基于单片机的温室大棚温度控制系统设计毕业论文

1、基于单片机温室大棚温度控制设计摘要：本系统以AT89C51单片机为控制核心，利用温度传感器AD590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。关键词：单片机、温室大棚、温度控制一、 硬件设计（一）

2、设计目标 本系统要控制的对象为这样一个规模的温室。温室结构的参数为：屋脊高5.2m，檐高3m，单跨度6.5m，长为20m，地面面积为130平方米。要实现的目标是，使薄膜温室的温度保持在2030之间，在这个区域内温度值是可设定的。（二）设计思路系统原理框图如图1所示。本系统由单片机小系统模块、温度采集模块、WP型温室加热器、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。通过按键设定温度值，设定的温度值和采集的温度值都可以通过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。该系统对温度的控制范围在2030，温度控制的误差小于等于0

3、.5。通过使用该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制,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。AT89C51控制系统温度采集键盘扫描WP型温室加热器显示降温模块图1系统原理框图 该系统分为六个模块，分别是单片机小系统模块、温度采集模块、显示模块、键盘扫描模块、加热模块和降温模块。（三）基于AT89C51的单片机小系统本系统采用Atmel公司所生产的AT89C51单片机。AT89C51单片机小系统如图2所示：图2 单片机小系统这个小系统由时钟脉冲和复位电路组成， AT89C51内部已具备振荡电路，只要在接地引脚上面的两个引脚（即19、18脚）连接简单的石英晶体即可。A

4、T89C51的时钟频率为12MHz。AT89C51的复位引脚为第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期（一个机器周期为6个时钟脉冲），即可产生复位的动作。以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲1s,两个机器周期为12s,因此，在第9脚上连接一个12s以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。对于上电复位，复位引脚上串接了一个电容，当复位引脚接 +5V电压时，电容相当于短路，经过一段时间（在这段时间内完成复位）后，电容处于充电状态，相当于断开。还有一种是手动复位,它的接法是在AT89C51复位引脚所串连的电容上并联接一个按钮开关。当按钮没按下时，电容处于充电状态；当按钮按下时，电容对复位引脚放电

5、，从而在这个引脚上产生高电平，达到复位的目的。（四）温度采集模块 本系统的温度采集和转换电路原理图如图3所示，它的工作过程为：系统通过AD590采集外界的温度参数，并通过三个放大器的作用将温度转化为电流模拟量；此模拟量通过ADC0804的转化变成数字量，以便单片机辨认接收。图3 AD590温度传感器工作的系统结构电路图根据电路图，说明各个器件的功能如下：OPA1：以0为标准，调节可变电阻R10使其输出电压为2.73伏特。OPA2：减2.73伏特，并反相。OPA3：放大5倍并反相。例如：AD590输出电压为1.5伏特，则其温度为：1.5/5（OPA3）+2.732（OPA2）=3.302伏特；3

6、.302/10K=303.2微安培；303.2-273.2=30微安培30。温度值OPA1OPA2OPA3ADC VINADC输出值02.732V0V0V0V00H102.832V-0.1V0.5V0.5V19H202.932V-0.2V1V1V32H303.032V-0.3V1.5V1.5V4BH403.132V-0.4V2V2V64H503.232V-0.5V2.5V2.5V7DH603.332V-0.6V3V3V96H703.432V-0.7V3.5V3.5VAFH803.532V-0.8V4V4VC8H903.632V-0.9V4.5V4.5VE1H1003.732V-1V5V5VFA

7、H表1 各温度与3个OPA及ADC0804的输入与输出关系图4 ADC0804 如图4，A/D转换器就是模拟/数字转换器，是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端的信号可以是传感器或是转换器的输出，而ADC输出的数字信号可以提供给微处理器，以便更广泛地应用。 ADC0804电压输入与数字输出关系如下表2所示：十六进制二进制码 二与满刻度的比率相对电压值VREF=2.56伏高四位字节低四位字节高四位字节电压低四位字节电压F111115/1615/2564.8000.300E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.0600.260C110012/1

8、612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180810008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/2560.9600.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.0200000000表2 ADC08

