毕业设计论文基于单片机的沼气反应器的温度控制

1、重庆科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 基于单片机的沼气反应器温控系统的设计基于单片机的沼气反应器温控系统的设计 2013 年 6 月 15 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300 字左右） 、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文科 类论文正文字数不少于 1.2 万字。 3

2、.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人 代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家 技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用 a4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它 学生毕业设

3、计（论文）原创性声明学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行 的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文 献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立 完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证 书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日 摘 要 沼气能源是解决目前农村能源的最佳途径。然而，目前沼气发酵过程中存在诸多 亟待解决的问题,其中反应器温度的不稳定性一个重要问题。目

4、前，国内大多采用常温 发酵工艺,该工艺方法很容易受到环境因素的制约,特别是在有些季节甚至会停止产气。 所以为沼气池发酵提供一个理想的温度环境是目前沼气发酵中急需解决的问题。目前 利用太阳能对反应器进行温度控制的方法比较理想,然而该工艺也同样受环境因素的制 约,不能完全为发酵过程提供理想温度环境。 本课题从该问题点出发,设计基于单片机的温控系统方案作为电能温湿度控制的辅 助装置,实现反应器的理想温湿度环境。该课题首先分析了该系统的设计要求和技术指 标,确定系统的总体方案。然后考虑到经济性能及体积因素,深入研究和选择了各种芯 片和元器件,该设计能够实现温度的实时检测、显示和控制输出,使温湿度值保持

5、在理 想的范围内，并具有和上位机通讯,多点监测等功能。 关键词关键词：沼气 智能 单片机 温控系统 上位机 abstract biogas energy is the best way to solve rural energy. however, the biogas fermentation process, there are many problems to be solved, the reactor temperature instability is the need to address an important factor. at present, most of the

6、room temperature fermentation process, the process is constrained by environmental factors, in some seasons even stop the gas production. so provide an ideal temperature for methane fermentation environment is a the methane fermentation pressing problem. ideal solar heating reactor, however, this pr

7、ocess is also affected by environmental factors, and can not fully provide the desired temperature environment of the fermentation process. this topic issue from the point of departure, the design temperature control system based on single chip solution temperature and humidity control as an auxilia

8、ry power unit, to achieve the ideal reactor temperature and humidity environments.the subject first analyzes the design of the system requirements and technical specifications, determine the systems overall program. then consider the performance and size of the economic factors and selection of in-d

9、epth study of various chips and components designed to achieve the temperature of the real-time detection, display and control output, the temperature and humidity values in the desired range, and has the upper machine communication, multi-point monitoring and other functions. keywords: biogas；intel

10、ligent；mcu；temperature control system；position machine 目 录 摘 要 .i abstract .ii 1 绪论 .1 1.1 沼气的发展历史 .1 1.2 沼气发酵的影响因素 .1 1.3 沼气发酵的温度控制现状 .1 1.4 课题的目的 .2 1.5 本设计的主要内容 .2 2 系统总体设计.4 2.1 系统的功能.4 2.2 系统的总体方案设计.4 3 系统硬件电路设计.6 3.1 at89c52 芯片介绍 .6 3.1.1 芯片特点.6 3.1.2 功能概述.6 3.1.3 最小单片机系统电路.6 3.2 数据采集电路设计.7 3.

11、2.1 dht11 电路设计 .7 3.2.2 ds18b20 电路设计 .9 3.3 液晶显示电路设计 .10 3.3.1 lcd12864 概述 .10 3.3.2 lcd12864 基本特性 .11 3.4 按键电路设计 .12 3.5 报警电路设计.13 3.6 控制电路设计.13 3.6.1 温度控制电路设计.13 3.6.2 湿度控制电路设计.15 3.6.3 继电器控制电路设计.16 3.7 串口通讯电路设计.16 4 软件设计 .18 4.1 下位机编程软件介绍 .18 4.2 下位机软件设计 .18 4.2.1 主程序.18 4.2.2 dht11 采集程序 .19 4.2.

