溫室大棚溫度控制

1、 煙 臺 南 山 學 院單片機課程設計題目 溫室大棚溫度控制 姓 名： 所在學院： 煙臺南山學院 所學專業(yè)： 自 動 化 班 級： 09自動化02班 學 號： 指導教師： 完成時間： 2012-9-10 摘要 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度和濕度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫濕度有著密切的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫濕度的因素。溫濕度不但對于工業(yè)如此重要，在農業(yè)生產中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義。我國人多地少，人均占有耕地面積更少。

2、因此，要改變這種局面，只靠增加耕地面積是不可能實現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來提高單位畝產量。溫室大棚技術就是其中一個好的方法。溫室大棚就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個人工氣象環(huán)境，來消除溫度對生物生長的約束。而且，溫室大棚能克服環(huán)境對生物生長的限制，能使不同的農作物在不適合生長的季節(jié)產出，使季節(jié)對農作物的生長不再產生過度影響，部分或完全擺脫了農作物對自然條件的依賴。由于溫室大棚能帶來可觀的經濟效益，所以溫室大棚技術越來越普及，并且已成為農民增收的主要手段。隨著大棚技術的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫濕度控制便成為一個十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫濕度控制是在溫室大棚內

3、部懸掛溫度計和濕度計，通過讀取溫度值和濕度值了解實際溫濕度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫濕度與額定溫濕度進行比較，看溫濕度是否過高或過低，然后進行相應的通風或者灑水。這些操作都是在人工情況下進行的，耗費了大量的人力物力?，F(xiàn)在，隨著國家經濟的快速發(fā)展，農業(yè)產業(yè)規(guī)模的不斷提高，農產品在大棚中培育的品種越來越多，對于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。溫室大棚的建設對溫濕度檢測與控制技術也提出了越來越高的要求。今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為單片機的小電腦在為我們服務。單片機在工業(yè)控制、尖端武器、通信設備、信息處理、家用電器等各測控領域的應用中獨占鰲頭。時下，家用電器和辦公設備的

4、智能化、遙控化、模糊控制化已成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機來實現(xiàn)的。采用單片機來對溫濕度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫濕度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數(shù)量。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化和各個測控領域中必不可少且廣泛應用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。因此，單片機對溫濕度的控制問題是一個工農業(yè)生產中經常會遇到的問題。因此，本課題圍繞基于單片機的溫室大棚控制系統(tǒng)展開了應用研究工作。 目錄1 緒論 12 總體方案設計 2 3 系統(tǒng)硬件的設計 3 3.1 單片機AT89C2

5、051 3 3.2 AD590集成溫度傳感器 4 3.3 系統(tǒng)報警電路 4 3.4 A/D轉換器的設計5 3.5 系統(tǒng)的電源電路設計5 3.6 相關硬件電路設計 6 3.6.1 溫度檢測電路 64 系統(tǒng)軟件的設計7 4.1 主流程圖設計 7 4.2 中斷服務流程圖設計 8 4.3 鍵盤處理流程圖 8 4.4 鍵盤掃描及流程圖9 5 總結體會 11 6 參考文獻 12附錄一：系統(tǒng)硬件電路原理圖13附錄二：恒溫控制程序13 1 緒論 隨著生活條件的不斷改善，人們更關注自身的健康，綠色蔬菜尤其受到重視。大棚種植充分滿足了人們的需求，但對于和農作物生長密切相關的大棚溫度的控制。對于大棚種植而言，良好的

6、物種、本地適合種植的物種及土地酸堿度都是可以通過農民長期的種植經驗獲得的。但是溫度是農民不能輕易解決的問題，而且溫度的變化幅度大，不易人工控制，對于農民來說時刻關注作物的生長溫度是個龐大的工作量。“白天太陽很好，陽光充足，外面的溫度零下5度如果大棚的薄膜沒有破，里面照樣產生有25度以上的溫度，從而地溫也可以得到提升至15度左右。漆黑大風的夜晚棚內的溫度會大幅度降低，能降低到零下5度以下，停止刮風可以恢復到較地溫少低點為止?！边@些專業(yè)知識對于常年種植的農民也未必了解。 應用于大棚種植的溫度控制系統(tǒng)解決了長期以來困擾農民的問題，它的制作成本低廉，應用廣泛，對農民自身的素質要求不高，便于農民操作。更

