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基于单片机的棚内温度控制系统的设计与仿真 2独 创 性 声 明本人郑重声明:所呈交的毕业论文(设计)是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外,论文(设计)中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文(设计)中作了明确的说明并表示了谢意。 签名: 年 月 日授 权 声 明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文(设计)的规定,即:有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文(设计)的复印件和磁盘,允许毕业论文(设计)被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文(设计)。本人论文(设计)中有原创性数据需要保密的部分为: 签名: 年 月 日 指导教师签名: 年 月 日基于单片机的棚内温度控制系统的设计与仿真摘 要植物的生长与温度息息相关,对于棚内的植物来说,最重要的一个管理因素是温度控制。温度太高或太低,则停止生长或者生长速度减慢,所以要将温度始终控制在适合植物生长的范围内。如果仅靠人工控制既耗人力,又容易发生差错。该系统以AT89C51单片机为基础,通过对系统的硬件部分和软件部分的设计达到检测、报警和自动控温的要求。硬件部分包括温度传感器模块、输入模块、显示模块、报警模块和控温模块的设计;软件部分主要根据系统的设计思想设计出了系统的程序流程图,并通过C语言实现控制。通过实践证明,系统性能优良、操作方便,实现了棚内温度的显示、调节和报警功能。关键词: AT89C51;温度传感器;显示器;控制与报警 The Design of Temperature Control System Based on MCU Abstract The growth of plants is closely related to temperature. One of the most important management factors is the temperature control. If temperature is too high or too low, the plants will grow slowly. Even worse they will stop growing. So it will be necessary to control temperature in suitable temperature range. It would be very easy to make mistakes, if we control the temperature only via manual labour. The system combines system hardware with software design basing on AT89C51 and it can achieve to many functions, such as detecting, alarming and controlling temperature automatically. The hardware part includes the temperature sensor module, input module, display module, alarm module and temperature control module design. We will design the system procedure mainly based on the systems design ideaand the system will be controlled based the C language. Practice proves that the system performs excellently and is easy to operate, and it can display the temperature, adjust the temperature and give an alarm.Key words:AT89C51; Temperature sensors; Display; Control and alarm 目 录1 绪论11.1本设计的背景和意义11.2国内外研究状况21.3本设计的主要内容22 系统设计方案32.1本系统的设计要求32.2各模块电路的方案选择及论证32.3本设计系统的最终方案52.4本设计的工作原理53 棚内温度控制系统的硬件电路设计73.1 AT89C51单片机73.2振荡电路和复位电路73.3 温度采集电路83.4键盘电路83.5 显示电路93.6 升温电路和降温电路103.7 报警电路113.8 系统总体电路124 软件设计与仿真134.1 设计思想134.2 程序流程图134.3 程序调试164.4温度超过设定上限的仿真174.5温度低于设定下限的仿真175 总结19参考文献20附 录21致 谢28基于单片机的棚内温度控制系统的设计与仿真1 绪论1.1本设计的背景和意义目前,在我国北方地区,农村大部分温室大棚仍就采用手动调控,这种调控既费时又费力,而且产量不高还容易出现差错。