STC蔬菜大棚温度设计控制系统.docx
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STC蔬菜大棚温度设计控制系统.docx
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STC蔬菜大棚温度设计控制系统
沧州师范学院
毕业设计(论文)
基于STC89C52R单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计
学员姓名:
指导导师:
年级:
专业:
学号:
年月
毕业设计(论文)开题报告
题目
基于STC89C52R单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计
专业
电气自动化
学生姓名
一、国内外研究综述
随着改革开放,我国的温室大棚产业得到迅猛的发展,以蔬 菜大棚、花卉为主植物栽培设施栽培在大江南北遍地开花,随着政府对城市蔬菜产业的 不断投入,在乡镇内蔬菜大棚产业被看作是 21 世纪最具活力的新产业之一。
温室是蔬 菜等植物在栽培生产中必不可少的设施之一, 不同种类的蔬菜对温度生长所需 条件的要求也不尽相同,为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境,从 而可以通过提早或延迟花期,最终将会给我们带来巨大的经济效益。
随着单片机的飞速发展 , 通过单片机对被控对象进行 控制日益广泛,其具有体积小 、功能强 、性价比高等特 点 ,把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的 控温作用 ,可完成对温度的采集和控制等的要求 。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管他的 大部分功能集成在一块小芯片上, 也就是说一块芯片就成了一台计算 机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便 利条件。
测量温度的关键是温度传感器,温度传感器在国内外的发展经历了三个发展阶段:
①传统的分立式温度传感器,②模拟集成温度传感器,③智能集成温度传感器。
目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式,从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。
由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。
它具有体积小,接口方便,传输距离远等特点。
二、选题的依据和意义
本课题研究的主要内容是利用单片机作为主控机,对温室内的温度和进行实时监测和调控,以满足温室内作物生长的环境要求。
主要内容包括:
温度是一种最基本的环境参数,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
温度作为作物生长一个非常重要的参数,温度的变化影响作物的发芽、幼苗的成长、作物的开花、果实的成熟等等。
对于不同的作物,其适宜的生长温度总是在一个范围。
超过这个范围,作物或许会活着,但是其生长的规律将发生明显的变化。
这对于我们所希望的要求作物能够优质、高产的愿望相距甚远,所以我们必须实时获取作物生长的环境温度。
对于,超过作物生长适宜范围的温度能够报警并及时控制。
三、研究内容及预期目标
本课题研究的主要内容是利用单片机作为主控机,对温室内的温度和进行实时监测和调控,以满足温室内作物生长的环境要求。
主要内容包括:
1、温度实时准确显示。
通过单总线数字式温度传感器DS18B20进行温度采集,,通过单片机STC89C52R对采集到的数据进行处理,由LED显示屏对当前温度值进行显示。
2、键盘输入并显示。
操作人员可根据不同作物的不同时期的最适宜生长环境将温度值值由键盘输入并且由显示器进行显示。
便于调节作物在不同生长期所需的最适宜生长环境,以满足不同用户的需求。
3、超限报警功能。
报警模块具有两项功能,即为报警灯和声音报警。
当采集到的温度与标准值之间存在较大差异时,及时启动报警装置进行报警,并采取相应的措施。
4、实现通信功能。
配有通信接口可方便的与计算机进行通信,将采集到的温度值传送到计算机上,留下采集到的历史数据,以方便专业人士进行研究。
预期目标:
1、实现对温室温度参数的实时采集,测量空间多点的温度:
根据测量空间或设备的实际需要,由多路温度传感器对关键敏感点进行测量,由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储,实现温度的智能、多空间点的测量
2、实现超限数据的及时报警。
3、现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力并具有存储、远程通信功能。
4、通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。
与计算机通讯功能,采用RS232串行通讯方式最远传输距离为20米。
5、长时间测量数据记录功能:
可以根据需要设置数据记录时间间隔,数据存入数据存储器。
6、监控计算机软件设计管理软件既要具有完成数据采集、处理的功能,其软件编程应具有功能强大、界面友好、便于操作和执行速度快等特点。
7、要求达到的技术指标:
温范围:
