毕业设计论文温室大棚温度控制系统Word文件下载.doc
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4.4电路板硬件的测试 30
5整机系统测试和运行 31
5.1液晶测试与运行 31
5.2数据采集模块的测试与运行 31
5.3组态网的测试与运行 32
6总结 33
参考文献 34
致谢词 35
独撰声明 36
西昌学院毕业论文(设计)
1引言
1.1课题设计的背景
随着农业生产对温度的要求越来越高,准确测量温度对农作物生产至关重要。
温室大棚技术在现代农业生产中已得到广泛的应用,对现代农业生产具有重要作用。
传感器在环境温度数据采集方面扮演着重要的角色,传感器可以说是环境数据采集的核心内容,没有传感器的参与,就无所谓数据采集。
当今社会中,它作为科学技术发展的一个综合性的结果,在农业领域具有重要的意义。
温室大棚环境温度的控制直接影响着现代农业生产的好坏。
但是目前不易现场去测试大范围的并且环境恶劣的大棚环境温度,就需要一种技术实现对农业现场的环境温度进行实时准确的监测并且控制大棚中的温度值。
1.2 课题设计目的和意义
在传感器、串口通信、无线数据采集和组态网控制技术下实现的现代农业大棚控制系统。
可以实现实时监测大棚中的环境温度值,并在LCD上显示出来。
不仅可以利用组态网显示出环境中的实时数据和历史数据,而且可以通过组态网控制继电器的工作,实现对温度控制的作用。
从而实现双工的目的。
此系统的控制终端是功能强大,软件资源丰富的组态网。
可应用于各种大棚种植中,实用于各种种植环境,具有很广泛的应用和推广前景。
现实生活中,这种温度采集和控制系统已经被成功应用于农业环境监测与控制领域。
有效的避免了危险环境给人们带来的伤害,并且能方便准确地了解大棚温度的变化。
因此对于如何利用无线通信技术进行精度的数据采集,尤其是如何控制环境温度等课题的研究就变得非常的有意义。
2 硬件设计
2.1 总体硬件设计[5]
该设计通过温度传感器DS18B20采集到大棚中的温度,经单片机处理后(内部有个AD转换)在LCD上显示出当前环境温度。
经过无线发送模块将温度数字传输到接收板中,接收板接收到温度值后经过串口处理将温度值传输到组态网中,在组态网上又显示出当前温度值。
当温度过高时,超过预设的温度值40度时,组态网会发出报警信号,管理员在组态网上发送打开降温设备的按钮,然后经过串口传输到接收板上,接收板子发送指令到发射板上,发射板接收到指令后打开降温设备开关,当温度达到预设值时,从组态中发送关闭降温设备的开关,达到控制大棚环境温度的目的。
为实现以上功能,设计主要硬件模块如下:
MCU控制芯片最小系统;
传感器数据采集模块(DS18B20温度采集模块);
无线发送和接收模块(NRF905);
LCD12864液晶显示模块;
串口通信模块;
继电器控制模块;
组态网模块。
具体工作流程为:
通过传感器(DS18B20)采集实时环境温度值,并送至LCD12864上显示,完成对环境温度的监测;
经过无线传输模块将温度从发射板传到接受板,后经过串口通信,在组态网模式下,不仅可以实现环境温度值的实时显示,而且可以实现对环境温度的控制。
总体设计的框架如图1所示。
发
射
主
系
统
STC89C51
DS18B20
温度采集模块
降温
加温
N
R
F
9
5无线模块
接
收
主
统
组
态
网
系
继电器模块
串口通信模块
LCD12864
图1总体设计框图
2.2 STC89C51单片机最小系统[2]
控制芯片最小系统包括:
控制芯片STC89C51单片机、晶振电路和复位电路。
2.2.1.控制芯片STC89C51单片机
2.2.1.1STC89C51单片机简介
STC89C51是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器(FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能COMOS8的微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU(K)系统可编程Flash存储器,使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
2.2.1.2STC89C51具体介绍
单片机STC89C51引脚图如图2所示。
图2STC89C51引脚图
l主电源引脚(2根)
VCC(Pin40):
电源输入,接+5V电源
GND(Pin20):
接地线
l外接晶振引脚(2根)
XTAL1(Pin19):
片内振荡电路的输入端
XTAL2(Pin18):
片内振荡电路的输出端
l控制引脚(4根)
RST/VPP(Pin9):
复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG(Pin30):
地址锁存允许信号
PSEN(Pin29):
外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31):
程序存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
l可编程输入/输出引脚(32根)
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个口有8位(8根引脚),共32根。
PO口(Pin39~Pin32):
8位双向I/O口线,名称为P0.0~P0.7
P1口(Pin1~Pin8):
8位准双向I/O口线,名称为P1.0~P1.7
P2口(Pin21~Pin28):
8位准双向I/O口线,名称为P2.0~P2.7
