基于單片機的花卉溫室控溫系統(tǒng)設(shè)計

1、 物理與電子工程學(xué)院單片機原理及及接口課程設(shè)計報告書 設(shè)計題目： 基于單片機的花卉溫室控溫系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 自動化 班 級： 接本1 學(xué)生姓名: 宋佳舉 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師： 王承林 2014年11 月25 日物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)： 自動化 班級： 接本1 學(xué)生姓名宋佳舉學(xué)號課程名稱單片機設(shè)計題目基于單片機的花卉溫室系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求設(shè)計目的：溫室由2kw電爐加熱，最高溫度為35。溫室溫度可預(yù)置，過程是恒溫控制，溫度控制誤差10。預(yù)置是顯示設(shè)定溫度，停止加熱時顯示實時溫度，顯示精度到1。溫度超出預(yù)置溫度10時發(fā)出報警。對升降溫過程的線性沒有要求。對

2、溫室的濕度沒有要求。總體方案確定后，可參考國內(nèi)外同類項目、產(chǎn)品，提出合理可行的技術(shù)指針。主要技術(shù)指針是系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)和出發(fā)點，此后的整個設(shè)計與開發(fā)過程都將圍繞他們進行。將總體設(shè)計方案具體化、細化。畫出各部分功能框圖，大致給出各框圖的實現(xiàn)方法，明確哪些部分由軟件完成。由于硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會相互影響，因此，從簡化電路結(jié)構(gòu)、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來完成，但也考慮到以軟件代替硬件的實質(zhì)是以降低系統(tǒng)實時性、增加處理時間為代價的，而且軟件設(shè)計引用、研制周期也將增加。因此系統(tǒng)的軟、硬件功能分配應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求及實際情況合理安排。 工作量2周

3、時間，每天3學(xué)時，共計42學(xué)時進度安排第1天：整理資料，查閱資料。第2-3天：整理報告，確定初稿。第4-14天：完成程序設(shè)計，整理交稿。主要參考資料1 周潤景，張麗娜基于PROTEUS 的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真M北京:航空航天大學(xué)出版 ,2006.P321P3262王忠飛，胥芳MCS-51 單片機原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007P268-2733 Microchip 24C01B/02B 8 位PIC單片機產(chǎn)品手冊ED/OL指導(dǎo)教師簽字王承林教研室主任簽字摘要進入21世紀以來，我國園藝產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)展，以花卉為主的作為觀賞和禮品的植物設(shè)施栽培在大江南北遍地開花

4、，設(shè)施園藝被看作是21世紀最具活力的新產(chǎn)業(yè)。溫室是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類觀賞花卉對溫度的要求也不盡相同。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控制溫室環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設(shè)備、傳感器等組成。先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件的管理程序表，存儲于電子計算機的記憶裝置中，電子計算機根據(jù)程序表確認、修正各棟溫室內(nèi)的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設(shè)備向中央控制裝置輸送檢測信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號，使電器機械設(shè)備執(zhí)行動作，實現(xiàn)溫室環(huán)境調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可自動控制加熱、降溫、加濕、灌溉、通風。根據(jù)需要，通過鍵盤將信息輸入中央管理室，根據(jù)情況可隨時

5、調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技術(shù)的體現(xiàn)。本文將使用單片機對溫度控制的基本原理實例化，設(shè)計一個實時控制花房內(nèi)的溫度的花房溫度控制系統(tǒng)。目的是利用課程設(shè)計的這段時間學(xué)習(xí)一種利用單片機對花房溫度進行控制的方法。關(guān)鍵詞：花卉溫室系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計：目的；在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，軟件、硬件緊密相關(guān)。多用硬件可減輕CPU負擔，提高工作速度。多用軟件可降低成本，但軟件人員的工作量增大。對于一個應(yīng)用系統(tǒng)，有些部分必須由硬件完成，有些部分必須由軟件完成，對于軟、硬件都可完成的交叉部分，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最佳方案，以達到最佳性能價格比意義； 程序應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計。這不僅有利

