蔬菜大棚的温度自动测控系统蔬菜大棚温度自动测试系统的设计摘 要温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素，温度过高或过低，都会影响蔬菜的生长。传统的温度控制是用温度计来测量，并根据此温度人工来调节其温度。但仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。为此，现代的蔬菜大棚管理中通常需要温度自动控制系统，以简单方便、快速的的控制大棚内的温度。本设计以AT89C51单片机为控制中心，用AD590为温度检测元件，由温度测量控制电路、键盘、显示电路、报警电路等组成，实现对大棚环境温度测量与控制，用户可通过键盘设置需要报警的上下限值。文中从硬件和软件两方面介绍了温度控制系统，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。并用Keil作为软件调试界面，PROTEUS作为硬件仿真界面，实现了系统的总体调试，结果表明该系统能实现温度的自动测量和自动控制功能，可将棚内的温度始终控制在适合蔬菜生长的温度范围内。该系统可扩展性强，配置简单，操作方便，具有通用性，有效地节省了人力物力。关键词 AT89C51单片机 AD590温度传感器 越限报警 自动测控The Design of the Automatic temperaturecontrol system in vegetable greenhouseABSTRACTFor the vegetable greenhouse, the most important management factor is the temperature control. If the temperature is too high or too low, the vegetables will be killed or stopped growing.Traditional temperature control is suspended a thermometer in greenhouse internal, the workers can regulate the temperature inside the greenhouse based on the temperature value. Now, the modern management of vegetable greenhouses usually uses automatic temperature to control system. The design use the AT89C51 microcontroller as the control center, within AD590 for temperature detection element, including the temperature control circuit, keyboard, display circuit, alarm circuit, achieving the greenhouse environment, temperature measurement and control, the user can set the desired alarm through the keyboard.And using Keil as a software debugging interface, PROTEUS as hardware emulation and debugging interface to achieve the overall system debugging, the results show that the system can realize automatic temperature measurement and automatic control, So can always control the temperature of greenhouse for vegetable growths temperature range. This system can effectively save human and material resources with strong scalability, simple configuration, operability and universal.KEY WORDS AT89C51 microcontroller AD590 temperature sensor control automatically30 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 背景及意义11.2 方案论证21.3 方案组成22 硬件电路设计42.1 AT89C51单片机42.1.1 AT89C51内部结构42.1.2 AT89C51单片机的引脚52.1.3 AT89C51的最小系统72.2 温度采集电路92.2.1 AD590温度传感器92.2.2 温度采集工作原理102.2.3 低通滤波电路112.3 A/D转换电路122.3.1 A/D转换器分类122.3.2 ADC0809芯片122.3.3 ADC0809与单片机的接口方式152.3.4 A/D转换电路的工作原理162.4 按键电路设计162.4.1 键盘的结构和工作方式162.4.2 按键电路172.4.3 按键电路的消抖182.5 温度显示电路182.5.1 LED数码管192.5.2 LED驱动电路202.6 其它电路212.6.1 电源电路212.6.2 声音报警电路212.6.3 光报警电路223 软件系统设计233.1程序流程图及分析234 仿真与分析274.1 电路图绘制274.2 PROTEUS与KEIL整合后的电路仿真284.3 PROTEUS仿真结果295 结论32致 谢34参考文献35附 录361 绪 论1.1背景及意义蔬菜的生长与温度息息相关，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温度控制。温度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。为此，智能的大棚温度控制系统已经成为农民的迫切需要。最早的蔬菜大棚的温度监控方法无非是温度计查看，然后是人工处理，实时性差而且占用大量的人工资源，又容易发生差错。传统的测温系统是在分立式温度传感器的基础上发展起来的。测温点上由传感元件，信号调理电路、A/D 转换或T/F 转换、单片机数据采集等组成一个完整的微机系统；或采用独立式仪表测量单元，并通过串行口与上位机通讯、系统结构复杂、成本较高。由于这类传感器的主要缺点是外围电路比较复杂、测量精度较低、分辨率不高、需经行温度校正等，虽然它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-501600进行连续测量。但它的体积较大，使用也不够方便。因此，分立式温度传感器逐渐被淘汰，所以在其基础上发展起来的温度测控系统也逐渐被淘汰。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前国内外应用最普遍的一种集成传感器。因此有该类温度传感器构成的温度测控系统也是应用最普遍的一类。智能温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。且它输出的是数字信号，可以直接同单片机相连接，具有克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端的优点。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化。因此智能温度传感器是蔬菜大棚温度自动测控系统的发展趋势。本设计的目的是让管理者能够及时的观测到蔬菜大棚内的温度，将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内，帮助农民提高农作物的产量，减少管理者的工作量。1.2 方案论证在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要，并以监控采大棚内各个角落的温度变化情况，一旦出现异常现象就能报警，并能及时处理。但温度自动测控系统有好多种方案，为此，需要进行讨论和比较，以找到最佳的设计方案。（1）测量部分方案一：采用热敏电阻，可满足4090的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差,对于检测小于1的温度信号是不适用的。方案二：采用DS18B20。它是DALLAS公司专利产品，在2075范围内精度为0.5，但是在此范围外的温度测量却误差较大，而且其串行数字输出方式采用软件处理比较困难，开销也大。方案三：采用温度传感器AD590。它具有较高的精度和重复性，相比于热敏电阻精度有很大提高，非线性误差为0.3，且检测温度范围为：-55+155，完全满足要求。综上比较分析，选择方案三，以实现较好的温度测量实现。（2）显示部分方案一：LED数码管显示，向每一个数码管发送数据，通过控制器控制显示顺序，由于显示速度快，肉眼看不出闪烁，完成显示。但是占用控制器资源太多。方案二：LCD液晶显示，虽然其功耗低，体积小，抗干扰能力强，但易碎，控制时序上麻烦。综合分析，虽然方案一占用的资源太多，但如果采用扩展I/O口的方法，是比方案二可行的，因此选方案一。（3）主机部分方案一：采用89C51，其内部有4KB的闪烁存储器，且编码后以并行方式传输数据。它的优点是方便实现，软件开销小。方案二：采用8051，其内部无片内程序存储器，因此，必须在片外扩展EPROM。综合分析，采用方案一以比较方便。1.3 方案组成由方案论证得到，温度自动控制系统电路是以AT89C51单片机为控制核心来进行整体设计的，并用集成温度传感器AD590为温度的检测元器件。因此，整个系统的硬件部分包括温度采集放大电路、模数转换电路、按键电路、数码管显示电路、声光报警电路等。本设计的基本框图如图1-1所示。图1-1 设计框图蔬菜大棚温度控制系统的基本功能： 1 温度检测：采用AD590温度传感器作为检测端。2 具有显示功能：利用数码管显示温度。3 具有用户输入功能：利用键盘输入对温度的上下限进行设置。4 具有报警功能：声光报警。5 具有自动加热制冷保护功能：如果实际测定的温度值超过了系统设置的最高温度，单片机就会发出命令，进行制冷；如果实际测定的温度值超过了系统设置的最低温度，单片机会发出命令，进行加热；并伴随着声光报警。6 蔬菜大棚管理人员可以随时查询采集过来的温度历史记录。2 硬件电路设计本设计的温度自动控制系统电路以AT89C51单片机为控制核心来进行整体设计的。整个系统的硬件部分包括AD590的温度采样放大电路、ADC0809的模数转换电路、按键电路、驱动电路、LED显示电路、声光报警电路、电源转换电路等。再配上C语言的程序使软件得以实现，进而实现温度自动控制的基本功能。通过温度传感器对大棚中空气进行温度采集，将采集的温度信号经放