蔬菜大棚温度控制系统设计

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1、目录摘要 错.误. !未指定书签。错误. !未指定书签。 第1章 绪论 错误!未指定书签。1.1 选题背景 错.误 !未指定书签。1.2 国内发展现状与水平 错. 误!未指定书签。1.3 设计目的与意义 错. 误 !未指定书签。1.4 本章小结 错.误 !未指定书签。第2章 系统功能需求分析与方案选择 错. 误!未指定书签。2.1 设计要求 错.误 !未指定书签。2.2 系统的功能需求分析 错. 误!未指定书签。2.2.1 硬件功能需求分析 错. 误!未指定书签。2.2.2 软件功能需求分析 42.3 工作原理 错.误 !未指定书签。2.4 控制方案 错.误 !未指定书签。2.4.1 主控制系

2、统方案 错. 误!未指定书签。2.4.2 温度采集系统方案 52.4.3 显示模块方案 错. 误 ! 未指定书签。2.4.4 机械控制系统方案 52.5 系统控制方案的确定 62.6 本章小结 7第3 章 硬件电路设计 93.1 主控制器 89C51 单片机电路 9.3.1.1 89C51 功能介绍 93.1.2 单片机最小系统电路说明 9.3.2 温度采集电路 103.2.1 18B20 基本功能 103.2.2 18B20 的电路连接原理 错. 误 !未指定书签。3.3 显示模块电路 错.误 !未指定书签。3.3.1 1602 基本功能 错. 误!未指定书签。3.3.2 显示模块电路连接原

3、理 错. 误 !未指定书签。3.4 键盘输入模块电路 错. 误!未指定书签。3.4.1 键盘功能与其电路连接 错. 误 !未指定书签。3.5 机械控制电路模块 错. 误!未指定书签。3.5.1 降温模块电路 错. 误!未指定书签。3.5.2 升温模块电路 错. 误!未指定书签。3.6 蜂鸣器报警电路 错. 误 !未指定书签。3.7 电源输入部分 错.误 !未指定书签。3.8 本章小结 错.误 !未指定书签。第4 章 系统软件设计 错.误!未指定书签。4.1 系统主程序流程 错. 误 !未指定书签。4.2 18B20 测温读取子程序 204.3 1602 显示子程序 214.4 机械控制子程序

4、214.5 定时器子程序 错.误 !未指定书签。4.6 本章小结 错.误 !未指定书签。第5 章 系统调试与仿真 错.误!未指定书签。5.1 系统调试 错.误 !未指定书签。5.2 系统仿真 错.误 !未指定书签。5.3 仿真结果 错.误 !未指定书签。第6章 结论 27致谢 29参考文献 31附录 33附录 1 硬件电路原理图 33附录 2 元件清单表 34附录 3 源程序清单 35摘要本设计完成了蔬菜大棚温度控制系统的系统设计。 系统选用 89C51 单片机作为 控制器，利用 18B20 数字温度传感器实时监测大棚当前温度， 以加热灯泡和电机作 为执行器，进行温度控制。采用软件绘制系统硬件

5、电路图，以C 语言为编程语言，利用平台，完成了系统的软件开发，并进行了仿真。仿真结果表明，控制系统基本 能够实现检测温度、降温和升温的功能，特别是以不同的工作模式工作时，通过脉 宽调制技术控制的电机以不同的转速工作，满足基本的设计需求。关键词 89C51 ， 18B20 ，温度控制. 89C51 , 18B20C , , . , , , a: 89C51 , 18B20 ,第 1 章 绪论1.1 选题背景在生活中，能量对于所有生物的重要性不言而喻，而温度则是能量的一个很重 要的体现，所有生物跟温度都有着密不可分的关系。自从第一次工业革命以来，温 度的控制对于工业的发展有着十分重要的作用，可以说

