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1、山东科技大学学士学位论文 摘要 摘摘 要要 本文设计了一种基于 89C51 单片机控制技术的日光温室实时环境监 测与控制系统 系统分别由 DS18B20 数字温度传感器 IH3605 湿度传感 器来获取和控制温度 湿度的信号 并利用 A D 转换器 ADC0809 将其湿 度转换为数字信号 当温室温度低于正常温度时能及时的启动报警装置 用户可以通过 LED 数码管显示读出温度和湿度值 系统为基于单片机的测试系统 含采样电路设计 A D 转换器与单 片机接口电路设计 单片机电路设计 显示电路设计 报警电路设计及 看门狗电路设计等硬件电子电路 系统软件编程设计包括系统主程序设 计 数据采集子程序设
2、计 低温预警子程序设计 显示子程序设计等 均采用 51 系列利汇编语言编程实现 该系统可实时测试 控制 且稳定 性好 操作简单 可广泛用于农业 林业等部门的相关控制部分 关键词 关键词 单片机 温度 湿度 低温预警 上下位机通信 山东科技大学学士学位论文 摘要 ABSTRACT This paper presents a greenhouse environment monitoring and control system which is based on 89C51 microcontroller The system used digital temperature sensor DS
3、18B20 and humidity sensors IH3605 to access and control temperature humidity and signal And this system also using A D converter ADC0809 to convert the humidity into digital signal When the temperature of greenhouse is lower than normal it can start alarm device on time Users can read the temperatur
4、e and humidity values by LED This system is a test system which is based on SCM including the sampling circuit design A D converter and the microcontroller interface circuit design microcontroller and memory circuit design display circuit design alarm and watchdog circuit design and other hardware e
5、lectronic circuits The software programming includes system main program design data collection program design low temperature warning program design display program design And all of them were compiled by 51 programming language This system not only can make real time testing and control but also b
6、e very stability and operation simple So it can be widely used in the control section of agriculture forestry and other sectors Key words SCM temperature humidity low temperature warning upper and lower computer communication 山东科技大学学士学位论文 目录 目录目录 1 1 绪论绪论 1 1 1 课题的提出和意义 1 1 2 国内外研究发展概况 2 1 3 本课题的主要研
7、究内容 4 2 2 系统总体设计系统总体设计 6 2 1 总体设计思路 6 2 2 系统功能设计 7 2 3 系统原则设计 8 2 4 系统组成与工作原理 9 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 11 3 1 温度传感器连接电路设计 11 3 2 集成湿度传感器 IH3605 24 3 3 A D 转换电路设计 26 3 4 单片机连接电路设计 30 3 5 外设电路设计 33 3 6 上下位机通信 35 4 4 系统软件设计系统软件设计 41 4 1 软件主体设计 41 4 2 温度测量程序设计 42 4 3 I O 端口的扩展程序设计 46 4 4 显示子程序设计 46 4 5 AD 转换程
8、序设计 48 5 5 总结总结 49 参考文献参考文献 50 山东科技大学学士学位论文 目录 致谢致谢 51 附录附录 A A 重要程序重要程序 52 附录附录 B B 外文文献外文文献 61 附录附录 C C 中文翻译中文翻译 77 附录附录 D D 总体电路图总体电路图 90 山东科技大学学士学位论文 绪论 0 1 1 绪论绪论 1 11 1 课题的提出和意义课题的提出和意义 随着社会的发展 各种园艺温室和农作物温室的数量在不断增加 这 些温室有的也安装有各种加热 加湿 通风和降温的设备 但对于相应设 备的操作大多还是由人工来完成 当温室的面积达到上千平米甚至更大 时 操作人员的劳动强度会
9、变的很大 并且光靠人工也已经无法完成温室 内的温度和湿度的调节 该课题研究的温室控制系统可完成对温室内温湿度的自动测量和调 节 大大降低了操作人员的劳动强度 并且使温室达到了比较先进的管理 水平 并且在我国的发展过程中 我国的温 湿度自动调节及报警系统经 历了从无到有 从简单到复杂的发展过程 其智能化程度也越来越高 在我国的一些中小城市 就日光温室的现状来看 许多地方依然靠开关 门窗来调节温湿度 这种方法不仅费时费力 效率低 准确度也不高 随机性大 当然也就不够科学 因此 需要研制一种结构简单 价格低 廉的测控系统来达到自动调节温湿度调节及报警的目的 随着科技的迅猛发展 我国逐渐实现日光温室系
