1、温室大棚设计毕业论文摘要随着大棚技术的普及，温室大棚数量的不断增多，对其温度的控制就显得非常重要，而利用科学技术改善大棚温度监测条件是符合社会主义新农村建设的指导思想的，因此，开发一种能够实时、准确地处理温度信息的无线测控系统就变得很有必要。 本课题是基于单片机并采用 1-wire 总线技术和无线传输技术，设计一种应用于温室大棚的温度测控系统。它的原理是利用温度传感器将温室大棚内的温度发给单片机处理，最后再通过无线传输模块、RS-232 总线将采集的数据传送到计算机，进行温度的显示、处理和报警。整个系统设计分为硬件和软件两部分。在硬件方面，对硬件的各个环节都进行了仔细的分析、选取和设计。系统以
2、单片机 AT89S51 为控制核心，采用温度传感器 DS18B20 进行数据采集，通过无线收发模块进行无线传输。在无线接收端，利用 LCD 液晶显示模块进行相关数据显示，并且单片机可通过 RS232 接口与计算机通信，进行温度的检测与控制。在软件方面，分为下位机软件与上位机软件两部分。下位机软件采用了 C51 高级语言进行程序设计，实现软件编程的模块化和独立性，具有良好的可测试性和可靠性。上位机软件采用 C+ Builder 作为开发环境，实现与下位机通信、数据处理与显示等功能。经过软件仿真和硬件实验，本设计实现了对大棚温度的监测和控制，监测距离大于200m。【关键词】：温室大棚； AT89S
3、51； DS18B20； 温度监控； 无线传输 装订线1ABSTRACTAs the greenhouse technology becomes more and more popular, and the number of the big sheds is on the rise, the control of its temperature becomes very important. Moreover, to keep pace with the modern technology, improving the condition of the monitoring is very
4、necessary, which is fit for the guiding ideology of the socialism new countryside construction. Under this background, developing a wireless monitoring system with real-time performance and accuracy has gained much attention.This subject is put forward based on MCU, the 1-wire technology and wireles
5、s transmitting technology, a temperature monitoring system applied in the greenhouse was devised. The working principle of this project is the utilization of the temperature sensors, which transfers the temperature of the sheds to MCU, finally by wireless transmit module, RS232 Bus transmitting the
6、data to the computer, carrying out the temperatures display, process and alarm.The whole system consists of the hardware and software two parts. For the hardware aspect, this has been made a carefully analysis, collection and design on the every segment of the hardware. The system uses AT89S51 chip
7、as the core of the control, chooses the temperature sensor DS18B20 to collect the data, then through wireless transceiver module transmit it and in the wireless receiver, selects LCD module to display related data, corresponding with the computer through RS232 interface, achieving the monitoring and
8、 control of the temperature. In the software, it can be divided into two parts: host computer and slave computer. In the slave computer, using C51 advanced language to program, making it modularized and independent, as well as possessing well testability and reliability. The host computer uses C+Bui
9、lder as the development environment, implementing the communication, data processing and display with the computer.Through software simulation and hardware experiment, this system successfully completes the wireless monitoring of the hothouses, fulfilling the measure and the control of the greenhous
10、es temperature. Key Words: Hothouses; AT89S51; DS18B20; Temperature monitoring; Wireless transmit Module2目 录1 前 言 .11.1 课题来源 .11.2 需求分析 .21.3 课题研究内容 .32 系 统 总 体 设 计 方 案 .42.1 系 统 工 作 原 理 .52.2 系 统 组 成 .52.3 系统性能指标 .63 硬 件 电 路 设 计 .73.1 设计原则 .73.2 单片机的选择 .73.3 单片机的最小系统设计 .73.4 温度传感器的选择 .83.5 无线收发模块 .