一20℃一100℃测温精度:
士0.5℃
四、计划进度
2013年11月4日至2013年11月10日搜集材料,完成论文初稿
2013年11月11日至2013年11月22日完成第二、三设计
2013年11月23日至2013年11月30日完成论文及实物
指导教师签字
年月日
毕业设计(论文)任务书
题目
基于STC89C52R单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计
专业
电气自动化
学生姓名
所在系
机电工程系
导师
导师
一、设计(论文)内容
设计的主要内容为:
1.利用单片机STC89C52R实现温室大棚温度的智能控制,使室温温度能够控制在作物最佳生长温度20-25度之间。
2.通过对单片机STC89C52R的编程,由温度传感器DS18B20对温度进行测量,最后把测量到的温度送LED数码管显示。
如果超过上下限温度,则控制蜂鸣器报警且令继电器对温度进行实时控制。
3.四位数码管能够保持不间断显示室温,最高位为符号位,如果温度为正,则不显示;如果温度为负,则显示负号;第2-3位显示温度的整数部分,并在第三位上显示小数点;第四位显示小数部分。
二、主要技术指标(或研究目标)
1.使用STC89C52R单片机
2.测温范围:
0℃~100℃
3.测温分辨力:
〈=1℃
4.测温准确度:
〈=0.5℃
5.测温点数:
可以扩展到8点
6.温度显示:
采用4个7段段数码管
7.温限可进行灵活设定
三、设计(或研究)的内容
设计的主要内容为:
1.如何利用单片机STC89C52R实现温室大棚温度的智能控制,使室温温度能够控制在作物最佳生长温度20-25度之间。
2.怎样通过对单片机STC89S52R的编程,由温度传感器DS18B20对温度进行测量,最后把测量到的温度送LED数码管显示;
3.如果室温超过上下限温度,则控制蜂鸣器报警且令继电器对温度进行实时控制。
四、应收集的资料及参考文献
1、李丽荣,张长全,郑建红51单片机应用设计
北京:
北京理工大学出版社2012.9
2、谭浩强C程序设计北京:
清华大学出版社,2012.4
3、胡宴如,耿孙燕.模拟电子技术.北京:
高等教育出版社,2005.6
4、杨志忠,卫桦林.数字电子技术.北京:
高等教育出版社,2006.3
5、李全利.单片机原理及应用技术.北京:
高等教育出版社,2006.5
6、付家才.单片机控制工程实践技术.北京:
化学工业出版社,2005.3
7、邓木生,曹德跃.电子技能训练.北京:
机械工业出版社,2002.4
8、张晶,郑立平电机控制与拖动技术大连:
大连理工上学出版社2012.2
9、Protel软件的应用
10、李新德,毕万新,胡辉传感器应用技术大连:
大连理工大学出版社2012.7
11、Keil软件的应用
五、计划进度
2013年11月4日至2013年11月10日搜集材料,完成论文初稿
2013年11月11日至2013年11月22日完成第二、三设计
2013年11月23日至2013年11月30日完成论文及实物
指导教师签字
时间
年月日
目录
摘要
第1章绪论
1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义1
1.2课题研究的目的意义1
第2章系统方案设计2
2.1温度控制系统设计方框图2
2.2方案论证2
第3章电路设计
3.1STC89C52R的介绍3
3.2最小电路的介绍6
3.3键盘电路设计6
3.4显示电路设计7
3.5报警电路设计7
3.6传感器电路设计8
3.7电机控制电路设计8
第4章程序设计9
4.1系统主程序设计9
4.2显示程序设计9
4.3温度处理程序设计9
4.4上下限温度设定程序10
4.5程序流程图10
4.6程序源代码10
第5章总结22
参考文献23
摘要
本文根据蔬菜大棚温度控制系统的要求和特点,设计了一种基于51单片机的蔬菜大棚温度控制器。
该控制器以单片机为控制核心,结合外围信号采集电路、键盘扫描电路、LCD显示电路、报警电路和继电器控制电路,实现了蔬菜大棚的的智能控制。
DS18B20温度传感器将采集的数据在传感器内部经模数转换后传送给单片机,单片机将得到的数据分别与键盘预先设定的上限温度值和下限温度值比较,如果数据大于上限温度值值,开启电机并报警,如果数据小于下限温度值,启动电机并报警,并且电路还有预报警,当温度高于预报警上限值,进行报警,提醒用户,当温度低于预报警下限值时,进行报警,提醒用户。
整个过程LCD实时显示上限温度值、下限温度值、实际温度值。
关键字:
单片机;信号采集;温度控制系统;键盘扫描。
LCD显示
第一章绪论
1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义
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、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,各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。
1.2课题研究的目的意义
本设计的内容是温度测试控制系统,控制对象是温度。
温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛,比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。
