温室多点温度采集系统设计软件设计开题报告Word文档格式.docx
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适宜的温度是蔬菜、花卉、药材等作物生长的首要条件。
无论是加热的温室还是不加热的温室.都需要对温室的温度状况进行实时监控,以根据作物生长规律来调控温室温度,以使在保持作物生长的条件下,使系统的能耗、水耗达到最少。
温室环境控制就是在充分利用自然资源的基础上,通过改变温度、湿度、光照度等环境因素来获得农作物生长的最佳条件,从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。
温室测量采集通过对温度的监测数据的分析,结合作物生长规律,控制温度,使作物在不适宜生长的反季节中可获得比室外生长更优的环境条件,从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。
温室作为农业生产的“工厂”在农业现代化发展中扮演着越来越重要角色,其控制系统的精确与否将决定着农作物的产量和质量,而温湿度的测量又是温室控制系统精确运行的关键,所以设计一个高效、准确的温湿度测量系统是改善温室控制系统性能的前提条件。
2、相关研究的最新成果及动态
现代农业生产中大量采用温室进行蔬菜等农作物培育,目前已广泛应用于农业生产、农作物的试验研究和商业动、植物的培养等方面,已经成为农业生产和农业科研必不可少的技术手段。
我国的温室又具有自己的特点,我国通常设计安装的单斜面玻璃或塑料大棚供暖温室,冬季需要覆盖保温材料保温,环境一般由人工控制,自动化程度不高。
最重要的一点,温室生产的主要限制因素是能源消耗大。
而随着科学技术的发展及计算机技术的应用,自动控制技术也在飞速的前进。
因此,将计算机控制技术引入温室的控制系统,能够较好地解决温室生产的成本高、能耗大的问题。
在目前众多的单片机测温电路中,对温度采集信号的处理多采用A/D转换器模数转换为数字信号后再交由单片机处理、执行。
但是传统的A/D转换器在数据长距离传输、精度要求高、资金有限的场合下明显受限,而且电路接口复杂。
随着发展现在国内大多系统采用的是AT89S5l,其是由美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机,由V/F转换器来代替A/D转换器,通过利用单片机内部的两个定时器/计数器的协调工作,使用测量频率的方法来获得温度值。
系统由AT89S51单片机完成数据采集、数据处理功能,并将数据通过通讯线路传送给上位机(PC机),以实现温室系统的数据采集、处理、监控功能。
温室温度采集监测系统可分为3个部分:
一是信号采集输入部分,即采集温室内温度;
二是信息处理部分,主要功能是将采集的信息转换成计算机可识别的标准量信息进行处理、输出决策的指令;
三是输出部分,主要功能是输出实时温度和超温报警。
其硬件系统工作原理:
经过热敏电阻把温度转换成电压信号,再通过V/F转换器把电压信号转换为一定频率的方波信号,然后再利用单片机的两个16位定时/计数器进行数据处理。
本系统软件设计采用面向对象的模块化程序设计方法。
按整体功能分成不同的模块,各个模块单独设计、编程、调试,完成之后进行系统装配联调。
本设计程序由主控模块、温度采集模块、滤波模块HJ、温度处理模块、温度显示模块和通讯程序等组成。
发展到现在,发达国家的农业已经达到了一个很高的工业化标准,世界上大多数国家增加了温室方面的投入以获得更多的农业产出。
在发达国家,微电子技术和计算机网络管理已经被广泛的研究并应用于温室环境控制及日常操作管理中,尤其在荷兰、日本、美国、以色列和德国,人工控制的局限性已被克服。
现在国外已采用高精度数字传感器DS18B20,温度数据记录元件采用非易失性I2C接口器件AT24C04,显示元件采用微型AM—PIRE128x64液晶显示器.信号处理器件采用AT89C51单片机。
系统软件设计主要包括温度采集、I2C通信和液晶显示三个模块。
温室温度记录仪的主要组成包括数字温度传感器、单片机、液晶显示器及I2C器件等构成。
而目前,我国应用在农业上的温室智能控制系统为数不多,主要是因为设备价格昂贵,农民用不起。
为此,开发了成本低、符合农民承受能力的温室自动控制系统。
该系统能够监控温室温度变化,可对我国现有中、低档普通温室进行“智能化”改造。
