畢業(yè)設(shè)計(jì)溫室智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1、1 引言設(shè)施農(nóng)業(yè)是近十多年來隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術(shù)的突破，迅速發(fā)展起來的一種集約化程度很高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)是在人為可控環(huán)境保護(hù)設(shè)施下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，他擺脫了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下自然氣候、季節(jié)的制約，以超時(shí)令、反季節(jié)生產(chǎn)的設(shè)施園藝作物為主，不僅使單位面積產(chǎn)量及畜禽個(gè)體生產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，而且保證了農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品，尤其是蔬菜、瓜果和肉、蛋、奶的全年均衡供應(yīng)。設(shè)施農(nóng)業(yè)目前已由簡(jiǎn)易塑料大棚、溫室發(fā)展到具有人工環(huán)境控制設(shè)施的自動(dòng)化、機(jī)械化程度極高的現(xiàn)代化大型溫室和植物工廠。設(shè)施農(nóng)業(yè)在具有高附加值、高效益、高科技含量的設(shè)施園藝領(lǐng)域發(fā)展迅速，其栽培對(duì)象主要為蔬菜、花卉和果樹。近年來，設(shè)施畜牧業(yè)養(yǎng)殖也在逐漸興起

2、。隨著設(shè)施園藝栽培技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，新品種、新技術(shù)及農(nóng)業(yè)技術(shù)人才的投入，提高了設(shè)施園藝的科技含量?，F(xiàn)已培育出一批適于保護(hù)設(shè)施栽培的耐低溫、弱光、抗逆性強(qiáng)的設(shè)施專用品種。工廠化育苗、嫁接育苗、噴灌、滴灌、無土栽培技術(shù)、小型機(jī)械、生物技術(shù)和微電腦自控及管理的使用，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，使栽培作物的產(chǎn)量和質(zhì)量得以提高。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展將向著地域化、節(jié)能化、專業(yè)化發(fā)展，向著高科技、自動(dòng)化、機(jī)械化、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的工廠型農(nóng)業(yè)發(fā)展，為社會(huì)提供更加豐富的無污染、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。 溫室是以采光覆蓋材料作為全部或部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其它不適宜露地植物生長(zhǎng)的季節(jié)供栽培植

3、物的建筑。11 概述設(shè)施農(nóng)業(yè)是指具有一定的設(shè)施，能在局部范圍內(nèi)改善或創(chuàng)造環(huán)境氣象因素，為動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育提供適宜的環(huán)境條件，進(jìn)而進(jìn)行有效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)。因其能提供動(dòng)植物所需的最佳環(huán)境條件，也就能創(chuàng)造出最佳的經(jīng)濟(jì)效益，因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)受到越來越多人的關(guān)注。設(shè)施農(nóng)業(yè)主要包括設(shè)施栽培和設(shè)施養(yǎng)殖。設(shè)施栽培主要是指蔬菜、花卉及果類的設(shè)施栽培，其主要設(shè)備有各類溫室、塑料棚和人工氣候室（箱）及其配套設(shè)備；設(shè)施養(yǎng)殖主要是指畜禽、水產(chǎn)品及特種動(dòng)物的設(shè)施養(yǎng)殖，主要設(shè)施有各類保溫、遮蔭棚舍和現(xiàn)代集約化飼養(yǎng)畜禽舍及配套設(shè)施。設(shè)施農(nóng)業(yè)能夠按照農(nóng)作物和禽畜水產(chǎn)在生長(zhǎng)過程中所需要的光、溫、濕、氣、水、肥、飼料、廢物處理等綜合環(huán)境條

4、件進(jìn)行適時(shí)的調(diào)節(jié)控制；可以應(yīng)用農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)的最新科研成果，可以采用適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)工程措施在局部空間的一定范圍內(nèi)控制氣候環(huán)境，實(shí)施相應(yīng)的從品種選擇到生產(chǎn)管理全過程的整套技術(shù)，充分發(fā)揮因控制環(huán)境所獲得的增加產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量的巨大潛力；是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的最佳方式。溫室是一種性能較為完善的保護(hù)地類型，在我國(guó)北方冬季可以生產(chǎn)各種葉菜和果菜，但其造價(jià)比其它栽培設(shè)施高得多。有些溫室內(nèi)部裝備有各種環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，如采暖、通風(fēng)、灌溉、二氧化碳施肥、補(bǔ)充照明等裝置，使得溫室的性能進(jìn)一步完善，因而可以周年利用，獲得高產(chǎn)。12 本設(shè)計(jì)的市場(chǎng)前景上述幾點(diǎn)不難看出,雖然我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)有了很大的進(jìn)步.但是我們和發(fā)達(dá)國(guó)