7、重要的是，它不僅幫助農民節(jié)約了大量，還在無形之中提高了作物的產量，增加了農民的收入，滿足了人們對大棚蔬菜的需求?；趩纹瑱C的大棚溫度控制系統(tǒng)是個小型的軟硬件結合的產品，它針對個體農民的需要設計，適于中小面積的大棚種植。 大棚蔬菜滿足了人民能一年四季吃到新鮮蔬菜的愿望，為提供更多量、更有營養(yǎng)價值的蔬菜，智能的大棚溫度控制系統(tǒng)已成為農民的迫切需要。以AT89C2051單片機為主的溫度控制系統(tǒng)可對大棚內部的溫度進行模擬和蔬菜所需的正常溫度進行比較，以人性化的方式向大棚管理人員提供溫度調節(jié)的信息，幫助農民提高農作物的產量，減少農民的工作量。 溫度控制系統(tǒng)采用AT89C2051單片機為核心。大棚溫度采用

8、AD590集成溫度傳感器檢測。該系統(tǒng)成本低，操作方便，設計人性化，具有良好的推廣價值。2 總體方案設計在溫室大棚的方案設計中，我們采用溫度傳感器，A/D轉換器等措施，并加入報警電路，大大提高了溫度控制的準確性。 數(shù)碼管顯示 單 片機溫度傳感器報警器鍵盤輸入 鍵盤控制圖1 系統(tǒng)組成結構圖3 系統(tǒng)硬件的設計3.1 單片機AT89C2051 圖2 AT89C2051引腳圖 AT89C2051（以下簡稱2051）是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器芯片，片內帶2KB的快閃可編程及可擦除只讀存儲器（FPEROM）。它于MCS-51指令系統(tǒng)兼容，片內FPEROM允許對程序存儲器在線重新編程，也可以用

9、常規(guī)的EPROM編程器編程。ATMEL的2051將具有多種功能的8位CPU與FPEROM結合在同一芯片上，為很多嵌入式控制應用提供了高度靈活且價格適宜的方案。2051還增加了在零頻下工作的靜態(tài)邏輯方式及兩種軟件可選的省電模式。在其中，在閑置模式下，CPU停止工作，但RAM、定時器、計數(shù)器、串行口和終端系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，只保存RAM的內容，振蕩器停振，關閉芯片的所有其它功能，直到下一次硬件復位為止。89C2051主要性能如下：1.與MCS-51產品兼容。2.2KB的在線可重復編程快閃存儲器，壽命可達1000次寫/擦除周期。3.寬工作電壓范圍為2.7V6V 。4.全靜態(tài)工作方式:0Hz2

10、4Hz。5.兩級程序存儲加密。6.128*8位SRAM。7.15條可編程I/O線。8.2個16位定時器/計數(shù)器。9.5個中斷電源。10.可編程串行通道。11.可直接驅動LED。12.有片內精密模擬比較器。13.低功耗的閑置與掉電模式。14.軟件設置睡眠和喚醒功能。15.可編程UARL通道。16.兩個16位可編程定時/計數(shù)器。P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種第二功能，如下表所列：P3口管腳備選功能P3.0RXD串行輸入端口P3.1TXD串行輸出端口P3.2INT0外中斷0P3.3INT1外中斷1P3.4T0定時器0外部輸入P3.5T1定時器1外部輸入表1 P3口管腳備選功能3.2 AD5

11、90集成溫度傳感器圖3 AD590集成溫度傳感器引腳圖 AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓范圍內，該器件可充當一個高阻抗、恒流調節(jié)器，調節(jié)系數(shù)為1 µA/K。片內薄膜電阻經過激光調整，可用于校準器件，使該器件在298.2K (25°C)時輸出298.2 µA電流；AD590適用于150°C以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，使它成為許多溫度測量應用的一種很有吸引力的備選方案。應用AD590時，無需線性化

12、電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結補償；除溫度測量外，還可用于分立器件的溫度補償或校正、與絕對溫度成比例的偏置、流速測量、液位檢測以及風速測定等。AD590可以裸片形式提供，適合受保護環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量；AD590特別適合遠程檢測應用。它提供高阻抗；電流輸出，對長線路上的壓降不敏感。任何絕緣良好的雙絞線都適用，與接收電路的距離可達到數(shù)百英尺。這種輸出特性還便于AD590實現(xiàn)多路復用：輸出電流可以通過一個CMOS多路復用器切換，或者電源電壓可以通過一個邏輯門輸出切換。主要指標:1.測溫范圍：-55+150V。2.輸出電流IT與絕對溫度T成正比：I= T（uA），其中=1uA/K

