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1、HEFEI UNIVERSITY电子系专业导论论文题 目 冬暖式温室大棚环境监测系统设计 班 级 10级自动化（1）班 姓 名 学 号 1005073028 1005074023 1005075011 完成时间 2013/6/30 指导老师 丁健 胡晨曦 1微型计算机控制技术课程设计任务书论文题目冬暖式温室大棚环境监测系统设计设计类型导师姓名主要内容及目标在国家大力发展农业的背景之下，我们所做的这个项目是很有意义的。应用所学单片机知识，将所学应用到实践中，培养实践与动手能力，真正把理论转化为实践。通过单片机课程设计，熟练掌握keil C语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手
2、的能力。系统主要功能是监测大棚的温度并显示，用测得的光敏电阻的阻值表征光照强度 ，应用于普通冬暖式温室大棚的温度监测和光照自动控制，另有定时功能可以设定允许触发的时间范围。应用51单片机作为核心处理器，使用ds18b20传感器将所收集的信号传送给单片机，然后实现温度的显示，用光敏电阻在光照下阻值的变化转化成电压变化输入到单片机，进行处理转化将其限定在一定范围内，超出范围就会发出警报。可以定时只允许在设定的时间范围内触发单片机引起报警及相关装置的动作。具有的设计条件1 PC机一台，教学实验箱一台;计划学生数及任务3人（1）：明确课题功能。（2）：把复杂问题分解为若干模块，确定各模块处理方法，画出
3、流程图。（3）：存储器资源分配（4）：编制程序，根据流程图来编制源程序（5）：对程序进行汇编，调试和修改，直到程序运行结果正确为止。1计划设计进程一、 总体方案设计二、 控制系统的建模和数字控制器设计三、 硬件的设计和实现1、 选择计算机字长(选用 51内核的单片机)2、 设计支持计算机工作的外围电路(EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等)；3、 设计输入信号接口电路；4、 设计输出控制电路；5、 其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)。四、 软件设计1、 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2、 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)框图。五、编写课程设计说明书，绘
4、制完整的系统电路图(A3幅面)。目录一、设计简介11.1 系统的概述11.2 系统的要求11.3 系统的主要模块11.3.1 本系统的主要组成部分11.3.2 各部分的功能21.3.3 工作原理2二、设计的理论基础22.1 AT89C52的工作原理32.1.1 CPU的结构32.1.2 CPU的结构I/O口结构32.1.3 程序存储器32.1.4 定时器42.1.5 中断系统42.2 单总线数字温度传感器DS18B20检测电路42.2.1 DS18B20简介42.2.2 DS18B20 的性能特点42.2.3 DS18B20的测温原理52.3 LCD1602液晶显示器62.3.1 LCD160
5、2简介62.3.2 LCD1602的指令说明及时序72.4 直流马达82.4.1 马达工作的原理82.4.2 马达的基本构造92.5 蜂鸣器9三、系统的硬件组成电路设计93.1 系统总硬件设计103.2 单总线数字温度传感器DS18B20检测电路103.3 LCD1602显示模块11四、 系统软件的设计114.1主程序设计124.2 温度检测134.2.1读取温度设计134.2.2 温度数据处理设计144.3 液晶显示器LCD1602164.3.1 LCD1602初始化164.4马达的控制174.5 报警器的启动18五、总结18六、参考文献1附录A2附录B9摘要我国南方温度炎热而漫长，大力推广
6、大棚蔬菜的种植来满足人们日常生活对蔬菜的需要。随着人们生活水平的日益增长，对蔬菜的要求也较高，对大棚蔬菜的温度控制就是一个重要因素。温度过高，蔬菜就会停止生长或者糜烂。本系统就基于单片机AT89C52实现对大棚温度的自动化控制。用数字温度模块DS18B20采集，将采集到的温度用显示屏显示，再根据采集到的温度，控制马达的转速，从而实现对大棚温度的控制。当温度大于35，喇叭产生报警信号。关键字：温度 自动 控制正文一、设计简介1.1 系统的概述应用自动控制和电子计算机实现农业生产和管理的自动化，是农业现代化的重要标志之一。近年来电子技术和信息技术的飞速发展，带来了温室控制与管理技术方面的一场革命，
7、随着“设施农业”、“虚拟农业”等新名称的出现。温度计算机控制与管理系统正在不断吸收自动控制和信息管理领域的理论和方法，结合温室作物种植的特点，不断创新，逐步完善，从而使温室种植业实现真正意义上的现代化，产业化。本系统以AT89C52单片机为控制核心的测控仪，主要是为了对蔬菜大棚内的温度，地检测与控制而设计的。该测控仪具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点，所以具有一定的应用前景。1.2 系统的要求本系统通过单片机AT89C52控制,用DS18B20数字温度模块采集温度。通过LCD1602液晶显示屏显示当前温度，当温度高于20，马达将带动风扇的转动，实现自动控制大棚里的温度。当检