5、家還是有一定的差距,現(xiàn)在的設(shè)施農(nóng)業(yè)缺乏科學(xué)性的指導(dǎo)和科學(xué)化的設(shè)備.經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),市場(chǎng)上不缺乏好的設(shè)備.可是相對(duì)的說,我們的顧客只能對(duì)這些設(shè)備望而止步,價(jià)格太貴難以承受.因此,需要一種價(jià)格便宜而效果相對(duì)又不錯(cuò)的濕溫控制系統(tǒng)成了他們所希望的,本產(chǎn)品造價(jià)一般,而且簡(jiǎn)單方便.可以增大使用人群的推廣.在設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展中,人類對(duì)其需求量越來越大.特別是溫室的反季節(jié)蔬菜收到很多人的追捧.因此,濕溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的前景會(huì)很廣闊.2 PID控制算法的研究人腦的發(fā)達(dá)程度應(yīng)當(dāng)是人類相對(duì)于地球上的其它生命之所以如此優(yōu)越的生活的一個(gè)最本質(zhì)的原因。同樣，對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，其控制算法的好壞對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)控制性能的好壞也將起

6、著至關(guān)重要的作用。對(duì)于此次恒溫、恒濕控制箱的溫度在10度一140度之間按任意給定曲線跟隨，其控制精度均在正負(fù)0. 2度之間，抖坡函數(shù)和階躍函數(shù)的拐點(diǎn)處無尖峰，也即無超調(diào)。同時(shí)，無欠調(diào)。因此采用智能PID控制。此次設(shè)計(jì)，濕度控制相對(duì)于溫度控制精度不是很高，但是，濕度和溫度一起拉制難免受溫度影響，尤其在高溫高濕的控制條件下。因此，要嚴(yán)格遵守相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從每個(gè)環(huán)節(jié)著手，盡量減小誤差。2.1 PID控制在大多數(shù)情況下，為了控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能滿足工程上的要求，往往在系統(tǒng)中加進(jìn)一些校正裝置，以改善系統(tǒng)的特性，滿足工程的要求。這種措施稱為校正。為此目的加入的裝置稱為校正裝置。在控制系統(tǒng)中，進(jìn)行校正

7、的方式有很多，串聯(lián)校正采用的比較普遍。它的作用通常是對(duì)系統(tǒng)中的誤差信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分等運(yùn)算，形成適用的控制信號(hào)，以獲得滿意的控制性能.校正裝置所進(jìn)行的運(yùn)算叫做系統(tǒng)的控制規(guī)律，其中，用以實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分控制規(guī)律(即PID算法)的校正裝置稱為比例積分微分控制器.2.2 PID各控制環(huán)節(jié)的作用比例環(huán)節(jié)的作用是改變比例環(huán)節(jié)的系數(shù)即增大系統(tǒng)開環(huán)比例系數(shù)以提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度，降低系統(tǒng)的惰性，加快響應(yīng)速度。但比例系數(shù)太大，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。積分環(huán)節(jié)的作用是可以消除靜態(tài)殘差。在靜態(tài)下，積分拉制器的輸入信號(hào)e (t)雖然為零，但它的輸出信號(hào)u (t)仍可以維持在某一非零值?？吭搖 tt)控制信

