基于單片機的花卉溫室控溫系統(tǒng)設計[優(yōu)選材料]

1、 物理與電子工程學院單片機原理及及接口課程設計報告書 設計題目： 基于單片機的花卉溫室控溫系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 自動化 班 級： 接本1 學生姓名: 宋佳舉 學 號: 20140343123 指導教師： 王承林 2014年11 月25 日物理與電子工程學院課程設計任務書專業(yè)： 自動化 班級： 接本1 學生姓名宋佳舉學號20140343123課程名稱單片機設計題目基于單片機的花卉溫室系統(tǒng)設計設計目的、主要內容（參數(shù)、方法）及要求設計目的：溫室由2kw電爐加熱，最高溫度為35。溫室溫度可預置，過程是恒溫控制，溫度控制誤差10。預置是顯示設定溫度，停止加熱時顯示實時溫度，顯示精度到1。溫度超出預置溫度

2、10時發(fā)出報警。對升降溫過程的線性沒有要求。對溫室的濕度沒有要求?？傮w方案確定后，可參考國內外同類項目、產品，提出合理可行的技術指針。主要技術指針是系統(tǒng)設計的依據(jù)和出發(fā)點，此后的整個設計與開發(fā)過程都將圍繞他們進行。將總體設計方案具體化、細化。畫出各部分功能框圖，大致給出各框圖的實現(xiàn)方法，明確哪些部分由軟件完成。由于硬件結構與軟件方案會相互影響，因此，從簡化電路結構、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來完成，但也考慮到以軟件代替硬件的實質是以降低系統(tǒng)實時性、增加處理時間為代價的，而且軟件設計引用、研制周期也將增加。因此系統(tǒng)的軟、硬件功能分配應

3、根據(jù)系統(tǒng)的要求及實際情況合理安排。 工作量2周時間，每天3學時，共計42學時進度安排第1天：整理資料，查閱資料。第2-3天：整理報告，確定初稿。第4-14天：完成程序設計，整理交稿。主要參考資料1 周潤景，張麗娜基于PROTEUS 的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真M北京:航空航天大學出版 ,2006.P321P3262王忠飛，胥芳MCS-51 單片機原理及嵌入式系統(tǒng)應用M西安：西安電子科技大學出版社，2007P268-2733 Microchip 24C01B/02B 8 位PIC單片機產品手冊ED/OL指導教師簽字王承林教研室主任簽字摘要進入21世紀以來，我國園藝產業(yè)得到迅猛的發(fā)展，以花卉為主的

4、作為觀賞和禮品的植物設施栽培在大江南北遍地開花，設施園藝被看作是21世紀最具活力的新產業(yè)。溫室是觀賞植物栽培生產中必不可少的設施之一，不同種類觀賞花卉對溫度的要求也不盡相同。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控制溫室環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設備、傳感器等組成。先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件的管理程序表，存儲于電子計算機的記憶裝置中，電子計算機根據(jù)程序表確認、修正各棟溫室內的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設備向中央控制裝置輸送檢測信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號，使電器機械設備執(zhí)行動作，實現(xiàn)溫室環(huán)境調節(jié)。該系統(tǒng)可自動控制加熱、降溫、加濕、灌溉、通風。根據(jù)需要

5、，通過鍵盤將信息輸入中央管理室，根據(jù)情況可隨時調節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設施栽培高新技術的體現(xiàn)。本文將使用單片機對溫度控制的基本原理實例化，設計一個實時控制花房內的溫度的花房溫度控制系統(tǒng)。目的是利用課程設計的這段時間學習一種利用單片機對花房溫度進行控制的方法。關鍵詞：花卉溫室系統(tǒng)設計課程設計：目的；在應用系統(tǒng)設計中，軟件、硬件緊密相關。多用硬件可減輕CPU負擔，提高工作速度。多用軟件可降低成本，但軟件人員的工作量增大。對于一個應用系統(tǒng)，有些部分必須由硬件完成，有些部分必須由軟件完成，對于軟、硬件都可完成的交叉部分，應根據(jù)具體情況選擇最佳方案，以達到最佳性能價格比

