温室大棚控制系统毕设

温室大棚控制系统硬件设计学生：学号：指导老师：1、选题背景及目的温室种植在农业生产中占有越来越重要的地位,传统的温室种植自动化程度很低，基本是靠人工控制温湿度、光照的方式，既耗费人力又不精确，因此需要研制一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度、光照控制系统。现代传感器技术、计算机技术、自动化技术和通信技术的发展为现代温室控制框架提供了多种方案。在二十一世纪未来一段时间内，中国人口将持续增长，而可耕地面积却在逐年减少。所以，研究如何用较少的土地去解决相对较多人口的温饱问题，是具有重要的战略意义的。2、国内外现状国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全智能化、无人化的方向发展。遥测技术、网络技术、控制局域网等也已逐渐应用于温室的管理与控制中。从国内温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段:手动控制，自动化控制，智能控制。3、计设要求设计一个基于单片机的温室大棚环境监测控制系统。（1）温湿度、光照的实时测量及显示。通过传感器对温湿度、光照参数进行采集，单片机对采集到的数据进行处理，由LCD显示屏对当前的温度值、湿度值和光照进行显示。（2）键盘输入。操作人员可根据不同作物不同时期的最适宜生长环境将温度值、湿度值和光照值由键盘设定。便于调节作物在不同生长期所需的最适宜生长环境，以满足不同用户的需求。（3）超限报警功能。报警模块具有两项功能，即为报警灯和声音报警。当采集到的温湿度、光照值与设定值之间存在较大差异时，将及时启动报警装置进行报警。（4）控制功能。当系统报警后，根据报警部分，采取相应措施。如温度过高给大棚通风，温度过低给大棚加热，湿度过低用水泵给大棚灌溉，光照过强大棚关闭遮阳幕，光照过弱大棚开启遮阳幕。4、硬件设计系统总体框图5、系统模块介绍主控模块采用STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S)。S0RSTC230pFC122uFC130pFY111.0592MHzP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXDP3.010TXDP3.111INT0P3.212INT1P3.313T0P3.414T1P3.515WRP3.616RDP3.717XTAL218VSS20XTAL119VCC40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732EA/VPP31ALE/PROG30PSEN29P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021STC12C5A60S2VCC1KR2200R1GNDVCC显示模块采用LCD12864显示屏。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。GNDVCCVCC10Kw1GNDVCCGND1VCC2NC3RS(CS)4RW(STD)5En(SCLK)6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16/RST17NC18VCC_LED19GND_LED20*LCD12864P2.5P2.6P2.7P2.4温度测量模块采用DS18B20。DS18B20数字式温度传感器，体积小，功耗低，抗干扰力强，测温范围-55℃~125℃，分辨率最大可达0.0625℃，而且采用3线制与单片机相连，外围电路简单，支持多点组网功能，多个DS18B20可并联在唯一的3线上。是目前在国内外应用最为普遍的一种集成温度传感器。GNDVCC1KR1P1.5VCC3DQ2GND1DS18B20湿度测量模块采用HS1101。HS1101实际上相当于一个可变电容，它将湿度变化转换为电容变化。本设计采用了由NE555定时器组成的多谐振荡电路，然后通过LM331频压转换电路将频率信号进一步转换为电压信号，通过AD转换可直接被计算机采集S0RSTC230pFC122uFC130pFY111.0592MHzP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXDP3.010TXDP3.111INT0P3.212INT1P3.313T0P3.414T1P3.515WRP3.616RDP3.717XTAL218VSS20XTAL119VCC40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732EA/VPP31ALE/PROG30PSEN29P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021STC12C5A60S2VCC1KR2200R1GNDVCCGNDVCCVCC10Kw1GNDVCCGND1VCC2NC3RS(CS)4RW(STD)5En(SCLK)6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16/RST17NC18VCC_LED19GND_LED20*LCD12864P2.5P2.6P2.7P2.4RST4THR6CVOLT5TRIG2GND1VCC8DISC7OUT3NE555HS1101C31MR3620KR251KR11KR4GNDVCC(+5v)湿度测量电路GNDVCC1KR1P2.0VCC3DQ2GND1DS18B20温度测量电路VCCVCC1SCL2SDA3ADDR4GND5GY-30VCCGND5.1KR15.1KR2光照测量电路9012PNP温度声光报警LED2Bell1VCCGNDebcP1.49012PNP光照声光报警LED2Bell1VCCGNDebcP3.69012PNP湿度声光报警LED2Bell1VCCGNDebcP2.2P1.6P1.7IOUT1IREF2FREQOUT3GND4R/C5THR6CMPRIN7VDD8U?LM33168KR612KR10100KR810KR510KR7500PFC20.01uFC1GND5KR1168KR91uFC4P1.0VCC（+12v）光照测量模块采用GY-30。