6、于程序的進一步擴充，而且也有利于程序的修改和維護。操作性能好，使用方便具有一定的保護措施系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計一定的檢測程序，例如狀態(tài)檢測和診斷程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時，便于查找故障部位。對于重要的參數(shù)要定時存儲，以防止因掉電而丟失數(shù)據(jù)提高程序的執(zhí)行速度給出必要的程序說明目錄第一章 設(shè)計概述 1.1 課題背景 11.2 立題的目的和意義 1 1.3 花卉設(shè)施栽培簡介 1.3.1 溫室的分類 1 1.3.2 花卉生長與環(huán)境因素的關(guān)系 1第二章 花房溫濕度控制系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計 2.1 花房溫濕度控制系統(tǒng)的組成和工作原理 2 2.2 報警電路 22.3 按鍵電路 22.4 溫度檢測電路 22.4.1 DS1

7、8820的存儲結(jié)構(gòu)和控制步驟 32.4.2 溫度數(shù)據(jù)的處理方法 42.5 液晶顯示模塊 52.6 恒溫保持控制模塊 6第三章 系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計處理3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 6 3.1.1. 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成 63.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 7第四章 心得體會 8 參考文獻 10附錄 11第一章 設(shè)計概述1.1課題背景隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設(shè)施園藝工程因其涉及學(xué)科廣、科技含量高、與人民生活關(guān)系密切，己越來越受到世界各國的重視。這也為我國大型現(xiàn)代化溫室的發(fā)展提供了極好的機遇，并產(chǎn)生巨大的推動作用。我國的現(xiàn)代化溫室是在引進與自我開發(fā)并進的過程中發(fā)展起來的。1.2立題的目標及意義溫室是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少

8、的設(shè)施之一，不同種類觀賞花卉對溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，以提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經(jīng)濟效益。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控制溫室環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設(shè)備、傳感器等組成。先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件的管理程序表，存儲于電子計算機的記憶裝置中，電子計算機根據(jù)程序表確認、修正各棟溫室內(nèi)的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設(shè)備向中央控制裝置輸送檢測信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號，使電器機械設(shè)備執(zhí)行動作，實現(xiàn)溫室環(huán)境調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可自動控制加熱、降溫、通風。根據(jù)需要，通過按鍵

9、將溫度信息輸入MCU，根據(jù)情況可隨時調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技術(shù)的體現(xiàn)。 本文將使用8051型單片機對溫度及濕度控制的基本原理實例化，利用現(xiàn)有資源設(shè)計一個實時控制花房內(nèi)的溫度及濕度的花房溫濕度控制系統(tǒng)。目的是利用畢業(yè)設(shè)計的這段時間學(xué)習(xí)一種利用8051型單片機對花房溫濕度進行控制的方法。1.3花卉設(shè)施栽培簡介1.3.1 溫室的分類溫室的種類繁多，我國各地區(qū)常見的溫室大多根據(jù)不同用途、不同溫度、種植花木的種類、 覆蓋材料、建筑結(jié)構(gòu)等進行分類。 （一）根據(jù)用途分類 根據(jù)溫室不同的作用可分展覽溫室、繁殖溫室、盆花溫室、切花溫室、促成溫室等。 （二）根據(jù)室內(nèi)

10、溫度分類 根據(jù)溫室內(nèi)溫度的高低可分高溫溫室、中溫溫室、低溫溫室等。（三）根據(jù)覆蓋材料分類 根據(jù)溫室的覆蓋材料可分玻璃溫室、塑料薄膜溫室、聚碳酸酯中空板、波瓦板溫室等。溫室的分類方法多樣，在此就不一一贅述。1.3.2花卉生長與環(huán)境因素的關(guān)系（一）溫度影響花卉的發(fā)育狀況 溫度不僅影響花卉種類的地理分布，而且還影響各種花卉生長發(fā)育的每一過程和時期。如種子或球根的休眠、莖的伸長、花芽的分化和發(fā)育等，都與溫度有密切關(guān)系。同一種花卉的不同發(fā)育時期對溫度有不同的要求，即從種子發(fā)芽到種子成熟，對于溫度的要求是不斷改變的。 以一年生花卉來說，種子萌發(fā)可在較高溫度中進行，幼苗期間要求溫度較低，但以后幼苗漸長到開花