12、3 ds18b20 采集程序 .20 4.2.4 按键程序.20 4.2.5 报警程序.21 4.2.6 温度控制程序.21 4.2.7 湿度控制程序.22 4.3 上位机软件设计 .23 4.3.1 软件介绍.23 4.3.2 软件功能特点.23 4.3.3 系统功能特点.24 5 系统调试 .26 5.1 子程序调试 .26 5.2 总程序调试 .27 6 总结 .30 7 致谢 .31 参考文献 .32 附录 1 电路原理图.33 附录 2 程序源代码.34 1 绪论 1.1 沼气的发展历史 在能源渐趋枯竭的今天，能源紧张对中国和全球的影响日益突出，世界各 国开始将目光聚集到新生能源领域

13、。在风能、太阳能、生物质能、水能、核能、 潮汐能等诸多新能源当中，生物质能源是最稳定、最安全的能源，也是目前各 国重点鼓励的新能源领域，农村沼气把农民增收、生态建设、能源建设、环境 建设连接起来，促进了生产发展和生活文明。发展农村沼气，优化广大农村地 区能源消耗结构，是中国能源战略的重要组成部分，对缓解国家能源压力、能 加优质能源供应具有重大的现实意义。 经过多年的建设和研究，我国农村沼气实现了历史性跨越，取得举世瞩目 的成就。国内主要的沼气发酵技术主要是采用中温发酵，温度范围为 30-40。 全国沼气用户稳步跨上一个新的台阶，近几年来，党中央把农村沼气建设作为 全面建设小康建设、改善农村生产

14、生活条件“六个工程”的重点内容来抓，我 国政府利用国债项目资金进行重点支持，各地积极争取中央投资发展当地农村 沼气建设，各地农村沼气建设呈现出快速发展的势头，并取得了巨大的成就。 而在国外，德国、奥地利和丹麦等国家利用能量作物和生物废料生产沼气 的项目非常多，特别是德国，德国主流的沼气工程技术是中温（30-40 度） 、高 浓度（8%-14%）的液态发酵、热电联供技术。沼气工程发电全部上网，发电机 连续运转，余热利用系统完善，综合效率高，只有在工程启动阶段需要外部热 量输入，正常运行阶段，发电余热足以提供厌氧发酵系统的增温保温所需的热 量，沼液沼渣均作为肥料施于农田或草地，能量作物玉米、各类在

15、沼气工程中 作为主要原料，沼气工程已从解决环保问题上升到解决能量问题的高度。 1.2 沼气发酵的影响因素 沼气发酵过程存在很多需要解决的问题，包括温度、湿度、压力等等。其 中反应器温度的不稳定性就是急需解决的一个重要因素，其次是湿度因素。目 前国内大多采用常温、高湿度发酵工艺，环境因素对该工艺方法的制约十分明 显，在有些季节甚至会导致沼气池停止产气。 1.3 沼气发酵的温度控制现状 在不同温度下发酵，反应器中的优势菌落是不同的，它们有其各自的适宜 温度，而且对温度相当敏感研究表明，温度突然上升或下降 5，产气量显 著降低。针对国内采用温发酵工艺受环境温度的制约这一问题，先后出现了多 种解决方法

16、。 冬春两季尤其是冬季气温低，沼气池内的发酵原料温度常低于20以下， 沼气产量受到严重影响，为使达到全年供气的要求，必须加强沼气池的冬春保 温工作。 普通沼气发酵温度控制技术为有： (1)添加温热性粪料； (2)增设风障，降低温耗； (3)秸秆覆盖保温； (4)覆盖塑料大棚； (5)提高料液温度； (6)挖防寒沟。 复杂的沼气发酵温度控制技术有： (1)电加热膜增温保温系统； (2)锅炉水循环沼气池增温系统； (3)太阳能热水器水循环沼气池增温系统； (4)太阳能联合锅炉沼气池智能温控系统； (5)新型太阳能软体沼气池系统； (6)太阳能沼气池自动控制系统。 1.4 课题的目的 沼气能源是解决

17、目前农村能源的最好途径。然而目前沼气发酵过程存在诸 多亟待解决的问题，其中反应器温湿度的不稳定性就是需要解决的一个重要因 素。目前国内大多采用中温发酵工艺，该工艺方法受到环境因素的制约，在有 些季节甚至会停止产气。所以为沼气发酵提供一个理想的温度环境是目前沼气 发酵中急待解决的问题。目前利用太阳能对反应器进行温度控制的方法比较理 想，然而该工艺也同样受环境因素的制约，不能完全提供发酵过程的理想温度 环境。本课题从该问题点出发，设计基于单片机的温控方案作为电能控制反应 器温度范围的辅助装置，实现反应器的理想的稳定的温度环境。 1.5 本设计的主要内容 沼气能源是解决目前农村能源的最好途径。然而目

