《51单片机毕设参考文献》由会员分享，可在线阅读，更多相关《51单片机毕设参考文献（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于单片机的大棚温湿度控制系统设计基于单片机的大棚温湿度控制系统设计发布: 2011-9-1 | 作者: | 来源:caiminghao| 查看: 530 次 | 用户关注：摘要：针对研究蔬菜大棚智能温湿度控制，设计了一种基于计算机自动控制的智能蔬菜大棚温湿度控制系统。详细阐述了该系统的温湿度采集、温湿度显示、控制系统等系统软硬件的设计思想，以DS18B20 和 HM1500LF 作为温湿度传感器，以 AT89S52 单片机为系统核心，最后利用 DELPHI 软件进行系统仿真。该研究设计的蔬菜大棚智能温湿度控制系统人机界面良好，操作简单方便，自动化程度高，造价低廉，具有良好的应用前景和推广价值
2、。关键词：温度采摘要：针对研究蔬菜大棚智能温湿度控制，设计了一种基于计算机自动控制的智能蔬菜大棚温湿度控制系统。详细阐述了该系统的温湿度采集、温湿度显示、控制系统等系统软硬件的设计思想，以 DS18B20 和 HM1500LF 作为温湿度传感器，以 AT89S52 单片机为系统核心，最后利用 DELPHI 软件进行系统仿真。该研究设计的蔬菜大棚智能温湿度控制系统人机界面良好，操作简单方便，自动化程度高，造价低廉，具有良好的应用前景和推广价值。关键词：温度采集；湿度采集；LCD 显示；单片机0 引言植物的生长都是在一定的环境中进行的，在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中影响最大的是温度和湿
3、度。若昼夜的温度和湿度变化很大，其对植物生长极为不利。因此必须对温度和湿度进行监测和控制，使其适合植物的生长，以提高其产量和质量。本系统就是针对大棚内温度、湿度，研究单片机控制的温室大棚自动控制，综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求多方面因素之后，设计一种基于计算机自动控制的大棚温湿度控制系统。本系统实现的蔬菜大棚温湿度控制系统的目标功能如下：(1)系统能对大棚环境温湿度进行采集和显示(现场观温、湿度，软件记录)。(2)能通过上位机端远程设定蔬菜的生长期适宜温湿度。由主控机统一设置系统时间和温度湿度修正值。(3)当大棚的环境温湿度参数超过设定的上下限值时控制相应的系统启动。(4)可实时显示当
4、前温度、时间、报警阈值等信息，并可查询各时间段的温湿度情况，并加以控制。1 系统各组成模块本系统通过温度传感器 DS18B20 采集温度，HM1500LF 采集湿度，经过含有单片机的检测系统的进一步分析处理，通过通信线路将信息上行到 PC 机，在 PC 机上可对温湿度信号进行任何分析、处理。用户可以通过下位机中的键盘输入温湿度的上下限值和预置值，也可以通过上位机进行输入，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。如果环境的实时参数超越上下限值，系统自动启动执行机构调节大棚内温度和湿度状态，直到温湿度状态处于上下限值内为止。如果有预置初值，且与当前状态不相等时，系统也会启动执行机构实时动态调节温
5、湿度状态，直到所处的平衡状态与预置值相等为止。上位机即 PC 机使用 DELPHI 软件编写的一个数据库管理系统，可直接设置温度的上下限值和读取下位机的数据，并对下位机内的控制设备进行操作，调节大棚内温湿度状态。形成作物生长的走势图，从而通过生长走势图得出适合各种作物生长的最佳环境参数条件，为今后的温室种植提供参考。上下位机之间通过符合串行总线 RS 232 标准的通信通道以事先约定的协议进行通信。系统原理图如图 1 所示。2 总体电路及工作过程说明使用智能温度传感器 DS18B20 进行组网来测量各个采集点的温度，HM1500LF 来采集湿度，单片机 AT89S52 作为该系统的处理核心，单
