进电机仿卷帘机模块现实生活中本模块是卷帘机控制，卷帘机主要由直流电机和减速器组成。本设计用二相四线步进电机模拟卷帘机的升降。3.5.1 步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机