9、04电压输入与数字输出关系例如：VIN=3V，由上表可知2.880+0.120=3V，为10010110B=96H。 AD590产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为4V30V，检测的温度范围为-55+150，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1，其电流增加1微安培。当摄氏温度为0时，AD590的电流为273.2微安培，经10千欧姆电阻后其电压为2.732伏特。余者依上述方法类推。 利用AD590以及接口电路把温度转换成模拟电压，经由ADC0804转换成数字信号后传送给AT89C51处理。 温度采集和AD590温度传感器工作的系统结构电路图为图3。(五)显示模块译码IC及温度显示的

10、电路图如图5所示。显示部分的工作原理是，它将温度转换的数字量，即温度值，经由AT89C51的P1口由两个译码IC输出并分别送入两个七段数码管显示，这两个LED都是共阳极的。图5 译码IC及温度显示BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC，如图6所示，首推7447系列，包括7446、7449、74LS49。其中的7446及7447输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极7段LED数码管；而7448及74LS49输出高电平驱动显示码，用以推动共阴极7段LED数码管，7446、7447与7448的引脚相同（双并排16pins）。图6 译码IC 7447D、C、B、A：BCD码输入引脚。a、b、c、

11、g：7段数码管输出引脚。LT：本引脚为测试引脚，当接高电平时，所连接的7段LED数码管全亮。正常显示下应接低电平。RBI：本引脚为涟波淹没输入引脚，正常显示下应接低电平。BI和RBO：本引脚为淹没输入或涟波淹没输出引脚，正常显示下应接低电平。7段LED数码管是利用7个LED组合而成的显示设备，可以显示0到9共10个数字。当要显示多个数码管，可分别驱动每个数码管；当要利用人类的视觉暂留现象，则可以采用快速扫描的方式，只要一组驱动电路即可达到显示多个数码管的目的。一般来说，7段LED数码管可分为共阳极和共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同的接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、

12、c、d、e、f、g及dp（小数点）；同样的，共阴极就是把所有LED的阴极连接到共同的接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。(六) 键盘扫描图7 键盘扫描电路图7是键盘扫描的电路图，其中74922是键盘扫描IC。键盘扫描电路的原理是，将键盘接在一个键盘扫描IC 74922上，当在键盘上按下键时，相关的键码将通过74922的A、B、C、D口线传递给AT89C51单片机。键盘采用电话式键盘，结构如图8所示。键盘是接在键盘扫描IC 74922（上图6所示）上面的，键盘的输入通过74922的X1X3和Y1Y4输入。 X1 X2 X3123456789*0#Y1

13、Y2 Y3 Y4 图8 电话式键盘 鉴于键盘扫描IC为4*4形式，以下键盘编码每行后面都有0FFH，以配合硬件使用。按键123456对应编码01H02H03H04H05H06H按键789*0#对应编码07H08H09H0AH00HOBH表3 键盘编码 键盘扫描IC74922的工作过程：X1X3接键盘的行，Y1Y4接键盘的列，按键信息由这几个口输入，由A、B、C、D四个口输出到P3口的低四位，再通过P1口经过译码IC显示在LED上。键盘扫描芯片不断查询是否有按键输入，当查询到有按键时，DA置1，同时执行相应的程序，比较温度是否超出上、下限，进而决定是加热还是降温。(七) WP型温室加热器 如图7

14、所示，在AT89C51的P2.1口上接一个继电器，将加热器接在此继电器上。需要提高温度时，单片机控制P2.1口，使之置1，进而控制加热器加热。(八) 降温模块 如图7所示，在AT89C51的P2.2口上接一个继电器,将降温风扇接在此继电器上。需要降温时，单片机控制P2.2口，使之置1，进而控制降温风扇降温。二、 软件设计本系统的工作流程是，操作人员可以从键盘上输入要设定的温度值。当此温度值与当前温度不同时，单片机控制系统采取调节的动作。当设定温度大于测定温度时，则使加热器工作；当设定温度小于测定温度时，则开启降温风扇。此程序流程包括4个部分。第一部分是主程序，它描述的是程序的总体结构；第二部分