6、意義； 程序應該采用結構模塊化設計。這不僅有利于程序的進一步擴充，而且也有利于程序的修改和維護。操作性能好，使用方便具有一定的保護措施系統(tǒng)應設計一定的檢測程序，例如狀態(tài)檢測和診斷程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時，便于查找故障部位。對于重要的參數(shù)要定時存儲，以防止因掉電而丟失數(shù)據(jù)提高程序的執(zhí)行速度給出必要的程序說明目錄第一章 設計概述 1.1 課題背景 11.2 立題的目的和意義 1 1.3 花卉設施栽培簡介 1.3.1 溫室的分類 1 1.3.2 花卉生長與環(huán)境因素的關系 1第二章 花房溫濕度控制系統(tǒng)的總體分析與設計 2.1 花房溫濕度控制系統(tǒng)的組成和工作原理 2 2.2 報警電路 22.3 按鍵電路

7、 22.4 溫度檢測電路 22.4.1 DS18820的存儲結構和控制步驟 32.4.2 溫度數(shù)據(jù)的處理方法 42.5 液晶顯示模塊 52.6 恒溫保持控制模塊 6第三章 系統(tǒng)軟硬件的設計處理3.1 系統(tǒng)的硬件設計 6 3.1.1. 系統(tǒng)硬件的構成 63.2 系統(tǒng)軟件的設計 7第四章 心得體會 8 參考文獻 10附錄 11第一章 設計概述1.1課題背景隨著農業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設施園藝工程因其涉及學科廣、科技含量高、與人民生活關系密切，己越來越受到世界各國的重視。這也為我國大型現(xiàn)代化溫室的發(fā)展提供了極好的機遇，并產生巨大的推動作用。我國的現(xiàn)代化溫室是在引進與自我開發(fā)并進的過程中發(fā)展起來的。1.2立

8、題的目標及意義溫室是觀賞植物栽培生產中必不可少的設施之一，不同種類觀賞花卉對溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，以提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經濟效益。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控制溫室環(huán)境。控制系統(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設備、傳感器等組成。先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件的管理程序表，存儲于電子計算機的記憶裝置中，電子計算機根據(jù)程序表確認、修正各棟溫室內的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設備向中央控制裝置輸送檢測信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號，使電器機械設備執(zhí)行動作，實現(xiàn)溫室環(huán)境調節(jié)。該系統(tǒng)

9、可自動控制加熱、降溫、通風。根據(jù)需要，通過按鍵將溫度信息輸入MCU，根據(jù)情況可隨時調節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設施栽培高新技術的體現(xiàn)。 本文將使用8051型單片機對溫度及濕度控制的基本原理實例化，利用現(xiàn)有資源設計一個實時控制花房內的溫度及濕度的花房溫濕度控制系統(tǒng)。目的是利用畢業(yè)設計的這段時間學習一種利用8051型單片機對花房溫濕度進行控制的方法。1.3花卉設施栽培簡介1.3.1 溫室的分類溫室的種類繁多，我國各地區(qū)常見的溫室大多根據(jù)不同用途、不同溫度、種植花木的種類、 覆蓋材料、建筑結構等進行分類。 （一）根據(jù)用途分類 根據(jù)溫室不同的作用可分展覽溫室、繁殖溫室、盆