8、测到的温度高于35时，发出报警信号。本设计将实现大棚温度的自动化控制。1.3 系统的主要模块1.3.1 本系统的主要组成部分本系统为一个全自动温度检测与控制系统，由以下几个部分组成：AT89C52单片机，温度检测，显示电路，马达，及报警装置等组成。组成图如图1-1。 图 1-1 温度自动控制构成图由图1-1所示，本系统的核心部分是AT89C52，此芯片是该电路的枢纽。由它先控制着温度的检测，用检测到的温度实现马达的自动控制，以及显示。若检测到的温度高于设定的值，则发出报警信号。1.3.2 各部分的功能AT89C52单片机：它是系统的中央处理器，担负着系统的控制和运算。温度检测装置：DS18B2
9、0数字温度模块对大棚内温度进行采集，将温度转换成数字。显示设备：主要是用于显示检测到的大棚温度。马达：主要用于带动风扇的转动。报警装置：产生报警信号。1.3.3 工作原理首先对硬件系统DS18B20定义端口为P1.3,P2.4,P2.5,P2.6和P0口控制液晶LCD1602的显示，定义端口P1.5为马达控制端口，P1.7为喇叭控制端口。首先对温度采集，将采集到的温度转换数字，采集到的温度由LCD液晶显示屏显示。再将采集到的温度所属软件设置的哪个范围，而控制P1.5的电平输出。二、设计的理论基础整个控制系统由软件程序设计。根据系统具体要求，可以对具体部分进行分析设计。但要实现对各部分的设计，需
10、要充分了解各部分的理论基础。本设计系统的基本组成单元包括：单片机控制单元，DS18B20温度检测电路，LCD1602显示屏，直流马达，蜂鸣器报警装置。2.1 AT89C52的工作原理2.1.1 CPU的结构CPU是单片机内部的核心部分，是单片机的指挥和执行机构，它决定了单片机的主要功能特性。从功能上看，CPU包括两个基本部分：运算器和控制器1。2.1.2 CPU的结构I/O口结构AT89C52单片机有4个8位并行I/O接口，记作P0、P1、P2和P3，每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器，一个输出驱动器和输入缓冲器，作输出时
11、数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲，但是这四个通道的功能完全不同。如图2-1。图2-1 AT89C52引脚及管脚功能2.1.3 程序存储器程序存储器通过16位程序计数器寻址，寻址能力为64K字节。这能在6K地址空间内任意寻址，但没有指令使程序能控制从程序存储器空间转移到数据存储空间。对AT89C52芯片来说，片内有8K字节ROM/EPROM，片外可扩展60K字节EPROM，片内和片外程序存储器统一编址。2.1.4 定时器定时器T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三种工作方式。不管是定时工作方式还是计数方式，定时器T0和T1在对内部时钟或对外部时间计
12、数时，不占用CPU时间，除非定时器/计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作。由此可见，定时器是单片机中效率最高而且工作灵活的部件。2.1.5 中断系统中断是指中央CPU正在处理某事情的时候，外部发生了某一事件，请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件；中断服务处理完成以后，再回到原来被中断的工作，这样的过程称为中断2。2.2 单总线数字温度传感器DS18B20检测电路由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。
13、2.2.1 DS18B20简介DS18B20数字温度传感器采用DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装二成，具有耐磨耐碰，体积小使用方便，封装形式多样等优点，适用于各种狭小空间设备数字温度和控制领域3。2.2.2 DS18B20 的性能特点 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形
14、如一只三极管的集成电路内。 温范围55125，在-10+85时精度为0.5。零待机功耗。 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式，DQ 为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。图3-1 DS18B20的引脚功能图图3-2 DS18B20的内部结构图2.2.3 DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理，低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度