11、結(jié)實階段，對溫度的要求逐漸增高。 二年生花卉種子的萌芽在較低的溫度下進行，在幼苗期間要求的溫度更低，否則不能順利通過春化階段，而當開花結(jié)實時，則要求稍高于營養(yǎng)生長期的溫度。 低溫又是很多種子打破休眠期的關(guān)鍵，如在海拔1800米的百花山頂上采收金蓮花種子，在常溫下于北京露地播種，很少有發(fā)芽的，經(jīng)低溫處理后，發(fā)芽率可達60%以上。 （二）溫度影響花卉的養(yǎng)分積累 白天溫度高，有利于光合作用形成碳水化合物；晚上溫度低，有利于抑制呼吸作用對碳水化合物的分解。適宜的晝夜溫差：熱帶植物，3-6；溫帶植物5-7；沙漠植物10以上。 （三）溫度影響花芽分化和開花 一些植物必須在氣溫高于25的條件下進行花芽分化，

12、經(jīng)過一定低溫打破休眠而開花。如杜鵑、山茶、梅、唐菖蒲、晚香玉、美人蕉等。一些植物需在較低溫或低溫下進行花芽分化。如秋播草花金盞菊、雛菊等。（四）溫度影響花色 很多花卉隨著溫度的升高和光強的減弱其花色變淺。如月季花、大麗花在高溫條件下栽培顏色變淺，冷涼處變艷。 （五）極限高溫、極限低溫可導(dǎo)致植物死亡。驟然的高溫與低溫對花卉生長和發(fā)育也有很大的影響，溫度過高低都會使花卉受到損害或死亡。第二章 花房溫度控制系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計2.1花房溫度控制系統(tǒng)的組成和工作原理本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉(zhuǎn)換、各種信息的顯示等；軟件主要完成信號的處理及控制功能等。

13、本系統(tǒng)由三大模塊組成：主控模塊、傳感器模塊、顯示模塊；又分六部分組成：控制核心部分、溫度數(shù)據(jù)采集部分、加熱裝置控制部分、液晶顯示部分、按鍵輸入部分和報警提示部分。單片機啟動溫度采集電路完成溫度的一次轉(zhuǎn)換，然后讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量并轉(zhuǎn)化成當前的溫度呈現(xiàn)在顯示模塊中，并將當前的溫度與通過按鍵輸入電路設(shè)定的保持恒溫度數(shù)進行比較，以實現(xiàn)溫度的控制。還可以通過按鍵設(shè)置溫度的上下限值以實現(xiàn)超溫或低溫報警提示功能。本系統(tǒng)的設(shè)計目標要對溫度的控制精度達到 01。 2.2 報警電路報警電路采用蜂鳴器作為發(fā)聲裝置，當溫度高于設(shè)定的上限值或低于下限值，給蜂鳴器送周期為1s，占空比為50的方波，報警的時間可以持續(xù)1分鐘

14、或等待按鍵解除報警，這由軟件控制實現(xiàn)。2.3按鍵電路采用23的小鍵盤，鍵盤的識別可以采用兩種方法：行掃描法和行反轉(zhuǎn)法。兩種方法都要注意消除按鍵的抖動。文中采用行掃描法并做成子程序，出口參數(shù)為按鍵的鍵值。定義鍵K1設(shè)置TH，K2設(shè)置TL，K3調(diào)高TH或TL，K4調(diào)低TH或TL，K5對TH或TL的數(shù)值進行確認。2.4 溫度檢測電路溫度檢測電路采用智能溫度傳感器DSl8820，它與單片機相連只需要3線，減少了外部的硬件電路。DSl8820主要性能特點如下：(1)測溫的范圍為-55125，最大分辨率可以達到00625；(2)電源電壓范圍為3055V；(3)供電模式：寄生供電和外部供電；(4)封裝形式有