8、號(hào)的控制作用，使該系統(tǒng)的靜態(tài)輸出量y (t)保持與輸入量X (t)相等。這一點(diǎn)是比例控制器做不到的。因?yàn)閷?duì)于比例控制器，不等于零的拉制信號(hào)要求有不等于零的誤差信號(hào)。也就是說，在靜態(tài)必須靠一定的誤差來維持輸出與輸入之間的比例關(guān)系然而，系統(tǒng)中加入積分單元，可以改變系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項(xiàng)式，從而可能使一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)變?yōu)橐粋€(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)。同時(shí)，積分作用往往導(dǎo)致系統(tǒng)響r遲緩。微分環(huán)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)動(dòng)態(tài)過程接近于達(dá)到靜態(tài)時(shí)，誤差信號(hào)變化不大或是變化緩慢，微分作用也就微不足道。所以，微分作用不能單獨(dú)使用，它總是與比例作用結(jié)合起來使用。以比例加微分控制器為例來說明微分環(huán)節(jié)的作用。該控制器的傳遞函數(shù)：G

9、c (s) =Kp* (1+Td*s)如果它的輸入信號(hào)是e (t) ,輸出信號(hào)是u (t)，則有：u (t) =Kp*e (t)+Kp*Td*e (t)可見它所產(chǎn)生的控制作用不僅反映誤差信號(hào)而且還反映誤差信號(hào)的變化率。總之，PID調(diào)解就是調(diào)整比例、積分和微分各環(huán)節(jié)參數(shù)(Kp, Ti,Td)，使系統(tǒng)相互制約的快速性，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)精度滿足主要方面，兼顧其它方面，達(dá)到最優(yōu)的控制效果。其參數(shù)的選擇，通常通過湊試法，實(shí)驗(yàn)法或由試驗(yàn)得來的經(jīng)驗(yàn)公式來確定，是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。2.3 PID控制算式的數(shù)字化在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法的模擬表達(dá)式為: （2.1）式中:y (t)一一調(diào)節(jié)器的輸出

10、信號(hào);e (t)一一調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)Kp 一一調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);Ti 一一調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間;Td 一一調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間; （2.2） （2.3）將式（2.2）和式（2.3）帶入式（2.1），則可得到離散的PID表達(dá)式： （2.4）n 一一采樣序號(hào)，n=0, 1, 2.e (n)一一第n次采樣時(shí)的偏差;t=T一一采樣周期;e (n-1)一一第n-1次采樣時(shí)的偏差.通常把(2. 4)式稱為位置控制算式。由式(2. 4)可以看出，要想計(jì)算Y（n），不僅需要本次與上次的偏差信號(hào)e (n)和e (n-1)，而且還要在積分項(xiàng)把歷次的偏差信號(hào)e(j)進(jìn)行相加。這樣，不僅使得計(jì)算繁瑣，且為了保留e (j)還需

11、要占用很大的內(nèi)存。因此，進(jìn)行如下改動(dòng):根據(jù)推理，可寫出第(n-1)次的PID的輸出表達(dá)式: （2.5）用式（2.42.5）可得到：式中：由式(2.6)可知，要計(jì)算第n次輸出值Y (n)，只需知丫(n-1) . e (n) .e (n-1) , e (n-2)即可，與式(2. 4)相比，計(jì)算要簡(jiǎn)單得多。在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器進(jìn)行控制的，因此，此時(shí)給一個(gè)增量信號(hào)即可。式(2. 6)還可以表示為下式:式(2. 7)表示第n次輸出的增量Y (n) ,等于第n次與第n-1次調(diào)節(jié)器的差值，即在第n-1次的基礎(chǔ)之上增加(減少)的量。式(2. 7)叫做PID的增量控制式。2.

12、4 智能PID控制控制論的三個(gè)最為基本而又重要的概念:信.息、反饋和控制。今天，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，信.息已經(jīng)變得越來越重要了。顯然，控制系統(tǒng)中的信息也不單純的僅僅是一種信號(hào)數(shù)值的大小，而且包括知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等在內(nèi)的多種信息;反饋的概念已經(jīng)不再理解為單一的負(fù)反饋模式，根據(jù)控制的需要，可以暫時(shí)不加負(fù)反饋以開環(huán)形式運(yùn)行，也可以根據(jù)特殊需要加正反饋等;控制也已經(jīng)不是單純地執(zhí)行某一單一控制規(guī)律，而是根據(jù)動(dòng)態(tài)過程需要采取多種策略組合，以進(jìn)行更有效的控制。從信息、反饋和控制的內(nèi)涵發(fā)生的變化可以看出，信.6,已經(jīng)廣義化了，反饋模式已推廣了，控制方式已多樣化了，他們變化的本質(zhì)特征在于智能化。從這個(gè)意義上講，可以把

