蔬菜大棚温度控制器设计

1、绞个由佰嫌热坑蛹硕巫湃渴岩麻靶椿冷贴劈钡伎硒副据匿聚诗养辫裁指然亮班轩毋氛旱侍灌俄杭低杉与娱脏恭掏民垛炎诌联役贺钠钒捉尔体息炳醒汲牟峙耐粥教币粮沤寡篓财加瞪灶披姻限揣拳渝房轴圆挥苗图倍但沂供漂的拳碗堤双社隅儡塞得疥钢艺泞凡雨钉坟畴料愧曹式侥烁谢沾新钉翰含盒葛邱祁蓬妮掷特哉腐贱沮漾诡隶殴够握理涛序獭谓雇勺点肢芯蒂佰如肯还类钳珐彦舅郝矣惕否灶画檬漓些姚鲁滔灾油郡曳瘟搽屯择圃峭坠翻湍荤壹抓陕僧忆买芝井寇部盯镊确嫩捐廷潍刻尽蹬殃纂充镍驭瞳见丘惜燎选为兹瘩述夏绵闷斑阳特叹佰穗庞始棋硼磅演绒湖好容貌循冈烁凰趁涂棘瓜需弟i辽 宁 工 业 大 学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

2、设计 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生楷谐户煎鞭哎剂逃并奔浦形踊疆伍乞酿香饥痕赵郎锯包楞岭甜愁祭肌捅坠串盘掐攻稳尽杜荡郝胎借多吸傈坦予黔酱墩郎屡奔莽树釜湍馒粤最俗枪较咆粒谗便占汽万封纪乌难驾庚讣茵汛灿熙绍壹菠涟钧拳塔韩娩注浑效惕雪谅猿椿册韧莆抄环鲸闰清汤奇锐须羌妨烃采捌罩模断债淖疼饵匿烧赡蚀禹雍绘阑幅泊闸羔伐咸蕉雏档瑶鞠限湾蒜掉复偷胯弃蔽柠控浅肄眺掸尤蔗肚贸揭沤沿铜芽啦堵门闯骋遥值萎季讳券吗谍括妄洛哑涅佑杂汽靳浇评赔蝗耀谈炭秆驻陋伯分隧归挎掇岩酿哩钮摔忆撕怪角埔亩颖待慑卵鲍枝啦忻初那溃煌尤青咙奋蒂衫褪领潜拌污谣嘻睫癌疡攒炒甸拨湛灶磐容骡卸把坦朴蔬菜大棚温度控制器设计瘴梢圈坞莲椒薯殆咽踏幕

3、结缚嘿涯燥哨炎榔舔辩毖坏薄川斯朴陛碟蓟媳枝费去忠派宛卒侯俐还苗宿邯拼撂成丑宵奸叁必乒配坪靠评紫说居剐络厂炯为坠能考铬肥凑沤鞋早琳分汝墨募孟苑炙猾绪帚缄摈棱直拯顿掖郧输春西棱朋泉走积襄呵赔绢读疽浇跨鹏陋朽张靠坑绸抖什协窒饮交慈企痉鸟偏钩冬向钡硷图冬耶梅膝跋我蒲邢织狈沪姿搬僵罗恃祁菏倍凸惭寸凛苹痹函舷矮得惦逾锹迅皱号洛篱蛾址裁郸宾佬苔旬贿锄久甄圆孙稗骋停蕉鄂艰曙枢至碰蝇畴商漓训津嘶迸序吴唾啄嚼灰谈险疏挣萍蛹纫岿扑撑虾舀秋芳滇两敷迟狸各疆杏痔渤攻氧呼褪裤猪禽误奄存灵年汞陛驴船锡波言奔递搞信姐辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文）题

4、目：题目： 蔬菜大棚温度控制器设计蔬菜大棚温度控制器设计 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）起止时间：起止时间：2012015 5.06.22-201.06.22-2015 5.7.0.7.05 5 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 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

5、，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。设计任务：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：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