18、前沼气发酵过程存在诸 多亟待解决的问题，其中反应器温度的不稳定性就是需要解决的一个重要因素。 设计以 at89c52 单片机为控制核心，由温度采集模块、按键输入模块、液晶显 示模块、控制输出模块、执行机构、rs232 总线通讯模块等硬件电路的设计， 该设计能够实现温度的实时检测、显示和控制输出，并具有和上位机通讯，多 点检测等功能。 2 系统总体设计 2.1 系统的功能 根据设计要求，温控系统具有以下功能: (1) 温度检测范围：0-50，最小误差 0.2。 (2) 湿度检测范围：20-90%rh，最小误差 0.5%rh。 (3) 自动控制温度和湿度在一定范围内。温度范围：30-40，湿度范围

19、： 60%rh 以上。 (4) 液晶显示和按键选择功能。 (5) 与 pc 机通信，进行数据观测和显示控制输出的状态。 (6) 报警。 (7) 多点监测。 2.2 系统的总体方案设计 系统总设计框图如图2.1所示。工作原理：通过设定值和实测值的比较来控 制加热器、制冷器、报警器和加湿器的状态。开始状态，所有元器件全部关闭， 单片机通过传感器开始采集数据和显示等；当实测温度低于设定温度值范围时， 加热器启动，开始加热，直至温度达到设定范围内后加热器关闭；当测试温度 高于设定值时，制冷器开启，开始降温，直到温度降到设定范围内后制冷器关 闭；且当温度值高于上限设定值或低于下限设定值时，报警器开启，开

20、始报警； 当实测湿度值小于系统设定值时，加湿器开启，开始加湿，直到达到设定值以 上停止加湿。该温控系统可以实现液晶显示，可通过按键来控制显示不同模式， 实时地显示各个传感器所测得的温湿度数值；而且本系统还可以实现多点检测 和控制，且与pc机实现上位机通讯，通过上位机实时地显示传感器所测量的数 据和控制输出的状态。 at89c52 单 片 机 按键输入模块 液晶显示模块 控制输出模块 温湿度采集模 块 上位机通讯模 块 执行机构 图2.1 系统总框图 3 系统硬件电路设计 本章主要介绍该系统的硬件电路设计，包括各模块器件的选择以及接口电 路的设计。由图 2.1 所示，从功能上划分，系统电路主要包

21、括主控芯片 （at89c52） 、数据采集模块、液晶显示模块、按键输入模块、控制输出模块、 上位机通讯模块等。下面就每个模块进行详细阐述。 3.1 at89c52 芯片介绍 3.1.1 芯片特点 该芯片是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos8位单片机，片内 含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和256 bytes的随机存取 数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生 产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（cpu）和flash存 储单元，功能强大，该单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应 用于各种控制

22、领域。 3.1.2 功能概述 at89c52 提供以下标准功能：8k字节flash 闪速存储器，256字节内部 ram，32个io 口线，3个16位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一 个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51可降至0hz的 静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止cpu的工 作，但允许ram，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式 保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬 件复位。 at89c52 除了与 at89c51 所有的定时/计数器 0 和定时/计数器 1 外，还增 加了一个定时/计

23、数器 2 。定时/计数器 2 的控制和状态位位于 t2con ，寄存 器对（rca02h、rcap2l）是定时器 2 在 16 位捕获方式或 16 位自动重装载 方式下的捕获/自动重装载寄存器。 3.1.3 最小单片机系统电路 at89c52 使用 11.0592mhz 晶振， rst：即为 reset，该引脚为单片机 的上电复位或掉电保护端，xtal1 和 xtal2 外接晶体引脚，xtal1 和 xtal2 分别接外部晶振一端。 mcs-51系列单片机中的8031、8051及89c51均采用40pin封装的双列直接dip结构，图 3.1中89c52是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地

24、线两根，外置石英振荡器的时钟 线两根，4组8位共32个i/o口，中断口线与p3口线复用。 123456 a b c d 654321 d c b a t itle n umberr evisionsize b d ate:14-jun-2013sheet of file:h :业业业-业业业业业业业m yd esign1.ddbd raw n by: e a/v p 31 x 1 19 x 2 18 r es et 9 r d 17 w r 16 in t 0 12 in t 1 13 t 0 14 t 1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16

25、7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 pse n 29 a le /p 30 t xd 11 r xd 10 u 1 8051 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 j1 20pin c 10 c ap c 11 c ap y 1 c ry st a l p00 p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 p20 p21