15、是定时器T0的描述，它的功能是将实际温度和设定的温度比较，再作出相应的动作；第三部分是键盘扫描部分；第四部分是显示部分，用于显示温度值。(一) 主程序YN按键程序显示A/D转换完成否？判断有无按键？A/D转换系统初始化开始NY图9 主程序本温度控制系统的总体设计思路见图9的主程序流程图，系统采用温度传感器AD590采集温度数据，再由ADC0804模数转换器将温度转化为单片机可以处理的数据。本系统将温度总体控制在20到30之间，并且可以通过键盘输入要设定的温度值，并通过7段数码管显示出来。在整个系统的运行期间，有一个定时器T0中断每隔20ms扫描一次，用于当前温度与设定温度的比较，然后发出加温或

16、降温的命令。程序代码如下：ORG 00H JMP START ORG 0BH JMP TIM0START: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#60 MOV TL0,#76 SETB TR0 MOV IE,#82H MOV R4,#09H MOV R0,#30HCLEAR: MOV R0,#00H DJNZ R4,CLEAR MOV A,#00H MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV 34H,A MOV A,#01H MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV 35H,A MOV 36H,#0FFHSTART0: MOVX R

17、0,AWAIT: JB P3.4,KEYIN JB P2.0,ADC JMP WAITADC: MOVX A,R0 MOV 37H,A CLR C SUBB A,36H JC TDOWNTUP: MOV A,37H CLR C SUBB A,34H JNC POFF JMP LOOPPON: CLR P2.1 JMP START0POFF: SETB P2.1 JMP LOOPTDOWN: MOV A,37H CLR C SUBB A,35H JC PON JMP LOOPLOOP: MOV 36H,37H CLR A MOV R4,#0FFH DJNZ R4,$ CALL L1 MOV 21

18、H,#10H NOV R1,#30HDISP1: CALL DISP DJNZ 21H,DISP1 JMP START0(二) 定时器T0中断定位装入初值比较的十位相同？比较的个位相同？开启降温风扇返回加热器工作设定温度>测定温度？加热器停止工作YNYNNY图10 定时器T0中断子程序 定时器T0中断的工作流程如图10所示。当定时器T0发生中断时，就将按键输入的设定的温度值与当前的温度值比较。当输入的温度值大于当前测定的温度值，单片机就控制加热器加热；当设定的温度值小于当前测定的温度值，就开启降温风扇。程序代码如下：TIM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#60

19、MOV TL0,#76 MOV A,33H CJNE A,31H,T MOV A,32H CJNE A,30H,T JMP OFF T: JC OFF CLR P2.1RETURN: POP PSW POP ACC RETIOFF: SETB P2.1 JMP RETURNDELAY: MOV R7,#06D1: MOV R6,#248 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D1 RET(三) 显示模块显示子程序流程图如图11所示:（说明：30H用于暂时存放要显示温度的高四位，31H用于暂时存放要显示温度的低四位，38H用于存放最终要显示在7段数码管上的温度值；D1、D2分别表示两个7段数码管的

20、存储地址。）取（30H）高四位为D1取（31H）低四位为D2返回将（38H）的值送P1将（30H）、（31H）合成为（38H）延时DISP图11 显示子程序系统提供温度的显示功能，将温度用两个7段数码管显示出来。程序如下：DISP: MOV A,R1 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 38H,A INC R1 MOV A,R1 ANL A,#0FH SWAP AORL A,38H MOV P1,A CALL DELAY RET(四) 按键扫描将键盘接在一个键盘扫描IC 74922上，所按键将被此芯片处理后传送给单片机处理。工作流程如图9所示。如果要设定新的温度值，操作流程为：按“*

21、”要设定的温度值按“*”，这样就完成了温度的设定。程序代码如下：KEYIN: JB P3.4,$ MOV A,P3 ANL A,#0FH MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR XRL A,#0AH JNZ START0 JB P3.4,KEYIN1 MOV R1,#32H CALL DISP MOV R5,4FHD4: MOV R7,#0FFH D3: MOV R6,#0FFHD2: JB P3.4,KEYIN1 DJNZ R6,D2 DJNZ R7,D3 DJNZ R5,D4 JMP START0KEYIN1: JB P3.4,$ MOV A,P3 ANL A,#0FH