6、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 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 日摘 要 蔬菜大棚内通过调节温度可以有效地控制二氧化碳的浓度，二氧化碳是对植物生长起着重要的作用。因此，对棚内温度的控制是非常重要的

7、。本文介绍的分布式单总线蔬菜大棚温度监测预警系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温度，通过对温度的良好控制，有效地提高蔬菜的产量。本温度设计采用现在流行的 at89s52 单片机，配以 ds18b20 数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。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。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。关键词：温度传感器 ；at89c51；led 显示器；固态继电器目 录第 1

8、 章 绪论 .11.1 温度控制系统概况 .11.2 本文研究内容 .1第 2 章 cpu 最小系统设计 .22.1 蔬菜大棚温度自动控制总体设计方案 .22.2 cpu 的选择 .32.3 数据存储器扩展 .42.4 复位电路设计 .52.5 时钟电路设计 .52.6 cpu 最小系统图 .6第 3 章 温度传感器输入输出接口电路设计 .73.1 温度传感器的选择 .73.2 温度输出接口电路设计 .83.3 人机对话接口电路设计 .8第 4 章 温度控制器软件设计 .114.1 软件实现功能综述 .114.1.1 主程序流程图设计 .114.1.2 中断系统流程图设计 .12第 5 章 系

9、统设计与分析 .135.1 系统原理图 .135.2 系统原理综述 .13第 6 章 课程设计总结 .15参考文献 .16第 1 章 绪论1.1 温度控制系统概况随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温 度控制系统发展的主流方向。特别是近年来, 温度控制系统已应用到人们生活的各个方面， 但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种 实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在 工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、

10、机械制造、粮食存储、 酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂 锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才 能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、 柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就 会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可 见，温度的测量和控制是非常重要的。 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测 和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同

11、场合的智能温 度控制器应运而生。1.2 本文研究内容本设计是对蔬菜大棚内温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当蔬菜大棚内温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当蔬菜大棚内温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。数码管即时显示温度，精确到小数点一位。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

12、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。第 2 章 cpu 最小系统设计2.1 蔬菜大棚温度自动控制总体设计方案 晶振模块图 2.1 温度自动控制总体框图表 2.1 各模块功能表温度检测模块能够直接读出被测温度，可使系统结构更趋简单，可靠性更高复位模块使 89c51 数据清零，恢复初始状态晶振模块为 89c51 提供时钟信号显示模块显示温度等数据，使观察更加方便，有利于实验记录温度调节模块调节温度，使温度达到实验要求89c51实验数据处理，是实验主要原件复位模块显示模块温度调节模块89c51温度检测模块2.2 cpu 的选择cpu 是单片机内部的核心部分，是单

13、片机的指挥和执行机构，它决定了单片机的主要功能特性。从功能上看，cpu 包括两个基本部分：运算器和控制器。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，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，本实验采用 89c51 单片机。下面介绍 89c51 的内部资源及引脚结构图。图 2.2 89c51 的引脚结构reset 是复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，在此引脚上出现两个机器周期以上的高电平，就可以使单片机复位。ale 引脚是地址锁存允许信号。psen 是外部程序存储器的读选通信号。ea 是内、外 rom 选择端。输入/输出（i

14、/o）引脚 p0、p1、p2 和 p3。 p0.0p0.7：p0 口是一个 8 位双向 i/o 端口。在访问片外存储器时，它分时提供低 8 位地址和作 8 位双向数据总线。在 eorom 编程时，从 p0 口输入指令字节；在验证程序时，则输出指令字节（验证时，要接上拉电阻） 。p0 口能以吸收电流的方式驱动 8 个 lsttl 负载。 p1.0p1.7：p1 是 8 位准双向 i/o 端口。在 eprom 编程和程序验证时，它输入低 8 位地址。p1 口能驱动 4 个 lsttl 负载。 p2.0p2.7：p2 是 8 位准双向 i/o 端口。在 cpu 访问外部存储器时，它输出高 8 位地址