26、 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p30 p31 a le /p pse np36 p37 r st e a/v p p34 p35 p32 p33 p17 p16 p15 p14 p13 p12 p11 p10 r 3 r es 2 v cc p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 pse n a le e a p07 p06 p05 p04 p03 p02 p01 p00 v ccp10 p11 p12 p13 p14 p15 p16 p17 r es r xd t xd p32 p33 p34 p35 p36 p37 x 2 x 1 g nd r

27、4 100 r 5 10k s5 sw -pb c 10 10u r st v cc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 j2 20pin 图 3.1 最小单片机系统电路 3.2 数据采集电路设计 3.2.1 dht11 电路设计 如图 3.2 所示数据采集电路，dht11 数字温湿度传感器是一款含有已校准 数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度 传感技术，确保产品具有卓越的长期稳定性与极高的可靠性。传感器包括一个 ntc 测温元件和一个电阻式感湿元件，并与一个 8 位高性能单片机相连接。因 此该产

28、品具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高、品质卓越等优点。 每个 dht11 传感器都是在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以 程序的形式储存在 otp 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这 些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。产品为 4 针单排引 脚封装，连接方便，具有极低的功耗、超小的体积，信号传输距离可达 20 米以 上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。 图 3.2 数据采集电路 技术参数： (1)供电电压： 3.35.5v dc (2)输 出： 单总线数字信号 (3)测量范围： 湿度 20-90%rh， 温度 050 (4)测量精度：

29、 湿度+-5%rh， 温度+-2 (5)分 辨 率： 湿度 1%rh， 温度 1 (6)互 换 性： 可完全互换 ， (7)长期稳定性： 45|result040|th_ data240 是否 th_data140 是否 th_data240 开启制冷器1开启制冷器2 是否 th_data130|th_d ata230 否 是是 是否 th_data130 是否 th_data230 开启加热器1开启加热器2 是是 是是 返回 否 图 4.6 温度控制程序路程图 4.2.7 湿度控制程序 该部分是本系统的主要功能是使湿度值始终保持在系统设定范围内，湿度 范围是 60%rh 以上。在本部分，需要

30、对两个传感器的周围进行湿度的控制， 其中用电机模拟加湿过程，当湿度值低于设定值时，电机一直会处于转动状态， 直到湿度值高于 60%rh 以上，电机停止转动。 开始 rh_data160|rh_d ata260 开启加湿器 是 否 返回 图 4.7 湿度控制程序路程图 4.3 上位机软件设计 4.3.1 软件介绍 虚拟仪器(virtual instrument，vi)是仪器仪表发展历史上的一次重大转 折点，是传统仪器仪表的重大更新和突破，它代表着现代仪器仪表发展的最新 方向和潮流。与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下特点：灵活性高、性价比高、 用户化设计简便，以上特点让它在工业应用领域和学校学习领域

31、都占据了举足 轻重的地位。本设计所使用的上位机模块，是在 labview 的基础上进行设计的。 labview 是美国 ni（national instrument）公司的软件产品，它是目前在国际 上虚拟仪器领域中，应用最广泛、功能最强大、发展最迅速的图形化虚拟仪器 开发环境之一，主要应用范围是：仪器控制、数据采集、数据分析和数据显示。 labview 强大的图形编程能力，可视化编程环境等受到了很多软件开发技术人 员的青睐，是虚拟仪器编程语言的典型代表。 4.3.2 软件功能特点 labview 可利用单片机的通讯串口，向上位机输出实时采集的数据，然后 对数据进行处理，并显示在曲线图和表格中。

32、用户也可以对需要采集的参数进 行设置和更改，如：测量时间、温度上下限报警、通讯通道等。它与 c 语言， c+， vb，basic 等传统的编程语言，有非常多的相似之处，比如他们的数据 类型、调试工具、数据控制结构，以及模块化等。但他们也有一个最大的区别： 传统变成软件是用的文本语言进行代码编写，而 labview 却是用的是非常直观 的图形变成，例如开关、旋钮、波形图等。 其具体特点如下： (1) 图形化编程方式，不需要设计者编写类似 c 语言的文本程序代码； (2) 有庞大的数据采集、分析、及存储库函数； (3) 有 32 位的编译器和 32 位的应用程序，可以保证用户数据采集、数据 测量测