13、，+25（298.2k）時IT =298.2MA。 3.線性誤差±0.3。 4.電源電壓：4-30V。5.輸出電阻為710 m3.3 系統(tǒng)報警電路報警電路是超過設定的范圍，單片機輸出信號驅動蜂鳴器發(fā)聲警報，如圖所示，當BDLL端為低電平時，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器報警，反之不報警。 圖4 報警電路3.4 A/D轉換器的設計利用比較器、定時器測量電容的充電時間。Up=R2 E/(R1+R2)、Cduc/dt=IT、Uc =Tt/C,當Up=Uc時Up=IT /C* tT,tT=Cup/T。3.5 系統(tǒng)的電源電路設計在溫室大棚系統(tǒng)中，單片機需要+5V電源供電，所以必須要有一種穩(wěn)壓電路，在

14、此設計由7805組成的5V輸出的電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負載電阻。二極管VD1、VD2起保護作用。圖5 +5V穩(wěn)壓電源電路3.6 相關硬件電路設計1、顯示：8位字形口，4位位置口。2、鍵盤：+、-、set（設置鍵）、esc（取消鍵）。3、測溫電路：3條I/O腳（P1.0、P1.1、P3.6）。4、熱絲驅動：1 I/O腳。5、串行I/O擴展：2 I/O腳3.6.1 溫度檢測電路圖6 溫度檢測電路圖圖7 溫度檢測電路圖4 系統(tǒng)軟件的設計4.1 主流程圖設計圖8 主程序流程圖4.2 中斷服務流程圖設計圖9 中斷服務流程圖4.3 鍵盤處理流程

15、圖圖10 鍵盤處理流程圖4.4 鍵盤掃描及流程圖圖11 鍵盤掃描流程圖5 總結體會這次課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程?！鼻Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。說起課程設計，我認為最重要的就是做好設計的預習，選一個自己有興趣的題目；其次，老師對實驗的講解要一絲不茍的去聽去想，因為只有都明白了，做起設計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調試，掌握其方法。 我在兩周內認真的進行本次課程設計，學會腳踏實地邁開

16、這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎通過這次恒溫控制設計，本人在多方面都有所提高，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識進行一次實際訓練從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力，獨立思考的能力也有了提高。在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。在此感謝我們的鞠曉君老師和一組的同學們，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。和同學們一起探討研究合作，也讓我學到了很多，感受頗深，受益匪淺。6 參考

17、文獻 1. 張毅剛等主編.單片機應用技術.哈爾濱工業(yè)大學出版社 2. 王兆安 黃俊主編.電力電子技術.機械工業(yè)出版社 3. 孫傳友等主編.測控電路及裝置.北京航空航天大學出版社 4. 陳治明主編.電力電子器件基礎.機械工業(yè)出版社 5. 朱一輪主編.智能儀器基礎.電子工業(yè)出版社 6. 何希才主編.傳感器及其應用電路.電子工業(yè)出版社 7. 于春勇主編.溫室大棚自動控制系統(tǒng).中國農業(yè)出版社 8. 楊彬主編.溫室溫、濕度智能控制系統(tǒng)的研究.甘肅農業(yè)大學附錄一：系統(tǒng)硬件電路原理圖附錄二：恒溫控制程序/* 單片機恒溫控制程序 （1）單片機型號89C2051，時鐘頻率12 MHz （2）P3口作為字型口 P

18、3.0P3.7(除P3.6)對應七段LED字段ag，低電平亮; 2051內部模擬比較器輸出經P3.6腳輸入。 （3）P1口的使用： P1.0P1.1為內部模擬比較器輸入腳; P1.2為鍵盤輸入腳； P1.3為加熱控制輸出腳； P1.4P1.7為顯示/鍵盤掃描輸出線,對應#0#3位置，低電平有效； （4）利用T0作為A/D轉換定時器(單位1us )。 （5）利用T1作為5ms鍵盤/顯示掃描定時器 。*/#include <Reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned

19、 int#define TC1 (-5000) /*T1 5ms時間常數(shù)*/#define STFH 100 /*閃爍周期500ms，單位5ms*/#define STC 200 /*采樣1s定時常數(shù)，單位5ms*/#define KTC1 13 /*重發(fā)鍵延時，單位20ms*/#define KTC2 8 /*重發(fā)鍵周期，單位20ms*/#define KSET 1 /*SET鍵值*/#define KINC 2 /*+鍵值*/#define KDEC 3 /*-鍵值*/#define KESC 4 /*ESC鍵值*/#define FSPC 0xff /*空字型*/#define FNGS