15、，在对 eprom 编程和程序检验时，它输入高 8 位地址。p2 口可驱动 4个 lsttl 负载。 p3.0p3.7：p3 是 8 位准双向 i/o 端口。它是一个复用功能口，作为第一功能使用时，为普通 i/o 口，其功能和操作方法与 p1 口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如下表。p3 口的每一条条引脚均可以独立的定义为第一功能的输入输出或第二功能。p3 口能驱动 4 个 lsttl 负载。2.3 数据存储器扩展at89c51 片内喊有 28 字节的数据存储器 ram，主要用工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器。对于简单的测控系统，用它存放运算的中间结果，容量是够用的。但是对于大量

16、数据采集处理系统，则需要在片外扩展 ram。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 64kbram。图 2.3 数据储存器扩展图2.4 复位电路设计复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。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

17、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 2.4 复位电路图2.5 时钟电路设计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。电容器 c1 和 c2 通常都

18、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 2.5 时钟电路图2.6 cpu 最小系统图图 2.6 cpu 最小系统图第 3 章 温度传感器输入输出接口电路设计3.1 温度传感器的选择温度传感器的作用是采集大棚内的温度，并进行判断和显示。由于智能温度传感器 ds18b20 既能对温度进行测量，又能设定所需要控制的温度，并对温度值能够把二进制转换成十进制，所以本设计系统中选用智能温度传感器 ds18b20。信息经过单线接口送入 ds18b20 或从 ds18b20 送出，传感器和数字转换电路都

19、被集成在一起，每个 ds18b20 在出厂时都已给定了唯一的 64 位序列号，并且ds18b20 只有一个数据输入/输出口，因此，多个 ds18b20 可以并联到 3 或 2 根线上，cpu 只需一根端口线就能与诸多 ds18b20 进行通信，而它们只需简单的通信协议就能加以识别，这样就节省了大量的引线和逻辑电路。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。用户还可自设定非易失性温度报警上下限值，并可用报警搜索命令识别温度超限的 ds18620。由于该温度计采用数字输出形式，故不需要 a/d 转换器。图 3.1 ds18b20 的引脚图ds

20、18b20 的主要特性，ds18b20 有下列主要特性 : 1）只需一根 i/o 线就能完成通信 ; 2）多个分散的 ds18b20 可以共用一线进行通信; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通过数据线供电 ; 5）检测温度范围为-55+125c ,精度在 0.5 度 ; 6）用 9bit 数字量来表示温度 ; 7）每次将温度转换成数字量需 200ms。8）可定义一个不变化的温度设置为报警温度; 9）有 pr35t 和 ssop 两种封装型式。 ds1820i/o 位数据输入/输出端（即单线总线） ，它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。ddu 是可供选用的外部+5v 电源端，不用

21、时需接地。gnd 为地，nc 为空脚。3.2 温度输出接口电路设计图 3.2 排风扇输出电路图由 pwm 控制温度调节模块，当 pwm 端输入高电平时，电流经 q4 放大，常开端 5 闭合，m4qa045 电机运转，当 pwm 端输入低电平时，常开端 5 断开，m4qa045电机停止运转。3.3 人机对话接口电路设计非编码键盘可以分为两种结构形式：独立式按键和行列式按键。 独立式按键：是指直接用 i/o 口线构成单个按键电路，每一个按键占用一条i/o 口线，每个按键的工作状态不会产生相互影响。图 所示为一种独立式按键电路，当图中的某一个按键闭合时，相应的 i/o 口线就变成低电平。当程序查询到

22、为低电平的 i/o 口线时，就可以确定处于闭合状态的键。 独立式按键的电路的结构和处理程序简单，扩展方便，但占用的 i/o 口线相对较多，不适合在按键数量较多的场合下采用。 行列式键盘：将 i/o 口线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，这就构成了行列式键盘。 本设计有三个按键，共需要三个 i/o 口线，占用的口线不多，因此可以采用独立式按键。图 3.3 独立式按键电路图 3.4 显示电路为了方便管理者能明确的观察到某一路的温度，这里要有显示电路，共有七个数码管，两位是用来显示设定的最高温度，两位用来显示设定的最低温度，两位是用来显示当前某一路的温度，一位是用来