13、具有智能信息處理、智能反饋和智能拉制決策的控制方式，稱為智能控制。從智能拉制論的觀點(diǎn)去解決復(fù)雜不確定性系統(tǒng)的拉制問題而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，就稱為智能控制系統(tǒng)。仿人智能控制算法，從控制結(jié)構(gòu)和控制行為兩方面模仿了人的一些特點(diǎn)和功能，其中包括人的在線特性辮識(shí)、特性記憶以及直覺推理邏輯等。具體說來，主要根據(jù)控制器的輸入信號(hào)(即系統(tǒng)誤差)的大小、方向及其變化趨勢(shì)作出相應(yīng)的決策，以選擇適當(dāng)?shù)睦颇Ｊ竭M(jìn)行控制。這種智能控制算法的最主要優(yōu)點(diǎn)是，它既不需要事先知道也不需要在線辮識(shí)被控制對(duì)象的精確模型，就能實(shí)現(xiàn)既快速又高精度的控制，且具有極強(qiáng)的魯棒性.此次設(shè)計(jì)的控制算法可以歸納如表2-1所示。表中e=r-y為系統(tǒng)誤差，r

14、為給定值,y為被調(diào)量。離散化之后用e (n)表示e的當(dāng)前值，e (n-1) ,e (n-2)表示前1 , 2個(gè)周期的e值，e (n) =e (n卜e (n-1) ,De (n-1) =e (n-1)一。(n-2)表示當(dāng)前和前1個(gè)周期e對(duì)時(shí)間的差分。表中其它符號(hào)說明如下:e (mn)一一e的第n個(gè)極值;M1, M2一一設(shè)定的誤差界限，MlM2;Kp一一比例增益;K1一一增益放大系數(shù)，K11;K2一一抑制系數(shù)，0K21;n一一自然數(shù)，表示控制周期的序號(hào);P (n)一一輸出量P為第n次需要保持的值;P (n-1)一一n至前一個(gè)周期輸出量P的保持值;此系統(tǒng)具有大范圍漸近穩(wěn)定性，系統(tǒng)參數(shù)容易確定。本次設(shè)

15、計(jì)的具體參數(shù)如下:M1=10; M2=2.0;Kp=8.0; K1=1.5; K2=0.53 元器件的簡(jiǎn)單介紹31 AT89C51AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：20K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM，32根I/O引線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)六向量?jī)蓸O中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。此外，AT89C55是用可降到0頻率的靜態(tài)邏輯操作設(shè)計(jì)的并支持兩種可選的軟件節(jié)電工作方式。空閑方式停止CPU工作但允許RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止所有其他部件的工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。P0口是一組8位漏極開路型雙向I/0

16、口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)叫一驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻時(shí)把端口拉到高電平，此時(shí)叫可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。與AT89C55不同之處是，P1.0和P1.1還可以分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(P 1.0/T2)和輸入(P 1.1/T2EX )。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電陽的8位雙向I/O口，P2的輸出

17、緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電陽，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。 3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模

18、擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32 S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出.可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832具有以下特點(diǎn):18位分辨率:2雙通道A/D轉(zhuǎn)換；3輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；45V電源供電時(shí)輸入電壓在0-5V之間；5工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S；6一般功耗僅為15mW；78P, 14PDIP(雙列直插)、PICC多種封裝；3.3 溫度傳感器AD590 集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽

19、和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：式中，K波爾茲常數(shù)；q電子電荷絕對(duì)值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時(shí)輸出為0，溫度25時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中：I流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學(xué)溫度，單位為K2、A

20、D590的測(cè)溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。4、輸出電阻為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3 AD590測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。由于AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。 溫度傳感器獲得溫度的值，經(jīng)溫度檢測(cè)及變換電