6、片机根据温湿度传感器检测到的数据，把各个测量点的温湿度存储并显示在 LCD 液晶显示器上，同时显示在 PC 机上。3 数据采集模块本模块主要采用 DS18B20 采集温度，HM1500LF 采集湿度，由单片机 AT89S52 作总的控制并显示与传输。具体原理图如图 2 所示。基于单片机的温湿度检测与控制系统研究基于单片机的温湿度检测与控制系统研究发布日期:2008-06-14 作者:李俊 张晓东 来源:微计算机信息 摘要：单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用，温、 湿度则是系统常需要测量、控制和保持的量。文中介绍 了一种基于 ATA9C51 的单片机的温度和湿度检测与控 制的方案,针对被测对
7、象的温度与湿度在不同变化范围需 要不同的 PID 参数的特点，根据检测温度和湿度自动选 择合适的一组 PID 参数进行控制的方案，整个设计简明、 清晰。 关键词：单片机 AT89C51; DS18B20 温度传感器; 检测 与控制; PID; 看门狗 引言引言温、湿度是工业生产中常见的被控参数，温度和湿度己不再是相互独立的量，而应在系统 集成中综合考虑。利用单片机对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、 价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。本文介绍了利用 AT89C51 单片机进行 温度和湿度的检测及其控制的智能化方法。1 系统的硬件结构及工作原理系统的硬件结构及工作原理
8、工业中很多装置温度和湿度需要保持在一个既定的温度和湿度值上，本文针对实际需要， 设计了一套温度、湿度闭环检测与控制系统，系统整个硬件结构如图 1：图图 1 系统硬件结构图系统硬件结构图系统的工作中，经过温度、湿度检测及变换电路把被测对象的温度、湿度转换成电压信号， 该电压信号经 A/D 变换器转换为数字信号后送入单片机中，与给定的对应所要控制的多组 温度、湿度值进行比较，找出现温度、湿度值所在范围，根据单片机 AT89C51 中设置的 PID 参数，输出相应温度、湿度初值对应的受控对象电机的转速初值，经 D/A 转换器转换 为模拟电压，通过信号转化为变频器的频率，控制变频调速装置，带动被控对象
9、，并且把 被控对象的转速经变换电路和 A/D 转换器反馈到单片机中，与输出的转速初值进行比较， 其偏差被 PID 程序计算出后重新输出，在规定的时间内循环，从而实现对温度、湿度的控 制 1，直到达到在误差允许的范围内输出的转速值与转速初值相等。对于欠温度，控制加 热功率；对于过温度，控制吹风冷却装置，对于湿度则控制一个加湿、去湿装置2。2 硬件系统的组成硬件系统的组成2.1 温度传感器的选择3本系统采用美国 DALLAS 公司生产的单总线数字式温度传感器 DS18B20，由于具有结构 简单不需要外接电路，可用一根 I/0 数据线既供电又传输数据，并且具有体积小，分辨率 高，转换快等优点，被广泛
10、用于测量和控制温度的地方。2.2 湿度传感器的选择本系统采用的是电容式湿敏传感器 HS1101，电容式湿度传感器的感湿机理是当基于电极间 的感湿材料吸附环境中的水分时，其介电常数也随之变化，其电容量与环境中水蒸汽相对 压（PV/P关系可由下式表示：电容式湿度传感器实用化程度高，工艺成熟，性能稳定，普遍用于各种情况下湿度测量。2.3 主控模块单片机的选择4本系统单片机选用 ATMEL 公司的闪速存储器(flash ROM)型单片机芯片 AT89C51。AT89C51 是 ATMEL 公司的新一代 8 位的一片机产品，带有 4KROM、128BRAM,最大工作频率 24MHZ，同时，具有 32 条
11、输入输出线，16 位定时/计 数器，5 个中断源，一个串行口；它具有集成度高、系统结构简单，体积小可靠性高，处 理功能强，速度快等特点。2.4A/D 芯片的选择本系统采用 Ti 公司的串行 A/D 芯片 TLC2543，A/D 转换电路作为 TLC2543 与单片机的接 口电路，它是一种利用 12 位开关电容逐次逼近模拟信号的模数转换器，片内有 14 位通道。 具有 12 位分辨率 A/D 转换口，在标定转换温度范围内转换时间为 10us，输出数据长度可 编程，TLC2543 自带采样、保持电路。所以输出引脚可以直接与单片机的并行 I/0 口连接。2.5D/A 芯片的选择本系统采用带有缓冲基准