33、试高速、精确执行； (4) 提供设置断点、单步运行等传统调试手段，同时还提供它特有的执行 工具，使程序的编写和调试更为简便； (5) 提供 pxi，pci，vxi，gpib，rs-232/485，usb 等各种总线标准的功能 函数； (6) 提供大量连接机制，可以和外部代码及软件进行连接，例如 dde、dll、activex 等。 4.3.3 系统功能特点 上位机主界面如图4.8 所示，显示两组温度、湿度值，以及六个系统 控制电路的状态，当主程序循环完成，主界面显示相应的通道号的数据， 且与液晶对应，而且当判断函数进行判断，且执行的时候，主界面将会显 示控制输出的相应状态。程序框图如图4.9

34、所示，单片机发送数据至 pc 机，一个字节为通道号数，四个数据分别为所采集的温湿度值，另外六 个数据为控制输出的状态值，经过转换后，显示在上位机上。 图 4.8 上位机前面板示图 图 4.9 上位机程序框图 5 系统调试 5.1 子程序调试 由于各种原因，程序会出现没有达到预期效果的现象，这就要调试与测试。 具体调试如下： (1) 测试数据采集模块，通过串口显示程序将采集的数据在 pc 机上显示， 看是否正常显示且是否与实际数据值相符，否则检查这一模块。 数据采集部分包括 dht11 采集和 ds18b20 采集两部分。在数据采集过程 中，遇到了许多问题：首先是 dht11 温湿度数据采集，该

35、传感器所采集显示的 数据与实际值不相符，经过参考一些现有的有关 dht11 传感器的采集显示程序， 使程序更加完善，使采集的数据更加精确；再是 ds18b20 温度数据采集，该传 感器以前接触过，所以用起来还是比其他的传感器要顺手，但是，本次涉及到 单总线采集，在参考了一些材料后，成功完成该采集模块。 (2) 测试 lcd 显示模块，通过显示程序测试 lcd 是否正常工作，否则检 查这一模块。 在液晶显示时，遇到了一些小问题，因为以前使用过该液晶显示屏，所以 在遇到问题时，解决起来比较容易，在该部分遇到的问题是由于疏忽造成的， 就是在显示的时候液晶显示屏没有显示，经过检查后，发现是由于液晶的

36、psb 口要接地，当接好线路后，液晶正常显示。通过该模块告诉我们，越是自己熟 悉的地方，由于马虎大意，就越容易出现错误。 (3) 测试按键控制模块，通过液晶显示程序来检验，当按键按下时，是否 显示相应的界面，否则重新检查该模块。 在该部分遇到的问题是，按键函数用的是 switch 函数，在进行按键操作时， 按键要一直按下才可以显示相应的界面，后来经过检查是因为在按键扫描是没 有进行消抖操作，当进行该操作之后，液晶正常显示。 (4) 测试报警模块，通过液晶所显示采集的温度值，来检验报警模块是否 正常，否则重新检查该模块。 在该部分所需要做判断的 ds18b20 采集的温度数据，当数值高于或者是低

37、 于所设定的上下限值时，开启报警电路，开始报警。 (5) 测试控制加热模块，通过液晶显示值来观测，当数值低于设定下限值 时，观察是否相应的控制输出工作，否则重新检查该模块。 开始是用加热片来进行加热操作，由于加热片不能直接连接单片机使用， 因此焊接了一个三极管的驱动电路，在进行加热操作时，加热片始终不工作， 开始认为是电压不足，后来焊接了一个 5v 稳压模块，用一块 7.2v 的电池通过 稳压模块直接带动加热，但是，还是不能进行工作，而且三极管发烫，电流超 过三极管的使用电流。再后来查阅该加热片的使用说明，得知是额定功率打不 到要求，电流不够，经过参考资料决定用继电器驱动加热片工作，经过一系列

38、 改正之后，加热片正常工作。 (6) 测试控制降温模块，通过液晶显示值来观测，当数值达到设定上限值 时，观察是否相应的控制输出工作，否则重新检查该模块。 该模块开始选用的是制冷片，但是在实际操作过程中达不到使用要求，因 此，该模块用小风扇和步进电机来进行散热，当达到降温要求时，电机转动而 且小风扇开始工作，开启电机的作用是模拟开启通风口，来模拟降温过程。在 降温与加热模块，驱动电路一样，因此，在两个降温电路中，其中一个使用继 电器来驱动，经过一系列的调试之后，该模块正常工作。 (7) 测试控制加湿模块，通过液晶显示湿度值来观测，当数值低于设定值 时，观察是否相应的控制输出步进电机工作，否则重新

