花卉温室温控系统课程设计

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1、1兰州城市学院 电信专业单片机原理与应用课程设计报告题 目： 花卉温室温控系统设计 学 院： 工程技术学院 班 级： 学 号： 姓 名： 联系方式： 指导教师： 报告成绩： 2015 年 01 月 03 日2兰州城市学院 电信专业前言在某些工业生产过程中，如自动控制系统、恒温炉、花卉种植、小型温室等领域都对温度有着严格的要求，需要对其加以检测和控制。传统的温度测量方法是将温度传感器输出的模拟信号放大后送至远端 A/D 转换器，最后单片机对 A/D 转换后的数据进行分析处理。这种方法的缺点是模拟信号在传输的过程中存在损耗并且容易受到外界的干扰，导致测量的温度精度不高。而采用数字温度传感器 DS1

2、8B20，因其内部集成了 A/D 转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加准确。数字温度传感器 DS18B20 只用了个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。采用单片机控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，从而能够大大的提高产品的质量和数量。关键性元件：80C51，DS18B20，按键等元件。尽管如此，我认为设计一个花卉温室温控系统，不论是从学习还是实践的角度，对一名电子信息工程专业的大学生都会产生一些积极地作用，有利于提高对学习的热情。3兰州城市学院 电信专业目录第一章 绪论 1.1 课题的背景和意义 11.

3、2 单片机的前景与未来 11.3 温度测控技术的应用 3第二章 温度传感器的介绍2.1 传感器原理及前景简介 82.2 温度一体化传感器在现实生活中的应用92.3 温度传感器 DS18B20 102.3.1 DS18B20 简介 112.3.2 DS18B20 的引脚结构及说12第三章 硬件设计3.1 方案设计 133.2 硬件电路设计133.3 基于 80C51 的单片机小系统 143.4 温度采集模块 153.5 显示模块 16第四章 软件部分设计4.1 软件设计4.2 主程序及各模块程序4.3 系统仿真4.4 主程序.第五章 设计总结 35第六章参考文献 364兰州城市学院 电信专业第一

4、章 绪论1.1 选题背景和意义：经过这几天的课程设计及在网上的查询了解到，温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同美国，日本，德国等先进国家相比，仍然有较大的差距。目前，在精密测量和精密加工中，环境因素是影响精度的主要因素之一，其中的温度是环境的主要指标。当前，已经开发了很多的温度测量系统，一些高精度温度传感器的精度可达到0.01，然而价格非常昂贵一般只作为高分辨力的精度测量和用作测温仪器的标准。而对于生产应用中的较低精度温度测量系统，现有的系统多采用了与计算机直接结合的工作模式，增加了系统的成本。鉴于目前的情况，我们提出以价格低

5、廉的单片机作为控制核心，以多个温度传感器作为测量元件，构成了低成本的智能温度测量系统。在该系统中，根据测量空间或设备的实际需要，由多路温度传感器对关键温度点进行测量，由安装于仪器内的单片机对各路数据进行循环检测、存储，实现温度的智能测量。该系统具有与计算机的通讯功能，在长时间数据采集完成后，可以将数据在传送到计算机进行相关的研究分析。因此，该系统即具有现有的计算机控制的智能测量功能，又节省硬件成本。另外，我们所设计的智能温度测量系统外形尺寸小，即可用于实验室环境温度的测量，又可用于仪器、大型设备等的内部环境测量。1.2 单片机的前景与未来：单片机现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大

6、芯片制造公司都推出了自己的单片机，从 8 位、16 位到 32 位，数不胜数，应有尽有，有与主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成 本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。 所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。1.3 温度测控技术的应用 ：温度自动测控系统借助于温度传感器，测量大楼，大棚内等的温度数据，并对大棚等实现温度控制。系统采用以可编程序控制器为核心，配置以各类温度传感器

7、，外围接口电路，由可编程序控制器检测个传感器的信号，完成实时数据采集，开关量处理，超限报警信号检测与输出等，并根据采集的信号来控制前端设备的运转。可编程序控制器是一种工业环境下应用的智能控制器件。可用于执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等指令，并通过数字或模拟的输入输出方式控制各种类型的仪器设备。可编程序控制器还具有通信，联网等功能，它的应用范围大致介于继电器控制装置与过程控制的计算机之间，它也可在一个大型的集散控制系统中，作为前端控制装置，在上位机的统一调度下工作。测量温度时，温度传感器把温度信号转变为电量，为与可编程序控制器连接，测量的电信号应转化为工业标准信号 0-5V 或 4