6、掌控了温度，就掌控了工业 发展的命脉。中国是个农业大国，而有农作物的生长跟温度有很大的关系，因此可 以说温度的控制在农业的生产中也十分重要。限制我国农业发展的两个难题是耕地 面积少和气候条件复杂，虽然说中国地大物博，但人口众多，耕地面积少，加上日 益破坏严重的环境， 人均占有的耕地面积就更少， 这极大的制约了我国农业的发展 温室大棚技术的出现就是其中一个解决这两个难题的好方法。温室大棚通过温度控 制建立一个适合农作物生长的人工气候环境，从而大大提高农作物产量。同时，温 室大棚几乎可以建立在任何地方和任何环境，不用考虑地理因素和和环境因素，因 此可以很好的解决制约农业发展中耕地面积少和气候条件差

7、这两个难题，为农业的 发展带来巨大的贡献。1.2 国内发展现状与水平随着生活水平不断提高，人们在解决温饱之后对生活的质量也有很高的要求， 对绿色食物尤其是蔬菜的需求就在不断的增加。传统的农业生产带有很强季节性， 即蔬菜的产量跟季节或自然环境有很大的关联，当季节不适合或自然环境不好时， 其产量将大大降低，这就不能满足人们的需求，而蔬菜大棚的出现则能很好的解决 这一难题。蔬菜大棚的主要技术核心之一是温度控制，目前我国最常用的蔬菜大棚 温度控制的方法是通过人工在蔬菜大棚内装上温度计，然后通过读取温度计上显示 的温度值得到大棚的当前温度，再把得到的当前温度与设定温度进行比较，看当前蔬菜大棚温度控制系统

8、设计 温度是过高还是过低，然后再进行相对应的降温还是升温 10 。这种人工监控方法不 仅费时费力，成本高，而且误差大，随机性大，其调节措施也有很大的局限性。因 此，我们需要一种造价低廉、测量准确以与控制方便的温度控制系统来解决这些难 题。1.3 设计目的与意义单片机控制技术的出现为我们解决蔬菜大棚中温度控制的难题提供了很好的思 路。单片机在现代的控制领域中被称之为小电脑，被越来越多的应用到现代的生活 中13 。在蔬菜大棚中进行温度控制时，采用单片机来控制温度的自动控制系统，其 具有可靠性高、精度高、功能强以与造价低廉等的优点，这些优点可以大幅度提高 被控温度的各项技术指标，给蔬菜提供一个适合生

9、长的环境，从而大大提高蔬菜的 生产质量和数量 1 。除此之外，在传统的大棚中，电机的转速在不同的温度下其转 速都是一样的，当温度超过上限设定温度但不是很高的时候基本不会出现问题。但 温度超过上限设定温度很多时，如果电机还是以较慢的转速开始工作，则会因为降 温不与时而导致蔬菜生长受到影响。考虑到传统蔬菜大棚的这一缺陷，在本设计中 运用脉宽调制技术控制电机的转速 2 ，避免出现上述提到的问题。同时，自动控制 也将节省大量的人力和财力，给农民带来更高的收入。因此，采用单片机控制蔬菜 大棚温度的自动控制系统比传统的人工控制具有不可比拟的优势，它为现代农业的 发展提供了强大的技术支持，并指明了方向。本文

10、的组织结构如下：在第二章中分析了控制系统的硬件和软件功能需求，提 出问题。在第三章内容中分模块进行电路设计，完成系统的总体电路设计。在第四 章中根据系统流程图完成系统的软件开发。第五章运用软件和程序编写软件对系统 硬件和软件进行仿真并分析仿真结果。第六章中是整个设计的结论，并对论文进行1.4 本章小结本章节首先给出此次设计的选题背景和国内发展现状与水平，说明蔬菜大棚存 在的问题，然后通过设计目的与意义阐明研究问题的技术要点和方向，为下一步的 系统功能需求分析和方案选择打好基础，并在本章节的最后给出论文的结构。第 2 章 系统功能需求分析与方案选择完整的控制系统一般包含了多个部分的电路，每一部分