随着时代的发展,人们对温室大棚内种植作物种类要求有所增加,由单一的植物慢慢地向多种植物发展,对温室大棚内的温度控制也有了的新的要求。仅仅通过手动调控棚内的温度情况已经渐渐地无法满足人们的需求,因此需要设计一种系统,来替代手动调控,以满足人们对生产的要求。我国当今常见的智能温室控制系统大多采用的是工控机或者PLC,费用较高,大部分的农村用户无法承受的起。因此,在设计系统的过程中,有对使用者的经济情况进行考虑,尽可能降低设计中的各个部分的成本,这对温室大棚的发展具有很高的现实意义。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,蔬菜就会被冻死或着停止生长,所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。如果仅靠人工控制既费时费力,又容易发生差错。因此,本设计设计的大棚温度自动控制系统,就是利用价格便宜的一般电子器件设计的一个参数精度高 ,控制操作方便 ,性价比高的,可应用于农村温室大棚测控系统。本设计可以根据棚内植物生长的需要,人为的调节温度的范围,自动地采集大棚内的温度变化情况,并通过单片机驱动控制电路,控制升降温设备对棚内的温度进行调控,是棚内的温度保持在设定的范围内,以便适应大棚内蔬菜生长的需要。1.2国内外研究状况1.2.1 国外棚内温度测控技术研究状况 西方国家在现代温室测控技术上起步比较早,欧美等国家在30年代就相继建立了人工气候室,温室测控技术至今已有几十年的发展历程。初期主要是使用仪表对温室中的光照、温度和湿度等参数进行测量,再用手动或电动执行幕帘、通风等调节机构进行简单的控制。随着传感技术、仪表及执行器件技术的进步,温湿度控制逐步发展为对温度、湿度、光照等温室内环境参数分别进行的自动控制。随着智能控制理论的发展和计算机技术的进步,温室作为设施农业的重要组成部分之一,其控制水平和管理技术得以不断的提高,在世界各地都得到了迅速的发展。二十世纪70年代,随着电子技术的迅猛发展、微机日新月异的进步和硬件元件价格的大幅度下降,农业对温室温湿度的测控要求进一步提高,之后,以微型计算机为核心的温室综合环境控制系统在欧美等发达地区得到了广泛的应用,并逐步迈入网络化和智能化阶段。目前,国外现代化温室的内部设施已经比较完备,并形成了一定的标准。温室内的各环境因子大多由计算机集中控制,检测传感器也较为齐全,温室内的温度和湿度由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制,如以天窗通风、湿帘与风扇配套降温系统以及以热水锅炉、热风机等组成的加温系统。计算机对系统的控制已经实现基于环境模型上的监督控制,以及基于专家系统的人工智能控制,而不仅仅是简单、独立和静态的直接数字控制,一些国家在实现自动化基础上,正一步步向着完全自动化、无人化的方向发展。1.2.2 国内棚内温度测控技术研究状况 我国在温度控制技术方面的研究起步较晚,大概起于1980年左右。我国的研究人员在探究发达国家温度控制技术的基础上,慢慢地学会了使用微机控制温室大棚内的温度、二氧化碳等状况,但是这项技术只适用于控制温室大棚内的单个环境因素。我国在温度调控设施方面应用,正一步步地消化吸收国外的技术、从简单的应用方面向实用方面发展、并向综合性应用方面过渡和发展。从技术方面,采用单片机控制的单回路设计较多,并且大部分还是针对单个参数进行控制,还没有真正意义上的多参数综合控制系统,与发达国家相比,还有较大差距。我国在温度调控方面的现状,正在试着向工厂化方向发展,但是有很大的困难。在生产过程中依旧有许多问题没有解决,一方面是设备的配套方面,存在着装备配套能力差,环境因素控制能力落后,软件和硬件资源兼容性差等缺点。目前,国内有些厂家仍就采用传统继电器调温电路,这种电路简单并且实用 ,但是由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。在控制领域国内大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。1.2.3 棚内温度环境控制技术的发展趋势随着计算机技术、传感器技术和自动控制技术的不断发展,温室大棚内的环境控制系统的应用将由简单的以数据采集处理和检测为主,逐步转向以知识处理和应用为主。因此软件系统的研究和开发将不断深入完善,其中以专家系统为主的智能管理系统已取得了不少研究成果,而且应用前景非常广阔。近几年,神经网络、遗传算法、模糊控制等人工智能技术在温室栽培中得到了不同程度的发展和应用。由此可见,温室环境测控技术必将向着智能化、网络化、分布式发展。1.3本设计的主要内容本系统用ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为主控机,通过对棚内温度的分析,实现数据处理、数据传输、外设控制以及安全报警等功能。详细地说,由种植人员按植物生长所需温度范围进行设定,通过温度传感器DS18B20对温室内的温度进行测量,然后经AT89C51单片机对采集到的数据进行分析和处理,用LCD1602显示出当前环境的温度状况,并根据温度状况启动升温装置或降温装置,使温室内的温度保持在设定的范围内。2 系统设计方案本设计是一个大棚温度自动控制系统。系统温度可以在一定范围内由人工设定,并能在环境温度降低时实现自动
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