1、 成人教育毕 业 论 文论 文 题 目：冬季塑料大棚供暖系统的自动控制专 业 名 称：自动化学 生 姓 名：房亚庆指导教师姓名：朱志芳指导教师职称：讲师院 系 （点）：物联网工程学院日 期： 2011 年 5 月 22 日江南大学成人教育毕 业 论 文 任 务 书一、论文题目：冬季塑料大棚供暖系统的自动控制二、专业名称：自动化三、班 级：自动化 0901四、学生姓名：房亚庆五、指导老师：朱志芳六、论文开始时间：2011 年 3 月 5 日七、论文完成时间：2011 年 5 月 22 日八、院（站）签名： 2011 年 3 月 5 日目 录引言1第 1章 工作原理3第 2章 1.1 设计思路31
2、.2 供暖系统的组成原理框图4第 3章 硬件设计52.1 基于 MCS-8051 单片机小系统52.1.18051 引脚功能简介52.2 温度采集模块62.2.1 AD590 主要特性62.3 显示模块72.3.1 译码 IC 744772.3.2 七段 LED 数码管82.4 模数转换器（ADC0809）82.4.1ADC0809 主要特性92.4.2ADC0809 内部结构92.4.3ADC0809 外部特性（引脚功能）92.4.4ADC0809 的工作过程102.5 模拟型号放大器及开关102.6 加温模块（DV 系列）11第三章 供暖系统的工作过程123.1 供暖系统的主流程图123.
3、2 供暖系统的加温流程12结束语14参考文献15致 谢16引言随着我国国民经济的发展,人民的生活水平日益提高,冬季大棚蔬菜的市场日渐扩大,尤其是北方地区在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜,更体现出经济价值。仅靠南菜北调长途运输,一是成本高,二是运到目的地,蔬菜已经不新鲜了,所以,依靠农业科技,大力推广塑料大棚种植蔬菜能更好地满足人民生活需要。冬季塑料大棚蔬菜最重要的一个管理因素是温度的控制。温度是植物生产环境的重要因子之一。植物在它整个生命周期中所发生的一切生理生化作用，都必须在其所处的环境具有一定的温度条件下进行。温度太低，会发生蔬菜冻死或者停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。
4、如果仅靠人工控制既太耗人力，又容易发生差错。因此，设计智能化供暖系统，就显得很有必要。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件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。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。温室控制应做到
5、：1）温室中承载的是有生命的植物，因此保证温室中培育对象的安全是最基本的要求。2）为了保证温室中培育对象的良性生长，温室的气候调节过程需缓慢进行，应尽可能通过各种设施运作减少温室外部气候变化对温室环境气候的影响。3）严格按照温室中培育对象的生长规律分阶段对温室进行控制，在每个阶段都需保证环境气候、水肥、放病虫害等指标达到要求。4）随时根据市场现有的信息预测市场未来的变化，从而决定对温室的投入，控制产品的上市时间。5）实现农业可持续发展的根本保障是在农业生产过程中保护生态环境，因此温室生产要考虑生态效益的要求，不施农药，保持土壤原有酸碱度，保护地下水和空气不受污染等。6）尽可能低成本运作，例如尽
6、量利用太阳能，选择最适宜的加温温度，营养液在线检测和循环使用，尽可能低成本通风、低消耗除湿。7）温室控制系统的最理想目标是保证良好的综合效益，即在保证生态效益的前提下，提高经济效益，也就是产量提高、能源消耗降低、资源消耗减少。本文设计的加温系统采用 MCS-8051 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。第一章 工作原理本系统要控制的对象为一个塑料大棚的供温系统，要实现的目标是，使薄膜温室的温度保持在 2025之间，在这个区域内温度值是可设定的。1.1 设计思路总体设计框图如图 1.1，温度传感器 AD59
7、0 首先对塑料大棚现场温度进行测量，输出与温度成正比的电流，流经传感器 AD590 相连接的电阻 R 产生随温度变化的电压降。R 值为 2K，温度变化 1时，R 两端电压将变化2mv。由于 AD590 输出电流与绝对温度成正比，即将温度为 0时，AD590将有 273.2A电流输出， R 上产生电压降为 0.5464V。本方案是以北方冬季低温为背景而设计的，考虑到冬季室外气温一般都在0以下，则假定传感器 AD590 侧刀的实际温度为 -25时，传感器 AD590有电流输出为 248.2A， R 上产生 0.4964V 的电压降，此电压进入晶体管放大电路进行模拟信号放大，经模拟新高放大器放大后的
8、模拟信号输入 A/D模数转换器，经模数转换器输出数字信号送入数字比较器。单片机中已预置了由软件设定好的 20-25范围内的温度上限值和下限值的标准温度，其值是以与十进制数相对应的 8421 代码数字信号表示的，此数字信号也送入数字比较器与 A/D 模数转换器送入的实测温度数字信号进行比较。比较结果分为 3 种情况：“大于” 、 “等于” 、 “小于” ，这里不讨论“小于”的情况，因为比较结果相等时，电源就自动断电，塑料大棚内停止加热了，不存在设定标准温度值小于实测温度值的情况。1.2 供暖系统组成原理框图比较器单片机D 触发器A/D 模数转换器加热电源开/断电子开关现场温度模拟信号放大器传感器
9、模拟信号放大器并行 I/O 接口偶D/A 数模转换器寄存器温度显示器总体设计框图 1.1第二章 硬件设计该系统器件选型，分别是单片机小系统、温度采集模块、显示模块、数模转换器、模拟型号放大器及开关、加温模块，现分别介绍如下：2.1 基于 MCS-8051 单片机小系统用智能控制组件的 MCS-8051 型号单片机是有 40 个引脚的双列直插式芯片。数模转换器采用 DAC98B18 位芯片，数模转换器可以看着是一个译码器，它将输入的二进制数字信号转换为模拟信号。并行 I/O 接口是采用Intel8255A 通用 I/O 接口芯片，它可以用程序来改变功能，通用性强，使用灵活，通过它可以直接将 CP
10、U 总线外设。2.1.1 8051 引脚功能简介 单片机的 40 个引脚大致可分为 4 类(见图 2.1)：电源、时钟、控制和I/O 引脚。（1） 电源:VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； （2）时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 （3）控制线:控制线共有 4 根， MCS-8051 单片机图 2.1ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外 ROM 读选通信号。 RS
11、T/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。 EA 功能：内外 ROM 选择端。 Vpp 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp。 （4）I/O 线 80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1 、P2、P3 口，共 32 个引脚。P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 。2.2 温度采集模块我们采用 AD590 集成温度传感器作测温探头，以电流输出量化温度指示。
12、测温范围为-55+150。电流温度灵敏度为 1A/1。当温度每变化1时，传感器输出电流变化 1A。AD590 集成温度传感器由于在制作工艺上采用了激光微调修正技术，器件的一致性、均匀性、线性度都非常好，应用中不需要再设计线性化电路。它的输出电流正比于绝对温度。可作为精确测温器件或作为其他温度元件的校正器件。其测量精度可达0.1，而且它作为一种正比于温度的高阻电流源，抗干扰能力也很强。由上所述优良特性，AD590 传感器用作塑料大棚土壤温度的测量，其误差完全可以忽略不计。2.2.1 AD590主要特性1）流过器件的电流(A) 等于器件所处环境的热力学温度(开 尔 文 ) 度数：Ir/T=1式中， Ir流过器件(AD590) 的电流，单位为 A；T 热力学温度，单位为 K； 2）AD590的测温范围为- 55 +150； 3）AD590的电源电压范围为430 V，可以承受44 V 正向电压和20 V