作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势,显示出很强的生命力。
它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力,对环境的温度和湿度都有较好的适应性,可以在工业条件下稳定工作。
随着超大规模集成电路工艺的发展和成熟,采用FPGA或者CPLD来进行数字电路的设计将成未来发展趋势。
FPGA芯片的可编程性和VHDL语言的出现使得数字电路的设计周期和难度都大大减小,温度检测和控制系统采用两者设计和实现。
3、课题的研究内容及拟采取的研究方法(技术路线)、研究难点及预期达到的目标
(1)研究内容:
温度是与人类的生活、工作关系最密切的物理量,许多技术领域都离不开测温和控温。
本课题以AT89C51单片机为控制核心,辅以新型的温度传感器DS18B20电路,数模转换器,液晶显示电路等组成的测温系统。
可对不同的温室大棚或着是在同一个温室大棚内的不同地点进行温度测量采集。
1、利用单片机和DS18B20测量温度值
2、实时进行多点温度测量采集
3、将环境中采集到的数据通过串口通信传到PC机
4、测温范围在-55-120度之间,温度精度为0.01℃以上
5、编程
(2)总体设计思路:
系统利用AT89C51单片机及其外围接口电路实现温室多点温度采集。
温度传感器DS18B20对温室环境温度直接测温,产生信号经AT89C51单片机运算处理,若温度超过预定的温室值时便报警,液晶显示电路显示温度数值,该系统还能通过RS232串口和计算机实现实时通讯。
系统框图如图1所示,系统电路图如图2所示。
(3)主程序流程图
系统的软件部分由主程序流程图、中断子程序流程图、按键流程图和显示流程图四部分组成。
系统的主程序流程图如图3,当有信号输入时,主程序启动,根据内部设定的条件逐步运行,达到设计目的。
图3主程序流程图
(4)中断子程序
图4为中断子程序的流程图,这个主要是为了保障整个软件程序在运行时可以达到中断,从而使系统进一步达到完善。
图4中断子程序
(5)按键流程图
图5为系统的按键流程图。
主要是通过人为的对外部按键的控制来调节系统的温度,从而实现系统对温度的手动和自动控制。
图5按键流程图
(6)显示流程图
图6为系统的显示流程图。
主要是通过对传输过来的信号进行显示后,给操作者提供提示。
已达到为本系统提供对温度的显示和监控的目的
图6显示流程图
(7)软件电路故障及解决方法
设计软件部分出现这种错误的现象:
1.当以断点或连续方式运行时,目标系统没有按规定的功能进行操作或什么结果也没有,这是由于程序转移到意外之处或在某处死循环所造成的。
解决方法:
这类错误的原因是程序中转移地址计算错误、堆栈溢出、工作寄存器冲突等。
在采用实时多任务操作系统时,错误可能在操作系统中,没有完成正确的任务调度操作,也可能在高优先级任务程序中,该任务不释放处理器,使CPU在该任务中死循环。
通过对错误程序的修改使其实现预期的功能。
2.不响应中断
CPU不响应中断或不响应某一个中断这种错误的现象是连续运行时不执行中断任务程序的规定操作,当断点设在中断入口或中断服务程序中时碰不到断点。
错误的原因有:
中断控制寄存器(IE,IP)的初值设置不正确,使CPU没有开放中断或不许某个中断源请求;
或者对片内的定时器、串行口等特殊功能寄存器和扩展的I/O口编程有错误,造成中断没有被激活;
或者某一中断服务程序不是以RETI指令作为返回主程序的指令,CPU虽已返回到主程序但内部中断状态寄存器没有被清除,从而不响应中断;
或由于外部中断源的硬件故障使外部中断请求无效。
解决方法:
修改中断控制寄存器(IE,IP)的初值设置。
3.结果不正确
目标系统基本上已能正常操作,但控制有误动作或者输出的结果不正确。
这类错误大多是由于计算程序中的错误引起的。
错误原因没有查明,没有解决。
4、研究工作详细进度和安排
2010年10月15日--11月28日完成开题报告、文献综述、外文翻译的撰写;
2011年03月01日--03月24日完成系统框架设计;
2011年03月25日--04月08日完成系统各模块功能设计;
2011年04月09日--05月09日软硬件系统调试、修改完善;
2011年05月10日--05月16日撰写论文,完成论文初稿;
2011年05月17日—05月25日完成论文修改稿,准备答辩。
5、参考文献
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