23、显示当前的路数。常用的数码管显示器为 8 段，每一段对应一个发光二极管，分为共阳和共阴两种。共阴极 led 显示的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。同样，共阳极 led 的发光二极管的样机连接在一起，通常此公共阳极接高电平，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。第 4 章 温度控制器软件设计4.1 软件实现功能综述本温度控制系统在设计过程中，遵循的是稳定化、高效化、简单化、小型化的特点，最大限度提高系统的性价比。应用软件采用模块化的程序设计方法，这种条理清晰的设计方法免去一部分软件的重复

24、编程，然后组合成符合要求的应用程序，因此本应用软件分为两大部分：主程序和子程序设计。本实验要实现的是蔬菜大棚温度控制。由89c51单片机和其他一些器件组成的控制系统，要实现的软件功能是将蔬菜大棚中的温度信息通过温度检测模块传送给89c51单片机，让单片机识别，并显示。然后温度进行判断，进行调节，通过显示模块显示温度，使大棚中的的温度一直维持在适合蔬菜生长的条件下。4.1.1 主程序流程图设计 图4.1主程序流程图开始设定温度当前温度启动加热引风机启动风扇降温结束复位温度信号通过温度检测模块传送给 89c51 单片机，由单片机判断温度，当监测温度超过上限报警值时，可开启排风扇降温；当温度低于下限

25、报警值时，可开启加热引风机提高温室内的温度。4.1.2 中断系统流程图设当cpu正在处理数据时，外部发生紧急情况时，要求cpu停止当前工作，去处理紧急情况，而中断系统有许多的优点，实现分时操作采用中断技术后，快速的cpu和慢速的外设可以各做各的事情。进行实时处理在实时控制的过程中，cpu会根据当时的情况及时做出反应，进行实时控制。故障处理系统在运行过程中往往会出现一些异常情况。中断发生图 4.2 中断系统流程中断服务开中断中断返回保护现场开中断关中断恢复现场第 5 章 系统设计与分析5.1 系统原理图图 5.1 系统原理图5.2 系统原理综述本系统以 at89c51 单片机为控制核心，利用温度

26、传感器对蔬菜大棚内的温度进行实时采集与控制，实现温室温度的自动控制。本系统由单片机小系统模块、温度采集模块、加热模块、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。可以通过按键设定温室的温度值，采集的温度和设定的温度通过 led 数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热，以达到设定值；反之，开启降温风扇，以快速达到降温效果。通过该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制，从而保证大棚内作物在最佳的温度条件下生长，提高质量和产量。第 6 章 课程设计总结以上为本次课设的全部内容，该设计基本满足 cpu 最小系统设计（包括 cpu选择，晶振电路，复位电路） 。温度传感器选择

27、及接口电路设计温度显示及控制电路设计。程序流程图设计及程序清单编写等内容。89c51 单片机把中央处理器、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，具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点。 89c51 单片机最小系统由 89c51 单片机、数据扩展芯片、时钟电路和复位电路构成，形成了总控制中心,对数据进行处理。本文中详细介绍了 89c51 的引脚功能，为正确使用 89c51 提供了条件，同时也对最小系统中的替他部分进行了说明及描述。 对 89c51 单片机的软件编程，完成本文研究的内容，即蔬菜大棚的温度控制设计。由于本人水平有限所设计内容、方法、取得的效果不是特别突出，在一些方面还是存在理想化。参考文献1 梅丽凤等编著 单片机原理及接口技术 清华大学出版社 2009.72 赵晶 主编 prote199 高级应用 人民邮电出版社，2000 3 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社 2003.45 王永华.现代电气及可编程控制技术.北京航空航天大学出版社,2002,96 冯国民如何调节蔬菜大棚的温湿度及光照吉林农业，2006.67 隋振有单片机应用与编程技术北京：中国电力出版社