11、113.6 串口通信 .124 软 件 设 计 .144.1 设计原则 .144.2 下位机软件设计 .144.3 上位机软件设计 .175 系统调试及结果分析 .225.1 硬 件 电 路 的 调 试 .225.2 系 统 可 靠 性 及 抗 干 扰 设 计 .255.3 系 统 实 时 性 .266 总结及问题探索 .286.1 总结 .286.2 问题探 索 .29致 谢 .30参 考 文 献 .31附录一：实 物图及 PCB .32附 录 二 ： 中 英 文 翻 译 .341温室大棚温度无线测控系统的设计1 前 言1.1 课题来源温室大棚是农业设施的重要组成部分，利用温室大棚栽培蔬菜可
12、以促进其早熟和丰富其产量，延长蔬菜的供应期，是扩大蔬菜生产、实现周年供应的一种有效途径，是发展“三高“农业、振兴农村经济的组成部分，是我国农业走向现代化、科学化的标志之一。 尤其对于我国北方地区无霜期短，冬天日夜温差大，而长江流域地区虽然冬季能生产一些耐寒蔬菜，但种类单调，且若遇冬季寒潮或夏秋暴雨，连绵阴雨等灾害性天气，则早春育苗和秋冬蔬菜生产都可能会受到较大的损失，影响蔬菜的供应。而利用塑料棚进行蔬菜栽培可利用保护设备在冬、春、秋进行蔬菜生产，以获得多样化的蔬菜产品。以下将简要地介绍几种温室大棚。第一种是薄膜温室大棚 2，属于连栋温室中造价比较低的类型，但由于薄膜老化等原因，薄膜质保 3 年
13、，因此，存在薄膜定期更换的问题。它的优点是保温性能好，运行成本低；缺点是透光率低。适合种植对光照要求不高的植物品种。图 1.1 薄膜温室第二种玻璃温室，它是源于早期引进的荷兰 VENLO 温室，由于荷兰属于寡日照地区，对透光要求高，因此，玻璃的高透光性非常适合于高光作物的种植。另外，玻璃温室的外型美观，通透性强，因此，非常适合于建造花卉市场。图 1.2 玻璃温室在 2009 年 4 月 14 日，辽宁省成功研制出了“内保温组装式温室” 。它一种新的温室类型，具有环保、造价低、可移动等特点，推广价值大。温室大棚测控系统是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。通过对监测数据的分析,结合作物生长
14、规律,控制环境条件,使作物在不适宜生长的反季节中,可获得比室外生长更优的环境条件,从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。单片机是专为工业测量与控制而设计，具有集成度高、可靠性高、性价比高的优势，它给人们带来的方便也是不可否定的，采用它制成的监测控制系统非常之多。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制的方向发展。无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、工业数据采集系统、身份识别、小型无线数据终端、安全防火系统、无线 232 数据通信、数字音频、图像传输等领域中。应用无线
15、技术能够改善监测大棚温度的条件。1.2 需求分析（1）国内外大棚温度控制技术的发展2国外采用多数是一种全自控的喷滴灌温室大棚控制系统，它不需要人的看管。比较人工的控制来说，这种智能自控温室最大的好处就是能够相对恒定的控制温室内部的环境，对于对环境要求比较高的植物来说，更能避免因人为因素而造成生产损失。北京的一家公司研制开发了一种应用于温室大棚的环测温控系统 3。它是采用 PLC 与各式的侦测器连线，管理人员需要在现场监控，温室的温度、湿度及亮度侦测器与 PLC 连结，MA8-6 透过 RS-232 与 PLC 连结，使用图型化界面来设定与 PLC 之间的资料的交换格式，透过 GPRS 与 In
16、ternet 将相关数据资料传送到中央控制中心。中央控制中心的监控主机经由 RS-232 与 MA8-1 连结，当回传资料值超出或低于设定临界值时，监控主机将报警资料经由短消息系统传送给相关管理人员，管理人员可以及早采取措施解决问题。图 1.3 环测温控系统（2）结论本系统设计和国外的先进设备相比还是存在一定的差距，与上述的环测温控系统相比，本设计最大的特点是采用无线传输技术，管理人员不需要留在现场也能监测到大棚的温度情况。而且使用数字温度传感器，这样硬件电路简单，调试起来也方便，还节省成本，测量和控制的目标都能实现。1.3 课题研究内容本课题的任务是设计一个大棚温度无线测控系统，对温室大棚的
17、温度进行监测和控制。本文将详细地介绍利用单片机制成的测温模块的软硬件设计和无线传输模块的具体应用，并给出温度传感器接口的软件设计方案以及上位机界面的设计方案。3测量温度温度单片机数码管显示无线发射模块通过串口把数据发送大棚的温度信息显示信息无线接收模块RS232接口电平转换电脑温度电信号图 1.4 大棚温度无线测控系统的信息流图2 系 统 总 体 设 计 方 案本系统主要针对温室内温度，设计了以 PC 机为上位机,单片机为下位机的温室大棚的温度无线测控系统。综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求这三个方面之后,最终确定下位机以 AT89S51 单片机为控制核心,选用性价比比较高的传感器 DS1
18、8B20，实现对温度精4确测量与准确控制。当单片机检测到温度超过设定值时,则启动报警措施。下位机可以通过RS-232 实现和上位机的串行通讯。为了便于系统的调试、移植、修改,软件设计以 C 语言为基础,采用模块化设计,主要包括单片机的最小系统、数据采集模块、液晶显示模块、无线收发模块以及串行通讯模块。上位机使用 C+Builder 编写温度监控界面。系统的总体设计分为硬件和软件设计两方面，首先确定系统实现的功能，然后对硬件、软件分别进行规划，完成这些准备工作之后，就可以开始制作硬件电路，编写软件程序，在模块化调试结束后，进行软硬件联调，针对出现的问题对软硬件进行相应的修改，直到调试成功为止。系