而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。
针对此问题,本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统,它应用广泛,功能强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。
第二章系统方案设计
2.1蔬菜温度控制系统设计方框图
系统硬件电路框图如图2.1所示,
蔬菜温度控制装置由单片机最小系统、LCD液晶显示电路、键盘电路、报警电路、温度传感器、继电器控制等七部分组成。
系统工作原理:
将温度传感器采集的数据输入单片机,单片机将得到的数据分别与键盘预先设定的上限温度和下限温度比较,如果数据大于上限温度单片机控制报警并接通电机电源(相当于接升温器),如果数据小于下限温度单片机控制报警并接通电机电源(相当于接降温器),整个过程LCD实时显示:
上限温度值、下限温度值、实际温度值。
2.2方案论证
在设计中要对空压机内压力、上、下限压力显示,显示模块的设计方案如下。
方案一:
测温电路的设计,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电感温电路比较麻烦。
路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路
方案二:
考虑使用温度传感器,结合单片机电路设计,采用一只DS18B20温度传感器,直接读取被测温度值,之后进行转换,依次完成设计要求。
比较以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计容易实现,故实际设计中拟采用方案二。
第三章电路设计
3.1单片机STC89C52R的介绍
图2-3STC89C52R单片机引脚图
芯片引脚如图2-3所示:
VCC:
电源。
GND:
地。
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表1所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如上表2-1所示。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
晶振工作时,RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后,RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下,复位高电平有效。
ALE/PROG:
地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。
在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。
如果需要,通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作将无效。
这一位置“1”,ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则,ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。
当STC89C52R从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND。
为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。
在flash编程期间,EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
程序存储器:
如果EA引脚接地,程序读取只从外部存储器开始。
对于89S52,如果EA接VCC,程序读写先从内部存储器(地址为0000H~1FFFH)开始,接着从外部寻址,寻址地址为:
2000H~FFFFH。
数据存储器:
STC89C52R有256字节片内数据存储器。
高128字节与特殊功能寄存器重叠。
也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址,而物理上是分开的。
当一条指令访问高于7FH的地址时,寻址方式决定CPU访问高128字节RAM还是特殊功能寄存器空间。
直接寻址方式访问特殊功能寄存器(SFR)
定时器2:
定时器2是一个16位定时/计数器,它既可以做定时器,又可以做事件计数器。
其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择(如表2所示)。
定时器2有三种工作模式:
捕捉方式、自动重载(向下或向上计数)和波特率发生器。
工作模式由T2CON中的相关位选择。
定时器2有2个8位寄存器:
TH2和TL2。
在定时工作方式中,每个机器周期,TL2寄存器都会加1。
由于一个机器周期由12个晶振周期构成,因此,计数频率就是晶振频率的1/12。
中断:
STC89C52R有6个中断源如表2-2所示:
两个外部中断(INT0和INT1),三个定时中断(定时器0、1、2)和一个串行中断每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。
IE还包括一个中断允许总控制位EA,它能一次禁止所有中断。
