蔬菜大棚溫度控制器設(shè)計(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計（論文）題目： 蔬菜大棚溫度控制器設(shè)計 院（系）： 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：2015.06.22-2015.7.05 專心-專注-專業(yè)課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）： 教研室： 學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 課程設(shè)計（論文）題目蔬菜大棚溫度控制器設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)當(dāng)監(jiān)測到蔬菜大棚溫度超過上限報警值時，可開啟220V供電的排風(fēng)扇降溫；當(dāng)溫度低于下限報警值時，可開啟加熱引風(fēng)機(jī)提高溫室內(nèi)的溫度，直至符合要求時為止。大棚溫度范圍1530度，白天溫度控制在2530度，夜間溫度控制

2、在15-20度。設(shè)計任務(wù)：1. CPU最小系統(tǒng)設(shè)計（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計3. 溫度顯示及控制電路設(shè)計4 程序流程圖設(shè)計及程序清單編寫技術(shù)參數(shù)：1大棚溫度15-30度，白天25-30度，夜間15-20度2工作電源220V設(shè)計要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換器、輸出電路等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計說明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進(jìn)度計劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計方案的確定第3-4天 CPU

3、最小系統(tǒng)設(shè)計第5天 溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計第6天溫度顯示及控制電路、電源電路設(shè)計第7天 程序流程圖設(shè)計第8天 軟件編寫與調(diào)試第9天 設(shè)計說明書完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要 蔬菜大棚內(nèi)通過調(diào)節(jié)溫度可以有效地控制二氧化碳的濃度，二氧化碳是對植物生長起著重要的作用。因此，對棚內(nèi)溫度的控制是非常重要的。本文介紹的分布式單總線蔬菜大棚溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計，直接監(jiān)測每個棚內(nèi)不同部分的溫度，通過對溫度的良好控制，有效地提高蔬菜的產(chǎn)量。本溫

4、度設(shè)計采用現(xiàn)在流行的AT89S52單片機(jī)，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機(jī)將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進(jìn)行比較，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設(shè)備。實現(xiàn)對蔬菜大棚溫度的檢測與控制，從而有效提高蔬菜的產(chǎn)量。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機(jī)及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點，系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高。關(guān)鍵詞：溫度傳感器 ；AT89C51；LED顯示器；固態(tài)繼電器目 錄第1章 緒論1.1 溫度控制系統(tǒng)概況隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫 度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是

5、近年來, 溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面， 但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。針對這種 實際情況，設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。 溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在 工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲、 酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。比如，發(fā)電廠 鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏?#160;能正常進(jìn)

6、行；煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、 柴油、煤油等產(chǎn)品。沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉的儲糧就 會變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此，各行各業(yè)對溫度控制的要求都越來越高?？?#160;見，溫度的測量和控制是非常重要的。 單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測 和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫 度控制器應(yīng)運而生。1.2 本文研究內(nèi)容本設(shè)計是對蔬菜大棚內(nèi)溫度進(jìn)行實時監(jiān)測與控制，設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度

7、控制功能：當(dāng)蔬菜大棚內(nèi)溫度低于設(shè)定下限溫度時，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當(dāng)蔬菜大棚內(nèi)溫度高于設(shè)定上限溫度時，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。數(shù)碼管即時顯示溫度，精確到小數(shù)點一位。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成數(shù)字量，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實際溫度，同時通過與預(yù)設(shè)量比較，對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。第2章 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計89C512.1 蔬菜大棚溫度

8、自動控制總體設(shè)計方案顯示模塊復(fù)位模塊 溫度調(diào)節(jié)模塊晶振模塊溫度檢測模塊圖2.1 溫度自動控制總體框圖表2.1 各模塊功能表溫度檢測模塊能夠直接讀出被測溫度，可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高復(fù)位模塊使89C51數(shù)據(jù)清零，恢復(fù)初始狀態(tài)晶振模塊為89C51提供時鐘信號顯示模塊顯示溫度等數(shù)據(jù)，使觀察更加方便，有利于實驗記錄溫度調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)溫度，使溫度達(dá)到實驗要求89C51實驗數(shù)據(jù)處理，是實驗主要原件2.2 CPU的選擇CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部分，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。從功能上看，CPU包括兩個基本部分：運算器和控制器。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定

9、時器計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點，因此，本實驗采用89C51單片機(jī)。下面介紹89C51的內(nèi)部資源及引腳結(jié)構(gòu)圖。圖2.2 89C51的引腳結(jié)構(gòu)RESET是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。ALE引腳是地址鎖存允許信號。PSEN是外部程序存儲器的讀選通信號。EA是內(nèi)、外ROM選擇端。輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2和P3。 P0.0P0.7：P0口是一個8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線。在EOROM編程時，