15、兩種：3腳的TO-92封裝和8腳的SOIC封裝；(5)可編程的溫度轉(zhuǎn)換分辨率，分辨率為912位(包括1位符號位)，由配置寄存器決定具體位數(shù)，配置寄存器的格式如表2-1所示。TMR1R0 11111表2-1其中RlR0是用來設(shè)定分辨率的，分辨率的定義如表2-2所示。R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms00993.750110187.510113751112750表2-2由表2-2可以看出，分辨率設(shè)定得越高，溫度轉(zhuǎn)換所需要的時間就越長，因此應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用的需要來選擇合適的分辨率。本文中選取12位分辨率，每隔1秒檢測一次溫度。12位分辨率的溫度數(shù)據(jù)值格式如下：當S=0表示測得的溫度為正值，當S=l表

16、示測得的溫度為負值。2.4.1 DSl8820的存儲器結(jié)構(gòu)和控制步驟(一) 存儲器結(jié)構(gòu)DSl8820的存儲器有高速暫存RAM和非易失性電擦寫EEPROM。高速暫存RAM的內(nèi)容從低字節(jié)到高字節(jié)9個字節(jié)依次為：溫度LSB、溫度MSB、高溫限值字節(jié)TH、低溫限值字節(jié)TL、配置寄存器、保留、保留、保留，最后一個字節(jié)是前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM用來存儲TH和TL。（二） DSl8820的控制步驟(1)首先對DSl8820進行復(fù)位。由單片機將數(shù)據(jù)線DQ拉至低電平480-960 s，然后將DQ拉高15-60 s，以便單片機檢測到DSl8820送來的低電平響應(yīng)。然后檢測DQ，若DQ仍然為高電平，則復(fù)位

17、操作失敗，可采用循環(huán)的方式再次對其進行復(fù)位；若DQ 為低電平，則復(fù)位操作成功。(2)DSl8820的ROM操作命令。DSl8820復(fù)位后，主機可以發(fā)器件ROM的操作命令如讀ROM33H、匹配ROM55H、跳過 ROM0CCH，報警搜索4EH等。在單點總線的情況下，可發(fā)跳過ROM0CCH操作命令，以節(jié)省時間。另外，文中有報警的功能，溫度轉(zhuǎn)換后還需要發(fā)報警搜索命令，該命令會將最近一次測得的溫度值T與高速RAM中的TH或TL作比較，若TTH或Tx80%)中等(80%x70%)及格(70%x60%)不及格(x60%)評分參考標準參考標準參考標準參考標準參考標準平時考核20學(xué)習(xí)態(tài)度認真，科學(xué)作風嚴謹，嚴

18、格保證設(shè)計時間并按任務(wù)書中規(guī)定的進度開展各項工作。學(xué)習(xí)態(tài)度比較認真，科學(xué)作風良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)。學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀律，基本保證設(shè)計時間，按期完成各項工作。學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀律，能按期完成任務(wù)。學(xué)習(xí)馬虎，紀律渙散，工作作風不嚴謹,不能保證設(shè)計時間和進度。課程設(shè)計報告報告內(nèi)容組織書寫20結(jié)構(gòu)嚴謹，邏輯性強，層次清晰，語言準確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機打印成文；圖紙非常工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語言準確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機打印成文；圖紙工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，層次較為分明，文理通順，基本達到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰。結(jié)構(gòu)基本合理，邏輯基本清楚，文字尚通順，勉強達到規(guī)范化要求；圖紙比較工整。內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達不清，錯別字較多，達不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰。技術(shù)水平20設(shè)計合理、理論分析與計算正確