10、花溫室、切花溫室、促成溫室等。 （二）根據(jù)室內溫度分類 根據(jù)溫室內溫度的高低可分高溫溫室、中溫溫室、低溫溫室等。（三）根據(jù)覆蓋材料分類 根據(jù)溫室的覆蓋材料可分玻璃溫室、塑料薄膜溫室、聚碳酸酯中空板、波瓦板溫室等。溫室的分類方法多樣，在此就不一一贅述。1.3.2花卉生長與環(huán)境因素的關系（一）溫度影響花卉的發(fā)育狀況 溫度不僅影響花卉種類的地理分布，而且還影響各種花卉生長發(fā)育的每一過程和時期。如種子或球根的休眠、莖的伸長、花芽的分化和發(fā)育等，都與溫度有密切關系。同一種花卉的不同發(fā)育時期對溫度有不同的要求，即從種子發(fā)芽到種子成熟，對于溫度的要求是不斷改變的。 以一年生花卉來說，種子萌發(fā)可在較高溫度中進

11、行，幼苗期間要求溫度較低，但以后幼苗漸長到開花結實階段，對溫度的要求逐漸增高。 二年生花卉種子的萌芽在較低的溫度下進行，在幼苗期間要求的溫度更低，否則不能順利通過春化階段，而當開花結實時，則要求稍高于營養(yǎng)生長期的溫度。 低溫又是很多種子打破休眠期的關鍵，如在海拔1800米的百花山頂上采收金蓮花種子，在常溫下于北京露地播種，很少有發(fā)芽的，經低溫處理后，發(fā)芽率可達60%以上。 （二）溫度影響花卉的養(yǎng)分積累 白天溫度高，有利于光合作用形成碳水化合物；晚上溫度低，有利于抑制呼吸作用對碳水化合物的分解。適宜的晝夜溫差：熱帶植物，3-6；溫帶植物5-7；沙漠植物10以上。 （三）溫度影響花芽分化和開花 一

12、些植物必須在氣溫高于25的條件下進行花芽分化，經過一定低溫打破休眠而開花。如杜鵑、山茶、梅、唐菖蒲、晚香玉、美人蕉等。一些植物需在較低溫或低溫下進行花芽分化。如秋播草花金盞菊、雛菊等。（四）溫度影響花色 很多花卉隨著溫度的升高和光強的減弱其花色變淺。如月季花、大麗花在高溫條件下栽培顏色變淺，冷涼處變艷。 （五）極限高溫、極限低溫可導致植物死亡。驟然的高溫與低溫對花卉生長和發(fā)育也有很大的影響，溫度過高低都會使花卉受到損害或死亡。第二章 花房溫度控制系統(tǒng)的總體分析與設計2.1花房溫度控制系統(tǒng)的組成和工作原理本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調完成，硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉換、各種信息

13、的顯示等；軟件主要完成信號的處理及控制功能等。本系統(tǒng)由三大模塊組成：主控模塊、傳感器模塊、顯示模塊；又分六部分組成：控制核心部分、溫度數(shù)據(jù)采集部分、加熱裝置控制部分、液晶顯示部分、按鍵輸入部分和報警提示部分。單片機啟動溫度采集電路完成溫度的一次轉換，然后讀出轉換后的數(shù)字量并轉化成當前的溫度呈現(xiàn)在顯示模塊中，并將當前的溫度與通過按鍵輸入電路設定的保持恒溫度數(shù)進行比較，以實現(xiàn)溫度的控制。還可以通過按鍵設置溫度的上下限值以實現(xiàn)超溫或低溫報警提示功能。本系統(tǒng)的設計目標要對溫度的控制精度達到 01。 2.2 報警電路報警電路采用蜂鳴器作為發(fā)聲裝置，當溫度高于設定的上限值或低于下限值，給蜂鳴器送周期為1s

14、，占空比為50的方波，報警的時間可以持續(xù)1分鐘或等待按鍵解除報警，這由軟件控制實現(xiàn)。2.3按鍵電路采用23的小鍵盤，鍵盤的識別可以采用兩種方法：行掃描法和行反轉法。兩種方法都要注意消除按鍵的抖動。文中采用行掃描法并做成子程序，出口參數(shù)為按鍵的鍵值。定義鍵K1設置TH，K2設置TL，K3調高TH或TL，K4調低TH或TL，K5對TH或TL的數(shù)值進行確認。2.4 溫度檢測電路溫度檢測電路采用智能溫度傳感器DSl8820，它與單片機相連只需要3線，減少了外部的硬件電路。DSl8820主要性能特點如下：(1)測溫的范圍為-55125，最大分辨率可以達到00625；(2)電源電壓范圍為3055V；(3)