20、 0xbf /*負號字型*/#define TUP 1300 /*設定溫上限,單位0.1*/#define TLOW -300 /*設定溫下限,單位0.1*/#define TDA 3 /*溫度控制死區(qū),單位0.1*/const float CVp=2e+6; /*計算常數(shù)*/sbit AI0=P10; /*比較器+輸入腳*/sbit AI1=P11; /*比較器-輸入腳*/sbit KI=P12; /*鍵盤輸入腳*/sbit HT=P13; /*加熱輸出腳*/sbit CMP=P36; /*比較器輸出腳*/uchar dbuf4; /*顯示緩沖區(qū)*/uchar key; /*鍵值*/bit

21、DTC,STF; /*當前溫度顯示、采樣時間到標志*/void fresh(int,uchar,uchar*); /*顯示刷新函數(shù)*/void thermost(int,int); /*恒溫控制函數(shù)*/int kbfun(uchar,int *); /*鍵盤處理函數(shù)*/*主函數(shù)*/main()uint tp; /*電容C2充電時間*/ int tem,stem; /*當前溫度、設定溫度*/ TMOD=0x11; /*定時器1工作在定時方式、16位計數(shù) 、內啟動 */ TH1=TC1>>8; /*裝入定時器1時常*/ TL1=TC1; AI1=0; /*關閉C2充電*/ key=0;

22、 /*清鍵值*/ DTC=1; /*置當前溫度顯示態(tài)*/ STF=1; /*置采樣時間到標志*/ stem=250; /*設定溫初值25（單位0.1）*/ fresh(0,4,dbuf); /*顯示0.0*/ IE=0x88; /*開中斷，允許定時器1請求中斷*/ TR1=1; /*啟動定時器1*/ while(1) /*工作循環(huán)*/ if(_testbit_(STF) /*若采樣時間到*/ TH0=0; /*清T0計數(shù)器*/ TL0=0; AI1=1; /*開始C2充電*/ TR0=1; /*開始T0計時*/ while(CMP); /*等待AI1AI0*/ TR0=0; /*停止T0計時*

23、/ AI1=0; /*關閉C2充電*/ tp=TH0*256+TL0; /*讀取T0計數(shù)值*/ /*計算當前溫度值*/ tem=(CVp/tp-273.2)*10; if(DTC) /*顯示當前溫度*/ fresh(tem,4,dbuf); thermost(stem,tem); /* 恒溫控制*/ if(key) /*若按鍵有效*/ if(kbfun(key,&stem) /*鍵盤處理*/ fresh(tem,4,dbuf); key=0; /while /main/*恒溫控制函數(shù)*/void thermost(int x,int y) if(x-y>TDA) HT=0 ; /

24、*開加熱*/ if(x-y<-TDA) HT=1; /*關加熱*/*顯示刷新函數(shù)*/void fresh(int x,uchar num,uchar *y)/*09字型表*/ static uchar font10=0xc0,0xf9,0x64,0x70,0x59, 0x52,0x42,0xf8,0x40,0x50; uint ux; uchar i; ux=(x>=0?x:-x); i=0; do /*將ux轉換成十進制數(shù)字字型送到y(tǒng)中*/ yi=fontux%10; ux=ux/10; i+; while(i<num&&ux); if(i<num&a

25、mp;&x<0) yi+=FNGS; /*負數(shù)寫入"-"字型*/ while(i<num) yi+=FSPC; /*多余位寫入空字型*/*鍵盤處理函數(shù)*/int kbfun(uchar k,int *pt)static int tmp; if(DTC) /*在當前溫度顯示態(tài)下*/ if(k=KSET) /*SET鍵處理*/ tmp=*pt; /*讀取設定溫度到tmp*/ DTC=0; /*切換到設定溫度顯示態(tài)*/ else return(0); /*其他鍵處理*/ else /*設定溫度顯示態(tài)下*/ switch(k) case KSET: /*按SET

26、鍵處理*/ *pt=tmp; /*修改設定溫度*/ case KESC: /*按ESC鍵處理*/ DTC=1; /*切換到當前溫度顯示態(tài)*/ return(1); case KINC: /*按+鍵處理*/ if(tmp=TUP) tmp=TLOW; else tmp+=5; /*+0.5*/ break; case KDEC: /*按-鍵處理*/ if(tmp=TLOW) tmp=TUP; else tmp-=5; /*-0.5*/ fresh(tmp,4,dbuf); /*刷新設定溫顯示*/ return(0);/*鍵盤、顯示掃描和定時中斷服務，一次/5ms*/time1() interrupt 3/*掃描位置表*/ static uchar pot4=0xef,0xdf,0xbf,0x7f; static uchar si=0; /*掃描位置*/ static uchar kst=1; /*鍵盤掃描狀態(tài)*/ static uchar kstr; /*鍵盤掃描定時器*/ static uchar sit; /*掃描位置暫存*/ static uchar fltr=0; /*閃爍計時器*