39、检查该模块。 该部分用的是 5 线四相的步进电机，当湿度值低于设定值时，电机开始工 作，模拟加湿过程，当湿度值高于设定值时电机停止工作。该模块与降温中的 电机一样，在调试过程中主要是要求对步进电机的熟悉使用。 5.2 总程序调试 当各个子程序调通后，要进行总体编译，步骤如下： (1) 将所有子程序全部整合到一个总程序中，进行总体编译调试，查看系 统是否显示错误。 在下位机总体程序编译时，程序出现了许多错误，经过检查是原因各个子 程序在整个总程序当中不能协调，有的定义的变量以及单片机串口重复等等， 经过仔细检查、编译和修改程序后，使错误排除，系统正常运行。 (2) 下位机软件调通后，进行硬件搭建

40、，确认无误后把程序下载到硬件中 进行整体调试，根据设计的硬件要求的具体情况来进行编译和修改程序，使之 最终达到设计要求。 在下位机总体调试过程中，液晶显示时，所显示内容基本看不清，这是供 电不足导致，最后加了一个外部电源来带动控制输出部分，之后液晶显示恢复 正常。 (3) 当下位机调通后，连通上位机进行系统的整体运行，观测上位机显示 是否达到要求，若不符合，则进行修改与调试，最后使之达到要求。 上位机用 labview 做的界面，在上位机编辑过程中遇到的问题是对 labview 运用的不熟悉，经过同学的指导，使该部分顺利完成。 最后进行整个系统的运行，在试验时，设置的温度范围是 27-30 度

41、，当温 度低于 27 度时，开启加热器，当温度高于 30 度时，开启制冷器；湿度范围是 60%rh 以上，当湿度值小于 60%rh 时，开启加湿器；报警温度上下限分别为 25 和 33 度，当温度低于 25 度或高于 33 度时，开启报警器，开始报警。 上位机的运行结果如图 5.1、图 5.2、图 5.3 所示，为三种不同情况。 图 5.1 上位机运行结果框图一 图 5.2 上位机运行结果框图二 图 5.3 上位机运行结果框图三 6 总结 本系统在沼气发酵过程中作用很大，以 stc89c52 单片机为核心部件，利用 温湿度传感器采集不同位置的温湿度值，利用按键操作通过液晶显示相应位置 所对应的

42、温湿度值，而且通过单片机的控制输出系统，控制加热、降温和加湿， 使温度、湿度值始终保持在一定的范围内，使沼气池环境的温湿度值始终处于 稳定状态，使沼气发酵始终处于最佳状态，且当温度值超过一定上限时，系统 可以发出报警信号。而且本系统可以与 pc 机实现上位机通讯，通过上位机显示 所采集的温湿度值以及显示报警器、加热器、加湿器和制冷器的相应的状态。 在本系统的设计制作过程中，遇到了许多突发事件和各种困难，设计制作 因此曾一度中断。由于条件的限制，许多理想的功能都没有实现。 在传感器的选型上，刚开始选得温度传感器是 ds18b20，湿度传感器是 am1001，这两个传感器一个是数字量的一个是模拟量

43、的，在软件编辑是要复杂 的多，因此经过修正选用了 dht11 数字量温湿度传感器，该传感器使用起来比 较方便。因为反应器温度过高或过低时会导致发酵效率很低甚至停产，还会导 致反应器的损坏甚至会爆炸，单独用一个 ds18b20 来检测环境温度，如果温度 过高或者过低，则开启报警，以提醒工作人员。再者加热器的选用，开始选用 的是 5v 恒温加热片，经过多次调试，始终达不到该加热片的额定功率，最后只 能选用较为简单的加热电阻。制冷时也是遇到了与加热时一样的问题，进行研 究之后，该用小风扇和电机来实现降温，当需要降温时，电机和小风扇同时开 启，电机的作用是模拟开启通风口，与小风扇共同实现降温功能。其他

44、的一些 控制器所需要的元器件都用得比较顺手。最后就是上位机的制作，用得软件是 labview，此款软件以前没有学习和用到过，对其的了解很少，在用其编写上位 机程序的时候，参考了许多资料以及网上的现成的程序，在不断学习、参考、 摸索以及找其他同学指导，上位机程序不断改进，最终使上位机成功完成。 在本次设计所遇到的各类问题，都是由于对传感器、各种控制器以及 labview 编辑软件的不了解，通过不断学习、仔细分析具体情况和找老师及同 学进行指导还有自我状态调整，解决了所有问题，在这个过程中我深刻地体会 到相互学习和实践的重要性，而且在其中提高了自己解决问题的能力。经过后 期的不断研究、修正，使整个

