基于单片机的智能温湿控制系统设计讲解.docx
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基于单片机的智能温湿控制系统设计讲解
基于单片机的智能温湿控制系统设计
摘要单片机系统的开发应用将现代的工业测控领域引向了一个新的前景。
自动化、智能化均离不开单片机的应用。
正是因为单片机具有体积小、价格低的优点,在工业控制、家用电器等领域中得到了很大的应用。
系统是一个专门为温室蔬菜大棚温湿度及二氧化碳浓度的检测与控制而设计的智能控制系统。
本次设计是基于STC89C52单片机为基础并结合DHT11温湿度传感器和MG811二氧化碳浓度采集模块的对温室大棚作物的温度、湿度及二氧化碳浓度的智能监控系统,通过对系统的硬件部分与软件部分的设计来达到监控要求。
硬件部分实现对温室大棚各个参量检测、显示与无线通信NRF905模块的设计,软件部分主要根据系统的设计思想设计出各个模块的主程序与子程序,并通过C语言实现。
该系统具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的智能化的优点,能解决实际应用中的问题。
关键词单片机STC89C52,DHT11,MG811,无线传输NRF905
ABSTRACT
SCMsystemdevelopmentandapplicationofanewtechnologicalrevolutiontothefieldofmodemindustrialmeasurementandcontrol,automationandintelligencecannotbeseparatedfromtheapplicationofSCM.Microcontrollerbecauseofitstinysizeandlowcost,widelyusedinhouseholdappliances,industrialcontrolandotherfields.Thesystemisintelligentcontrolsystemdesignedspecificallyforthedetectionandcontrolofgreenhousevegetable,greenhousetemperatureandhumidityandcarbondioxideconcentrations.Thedesignofthisarticleismicrocontroller-basedSTC89C52forthebaseandthetemperatureandhumiditysensorDHT11andMG811concentrationsofcarbondioxideacquisitionmoduleongreenhousecrops,temperature,humidityandcarbondioxideconcentrationofintelligentmonitoringsystem,partofthesystemhardwareandsoftwarepartofthedesigntoachievemonitoringrequirements.Thehardwarepartofthevariousparametersofthegreenhousetest,thedisplaydesignwithwirelesscommunicationsNRF905module,partofthesoftwaresystemdesignideastodesignthemainprogramandsubprogramofthevariousmodules,andbytheClanguage.Thesystemhastheadvantagesofcost-affectivetoimprovethelifeoftheequipment,thedegreeofautomationofintelligentdevices,tosolveproblemsinpracticalapplication.
KeyWords:
SCMSTC89C52,DHT11,MG811,WirelesscommunicationsNRF905
1绪论
1.1课题背景及意义
植物尤其是珍贵花卉、苗木和反季节蔬菜的生长都需要特定的温度、湿度以及二氧化碳的含量等气候条件。
当气候条件不能满足上述要求时,它们便会生长不良甚至枯萎或者死亡。
如果对温室大棚实行智能化的监控,当作物的生长条件发生变化不能满足其正常的生长需要时监控系统便发出报警信号,根据预先设定满足作物生长状况的参数,及时调节环境参数使作物始终处于最佳生长状态。
这样将会大幅的提高其产量和品质,带来较好的经济效益。
目前我国农业温室应用智能监控的为数不多,主要原因就是这种设备的价格昂贵,不适合国情,为此本文设计研究了一套低成本的温室大棚作物的自动监控系统,该系统能够人为自由的设置作物最佳的气候生长状态参数,当作物的生长气候参数不适合作物生长时便会发出声音报警,以方便作物管理人员及时的去更改作物的生长气候参数。
另外本系统还具有掉电保护装置,既使断电了所设置的作物生长的最佳气候参数仍然不会丢失复位。
所以本系统具有具有设计简单、操作方便、适合作为不同地域、不同作物温室大棚监控系统的特点,也比较适合我国西部不发达地区的普通温室进行“智能化”改造,符合中低收入农户的消费水平,符合我国国情。
1.2国外发展状况
目前发达国家计算机智能化温室综合环境控制系统普及,利用此
系统来对植被生长必需的湿度、温度以及二氧化碳浓度等气候参数进行准确的采集,并且综合其他的环境因素,智能的调控在作物生长的适宜范围之内,使作物生长加速、减少生长周期,使农民增收。
以色列、荷兰、加拿大、美国等国家在设施农业方面居世界前列,他们的设施设备标准化程度、植物的保护以及彩后工商化技术、新型的覆盖材料应用与开发技术、设施的综合环境调控以及他们在农业机械化技术的方面有颇深的造诣,引领世界潮流。
荷兰是世界上远近闻名的设施园艺国家,在温室的运作方面基本上运用计算机来控制操作。