定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。
程序进入中断服务后,这些标志位都可以由硬件清0。
实际上,中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断,标志位也必须由软件清0[1]。
符号
位地址
功能
EA
IE.7
中断总允许控制位。
EA=0,中断总禁止;EA=1,各中断由各自的控制位设定
-
IE.6
预留
ET2
IE.5
定时器2中断允许控制位
ES
IE.4
串行口中断允许控制位
ET1
IE.3
定时器1中断允许控制位
EX1
IE.2
外部中断1允许控制位
ET0
IE.1
定时器0中断允许控制位
EX0
IE.0
外部中断1允许控制位
3.2STC89C52R单片机最小系统
图3-2-1晶振电路
图3-2-2复位电路
如图3-2-1、图3-2-2所示,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。
单片机最小系统是在以51单片机为基础上扩展,使其能更方便地运用于测试系统中,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被测试的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。
单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件,在工业生产中称为必不可少的器件,尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大[2]。
3.3键盘电路
因为本设计使用键盘数比较少,只要5个按键就足够了,故可以直接接在端口即可。
图3-3-1键盘电路
3.2显示电路设计
将P1与显示的数据端相连,采用模拟时序形式电路。
电路接线如图3-2
图3.2显示电路
3.3报警电路设计
报警电路对实时温度的检测,温度过高或过低报警灯亮,并且蜂鸣器根据不同的报警情况,发出不同频率的声音。
图3.3报警电路
3.4传感器电路设计
本设计使用的是DS18B20,采用单总线方式连接。
图3.4传感器电路
3.5电机控制电路设计
电机电路利用继电器来控制电机开断。
电路如图图3.5
图3.5电机控制电路设计
第4章程序设计
4.1主程序设计
主程序主要完成初始化、以及调用显示、指示灯、温度采集等等。
具体模块包括:
1、显示程序设计
2、温度采集程序设计
3、温度处理程序设计
4.2显示程序设计
显示程序主要将几个数组的内容通过LCD1602的写数据指令显示在LCD屏上。
4.3温度处理程序设计
将采集到的实时温度与设定的上限,下限,上限预报警,下限预报警温度进行比较,若超过上限温度红灯亮,并且发出高频率的报警声。
如果实时温度介于上限预报警和上限温度之间,黄灯亮,并发出低频率的报警声。
在超过下限温度时红灯亮,也发出高频率的报警声,如果实时温度介于下限预报警和下限温度之间,黄灯亮,并发出低频率的报警声。
4.4上下限温度设定程序
采用外部中断1的方式,可以实时进行设定温度上下限值。
温度上下限设定的范围为-20—99度。
4.5程序流程图
4.6程序源代码
#include
#include
#defineLCD_DBP2
sbitDQ=P1^0;
sbitBUZZER=P1^1;
sbitPWM=P1^2;
sbitLCD_RS=P1^4;
sbitLCD_RW=P1^5;
sbitLCD_E=P1^6;
sbitHEAT=P1^7;
voidinitial(void);
voidread_DHT11(void);
voidLCD_write_command(unsignedcharcom);
voidLCD_display_char(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchardat);
unsignedcharread_DHT11_char(void);
voidcontrol_temperature_humidity(void);
voiddelay_xms(unsignedinttime_xms);
voiddelay_x10us(unsignedinttime_x10us);
unsignedcharstop_system=0;
unsignedcharlineOne[]="TS(0-50):
C";
unsignedcharlineTwo[]="HS(20-90):
%RH";
unsignedintT0_number=0,T1_number,PWM_width_H;
unsignedchartemperature_ten,temperature_one,humidity_ten,humidity_one;
unsignedchartemperature_H,temperature_L,humidity_H,humidity_L,checkData;
voidinitial(void)
{
unsignedchari,j;
TMOD=0x11;//定时器0工作方式1,16位计数器;定时器1工作方式1,16位计数器
TH1=0xFC;//定时器1溢出周期1ms,延时
TH1=0x66;
TH0=0xFC;//定时器0中断周期1ms,PWM
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