论文完稿-蔬菜大棚温度控制系统设计-许永冠

上海农林职业技术学院毕业设计（论文）题目：蔬菜大棚温度控制系统的设计系别：农业信息工程专业：图文信息技术班级：图文121学号：146312115姓名：许永冠指导教师：聂爱丽完成日期：2015年4月30日-2-蔬菜大棚温度控制系统的设计摘要：温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素，温度过高或过低，都会影响蔬菜的生长。传统的温度控制是用温度计来测量，并根据此温度人工来调节其温度。但仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。为此，现代的蔬菜大棚管理中通常需要温度自动控制系统，以简单方便、快速的的控制大棚内的温度。本设计以AT89C51单片机为控制中心，用AD590为温度检测元件，由温度测量控制电路、键盘、显示电路、报警电路等组成，实现对大棚环境温度测量与控制，用户可通过键盘设置需要报警的上下限值。文中从硬件和软件两方面介绍了温度控制系统，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。该系统可扩展性强，配置简单，操作方便，具有通用性，有效地节省了人力物力。关键词：AT89C51单片机AD590温度传感器越限报警自动测控-3-目录1引言............................................................................................................................41.1选题背景及意义...............................................................................................41.2方案论证..........................................................................................................41.3方案组成..........................................................................................................52硬件电路设计............................................................................................................62.2温度采集电路...................................................................................................72.3A/D转换电路..................................................................................................92.4按键电路设计.................................................................................................92.5温度显示电路...............................................................................................102.6其它电路.......................................................................................................113软件系统设计.....................................................123.1程序流程图及分析........................................................................................134总结.............................................................17参考文献...........................................................18附录.............................................................19-4-1引言1.1选题背景及意义蔬菜的生长与温度息息相关，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温度控制。温度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。为此，智能的大棚温度控制系统已经成为农民的迫切需要。传统的测温系统是在分立式温度传感器的基础上发展起来的。由于这类传感器的主要缺点是外围电路比较复杂、测量精度较低、分辨率不高、需经行温度校正等，虽然它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50～1600℃进行连续测量。但它的体积较大，使用也不够方便。因此，分立式温度传感器逐渐被淘汰，所以在其基础上发展起来的温度测控系统也逐渐被淘汰。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。本设计的目的是让管理者能够及时的观测到蔬菜大棚内的温度，将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内，帮助农民提高农作物的产量，减少管理者的工作量。1.2方案论证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，并以监控采大棚内各个角落的温度变化情况，一旦出现异常现象就能报警，并能及时处理。但温度自动测控系统有好多种方案，为此，需要进行讨论和比较，以找到最佳的设计方案。1、测量部分方案一：采用热敏电阻，可满足40～90℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差,对于检测小于1℃的温度信号是不适用的。方案二：采用DS18B20。它是DALLAS公司专利产品，在20～75℃范围内精度为0.5℃，但是在此范围外的温度测量却误差较大，而且其串行数字输出方-5-式采用软件处理比较困难，开销也大。方案三：采用温度传感器AD590。它具有较高的精度和重复性，相比于热敏电阻精度有很大提高，非线性误差为±0.3℃，且检测温度范围为：-55～+155℃，完全满足要求。综上比较分析，选择方案三，以实现较好的温度测量实现。2、主机部分方案一：采用89C51，其内部有4KB的闪烁存储器，且编码后以并行方式传输数据。它的优点是方便实现，软件开销小。方案二：采用8051，其内部无片内程序存储器，因此，必须在片外扩展EPROM。综合分析，采用方案一比较方便。1.3方案组成由方案论证得到，温度自动控制系统电路是以AT89C51单片机为控制核心来进行整体设计的，并用集成温度传感器AD590为温度的检测元器件。因此，整个系统的硬件部分包括温度采集放大电路、模数转换电路、按键电路、数码管显示电路、声光报警电路等。本设计的基本框图如图1-1所示。图1-1设计框图蔬菜大棚温度控制系统的基本功能：温度检测：采用AD590温度传感器作为检测端。具有显示功能：利用数码管显示温度。具有用户输入功能：利用键盘输入对温度的上下限进行设置。-6-具有报警功能：声光报警。具有自动加热制冷保护功能：如果实际测定的温度值超过了系统设置的最高温度，单片机就会发出命令，进行制冷；如果实际测定的温度值超过了系统设置的最低温度，单片机会发出命令，进行加热；并伴随着声光报警。温度历史记录查询：蔬菜大棚管理人员可以随时查询采集过来的温度历史记录。1硬件电路设计本设计的温度自动控制系统电路以AT89C51单片机为控制核心来进行整体设计的。整个系统的硬件部分包括AD590的温度采样放大电路、ADC0809的模数转换电路、按键电路、驱动电路、LED显示电路、声光报警电路、电源转换电路等。再配上C语言的程序使软件得以实现，进而实现温度自动控制的基本功能。系统硬件框图如图2-1所示：图2-1系统硬件框图通过温度传感器对大棚中空气进行温度采集，将采集的温度信号经放大滤波处理后，送给ADC0809进行转换，在传输给单片机，由单片机控制数码管显示器，并比较采集的温度与设定的温度范围是否一致，如果超出设定的温度范围，进行声光报警，再驱动继电器对大棚进行加热或降温处理。2.1AT89C51单片机2.1.1AT89C51内部结构AT89C51单片机内部包括一个8位的CPU，片内振荡器和时钟电路，由4K-7-字节的FLASH存储器，128KB的数字存储器，四个8位并行的I/O口，一个全双工串行口，两个16位的可编程的定时/计数器，6个中断源，3个中断矢量，提供两个中断优先级，21个特殊功能寄存器，可寻址各64KB的外部程序存储器和数据存储器，有位寻址功能和较强的布尔数据处理能力，有两种软件可选的低功耗运行方式（空闲和掉电方式）。2.1.2AT89C51的最小系统（1）最小系统单片机接上时钟电路和复位电路，就构成了最小系统，因此，最小系统如图2-2所示。P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728ALE/PROG30PSEN29EA/VPP31P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8REST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20U1AT89S51S1R10200R1410KC122uFVCC12MHz30pFC330pFC2图2-2AT98C51的最小系统（2）复位电路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。（3）时钟电路单片机的各个功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。2.2温度采集电路温度检测电路由温度传感器、LM741型运算放大器等构成。温度传感器将-8-温度变成电信号，通过放大器使得信号在A/D转换器的量程范围内放大，在单片机的控制下，A/D转换器完成信号的A/D转换，然后将转换后的数字信号送入单片机进行数据分析与处理。2.2.1温度采集工作原理因为AD590是将温度转换为电流，而单片机对电压信号更好测量，所以要将电流转换为电压，同时对电压信号进行放大，之后输入给A/D转换器ADC0809的D0～D7端口，其电路如图2-3所示。+_+23674+_+23674+_+23674R4R8R5R2R9R6R1VR2VR1+-AD590GNDGNDGNDGND+5V+12V-12V-12V+12V+12V-12VVR30809-IN0图2-3温度采集放大电路2.2.2低通滤波电路由于温度传感器采集到的信号中能夹有高频的噪声信号和干扰信号，在经过放大后，这样的信号会对采集的结果和转换的结果产生很大的误差和不良的后果。无限增益低通滤波器既可以将高频信号除去。其电路如图2-4所示。+_+23674R8R7R10R9C2C1GND-12V+12VLHHS图2-4无限增益低通滤波电路-9-2.3A/D转换电路由于温度是一种模拟信号，则由信号采集电路采集的信号是一种模拟信