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1、装订线长 春 大 学 花窖温度湿度测控系统设计第1章 绪论1.1 选题的目的和意义此系统设计的目的在于对花窖的温湿度控制实现自动化，科学化，通过分析监测数据，结合花卉生长发育的规律，控制环境条件，使花卉在不适宜生长发育的反季节中可获得比自然下室外生长更优良的环境条件，达到对花卉的优质，高产，时节的控制。改革开放后，人们对生活质量的要求显著提高，对美丽的花卉的需求量也急剧上升，这种对养殖花卉为生计的园林工人是一个机遇，同时也是对传统的手工培养花卉是一个挑战，花卉一般都采用温室栽培，要充分利用好温室栽培这种高效技术，就需要一套科学的，先进的管理控制方法，用以对不同的花卉生长的各个时期所需的温度湿度
2、等环境条件进行实时的监控。由于我国从国外引入的自动温湿度测控系统侧重点与我国气候特征不相匹配，而且引进投资高，运行维护费用高，因此难于在我国花卉市场推广应用。因此，根据我国环境条件自主设计低成本的高效率的花卉温湿度控制系统对加快我国花房产业的现代化水平及提高温室的经济效益都有重要的意义。植被栽培技术：植被的“设施栽培”，即“保护地栽培”。它是指在某种类型的保护设施内（如阳畦、温室、等），认为的创造是一直被生长的最佳环境条件，在不同季节内，尤其是不利于植被生长的季节进行植被栽培的一种措施。设施栽培是人类利用自然、改造自然的一种创造行为。由于涉室内的条件可以实现人为控制，使得植被可以周年生产。玻璃
3、温室和塑料薄膜温室出现后，植被生产出现了划时代的变化。现在人们可以根据自己的意愿，随时生产出所需的各种植被。可以说这是“设施栽培”的功劳。在不利于植被生长的自然环境中，温室能够创造适宜植被生长发育的条件。温室环境的调节主要包括三个方面：温度：根据植被生的适宜温度进行温室温度调节，若低于下限温度则采取升温措施，通常采取电热增温和火力增温，火力增温较为方便。若高于上限温度则采取降温措施，通常通过水管降温和风扇降温。日光：这饮食调节光照强度的最好方法，其具体做法是加盖这样草或草席，这种方法兼有降温效果。湿度：为满足植被对湿度的要求，可以在地上、台阶、盆壁洒水，可以在空中悬挂湿布，以增加水分的蒸发，最
4、好的方法是设置自动喷雾装置，自动调节湿度。如果湿度过大，容易导致植被被病害，可以采用通风的办法来降低湿度，而且最好在室温与气温相差不大的时候进行。（此设计侧重于温湿度的信息采集处理，光照不予考虑，控制环节以继电器式工作）1.2 研究现状国外关于温室温湿度的测控系统多为针对大型花窖、及其他作物生产场合。而国内对于温湿度自动控制的需求主要以小型花卉培养为主，对于温度要求波动在2.5内，湿度波动在10%。随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温湿度因素，许多产品对温湿度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温湿度检测仪器大都是单点测量，同时还有温湿度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控
5、制者根据温湿度变化及能够综合处理多点温湿度信息的测量系统就很有必要。常用的控制温湿度的方法有一下几种：第一，使用EDA技术，通过逻辑判断实现对当前温湿度与设定值的对比实现控制，但逻辑关系复杂，温湿度转换需要较复杂的芯片，对硬件的需求较大，而逻辑关系可以通过软件在芯片内模拟，所以这种方法放弃。第二，使用51系列单片机进行数据处理及控制，联合8279实现键盘输入与显示功能。此方案的优点在于结构简明，可以基本实现课题的指标要求，但是缺乏功能的扩展性，数码管显示易于操作但是无法显示图标曲线类复杂的信息。有待考证。第三，使用类似于方案二的设计，但加入上下位机概念，通过RS232实现单片机与上位PC机之间
6、的数据传输，在PC机实现数据的存储与曲线显示功能。对比之下，方案三设计较前两个合理，可以很好的实现曲线显示功能，PC机便于控制。本课题研究的目的在于针对国内的花窖的特点，进行多点测量，整体控制，对于不同花卉进行可调节的温湿度控制，是花窖温湿度在允许范围内波动，并且有缓冲区域，达到降低能耗的目的。了解花窖温度湿度的监测与控制方法，了解指标要求设计温湿度测控系统。以单片机为核心的器件、构成系统选择温度湿度的感受器实现对花房内的温度湿度进行多点检测，对其进行加温加湿设备进行控制，维持花房内温湿度负荷指标要求。第2章 系统的硬件系统设计2.1 系统的硬件组成框图本系统为一个全自动的花窖温湿度巡回检测与
7、控制系统，由以下几部分组成：AT89C51单片机，温湿度传感器，8255并行口电路A/D转换器变送器，驱动电路报警和显示电路组成，其接口部分包括单片机外扩展的数据存储器6264一片和地址锁存器74LS373，系统的组成如图2-1所示：图 2-1 硬件组成框图2.1.1 系统的工作原理在应用程序的作用下，首先对8255进行初始化，设定工作方式0。PA口PB口PC口均为输出口，PA口PB口为显示输出，PC口为报警和相关设备驱动口。由于工艺决定，进之前已经将湿度控制在安全限以内，测量过程是先温度后湿度的顺序，首先对温度进行采样，每一个温度点采样5次，计算平均值作为采样值送入显示和存储的相应单元进行存