10、從P0口輸入指令字節(jié)；在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)（驗證時，要接上拉電阻）。P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。 P1.0P1.7：P1是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在EPROM編程和程序驗證時，它輸入低8位地址。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。 P2.0P2.7：P2是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在CPU訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址，在對EPROM編程和程序檢驗時，它輸入高8位地址。P2口可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。 P3.0P3.7：P3是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。它是一個復(fù)用功能口，作為第一功能使用時，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功

11、能使用時，各引腳的定義如下表。P3口的每一條條引腳均可以獨立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展AT89C51片內(nèi)喊有28字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器。對于簡單的測控系統(tǒng)，用它存放運算的中間結(jié)果，容量是夠用的。但是對于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴(kuò)展RAM。89C51片內(nèi)有128B的RAM存儲器，在實際應(yīng)用中僅靠這128B的數(shù)據(jù)存儲器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用89C51單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器。89C51單片機(jī)最大可擴(kuò)展64KBRAM。圖2.3 數(shù)據(jù)儲存器擴(kuò)展圖2.4 復(fù)

12、位電路設(shè)計復(fù)位電路和時鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運行的基本模塊。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因此，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機(jī)本身不能自動復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)的。 當(dāng)89C51通電，時鐘電路開始工作，在單片機(jī)的RST引腳加上大于24個時鐘周期以上的正脈沖，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其他專用寄存器被清0。RST由高電平降為低電平后，系統(tǒng)從0000H地址開始執(zhí)行程

13、序。圖2.4 復(fù)位電路圖2.5 時鐘電路設(shè)計AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。在TXAL1和XTAL2兩端跨接由石英晶體及兩個電容構(gòu)成的自激振蕩器。電容器C1和C2通常都取30pF左右，選用不同的電容量對振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機(jī)振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍是112MHz。圖2.5 時鐘電路圖2.6 CPU最小系統(tǒng)圖圖2.6 CPU最小系統(tǒng)圖第3章 溫度傳感器輸入輸出接口電路設(shè)計3.1 溫度傳感器的選擇溫度傳感器的作用是采集大棚內(nèi)的溫度，并進(jìn)行判斷和顯示。由于智能溫度傳感器DS18

14、B20既能對溫度進(jìn)行測量，又能設(shè)定所需要控制的溫度，并對溫度值能夠把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，所以本設(shè)計系統(tǒng)中選用智能溫度傳感器DS18B20。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，傳感器和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都被集成在一起，每個DS18B20在出廠時都已給定了唯一的64位序列號，并且DS18B20只有一個數(shù)據(jù)輸入/輸出口，因此，多個DS18B20可以并聯(lián)到3或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20進(jìn)行通信，而它們只需簡單的通信協(xié)議就能加以識別，這樣就節(jié)省了大量的引線和邏輯電路?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測

15、量。用戶還可自設(shè)定非易失性溫度報警上下限值，并可用報警搜索命令識別溫度超限的DS18620。由于該溫度計采用數(shù)字輸出形式，故不需要A/D轉(zhuǎn)換器。圖3.1 DS18B20的引腳圖DS18B20的主要特性，DS18B20有下列主要特性 : 1）只需一根I/O 線就能完成通信  2）多個分散的 DS18B20可以共用一線進(jìn)行通信;      3）不需外部元器件       4）可以通過數(shù)據(jù)線供電 

16、60;5）檢測溫度范圍為-55+125°C ,精度在0.5度       6）用9bit數(shù)字量來表示溫度      7）每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需 200ms。8）可定義一個不變化的溫度設(shè)置為報警溫度; 9）有 PR35T和SSOP 兩種封裝型式。 DS1820I/O位數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。DDU是可供選用的外部+5V電源端，不用時需接地

17、。GND為地，NC為空腳。3.2 溫度輸出接口電路設(shè)計圖3.2 排風(fēng)扇輸出電路圖由PWM控制溫度調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)PWM端輸入高電平時，電流經(jīng)Q4放大，常開端5閉合，M4QA045電機(jī)運轉(zhuǎn)，當(dāng)PWM端輸入低電平時，常開端5斷開，M4QA045電機(jī)停止運轉(zhuǎn)。3.3 人機(jī)對話接口電路設(shè)計非編碼鍵盤可以分為兩種結(jié)構(gòu)形式：獨立式按鍵和行列式按鍵。 獨立式按鍵：是指直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每一個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生相互影響。圖   所示為一種獨立式按鍵電路，當(dāng)圖中的某一個按鍵閉合時，相應(yīng)的I/O口線就變成低電平。當(dāng)程序查詢到為低電

