《基于单片机的棚内温度控制系统的设计和仿真.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的棚内温度控制系统的设计和仿真.doc（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 基基于于单单片片机机的的棚棚内内温温度度控控制制系系统统的的设设计计与与仿仿真真 独独 创创 性性 声声 明明 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 授授 权权 声声 明明 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
2、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 2 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 基基于于单单片片机机的的棚棚内内温温度度控控制制系系统统的的设设计计与与仿仿真真 摘摘 要要 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
3、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 2 The Design of Temperature Control System Based on MCU Abstract The growth of plants is closely related to temperature One of the most
4、 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 temperatu
5、re 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 mo
6、dule and temperature control module design 2 We will design the system procedure mainly based on the system s 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 te
7、mperature and give an alarm Key words AT89C51 Temperature sensors Display Control and alarm 目目 录录 1 绪论 1 1 1 本设计的背景和意义 1 1 2 国内外研究状况 2 1 3 本设计的主要内容 2 2 系统设计方案 3 2 1 本系统的设计要求 3 2 2 各模块电路的方案选择及论证 3 2 3 本设计系统的最终方案 5 2 4 本设计的工作原理 5 3 棚内温度控制系统的硬件电路设计 7 3 1 AT89C51 单片机 7 3 2 振荡电路和复位电路 7 3 3 温度采集电路 8 2 3 4
8、 键盘电路 8 3 5 显示电路 9 3 6 升温电路和降温电路 10 3 7 报警电路 11 3 8 系统总体电路 12 4 软件设计与仿真 13 4 1 设计思想 13 4 2 程序流程图 13 4 3 程序调试 16 4 4 温度超过设定上限的仿真 17 4 5 温度低于设定下限的仿真 17 5 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
9、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
10、围内 如果仅靠人工控制既费时费力 又容易发生差错 2 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
11、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
12、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
13、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 2 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
14、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
15、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
16、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 3 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通风降温 在环境温度升高时实现自动加温 以保持在设 定的温度范围内 2 1 本系统的设计要求 本设计是基于 AT89C51 单片机的棚内温度控制器 用于温度的自动控制 具体要求 如下 1 棚内的温度控制在 15 28 之间 并且可以通过人工调节其上下限 2 控制三相电阻炉作为加热设备 3 采用单相通风机作为通风散热设备 4 易于操作 方便人机对话 2 2 各模块电路的方案选择及论证 2 2 1 控制模块的选择 控制模块的选择是根据设计的内容而定的 并不是用什么单片机都可以 一方面要 考虑选用的单片机能否在不加外扩的情况下达到要实现的功能 比如 单片机的存储器 空间的大小 单片机的 I O 口数等 另一方面还要考虑单片机的性价比 是否容易买到 等一些外部因素 由于实现该系统功能的程序不会超过 4K 而 AT89C51单片机内部有 4K 的 FlASH 程序存储器和 2K 的数据存储器 因而不需要