12、输入的 10 位电压输出数据的模拟转换器 TLC5615，D/A 转换电 路作为 TLC5615 与单片机的接口电路，它具有基准电压两倍的输出电压范围。通过 3 线串 行总线和工业标准的微处理器和微控制器接口，接收 16 位数据字以产生模拟输出。 2.6 报警电路简介本设计的报警电路由一个自我震荡刑的蜂鸣器，只要在蜂鸣器两端加上超过 3v 的电压，蜂鸣器就会叫个不停和一个发光二极管组成。设计中蜂鸣器是通过 ULN 2003 达林顿管芯片 电流放大 IC 来控制。在要求的温度、湿度达到一定的上界或者下界时，报警电路开始工作。2.7 温度、湿度显示电路本设计中用 4 个 LED 组成显示单元，采用
13、静态显示方式。如图 2 所示， 图图 2 温、湿度显示模块图温、湿度显示模块图AT89C51 通过 2-4 译码器对 4 只 MC14495 芯片进行控制。MC14495 的输出端与 LED 数码 管的 7 段 a,b,c,d,e,f,g 相连。MC14495 芯片的作用是输入被显示字符的二进制码(或 BCD 码) ，井把他自动转换成相应的字形码，送给 LED 显示。图 2 中，4 个输出端口用于输出显示字符的二进制码 (或 BCD 码)。1 个输出端口用于控制 2-4 译码器工作，还有 2 个输出口经译码器输出后控制哪一片 MC14495 显示输出，从而直 观的看出温度、湿度经过闭环调节之后
14、的效果值。如我们假定温度上限、下限为 50，0， 湿度为 70，30。我们可根据现场检测直观的显示温、湿度值，超出系统将做报警处理。程 序简单思路如下5：#includeVoid main( ) int a,b,c,d,e,f,g,g;/设置检测点 a,b 用来检测温度上下限，c,d 检测湿度上下限， e,f,g,h 对应显示温度与湿度的测量值。If(a0b=f;c=g;d=h;/把检测对应连接显示接口，显示温度、湿度值。else报警3 系统软件设计系统软件设计3.1 数据采集温度数据的采集经过 DS18B20 独特的功能，直接将采集的数据自动转化为数字量传入单片 机，湿度数据是由传感器测得现
15、场湿度信号经变送器转换成 05V 的直流信号，送到 A/D 模数转换器转换成数字量后，再送入单片机进行数据处理，处理后的数据进入 PID 算法比 较做出控制量的选择。3.2 数字滤波当采样过程完成后，要对采样所得的数据进行数字滤波。数字滤波程序用于滤去来自控 制现场对采样值的干扰，数字滤波的算法很多，这里采用中值滤波。中值滤波原理很简单， 就是对采样过程中的 n 个 (一般是 3 个)采样值进行比较，取中间值放入指定的存储单元。3.3 单片机抗干扰电路的设计在抗干扰方面的许多技术，如设计软件陷阱、加硬件看门狗电路等。若失控的程序进入“死 循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过
16、不断检测程序循环运行时间，若 发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。 “看门狗”技术大大提高了系统可靠性，本系统“看门狗”让系统运行更加稳定可靠。3.4 系统的 PID 控制算法6控制算法是控制系统的核心部分，是控制系统能否稳定和调节品质是否优良的关键。本系 统是一个闭环控制的单片机直接控制系统(DDC)，它的工作原理是按照一定的采样周期 T 去对被控量（温度、湿度）进行采样，并经过控制算法算出控制量，以此控制量作为输出 控制执行器，实现对被控对象的控制，采用单片机作为控制器核心所构成的自动控制系统， 软件算法流程图如图 3。闭环温度、湿度控制程序，由求偏差 E 和偏差变化率 Ec,数据量化 算法、增量 PID 控制算法等程序模块组成。单片机首先读取数字化的实际转速，并与设定 的转速相比较，得出差值，单片机再根据差值，调用 PID 程序，计算并输出模拟电压控制 变频调速器，调节被控对象电机转速的大小，同时，寻找最优条件，改变 PID 参数。PID 的计算公式为：U（K）=U（K-1）+KPE（K）