11、电路可以由多种方案实 现，但每一种方案在实现所需要的功能时，其电路在精确度、复杂程度、可行性分 析等方面都各有所不同。为了使整个系统电路变的简单，制作成本低，精准度高， 可行性好，本章将对整个系统的电路进行拆分，依次对每一部分电路的选择方案进 行论证，使用最优的方案达到最优控制的目的。2.1 设计要求本次设计需要设计一个蔬菜大棚温度控制系统， 其具体要求如下 : 蔬菜大棚设定的初始上下限温度值分别为 30 C和20 C,也可以由人为调控设定，并通过显示器 显示出上下限温度值和实时温度值，其最小的区分度为C。当实时温度在上下限温度之间时，表示系统温度处于正常状态，机械控制模块不工作；当实时温度高

12、于 上限温度时， 蜂鸣器发出声音进行报警， 机械控制模块控制降温设备进行散热降温， 同时要求当实时温度超过上限温度越多，散热越快。当温度回降到上下限的中间值 即25 C时，降温设备停止工作。当实时温度低于下限温度时，蜂鸣器发出声音进行 报警，机械控制模块控制升温设备进行加热升温；当温度回升到上下限的中间值即 25 C时，升温设备停止工作。2.2 系统的功能需求分析系统的功能需求分析包括硬件功能需求分析和软件功能需求分析。根据设计要 求和系统的功能需求分析，得到系统的功能需求。2.2.1 硬件功能需求分析首先，需要选择一个主控制器来进行数据的检测和处理，在大棚温度控制的过 程中需要加热以与散热，

13、所以在硬件系统中需要一个加热灯泡和电风扇，电风扇用 电机代替。当通过主控制器检测到温度低于设定的温度下限时，则启动加热灯泡开 始对空气温度进行加热升温，让系统的温度保持在所设定温度上下限值的范围内。 在此过程中用到的温度传感装置为 18B20，主控制器通过接收传感器传回的温度数 据，判断是否在所设定温度上下限值的范围内。在本设计中当温度超过设定温度上 限越多，电机转动的越快，这就需要控制电机速度 2 ，根据电机所学知识，电机的 转速与施加在电机两端的电压大小成正比，但是电机在接入电压后转速不会立即到 最大值，而使在经过一段时间的加速后才会到达当前电压下的最大转速。在电机的 速度控制程序中，通过

14、控制输出高低电平占空比进而控制电机两端的平均电压，即 通过脉宽调试改变电机输入电压的占空比来实现的。2.2.2 软件功能需求分析软件就是对主控制器的编程，在软件编写的过程中以软件流程图为依据，然后 根据硬件系统的设计要求按步编写。系统开始运行后，主控制器将检测到的温度信 息进行分析，检测温度是否在所设定温度上下限值的范围内，若不在则主控制器与 加热灯泡或电机相连的引脚输出高电平，使加热灯泡或电机工作开始对空气温度进 行升温或降温。同时通过程序的编写，让主控制器能输出相应的波信号，完成电机 调速的功能。 在本设计中用到的温度检测元件是 18B20 温度检测器， 这就需要在程 序中引入 18B20

15、 的基本读写程序。按照上述对蔬菜大棚温度控制系统要求的分析， 通过硬件系统和软件系统的配合工作来达到本设计的控制要求。2.3 工作原理本次设计的蔬菜大棚温度控制系统主要的工作原理过程是：温度采集模块对温 度进行采集，在显示模块上显示出来的同时传给主控制模块，通过主控制模块的整 合处理，最后通过主控模块输出的电平信号来使机械控制模块进行相对应的工作， 使蔬菜大棚的温度达到所要求控制的目标。2.4 控制方案控制方案的选择关系到控制系统的成败，完整的控制方案一般包含了多个小的 模块方案，每一小模块方案功能的实现，则控制系统将能完成所需要的功能。为了 使整个控制方案合理可行，下面将进行收集分析各模块资料信息的工作，最终选出 最合理的控制方案。2.4.1 主控制系统方案 随着科技的进步发展，目前常见的的温度控制器有很多种，其中单片机和是最 先进的两种，以这两种为主控制系统的设计方案十分符合蔬菜大棚温度自动控制的 要求。方案一：单片机控制系统由于要对系统内的温度进行检测和控制， 因此选用 89C51 型号的单片机在控制 性能要求上是可以完成主控制任务。