数字光强度检测模块GY-30采用ROHM原装BH1750FVI芯片,供电电源3-5v,光照度范围：0-65535lx,传感器内置16bitAD转换器直接数字输出。VCCVCC1SCL2SDA3ADDR4GND5GY-30VCCGND5.1KR15.1KR2P1.6P1.7键盘模块本次设计中，采用4×4矩阵键盘进行温湿度、光照上下限设定以及模式切换。1其中个按键分别被设为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、切换界面、上限设置、下限设置、返回，剩下的两个按键空置。这样，就可以根据不同作物适宜的生长环境直接输入所期望的上下限置，按下确定按键后，系统将根据设定值进行报警控制。1KR11KR11KR11KR1VCCS5S5S5S5S5S5S5S5S5S5S5S5S5S5S5S5P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7报警模块本设计采用声光报警电路。温度、湿度、光照任何一个超过设定范围，蜂鸣器均报警。设计选用二极管的亮灭显示温度、湿度或光照是否过限，这样便于观察，可以更加直接的确定是温湿度还是光照报警了发，给工作人员减少了工作量。蜂鸣器报警电路是通过1根口线经驱动器驱动蜂鸣音声9012PNP温度声光报警LED2Bell1VCCGNDebcP1.49012PNP光照声光报警LED2Bell1VCCGNDebcP3.69012PNP湿度声光报警LED2Bell1VCCGNDebcP2.2温度控制模块温度控制模块，我们采用的是三极管驱动，此设计方案电路简单。当采集到的温度值低于下限时，温度报警，单片机给予低电平，加热片工作；当采集到的温度值高于上限时，温度报警，风扇工作，给大棚降温。加热片我们采用的是5V供电，最高温度为60℃，功率1--2.2w。小风扇我们采用的是5V供电，0.2w的功率。9012*470R19012*470R1GND加热器P3.0P3.1VCC湿度控制模块本电路采用常开继电器组成控制电路。当湿度低于设定值时，相应引脚输出低电平，三极管导通，电流经过三极管放大，继电器常开端闭合，水泵工作；当湿度高于设定值时，相应引脚输出高电平，继电器常开端关闭，水泵不工作。图中二极管起保护作用，防止继电器产生的感应电动势烧坏三极管或继电器K?Relay-SPDT9012GNDVCC10KR1*水泵P3.2GND123LED2470R1光照控制模块我们此次设计是采用电机的正反转代替温室大棚遮光幕的升降。电机是供5V的直流电机，我们用L289N驱动。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。ENA6ENB11GND8VSS9VS4OUT12ISENA1ISENB15IN412IN310IN27IN15OUT23OUT313OUT414*L289NVCCD1D12D1120KR2MBMotor20KR1D10D9MBMotorD2D3D4D5D6D7D8VCCGNDGNDP3.3P3.46、系统调试系统调试一般分为三部分，即硬件检查，软件调试，软硬件联机整体调试。在进行硬件调试时一般可以排除硬件焊接过程在进行系统调试时一般来说分为三个部分，即硬件检查，软件调试和中出现的错焊、虚焊、漏焊等基本问题，也可以排除电子元器件选用不当等设计问题。而软件调试则是整个设计的重中之重，也是核心部分，软件调试主要解决软件编程中出现的各类问题，大到逻辑思路小至语言规范。软硬件联机调试则可以使软硬件互相配合，将二者由两个部分合二为一，使系统成为一个整体，从而实现设计功能。以下是在电路板调试遇到的问题。问题1：显示电路正常，但是喇叭不能发出正常报警声。问题2：湿度频压转换模块，有频率变化，没有电压变化。问题3：光照喇叭长报警，显示电路不显示数据。问题4：报警电路报警，控制部分没有反应。7、实验验证通过两个多月的努力，我们的毕设已完成，该系统初步完成了我们的设计要求，能够实时测量显示温室内的温湿度和光照值，并且能够通过按键设置上下限值，切换主界面、测量界面、设置上下限界面等，当测量值与设定值不相符时，系统会声光报警，并采取相应措施。如当测量温度值低于温度下限时，系统报警，加热片工作，给温室升温，达到设定值时，停止加热；当测量温度值高于温度上限时，系统报警，风扇工作，给温室降温，达到设定值时，停止降温。8、系统不足与拓展设计不足：系统设计中未能显示实时信息。在一些比较特殊的场合，有时候需要系统显示出各个时间段，比如，早、中、晚的实时信息。而这个系统没有此项功能。系统设计中，光照控制模块不完善。比如在阴天的时候，就需要提供人工光源，此系统没有设计。系统拓展：(1)本系统可以添加无线模块。可以添加中、短程无线通信模块，使得系统能够在比较恶劣、危险等不适合人到达的地方进行工作，这样就提高了系统的实用性；(2)本系统可以利用单片机的串行口和RS-232总