45、设计系统变得更加的完善和使用。 7 致谢 本毕业设计是在指导老师的悉心指导下完成的。指导老师在整个课题的研 究、设计以及修正，和论文撰写的过程中都付出了大量精力来为我指导，本设 计的各项工作在聂老师的悉心指导下得以顺利进行，并达到了预期的效果，聂 老师对我的悉心指导，让我深深铭记于心，而且，她严谨的工作态度、精益求 精的工作作风，让我受益匪浅在设计过程中使我受益匪浅，也必将会对我今后 的工作学习产生良好、深远的影响。在此谨向聂老师表达我最诚挚的感谢和敬 意！ 最后，我还要感谢在我的毕业设计过程中，一直帮助和支持我的各位同学 们，在我遇到自己不能解决的技术难题的时候，他们总能伸出手来，给予我帮

46、助，让我少走了许多弯路。也因为他们的帮助我的毕业设计才能顺利完成！ 参考文献 1 胡文金.可编程序控制器实训教程.重庆.重庆大学出版社.2007.8 2 胡文金.计算机测控系统.重庆.重庆大学出版社.2003.3 3 中国工控网、中国自控网等相关网站 4 杭州集益科技有限公司网站 5 宋戈,黄鹤松,员玉良,蒋海峰.51 单片机应用开发范例大全.人民邮电出版社.2010 6 郑锋,王巧芝,李英健,刘瑞国.51 单片机应用系统典型模块开发大全（第 2 版）.中国 铁道出版社.2011 7 郑锋,王巧芝,陈绘兵,王鼎媛.51 单片机应用系统典型模块开发大全.中国铁道出版社. 2011 8 陆卫忠,刘

47、文亮.c+builder6 程序设计教程.科学出版社.2011 9 范晶彦.传感器与检测技术应用.机械工业出版社.2006 10 严怀龙.基于单片机的数据采集系统j.广西轻工业.2006(06) 11 陈永信.温度传感器的选择策略j.电子产品世界.2002(08) 12 吴晓明,杨中平.恒温沼气反应器的单片机控制j.农机化研究.2008(02) 13 陈树学,刘萱.labview宝典m.电子工业出版社.2011-3 14 杨世基编著.农村发展与能源建设m.中国农业科技出版社.1993 15 张普光.基于单片机的温度控制器设计与研究d.西安电子科技大学.2008 16 胡真明.基于单片机控制的温

48、室环境测控装置研究d.西北农林科技大学.2007 17 李光忠.基于单片机的温湿度检测系统的设计d.山东大学.2007 18 周长彧.基于单片机的多功能温度检测系统的设计与研究d.吉林大学.2008 19 宋云峰.基于单片机的恒温控制系统的研究与开发d.合肥工业大学.2008 20 王海宁.基于单片机的温度控制系统的研究d.合肥工业大学.2008 附录 1 电路原理图 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:11-jun-2013sheet of file:h:业业业-业业业业业业业mydesign1.ddbd

49、rawn by: ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 u1 8051 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

50、 12 13 14 15 16 17 18 19 20 j1 20pin c10 cap c11 cap y1 crystal p00 p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p30 p31 ale/p psenp36 p37 rst ea/vp p34 p35 p32 p33 p17 p16 p15 p14 p13 p12 p11 p10 r3 res2 vcc p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 psen ale ea p07 p06 p05 p04 p03 p02 p01 p00

51、vccp10 p11 p12 p13 p14 p15 p16 p17 res rxd txd p32 p33 p34 p35 p36 p37 x2 x1 gnd u3 buzzer q1 8550 r8 5.1k p14 vcc gnd vcc vo rs r/w ed d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 psb nc rst vee bl+ bl- 12864 j4 lcd vcc p10 p11 p12 vcc r10 1k r11 1k r12 1k r13 1k r7 1k r6 1k vcc d1 led d2 led d3 led d4 led d5 led d6 le