它有很多家温室制造公司,不但在结构和自动化以及机械化产品的彩后处理方面的相关设备与技术含量高,而且早期温室的环境调控、计算机的智能化等方面更胜一筹。
英国一个著名的研究院在蔬菜温室大棚普遍应用计算机管调节大棚内的温湿度及二氧化碳的补给。
英国伦敦大学农学院设计及开发的温室大棚计算机遥控技术,能够在50KM开外的控制工作室内观察大棚环境的各个控制参量,使栽培技术条件在适宜的设定范围内。
虽然美国温室大棚的种植面积不大,但是它在无土栽培技术以及温室技术的研究工作在世界上领先。
以色列的设施栽培技术发展很快,受其干旱、沙漠气候和地理因素的影响,节水灌溉技术已达世界先进水平。
夏季的这样玩和睡莲基本上环节了由于高温对生产的影响;设施内的灌溉目前宜采用电脑控制盒电脑谁知检测;肥料的使用几乎全是通过灌溉思路,设施内二氧化碳供给系统不仅能准确定量,而且施入均匀。
此外,国外的信息技术已经得到了广泛的应用,信息技术的智能化与标准化及网络化与系统化极大地推动了农业在信息网络与专家系统方面的发展,并且在农业的各个领域中不断的渗透和应用,不但方便了在农业上信息数据的采集与整理,而且在农业的发展决策、农业的灾情提前监测以及预测资源环境状态等方面提供了更加便捷并且有效的方案。
温室大棚的智能化系统也越来越收到欢迎。
未来的计算机理想的人工智能系统将在气候站、生产资料、种苗公司、市场营销病、虫害测报以及相关的农业社团和身边的普通专业农户互联网。
1.3国内发展状况
我国设施愿意的发展始于20世纪70年代,计算机在我国大陆地区设施农业生产中的应用始于80年代初。
1979~1987年先后从保加利亚、荷兰、罗马尼亚、美国、日本、意大利等国引进24套现代温室,共19.2,分别建造在北京、黑龙江、广东、江苏、上海、新疆等省市区,总计投资960万美元,人民币2570万元。
此外引进了大型连栋温室,温室内配套设备相对完整。
而且各地引进温室都是只注重温室本身,却忽略了对我国的气候适应性以及配套栽培技术中存在消极降温困难、在冬天成本高等问题,在相当大的程度上耗资大,效益低。
此外,从国外引进的这些高水平温室大棚技术对我国在现代文使得发展中有着举足轻重的作用。
2系统总体方案
2.1总体方案设计
由于单片机对数字信号具有敏感性高与控制性强等特点,DHT11温湿度复合传感器产生的是模拟信号以及可以利用ADC0809将模拟信号转变为数字信号的性能,我设计了以STC89C52为核心的一套测量控制系统,其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、二氧化碳浓度监测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。
从机检测电路的系统框图2.1所示:
图2.1从机监测系统框图
主机接收电路的系统框图如下:
图2.2主机接收系统框图
首先,系统启动后,户输入温度的上限与下限的温度值、湿度的上限与下限、二氧化碳浓度的上限与下限。
用户输入之后,系统自动求出中间值,根据实际温度的情况采取相应的方案。
如果该时刻的实际温度值低于用户给定的下限值时,系统立即启动报警装置,且系统处于升温状态,直到实际温度达到用户输入的上下限的中间值一定区间内时停止升温。
反之,如果实际温度值高于用户设定的上限值时,系统也会立即启动报警装置,且系统处于下降状态,直到实际达到用户输入的上下限的中间值一定区间内时停止下降。
(1)温度监控:
对温室当前温度进行测量,并通过升温或降温措施使温度达到适合于植被生长的最佳温度值。
(2)湿度监控:
对温室当前湿度进行测量,并通过喷雾或去湿达措施使湿度达到适合于植被生长的最佳湿度。
(3)二氧化碳浓度控制:
对温室的当前二氧化碳浓度进行测量,并通过开启或者关闭二氧化碳发生器,达措施使湿度达到适合于植被生长的最佳浓度。
(4)控制处理:
当温度、湿度、二氧化碳越限时报警,报警的同时也采取相应的解决措施进行温度、湿度、二氧化碳浓度的控制。
(5)键盘输入及显示:
这个模块主要负责用户设定值的输入及相关数据的显示,LCD12864液晶显示用于操作提示。
(6)越限报警:
在温湿度和二氧化碳浓度越限时声光报警,当温湿度和二氧化碳浓度大于上限值时声音报警的同时红色灯发光,当温湿度和二氧化碳浓度低于下限值时声音报警的同时绿色灯发光。
2.2硬件的选择
通过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以开始着手硬件系统的设计,硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据主机与主要部件的选择:
根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑,选用MCS-51系列的89C52为主机,满足上面的要求而且设计方便,不需要再存储扩展。
(1)温室控制系统是由89C52单片机作为中央控制装置,模数转换器ADC0809,温湿度传感器采用DHT11,风扇,加热设备,加湿设备,排潮设备,键盘显示芯片等共同组成的,其功能和原理如下:
(2)89C51作为中央控制装置,负责中心运算和控制,协调系统各个模块的工作。
(3)传感器DHT11作为温度和湿度的测量装置,负责系统温度和湿度的测量。
它的测温范围在-55℃~+150℃之间,而且精度高。
M档在测温范围内非线形误差为±0.3℃。
A它只需直流电源就能工作,而且,无需进行线性校正,所以使用也非常方便,接口也很简单。
作为电流输出型传感器的一个特点是,和电压输出型相比,它有很强的抗外界干扰能力。
(4)模数转换器ADC0809:
即由模拟信号转换为数字信号。
它共有8个模数转换通道。
模数的转换共有2种方法。
一种是利用INT
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- 基于 单片机 智能 温湿 控制系统 设计 讲解
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