1、 毕业设计说明书题 目： 温室温度控制系统 的设计与实现 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 副教授 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2014 年 5 月 20 日摘 要目前，温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。在现代化农业生产中，加强对农业生产环境的温室参数进行检测和控制是温室管理的一个重要方面。本系统以 AT89C51 单片机为控制核心，利用温度传感器 DS18B20 对蔬菜大棚内的温度进行实时采集与控制，实现温室温度的自动控制。本系统由单片机系统模块、温度采集模块、加热模块、降温模块、按键以
2、及显示模块六个部分组成。该系统可以通过按键设定温室的温度值，采集的温度和设定的温度通过 LED 数码管显示。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。通过该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制，从而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。关键词：单片机；温度测量；温度控制AbstraetCurrently, the greenhouse has become an important part of efficient agriculture. In modern agricultural product
3、ion, strengthen the agricultural production of greenhouse environment parameters to detect and control is an important aspect of greenhouse management. The system to AT89C51 control core temperature using the temperature sensor DS18B20 vegetable greenhouses in real-time acquisition and control, auto
4、matic temperature control greenhouse. The system consists of single-chip system module, temperature acquisition module, the heating module, cooling module, the buttons and the display module is composed of six parts. The system can be set through the key greenhouse temperature, collecting temperatur
5、e and set temperature through the LED digital display. When the set temperature value greater than the acquisition of temperature when heated by the heater to reach the set value; contrary, the cooling fan is turned on to rapidly achieve the cooling effect. With this system, the temperature inside t
6、he greenhouse vegetable effective, reliable detection and control, in order to ensure the crop canopy temperature under optimum conditions for growth, improve quality and yield.Keywords: Single chip；Temperature control；temperature measurement目 录引言 .61 课题目的及内容 .71.1 温室控制系统的发展概况 .71.2 课题的目的意义 .71.3 主要
7、研究内容 .82 系统整体设计方案 .82.1 主要性能指标.82.2 方案选择 .82.3 主要芯片的选择 .92.3.1 单片机的选择 .92.3.2 温度芯片的选择 .102.3.3 液晶显示器 LCD1602.112.3.4 光电耦合器 .122.4 整体设计框图 .133 硬件模块的设计实现 .143.1 整体电路结构 .143.2 系统控制模块 .153.3 温度采集模块 .163.4 加热模块 .203.5 降温模块 .213.6 信息显示模块 .223.7 按键模块 .233.8 稳压模块 .243.9 外接设备 .254 系统软件设计 .254.1 Keil 软件简介 .25
8、4.2 系统主程序流程 .264.3 温度采集模块程序 .284.4 LCD1602显示模块程序.284.5 按键子程序 .295 系统测试 .305.1 测试环境与测试工具 .305.2 硬件测试工作 .315.3 不足与改进方案 .346 总结 .35致 谢 .36参 考 文 献 ： .37附 录 .38引言温度是表征物体冷热程度的物理量。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、农业、食品、机械、等产业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。中国是人口大国，也是农业大国，通过发展高科技提高农产品的产量与质量有着十分现实的实际意义。运
9、用农业恒温系统是现代设施农业领域中的核心内容之一，集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体，是现代农业科技向产业转化的物质基础。温室环境控制是在充分利用自然资源的基础上，通过改变环境变量，如温度、湿度、光度等来获得植物的最佳生长环境，从而达到增加作物产量、改善作物品质、调节作物生长周期、提高经济效益的目的。传统的恒温系统采用模拟电路设计，存在不可避免的缺陷，如温度控制的精度差，易出现温度的漂移，电路结构复杂，缺乏友好的人机截面，温度控制的实时性差等。随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。随着单片机及各种电子器