18、平的I/O口線時，就可以確定處于閉合狀態(tài)的鍵。 獨立式按鍵的電路的結(jié)構(gòu)和處理程序簡單，擴(kuò)展方便，但占用的I/O口線相對較多，不適合在按鍵數(shù)量較多的場合下采用。 行列式鍵盤：將I/O口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點上，這就構(gòu)成了行列式鍵盤。 本設(shè)計有三個按鍵，共需要三個I/O口線，占用的口線不多，因此可以采用獨立式按鍵。圖3.3獨立式按鍵電路圖3.4顯示電路為了方便管理者能明確的觀察到某一路的溫度，這里要有顯示電路，共有七個數(shù)碼管，兩位是用來顯示設(shè)定的最高溫度，兩位用來顯示設(shè)定的最低溫度，兩位是用來顯示當(dāng)前某一路的溫度，一位是用來

19、顯示當(dāng)前的路數(shù)。常用的數(shù)碼管顯示器為8段，每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管，分為共陽和共陰兩種。共陰極LED顯示的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED的發(fā)光二極管的樣機(jī)連接在一起，通常此公共陽極接高電平，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。第4章 溫度控制器軟件設(shè)計4.1 軟件實現(xiàn)功能綜述本溫度控制系統(tǒng)在設(shè)計過程中，遵循的是穩(wěn)定化、高效化、簡單化、小型化的特點，最大限度提高系統(tǒng)的性價比。應(yīng)用軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，這種條理清晰的設(shè)計方法免去一部分軟件的重復(fù)編程，然后組合成

20、符合要求的應(yīng)用程序，因此本應(yīng)用軟件分為兩大部分：主程序和子程序設(shè)計。本實驗要實現(xiàn)的是蔬菜大棚溫度控制。由89C51單片機(jī)和其他一些器件組成的控制系統(tǒng)，要實現(xiàn)的軟件功能是將蔬菜大棚中的溫度信息通過溫度檢測模塊傳送給89C51單片機(jī)，讓單片機(jī)識別，并顯示。然后溫度進(jìn)行判斷，進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過顯示模塊顯示溫度，使大棚中的的溫度一直維持在適合蔬菜生長的條件下。4.1.1 主程序流程圖設(shè)計開始 設(shè)定溫度啟動加熱引風(fēng)機(jī)當(dāng)前溫度啟動風(fēng)扇降溫復(fù)位結(jié)束圖4.1主程序流程圖溫度信號通過溫度檢測模塊傳送給89C51單片機(jī)，由單片機(jī)判斷溫度，當(dāng)監(jiān)測溫度超過上限報警值時，可開啟排風(fēng)扇降溫；當(dāng)溫度低于下限報警值時，可開啟加熱

21、引風(fēng)機(jī)提高溫室內(nèi)的溫度。4.1.2 中斷系統(tǒng)流程圖設(shè)當(dāng)CPU正在處理數(shù)據(jù)時，外部發(fā)生緊急情況時，要求CPU停止當(dāng)前工作，去處理緊急情況，而中斷系統(tǒng)有許多的優(yōu)點，實現(xiàn)分時操作采用中斷技術(shù)后，快速的CPU和慢速的外設(shè)可以各做各的事情。進(jìn)行實時處理在實時控制的過程中，CPU會根據(jù)當(dāng)時的情況及時做出反應(yīng)，進(jìn)行實時控制。故障處理系統(tǒng)在運行過程中往往會出現(xiàn)一些異常情況。中斷發(fā)生保護(hù)現(xiàn)場開中斷中斷服務(wù)關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場開中斷中斷返回圖4.2中斷系統(tǒng)流程第5章 系統(tǒng)設(shè)計與分析5.1 系統(tǒng)原理圖圖5.1系統(tǒng)原理圖5.2 系統(tǒng)原理綜述本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用溫度傳感器對蔬菜大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行實時采集與控制，實現(xiàn)溫室溫度的自動控制。本系統(tǒng)由單片機(jī)小系統(tǒng)模塊、溫度采集模塊、加熱模塊、降溫模塊、按鍵以及顯示模塊六個部分組成?？梢酝ㄟ^按鍵設(shè)定溫室的溫度值，采集的溫度和設(shè)定的溫度通過LED數(shù)碼管顯示。當(dāng)所設(shè)定的溫度值比采集的溫度大時，通過加熱器加熱，以達(dá)到設(shè)定值；反之，開啟降溫風(fēng)扇，以快速達(dá)到降溫效果。通過該系統(tǒng)，對蔬菜大棚內(nèi)