15、供電模式：寄生供電和外部供電；(4)封裝形式有兩種：3腳的TO-92封裝和8腳的SOIC封裝；(5)可編程的溫度轉換分辨率，分辨率為912位(包括1位符號位)，由配置寄存器決定具體位數(shù)，配置寄存器的格式如表2-1所示。TMR1R0 11111表2-1其中RlR0是用來設定分辨率的，分辨率的定義如表2-2所示。R1R0分辨率溫度最大轉換時間/ms00993.750110187.510113751112750表2-2由表2-2可以看出，分辨率設定得越高，溫度轉換所需要的時間就越長，因此應根據(jù)實際應用的需要來選擇合適的分辨率。本文中選取12位分辨率，每隔1秒檢測一次溫度。12位分辨率的溫度數(shù)據(jù)值格式

16、如下：當S=0表示測得的溫度為正值，當S=l表示測得的溫度為負值。2.4.1 DSl8820的存儲器結構和控制步驟(一) 存儲器結構DSl8820的存儲器有高速暫存RAM和非易失性電擦寫EEPROM。高速暫存RAM的內容從低字節(jié)到高字節(jié)9個字節(jié)依次為：溫度LSB、溫度MSB、高溫限值字節(jié)TH、低溫限值字節(jié)TL、配置寄存器、保留、保留、保留，最后一個字節(jié)是前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM用來存儲TH和TL。（二） DSl8820的控制步驟(1)首先對DSl8820進行復位。由單片機將數(shù)據(jù)線DQ拉至低電平480-960 s，然后將DQ拉高15-60 s，以便單片機檢測到DSl8820送來的低電平

17、響應。然后檢測DQ，若DQ仍然為高電平，則復位操作失敗，可采用循環(huán)的方式再次對其進行復位；若DQ 為低電平，則復位操作成功。(2)DSl8820的ROM操作命令。DSl8820復位后，主機可以發(fā)器件ROM的操作命令如讀ROM33H、匹配ROM55H、跳過 ROM0CCH，報警搜索4EH等。在單點總線的情況下，可發(fā)跳過ROM0CCH操作命令，以節(jié)省時間。另外，文中有報警的功能，溫度轉換后還需要發(fā)報警搜索命令，該命令會將最近一次測得的溫度值T與高速RAM中的TH或TL作比較，若TTH或Tx80%)中等(80%x70%)及格(70%x60%)不及格(x60%)評分參考標準參考標準參考標準參考標準參考

18、標準平時考核20學習態(tài)度認真，科學作風嚴謹，嚴格保證設計時間并按任務書中規(guī)定的進度開展各項工作。學習態(tài)度比較認真，科學作風良好，能按期圓滿完成任務書規(guī)定的任務。學習態(tài)度尚好，遵守組織紀律，基本保證設計時間，按期完成各項工作。學習態(tài)度尚可，能遵守組織紀律，能按期完成任務。學習馬虎，紀律渙散，工作作風不嚴謹,不能保證設計時間和進度。課程設計報告報告內容組織書寫20結構嚴謹，邏輯性強，層次清晰，語言準確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機打印成文；圖紙非常工整、清晰。結構合理，符合邏輯，文章層次分明，語言準確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機打印成文；圖紙工整、清晰。結構合理，層次較為分明，文理通順，基本達到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰。結構基本合理，邏輯基本清楚，文字尚通順，勉強達到規(guī)范化要求；圖紙比較工整。內容空泛，結構混亂，文字表達不清，錯別字較多，達不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰。技術水平20設計合理、理論分析與計算正確，文獻查閱能力強、