19、统的总体设计流程图如图 2.1 所示。明确功能要求软件及硬件的功能分配硬件电路设计电路细节设计 软件设计硬件调试 软件调试 需要开发工具支持软硬件联调 程序固化 需要程序烧写器支持运行有问题?结束软硬件修改YN图 2.1 系统总体设计流程图2.1 系 统 工 作 原 理单片机首先通过温度传感器 DS18B20 采集温室大棚的温度，再通过无线发射模块，利用单片机的串口进行编程，将测得大棚的温度一位一位地传送到监控室的接收模块中；接收模块通过 RS232 接口与电脑相连，把数据传给电脑。在上位机中，利用 C+Builder 编程，让电脑和单片机正常地进行数据传输，同时上位机界面显示大棚的温度，并对
20、异常的温度变化进行报警，实现对大棚温度的无线测控，保证了农作物在适宜的温度下生长。2.2 系 统 组 成整个无线监测系统主要分为三部分：即温度检测、无线传输和 PC 机对温度的监测环节。5温室大棚无线传输模块测温装置监控室的电脑图 2.2 系统的整体连接图（1）温度检测模块的组成在温度检测中,由单片机 AT89S51 主控制器所组成的最小系统以及外部接口模块主要有温度传感器(DS18B20)、LED 八段码显示器,无线发射模块，各模块连接如下图所示。温室大棚无线发射模块主控制器时钟控制器复位单元电源温度传感器数码管显示图 2.3 单片机温度检测模块（2）温度无线传输模块的组成无线传输系统主要有
21、单片机AT89S51组成的最小系统以及无线接收模块，液晶1602显示和串口通讯模块组成。在本设计中，在无线接收端采用1602液晶(16引脚带背光接口)进行显示。液晶是一种极低功耗的显示器件。在袖珍式仪表或低功耗应用系统中使用较多。各模块的连接框图如图 2.4 所示。液晶显示单元无线接收模块主控制器时钟控制器复位单元电源图 2.4 无线传输模块（3）上位机对温度的监测实现大棚温度的显示并且实时绘制出曲线，一旦温度有异常变化马上让电脑发出报警提示。还加以整个系统的介绍和图片，方便使用者了解系统的原理和功能。6电脑显 示Max232 电平转换单元RS232 接口无线接收模块图 2.5 上位机的监测模
22、块2.3 系统性能指标本系统具有良好的可靠性和经济性，能够实现对温室大棚温度的准确测量和控制，在实际应用中有一定价值。具体性能指标分述如下。 测温范围：0+50； 测温分辨率：0.1； 工作电压：220V； 功耗：600mW； 监测距离：200m 左右；3 硬 件 电 路 设 计3.1 设计原则(1) 尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件电路的标准化、模块化打下良好基础。可靠性和抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片和器件的选择、去耦电容、滤波电容、电路板的布线等。(2) 尽量朝单片方向设计硬件。硬件器件越多，器件之间相互干扰越强，功耗也会越大，就会不可避免的降低系统的
23、稳定性。(3) 在速度允许的情况下，尽量使用串行为主的扩展方式。串行扩展具有方便、灵活、电路简单、占用 I/O 资源少等特点。(4) 留下一些指示灯或通信口以方便调试和判别系统问题。 3.2 单片机的选择在此次设计中，采用 AT89S51 作为系统的控制芯片。AT89S51 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
24、央处理器和 ISP Flash存 储 单 元 。3.3 单片机的最小系统设计在本设计中采用了 AT89S51 单片机作为核心处理器，因此在电路中首先设计的是AT89S51 的最小系统。AT89S51 单片机的最小系统包含以下几部分。7 单片机供电电路：AT89S51 需要可靠的 5V 供电，在电路图中的 VCC 和 GND 为供电网络标识符； 振荡电路：AT89S51 需要一个稳定的振荡电路才能够正常工作，单片机的时钟信号是用来提供单片机内各种微操作的基准。在该电路中采用了 12MHz 的晶振作为 AT89S51的时钟源；这里采用的是内部振荡方式，在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振，
25、通过内部振荡得到的时钟信号比较稳定，在电路中使用较多。在下面的电路图中可以看到在晶振两侧连了两个电容 C2，C3，它们是起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值一般为 530pF。本设计中用的是 30pF 的电容。 复位电路：复位电路是单片机正常运行的一个必要部分。复位操作一般有两种基本形式：上电复位和开关复位。在本设计中采用的是第二种。复位电路应该保证单片机在上电的瞬间进行一次有效的复位，在单片机正常工作时将 RST 引脚置低。此外通过一个按键进行手动复位，在单片机运行不正常时使用。上电后，由于电容充电，是 RST持续一段高电平时间。当单片机已经在运行时，按下复位键也能使 RST 持续一段高电
26、平，从而实现上电且开关复位的操作。通常我们选择的复位电容为 1050F，电阻为110k。在本设计中复位电容选的是 47F 的，电阻选的是 10k 的。AT89S51 的最小系统电路如图 3.1 所示。 EA/VP3X928RSTDW6IN04LUYCpFGK-Bu图 3.1 AT89S51 的最小系统电路3.4 温度传感器的选择在选择温度传感器时，应考虑的主要因素有温度的测量范围、精度、测温时间、稳定性、灵敏度和经济性。（1）温度传感器的种类 4温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段： 传统的分立式温度传感器； 模拟集成温度传感器； 智能温度传感器；目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方