8、-20mA。 5兰州城市学院 电信专业第二章 温度传感器的介绍2.1 传感器原理及前景简介：传感器是能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成。传感器的前景可以从以下几方面来看：采用新原理，开发新型传感器；大 力 开 发 物 性型 传 感 器 ； 传 感 器 的 集 成 化 ； 传 感 器 的 多 功 能 化 ； 传 感 器 的 智 能 化 (Smart Sensor)。2.2 温 度 一 体 化 传 感 器 的 应 用 ：适 用 于 通 讯 机 房 ， 办 公 室 ， 厂 矿

9、， 车 间 ， 仓 库 ， 医 院 ， 档 案 馆 ， 博 物 馆 ， 暖 通 空 调 ，楼 宇 自 控 等 环 境 的 温 度 测 量 。 温 度 一 体 的 传 感 器 节 省 资 源 ， 便 于 温 度 的 测 量 和 对 湿 度 补偿 ， 同 时 为 保 证 结 果 真 实 可 靠 。2.3 温 度 传 感 器本设计利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度控制系统，文中传感器与单片机实际应用有机结合，简单讲述了利用新芯片探测环境温度的过程，以及实现模数转换的原理过程。2.3.1 DS18B20 简介（1）独特的单线接口方式：DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处

10、理器与 DS18B20 的双向通讯。 （2）在使用中不需要任何外围元件。 （3）可用数据线供电，电压范围：+3.0+5.5 V。 （4）测温范围：-55 +128 。固有测温分辨率为 0.5 。 （5）通过编程可实现 912 位的数字读数方式。 （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。 （7）支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 （8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.3.2 DS18B20 引脚结构及说明引脚说明：6兰州城市学院 电信专业GND：接地。DQ ：数据输入/输出脚。VDD：外接供电电源输入端（在寄生电

11、源接线方式时接地） 。DS1820 通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和 DS1820 之间仅需一条连接线（加上地线） 。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个 DS1820 都有一个独特的片序列号，所以多只 DS1820 可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在 HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。第三章 硬件设计3.1 方案设计:本系统采用了单片机 80C51，利用数字温度传感器 DS18B20 对环境进行测温，同时采用 MAX7219 驱动六位 4 段共阴极

12、数码管，同时还对温度上下限进行存储，此外还有键盘设备来实现温度上下限值的设置，红灯报警温度的越线。总体硬件结构框图如图 1.1 所示。3.2 硬件电路设计（1）最小化电路设计主控芯片要能正常工作，首先要提供电源，除其次要有晶振电路提供时钟脉冲信号，除此之外还要有复位电路使单片机或系统其它部件处于某种确定的初始状态，最后还要是单片机有程序。 （2）单片机工作需要 3 个基本条件：接电源、接石英晶体振荡器和复位电路、单片机内装入程序，如下图 2.2 所示。接石英晶体振荡器：将单片机第 19 脚（XTAL1）与 18 脚（XTAL2）分别接外部晶体的两个引脚，由石英晶体组成振荡器，保证单片机内部各部

13、分有序工作。单片机运行程序的速度与振荡器的频率有关。单片机在读、写操作时都需要消耗一定的时间。机器周期是指单片机完成一个基本操作所用的时间，当外接石英晶体为 12MHz 时，1 个机器周期为 1ms；当外接石英晶体为6MHz 时，1 个机器周期为 1ms。复位电路： 9 脚接复位电路，在实际应用中，复位电路有两种基本形式：一种是上电复位，另一89C51晶振及复位电路按键排阻报警电路温度传感器DS18B20LED 显示图 1.1 系统硬件结构7兰州城市学院 电信专业种是上电与按键均有效的复位。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位电路如图 2.4（a）所示。上电瞬间 RS

14、T 引脚获得高电平，随着电容 C1 的充电，RST 引脚的高电平将逐渐下降。RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间（2 个机器周期） ，单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电阻和电容参数为：晶振为 12MHz 时，C1为 10uF，R1 为 8.2K；晶振为 6MHz 时，电容 C1 为 22uF，R1 为 1K。上电与按键均有效的复位电路如图 2.4（b）所示。上电与按键均有效的复位电路原理与上电复位原理相同，不同的是上电与按键均有效的复位电路在单片机运行期间，能用按键来控制复位操作晶振为 6MHz 时，电容 C1 为 22uF，R2 为 200。图 2.4（a） 上电复位电路 图 2.4（b） 按键与上电复位本设计中使用后者电路复位，就是可以在单片机运行期间可以人工的复位。这样是比较方便。3.3 基于 80C51 的单片机小系统80C51 单片机属于 MCS-51 系列单片机，由 Intel 公司开发，其结构是 8048 的延伸，改进了 8048 的缺点，增加了如乘（MUL） 、除（DIV） 、减（SUBB） 、比较（CMP） 、16 位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串