8、储和传感器的编号和温度的显示，然后判断温度是否超过设定温度，如果温度超标则报警并根据传感器的位置判断启动通风设备还是加热设备，如果不超标就继续检测下一个点的温度，知道整个的多个点温度全部测试完成，然后计算和显示的平均温度，然后对8个点的湿度进行测量并且显示，也是按照每个点测量5次然后取平均值的方法计算，来减少干扰因素带来的误差，8个点的湿度测量完成后计算并显示的平均湿度。同样与设定的湿度值比较如果超标就报警，并启动风扇进行通风处理。然后系统返回再进行温度和湿度的巡回测量和显示。2.2 系统主控制器部分设计2.2.1 AT89C51的复位电路AT89C51单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位
9、两种方式。本设计采用上电复位电路，所谓上电复位，是指单片机只要一上电，便自动地进入复位状态。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。图 2-2 复位电路2.2.2 AT89C51的时钟电路AT89C51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。在TXAL1和XTAL2两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激振荡器，如图2-3所示。电容器C1和C2通常都取30pF左右，选用不同的电容量对振荡频率有微调作用。但石英晶体本身的标定频率才是单片机振荡频率的决定因素。其振荡频率范围是112MHz。图 2-3 时钟电路XTAL
10、1：接外部晶体的一端。在单片机内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机上，此引脚必须接地；对AT89C51单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。若采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机上，该引脚输入外部时钟脉冲；对AT89C51单片机，此引脚应悬空。2.2.3 报警电路蜂鸣报警电路是的优点是能通过不断的发出声音使人便于及时断定线路的通断，发音元件主要就是蜂鸣器，只要将报警电路接到3-5V直流电源上就能产生3Hz左右的震荡声响，其电路如图2-4
11、所示图 2-4 报警电路2.2.4 显示、键盘电路（1）LED显示器的结构LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。其外形结构如图2-5所示，由图可见它由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合来显示出09、A、B、C、D、E、F以及小数点“.”等字符。 图2-5 LED显示器的结构表2-1列出七段LED显示器（共阴极）显示的数字、字符和对应的段码关系。共阳极显示器的段码与共阴极显示器的段码是逻辑非的关系，所以对表2-1中的共阴极显示器的段码求反，即可得到共阳极显示器的段码。表2-1 数字对应的段码表示字符DP g f e d c b a段码（H）01234567
12、89AbcdEFP.空格0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 1 1 10 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 0 0 10 1 0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 3
13、F065B 4F666D7D077F6F777C395E7971738000对于6位显示器，在AT89C51RAM存储器中设置7个显示缓冲单元70H76H，分别存放7位显示器的显示数据。AT89C51的 A 口扫描输出总是只有1位高电平，即7位显示器中仅有1位公共阳极为高电平，其他位为低电平AT89C51的B口输出相应位然后对其他6位巡回显示LED1-3显示温度、4-6显示湿度，如果小数点位固定可以通过对指定位进行置位或者清零来实现。图 2-6 显示电路（2）键盘电路按键可以直接连接到AT89C51的P0口，这样其电路结构最为简单，工作时可以使用中断方式，通过键盘的输入设定花窖的温度和湿度的固定值。也可以通过按键实现实现设置和确认。图 2-7 按键电路2.2.5 通信电路下面简要地介绍各个ROM命令的功能，以及使用在何种情况下。1）搜索ROM（代码为FOH）当系统初始上电时，主机必须找出总线上所有从设备的ROM代码，这样主机就能判断出从机的数目和类型。主机通