22、 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV 20H,A XRL A,#0AH JZ X1 MOV A,20H XRL A,#0BH JZ WAIT1 MOV A,20H XCH A,32H XCH A,33H(五) 源程序 程序要完成的功能是将总体温度控制在2030之间，在这个范围内，可以设定任一温度值，并使之达到恒温效果；如果超出这个范围，则程序自动控制继电器工作使温度稳定在这个范围之间。程序中各寄存器说明如下：30H、31H：所测得的实际温度32H、33H：键盘设定的温度34H：系统的上限温度值（30）35H：系统的下限温度值（20）36H：旧温度值的存放地址源程

23、序如下:ORG 00H JMP START ORG 0BH JMP TIM0START: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#60 MOV TL0,#76 SETB TR0 MOV IE,#82H MOV R4,#09H MOV R0,#30HCLEAR: MOV R0,#00H DJNZ R4,CLEAR MOV A,#00H MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV 34H,A MOV A,#01H MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV 35H,A MOV 36H,#0FFHSTART0: MOVX R0,AWAIT:

24、JB P3.4,KEYIN JB P2.0,ADC JMP WAITADC: MOVX A,R0 MOV 37H,A CLR C SUBB A,36H JC TDOWNTUP: MOV A,37H CLR C SUBB A,34H JNC POFF JMP LOOPPON: CLR P2.1 JMP START0POFF: SETB P2.1 JMP LOOPTDOWN: MOV A,37H CLR C SUBB A,35H JC PON JMP LOOPLOOP: MOV 36H,37H CLR A MOV R4,#0FFH DJNZ R4,$ CALL L1 MOV 21H,#10H NO

25、V R1,#30HDISP1: CALL DISP DJNZ 21H,DISP1 JMP START0L1: CLR C MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H MOV R3,#08H NEXT: RLC A MOV R2,A MOV A,30H ADDC A,30H DA A MOV 30H,A MOV A,31H ADDC A,31H DA A MOV 31H,A MOV A,R2 DJNZ R3,NEXTL2: MOV A,30H ADD A,30H DA A MOV 30H,A MOV A,31H ADDC A,31H DA A MOV 31H,A RETKEYIN: JB

26、 P3.4,$ MOV A,P3 ANL A,#0FH MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR XRL A,#0AH JNZ START0 JB P3.4,KEYIN1 MOV R1,#32H CALL DISP MOV R5,4FHD4: MOV R7,#0FFHD3: MOV R6,#0FFHD2: JB P3.4,KEYIN1 DJNZ R6,D2 DJNZ R7,D3 DJNZ R5,D4 JMP START0KEYIN1: JB P3.4,$ MOV A,P3 ANL A,#0FH MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV 20H,A X

27、RL A,#0AH JZ X1 MOV A,20H XRL A,#0BH JZ WAIT1 MOV A,20H XCH A,32H XCH A,33HWAIT1: MOV R1,#32H CALL DISP JB P3.4,KEYIN1 JMP WAIT1X1: JMP START0DISP: MOV A,R1 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 38H,A INC R1 MOV A,R1 ANL A,#0FH SWAP A ORL A,38H MOV P1,A CALL DELAY RETTIM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#60 MOV TL0,#76

28、 MOV A,33H CJNE A,31H,T MOV A,32H CJNE A,30H,T JMP OFFT: JC OFF CLR P2.1 RETURN: POP PSW POP ACC RETIOFF: SETB P2.1 JMP RETURNDELAY: MOV R7,#06D1: MOV R6,#248 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D1 RETTABLE: DB 01H,02H,03H,0FFH DB 04H,05H,06H,0FFH DB 07H,08H,09H,0FFH DB 0AH,00H,0BH,0FFHTABLE1 : DB 4BH DB 32H END (六) 系统电路图 图12 系统电路图参考文献2 吴金戍，沈庆阳，郭庭吉. 8051单片机实践与应用 北京：清华大学出版社，2006，6882.3 陈明荧. 8051单片机课程设计实训教材 北京：清华