10、件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。本文设计的恒温系统采用 AT89C51 单片机控制技术对温度进行调节，具有操作简单便捷、采集方便准确、适应性强、成本低以及节省能源的特点，可明显增加使用者的经济效益。该系统不但可以推行到温室中，还可以应用于其他进行温度调节的场合。随着科学技术的进步，这种温度控制系统已经有了越来越多的应用，给人们的生活和生产带来了极
11、大的便利。比如说温度控制系统可以应用在各种高档智能连栋温室、日光温室生态酒店、生态洗浴工程设计、家庭休闲温室、异型温室、楼顶温室设计、现代化畜禽舍的设计等等。1 课题目的及内容1.1 温室控制系统的发展概况温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。对温室环境控制技术研究，始于 20 世纪 70 年代。先是采用模
12、拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 1.2 课题的目的意义中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生
13、产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大
14、棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。本文将使用 STC89C51 单片机对温度及湿度控制的基本原理实例化，利用现有资源设计一个实时控制温室大棚温度的控制系统。目的是通过这次毕业设计，让我将课本知识与实践相结合，更加深刻的理解自动控制的运作模式及意义，也能够将所学知识和技能更多的运用于生活和工作中，学以致用。1.3 主要研究内容本设计包括硬件设计和软件设计。系统以单片机 STC89C51 为核心，制作一个温室温度的
15、自动监控系统。主要功能如下：（1）温度的测量，使用 DS18B20 温度传感器，实现系统对温度的实时测量。（2）温度的显示，使用 LED1602，通过传感器对温度的测量，实现实时显示。（3）可以自动调节温度，当温度低于预设温度时，加热系统启动；高于预设温度时，降温系统启动。（4）具有可调节监控温度范围功能，可实现在一定范围内的温度监控，亦可实现对恒温的监控，便于应对不同情形。2 系统整体设计方案2.1 主要性能指标（1）测量精度： 0.5；（2）测量温度范围：室温125；（3）控制精度： 1。2.2 方案选择温度传感器的选择 。方案一：采用 AD590 温度传感器。AD590 温度传感器是美国
16、模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590 性能描述：测量范围在-50- +150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在 510V 之间，稳定度为 1时，误差只有0.01 。AD590 为电流型传感器温度每变化 1其电流变化 1uA 在 35和 95时输出电流分别为 308.2uA 和 368.2uA 。 方案二：采用 DS18B20 温度传感器。美国 DALLAS 公司的产品可编程单总线数字式温度传感器 DS18B20 可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与 CPU
17、 连接，且每一只都有自己唯一的 64 位系列号存储在其内部的 ROM 存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个 DS18B20,便于多点测量且易于扩展。 综合比较方案一和方案二，两方案都可以满足设计所要求的精度温度要求，但方案一的后续电路复杂，需要经过放大，数模转换等步骤，增加了设计的复杂度和成本，并需要占用单片机较多的 I/O 口。方案二的后续电路简单，占用的 I/O 口数量少，为整体设计留出了足够的 I/O 口资源。故我们采用方案二作为本系统的温度传感器。 2.3 主要芯片的选择2.3.1单片机的选择STC 系列单片机是晶宏公司推出的新型 51 内核的单片机类型。片内主要含有 1：中央处理器
18、（CPU） ，程序存储器（Flash） ，数据存储器（SRAM） ，定时器等模块。该器件的基本功能与普通的 51 单片机完全兼容。内置标准 51 内核，机器周期：增强型为6 时钟，普通型为 12 时钟; 工作频率范围：040MHZ，相当于普通 8051 的080MHZ; STC89C5xRC 对应 Flash 空间：4KB8KB15KB; 内部存储器（RAM)：512B; 定时器计数器：3 个 16 位；通用异步通信口（UART）1 个；中断源:8 个；有 ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器； 通用 IO 口：3236 个；工作电压：3.85.5V。引脚结构如图
19、 2-1 所示。 图 2-1 引脚结构图P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作1 赵晓安 . MCS-51 单片机原理及应用. 天津：天津大学出版社，2001.3为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1”时可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低 8 位)和数据总线复位，在访问期间激活内部上拉电阻。P1 口:P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动 4 个TTE 逻辑门电路。对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端
20、口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入和输入。P2 口:P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动 4个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出 P
21、2 锁存器的内容。P3 口:P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。2.3.2 温度芯片的选择DS18B20，常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。引脚结构如图 2-2 所示。图 2-2 温度芯片引脚结构主要特性 2：1.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电1.2、独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实2 吕泉. 现代传感器原理及应用M. 北京：清华大学出版社，2006