10、统管理智能化 但 是智能化程度与普及率过低 虽然有些也引进了一些国外的计算机智能 控制系统 如温室环境控制系统 也真正实现了数字化 智能化 自动 化 但投资过大 系统故障维护不便 且经济效益过低 因此实现开发 低价位实用型日光温室系统已迫在眉睫 对于推进我国日光温室智能化 管理以及最大限度的减少仓库火灾进程具有极为重要的意义 同时也具 有很大的市场商机 日光温室以其低成木 节能耗的优点被大而积推广 成为我国现阶 山东科技大学学士学位论文 绪论 1 段主要农业设施类型 近年来 单片机在我国的许多领域均得到了广泛 的应用 其优良的性价比特别适合于日光温室的建设要求 因此 利用 单片机实现日光温室内
11、环境与水肥灌溉的自动控制 营造作物适宜的生 长环境 是使日光温室生产能够持续快速发展和解决实际生产管理问题 的重要手段 我国农业正处在从传统农业向以优质 高效 高产为目的的现代化 农业转化的新阶段 农业环境控制工程作为农业生物速生 优质 高产 手段是农业现代化的重要标志 农业设施的自动检测与控制是我国急待 发展的项目 我国目前大多数温室内的环境仍靠人工根据经验来管理 从某种程度上也影响了其效益和发展 同时微型计算机强大的软 硬件 逻辑功能 高性能价格比 高可靠性 为温室自动管理提供了强有力的 手段 也为实现温室的标准化 自动化奠定了基础环境控制对作物生产 的重要作用己为国内外大量的科学实验和生
12、产实践所证实 只有在适宜 的环境条件下 作物才能充分发挥其高产潜力 几十年来 有关作物生 理和其生长环境的研究 不仅指导了农业生产 而且为温室环境工程及 控制的研究提供了依据和参数 但如何把这类系统用计算机来实现监控 从而为作物提供最佳的生长环境 一直是研究者面临的一项重要的任务 鉴于上述 本文提出了温室自动控制系统的设计 系统以 89C51 单 片机为中心 编制出一套温室自动控制系统 1 21 2 国内外研究发展概况国内外研究发展概况 温室是一种可以改变植物生长环境 为植物生长创造最佳条件 避 免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所 它以采光覆盖材料作为全 部或部分结构材料 可在冬季或其他不
13、适宜露地植物生长的季节栽培植 山东科技大学学士学位论文 绪论 2 物 温室生产以达到调节产期 促进生长发育 防治病虫害及提高质量 产量等为目的 而温室设施的关键技术是环境控制 该技术的最终目标 是提高控制与作业精度 国外对温室环境控制技术研究较早 始于 20 世纪 70 年代 先是采 用模拟式的组合仪表 采集现场信息并进行指示 记录和控制 80 年代 末出现了分布式控制系统 目前正开发和研制计算机数据采集控制系统 的多因子综合控制系统 现在世界各国的温室控制技术发展很快 一些 国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化 无人化的方向发展 像 园艺强国荷兰 以先进的鲜花生产技术著称于世 其玻璃温室
14、全部由计 算机操作 日本研制的蔬菜塑料大棚在播种 间苗 运苗 灌水 喷药 等作业的自动化和无人化方面都有应用 日本利用计算机控制温室环境 因素的方法 主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输 入计算机程序 当某一环境因素发生改变时 其余因素自动作出相应修 正或调整 一般以光照条件为始变因素 温度 湿度和 CO2 浓度为随变 因素 使这四个主要环境因素随时处于最佳配合状态 美国和荷兰还利 用差温管理技术 实现对花卉 果蔬等产品的开花和成熟期进行控制 以满足生产和市场的需要 英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控 技术 可以观测 50km 以外温室内的光 温 湿 气和水等环境状况 并 进
15、行遥控 我国对于温室控制技术的研究较晚 始于 20 世纪 80 年代 我国工 程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上 才掌握了人工气候 室内微机控制技术 该技术仅限于温度 湿度和 CO2浓度等单项环境因 子的控制 之后 我国的温室控制技术得到了迅速发展 20 世纪 80 年代 由于当时只注重引进温室设备 而忽略了温室的管理技术和栽培技术 且引进的温室能耗过高 致使企业相继亏损或停产 90 年代初 我国大 山东科技大学学士学位论文 绪论 3 型温室跌入了发展的低谷 九五 初期 以以色列温室为代表的北京中以 示范农场的建立 拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序 幕 到 90 年代中
16、后期 在对国外温室设备配置 温室栽培品种 栽培技 术等各个方面进行研究的基础上 我国自主开发了一些研究性质的环境 控制系统 1995 年 北京农业大学研制成功了 WJG 1 型实验温室环境监 控计算机管理系统 此系统属于小型分布式数据采集控制系统 1996 年 江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统 该系统能对温度 光照 CO2 浓度 营养液和施肥等进行综合控制 是 目前国产化温室控制技术比较典型的研究成果 中国农业机械化科学研 究院研制成功了新型智能温室系统 该系统由大棚本体及通风降温系统 太阳能贮存系统 燃油热风加热系统 灌溉系统 计算机环境参数测控 系统等组成 1997 年以来 中国农业大学在温室环境的自动控制技术方 面也取得了一定的成果 90 年代末 河北职业技术师范学院的闰忠文研 制了蔬菜大棚 其能够对温 湿度进行实时测量与控制 但由于我国农 业现代化水平较低 农业劳动力大量过剩 温室的一次性投资大 资金 短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素 限制了温室控制技术在 温室系统的扩展 1 31 3 本课题的主要研究内容本课题的主要研究内容 本设计主要做