52、d p32 p33 p34 p35 p30 p31 vcc c1+ v+ c1- c2+ c2- v- t2out r2in vcc gnd t1out r1in r1out t1in r2out t2in s1 max232 c? 104 vcc p31 p30 1 6 2 7 3 8 4 9 5 j6 db9 c9 104 c7 104 c6 104 vcc c8 104 r4 100 r5 10k s5 sw-pb c10 10u rst vcc 业业业业 业业业业业业 业业业业业 lcd业业业业 业业业业 业业业业业 data 2 nc 3 vdd 1 gnd 4 c5 dht11 c

53、12 100nf vcc r9 5k vcc dht1 1业业业业业业1业业 1b 1 2b 2 3b 3 4b 4 5b 5 6b 6 7b 7 gnd 8 1c 16 2c 15 4c 13 3c 14 5c 12 6c 11 7c 10 vcc 9 ic2 uln2003 vcc vcc 业业 业业 业业 业业 业业 p24 p25 p26 p27 业业1业业 mode k1 up k2 dn k3 ent k4 p20 p21 p22 p32 led业 1b 1 2b 2 3b 3 4b 4 5b 5 6b 6 7b 7 gnd 8 1c 16 2c 15 4c 13 3c 14 5c

54、 12 6c 11 7c 10 vcc 9 ic1 uln2003 vcc vcc 业业 业业 业业 业业 业业 p20 p21 p22 p23 业业2业业 data 2 nc 3 vdd 1 gnd 4 c6 dht11 c12 100nf vcc r9 5k vcc dht1 1业业业业业业2业业 p17p16 r11 1k r12 1k q5 npn q6 npn vccvcc 1 2 j10 con2 1 2 j11 con2 r11 1k r12 1k q5 npn q6 npn vccvcc 1 2 j10 con2 1 2 j11 con2 p07p06p05p04 业业业业1业

55、业业业2业业业业1业业业业2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 j2 20pin 1 2 3 4 5 j7 con5 1 2 3 4 5 j8 con5 vcc 1 i/o 2 gnd 3 c9 ds18b20 ds18b20业业业业业 vcc p15 q5 npn r13 res2 k1 relay-spdt p06 vcc 业业业业业 d1 diode 附录 2 程序源代码 #include #include typedef unsigned char unint8; typedef unsigned char unint

56、16; typedef unsigned char int8u; typedef unsigned int int16u; #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar result0; uchar temp1=25; unsigned char result2= ; unsigned char str1= ; unsigned char str2= ; unsigned char str3= ; unsigned char str4= ; sbit trh1 = p17; /温湿度传感器 dht11 数据接入 sbit

57、 trh2 = p16; sbit p07=p07; /风扇 sbit p06=p06; sbit p14=p14; /报警 sbit p05=p05; / 加热 sbit p04=p04; sbit cs=p10; sbit rw=p11; sbit clk=p12; sbit key_1=p20; sbit key_2=p21; sbit key_3=p22; sbit key_4=p32; sbit s1=p24; sbit s2=p25; sbit s3=p26; sbit s4=p27; sbit s5=p00; sbit s6=p01; sbit s7=p02; sbit s8=p

58、03; static uchar b0=0; sbit tsor = p33;/ds18b20 uint tvalue; uchar i; unint8 th_data1,tl_data1,rh_data1,rl_data1,ck_data1; unint8 th_temp1,tl_temp1,rh_temp1,rl_temp1,ck_temp1; unint8 th_data2,tl_data2,rh_data2,rl_data2,ck_data2; unint8 th_temp2,tl_temp2,rh_temp2,rl_temp2,ck_temp2; unint8 com_data,un

59、temp,temp; unint8 respond; /函数声明 void sendstr(unsigned char *s); void delay(int8u delay_time); void mode(); void anjian(); void delay_xms(uint x) uint i,j; for(i=0;ix;i+) for(j=0;j112;j+); void inituart (void) scon = 0 x50; / scon: 模式 1, 8-bit uart, 使能接收 tmod |= 0 x20; / tmod: timer 1, mode 2, 8-bit

60、 重装 th1 = 0 xfd; / th1: 重装值 9600 波特率 晶振 11.0592mhz tr1 = 1; / tr1: timer 1 打开 ea = 1; /打开总中断 /es = 1; /打开串口中断 void sendbyte(unsigned char dat) sbuf = dat; while(!ti); ti = 0; void sendstr(unsigned char *s) while(*s!=0)/ 0 表示字符串结束标志， /通过检测是否字符串末尾 sendbyte(*s); s+; void delay_ms(unsigned char ms) unsi