P3口(Pin10~Pin17):
8位准双向I/O口线,名称为P3.0~P3.7
2.2.1.3.单片机STC89C51的主要功能特性
8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KBEEPROM,MAX810复位电路,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。
与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
如表1所示。
表1STC89C51主要功能特性
STC89C51主要功能特性
兼容MCS51指令系统,8K可反复擦写FlashROM
32个双向I/O口,32个可编程I/O口,256x8bit(字节)内部RAM
3个16位可编程定时/计数器,时钟频率0-24MHz
2个串行中断,可编程UART串行通道
2个外部中断源,共6个中断源
2个读写中断口线,3级加密(位)程序存储器
全双工UART串行通道
电源控制模式
看门狗定时器。
双数据指针。
全静态操作:
0Hz~33Hz
低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能
2.2.2.晶振电路的设计
在晶振电路也叫时钟电路,使用了两个30PF的电容(C1,C2)和一个晶振(Y1),分别接的是单片机的18,19引脚,晶振频率选取的是12MHZ,电路图如图3所示。
图3晶振电路
STC89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。
时钟由内部方式产生或外部方式产生,如图4所示。
(a)内部方式时钟电路(b)外部方式时钟电路
图4时钟电路
内部方式的时钟电路,在RXD和TXD引脚上外接定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
晶体振荡频率可以在1.2~12MHz之间选择,电容值在5~30pF之间选择,电容值的大小可对频率起微调的作用。
外部方式的时钟电路,RXD接地,TXD接外部振荡器。
对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。
片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。
2.2.3.复位电路的设计
复位是单片机的初始化的操作。
单片机控制器在上电启动运行时,都需要先复位。
其作用是使CPU和控制器中其它部件处于一个确定的初始状态,从这个状态开始工作,因而,复位是一个很重要的操作方式。
但单片机本身是不能进行自动复位的。
必须配合相应的外部复位电路才能实现。
本系统采用按键电平复位电路,其连接方式如图5所示。
图5按键电平复位电路
2.2.3.1复位操作
单片机上复位电路接在9脚上,参考图7,当复位键S1按下时,正的信号接通,同时给单片机一个正的信号1,对单片机进行初始化;
当S1键断开时,如图可知电路对单片机发送一个负的信号,表示断开。
2.2.3.2复位信号及其产生
复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。
RST(9脚)引脚是复位信号的输入端。
复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。
产生复位信号的电路逻辑如图6所示。
图6复位信号的电路逻辑图
整个复位电路包括芯片内、外两部分。
外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器,再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样,然后才得到内部复位操作所需要的信号。
复位操作有上电自动复位和手动复位两种方式,如图7所示。
(a)上电复位(b)按键电平复位(c)按键脉冲复位
图7复位电路
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
这佯,只要电源Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位,即接通电源就成了系统的复位初始化。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。
其中,按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。
而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。
2.3温度采集模块[1]
DS18B20是由美国DALLAS(达拉斯)半导体公司生产的最新单线数字式温度传感器。
超小的体积,超低的硬件开消,抗干扰能力强,精度高,附加功能强。
2.3.1.DS18B20的主要特征:
现场温度测量值通过串行通信的方式传输,即“单线总线”的数字方式传输(通信)。
最高12位分辨率,实际系统的分辨率可单独设定,并且保存在EEPROM中,即使断电也能够保存。
12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
可选择寄生工作方式。
检测温度范围为–55°
C~+125°
C(–67°
F~+257°
F),精度可达土0.5摄氏度
内置EEPROM,限温报警功能。
64位光刻ROM,内置产品序列号,方便多机挂接。
多
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