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1、 单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 蔬菜大棚温度控制器设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气121 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：2015.06.22-2015.07.05II 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号1203学生姓名专业班级课程设计（论文）题目蔬菜大棚温度控制器设计课程设计（论文）任务当监测到蔬菜大棚温度超过上限报警值时，可开启220V供电的排风扇降温；当温度低于下限报警值时，可开启加热引风机提高温室内的温度，直至符合要求时为止。大棚温度范围1530度，白天温度控制在2530度，夜间温度控制在15-20度。
2、设计任务：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. 温度传感器选择及接口电路设计3. 温度显示及控制电路设计4 程序流程图设计及程序清单编写技术参数：1大棚温度15-30度，白天25-30度，夜间15-20度2工作电源220V设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD转换器、输出电路等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5
3、天 温度传感器选择及接口电路设计第6天温度显示及控制电路、电源电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。本论文主要阐述了基于AT89C51单片机的大棚温度控制系统设计原理，主要电路设计及软件设计等。该系统采用89C51单片机作为控制
4、器，温度传感器作为温度数据采集系统，可对执行机构发出指令实现大棚温度参数调节实现对蔬菜大棚温度的检测与控制，从而有效提高蔬菜的产量。文中提出了具体设计方案，讨论了蔬菜大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，进行了可行性论证。关键词：蔬菜大棚；温度控制；89C51单片机；目 录第1章 绪论11.1蔬菜大棚温度控制器概况11.2本文研究内容2第2章 CPU最小系统设计32.1蔬菜大棚温度控制器总体设计方案32.2CPU的选择42.3数据存储器扩展52.4复位电路设计52.5时钟电路设计62.6CPU最小系统图6第3章 温度控制输入输出接口电路设计83.1温度传感器的选择83.2温度检测接口电路设计93
5、.2.1A/D转换器选择93.2.2模拟量检测接口电路图93.3温度控制电路设计103.4人机对话接口电路设计103.4.1按键电路设计103.4.2显示电路设计11第4章 蔬菜大棚温度控制软件设计124.1软件实现功能综述124.2流程图设计124.2.1主程序流程图设计124.2.2温度调节流程图设计134.3程序清单13第5章 系统设计与分析195.1系统原理图19第6章 课程设计总结20参考文献21第1章 绪论1.1 蔬菜大棚温度控制器概况在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等
6、行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。我国人多地少，人均占有耕地面积更少。因此，要改变这种局面，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。温室大棚技术就是其中一个好的方法。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济效益，所以温室大棚技
7、术越来越普及，并且已成为农民增收的主要手段。随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制便成为一个十分重要的课题。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度值了解实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低，然后进行相应的通风或者洒水。这些操作都是在人工情况下进行的，耗费了大量的人力物力。现在，随着国家经济的快速发展，农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。温室大棚的建设对温度检测与控制技术也提出了越来越高的要求。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的
8、小电脑在为我们服务。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。因此，本课题围绕基于单片机的温室大棚控制系统展开了应用研究工作。1.2 本文研究内容本文介绍的温度测控系统就是基于单片机技术及其器件组建的。该系统能够对大棚内的温度进行采集，利用温度传感器将温室大棚内温度的变化，变换成数
9、字量，其值由单片机处理，最后由单片机去控制液晶显示器，显示温室大棚内的实际温度，同时通过与预设量比较，对大棚内的温度进行自动调节。这种设计方案实现了温度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高，可维护性好。这种温度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，从而提高温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。第2章 CPU最小系统设计2.1 蔬菜大棚温度控制器总体设计方案由温度传感器检测温度，通过A/D转换器将检测信号转换成数字量，进而利用8
10、9C51单片机对采集的温度信号进行判断与调节，通过显示模块显示当前温度值，当监测到蔬菜大棚温度超过上限报警值时，可开启220V供电的排风扇降温；当温度低于下限报警值时，可开启加热引风机提高温室内的温度，直至符合要求时为止。温度传感器放大电路A/D转换89C51单片机显示电路温度控制电路图2-1 总体方案框图图2-2 各模块与89C51单片机的关系表2-1 各模块功能模块名称功能温度检测模块将物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量，用来采集数据显示模块显示温度晶振模块给单片机提供时钟信号复位模块使单片机的程序计数器清零温度调节模块进行温度调节89C51单片机进行数据处理2.2 CPU的
11、选择单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器计数器集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。因而单片机具有性价比高、可靠性高、控制功能强大、功耗低、结构简单易于扩展等优异特点，在智能化仪表、机电一体化产品、测控系统、计算机网络及通信技术、家用电器等各大领域均有广泛的应用。本文选用AT89C51单片机作为应用CPU，它由8个部件组成，即中央处理器，片内数据存储器，输入/输出接口，可编程串行口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器，各部分通过内部总线相连。其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上
12、，却采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。它的引脚结构如图2-3所示。图 2-3 89C51引脚结构图2.3 数据存储器扩展89C51片内有128B的RAM存储器，在实际应用中仅靠这128B的数据存储器是远远不够的。这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。89C51单片机最大可扩展64KB RAM。本文中采用6264进行数据存储器扩展。6264是8K8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功耗200mW，典型存取时间200ns，为28线双列直插式封装。6264与89C51的硬件连接图如图2-4所示。图2-4 6264与89C51的硬件连接图
13、2.4 复位电路设计复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因此，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身不能自动复位的，必须配合相应的外部复位电路才能实现的。当89C51通电，时钟电路开始工作，在单片机的RST引脚加上大于24个时钟周期以上的正脉冲，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其他专用寄存器被清0。RST由高电平降为低电平后，系统从0000H地址开始执行程序。图2-5 复位电路2.5 时钟电路设计单片机的各个功
14、能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的一拍一拍的工作。因此，时钟频率直接影响到单片机的速度。设计晶振电路如下图。图2-6 晶振电路其中，复电容参数值：C1=C2=30pF 晶振频率为12MHz。2.6 CPU最小系统图CPU最小系统图由89C51单片机、数据扩展芯片、时钟电路和复位电路构成。89C51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，89C51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。89C51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。下图为CPU最小系统图（省略了数据存储器的扩展部分）。图2-7 CPU最小系统图第3章 温度控制输入输出接口电路设计