21、路來調(diào)節(jié)電壓的大小，經(jīng)過電壓變換以及反向?yàn)V波電路使之輸出的模擬電壓能夠直接可以輸入到ADC0832中。3.4 濕度傳感器HM1500一、HM1500特性參數(shù)。（）、內(nèi)部飽含由HS1101型濕敏電容構(gòu)成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能輸出與相對(duì)濕度成線性的直流電壓信號(hào)，輸出阻抗為歐，適配帶的單片機(jī)。（）、HM1500屬于通用型的濕敏傳感器，測(cè)量范圍是（599%RH ），輸出電壓范圍是，相對(duì)濕度為%是標(biāo)稱輸出電壓為2.48V.測(cè)量精度為3%RH.靈敏.5%RH,即25MV/RH, 溫度系數(shù)(1050) 是0.1%RH/，響應(yīng)時(shí)間為0s（）、采用電源（允許4.755.25），工作電流為0.4MA

22、(典型值)，漏電流小于300uA,工作溫度是-30+60之間二、主要特點(diǎn)體積小 ，不受水浸影響 ，完全互換性， 可造性高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好 0-100%RH對(duì)應(yīng)1-4VDC，輸出 55%RH時(shí)修正精度在+/-5%RH以內(nèi)， 受溫度影響小 ，比例于供電電壓 。三、優(yōu)點(diǎn)(1).高濕后迅速恢復(fù) (2)獨(dú)特的固態(tài)多聚酯結(jié)構(gòu) (3)而化學(xué)侵蝕 (4)響應(yīng)速度快 四、電容-濕度曲線 圖3.1電容-濕度曲線4 系統(tǒng)的硬件概述基于單片機(jī)的智能溫控儀其主要功能是：采集外界溫度，然后與內(nèi)設(shè)定的溫度相比較，再經(jīng)過PID運(yùn)算處理，使溫度接近于內(nèi)設(shè)定的溫度，倘若溫度超過內(nèi)設(shè)定溫度過多就會(huì)實(shí)現(xiàn)光報(bào)警，同時(shí)，利用單片機(jī)向繼電器

23、發(fā)出高電平信號(hào)用來控制220V電加熱器的電源。另外，如果電路出現(xiàn)異常也同樣會(huì)報(bào)警，但不會(huì)切斷電源。該系統(tǒng)的硬件部分包括溫度采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)碼管顯示模塊，溫度控制模塊等。具體工作過程是：系統(tǒng)輸入由AD590溫度傳感器采集的溫度信號(hào)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832將該信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)，再由單片機(jī)控制是否發(fā)出報(bào)警，控制模塊是利用繼電器來切斷電源，以免溫度繼續(xù)上升，并且用三個(gè)數(shù)碼管同步顯示溫度。系統(tǒng)框圖如圖所示。濕度采集模塊溫度采集模塊數(shù)碼管顯示模 塊溫度控制模塊單片機(jī)控制模塊燈光報(bào)警模塊濕度控制模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊鍵 盤 圖4.1 系統(tǒng)框圖5 溫室智能控制

24、系統(tǒng)的軟件51 軟件部分的總體設(shè)計(jì)本息統(tǒng)軟件由單片機(jī)匯編語言編寫而成，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。溫室智能控制系統(tǒng)其主要功能是：實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室里植物生長(zhǎng)溫度及土壤和空氣濕度的檢測(cè)，監(jiān)控，并能對(duì)超過正常溫度、濕度范圍的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，使溫室環(huán)境得到了良好的控制。該系統(tǒng)的軟件部分包括數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、和光報(bào)警模塊等。AT89C51單片機(jī)提供了數(shù)據(jù)采集、顯示所需接口。單片機(jī)初始化鍵 盤 盤穩(wěn)度采集濕度采集溫度設(shè)定濕度設(shè)定溫度過限濕度過限PID調(diào) 節(jié)復(fù)位光電報(bào)警繼 電 器鍵盤 盤繼 電 器圖5.1 軟件總設(shè)計(jì)圖單片機(jī)初始化程序系統(tǒng)上電時(shí)，初始化程序?qū)?0h77h內(nèi)存單元清零，P2口置0。ORG 00

25、00HLJMP STARTORG 0003H ;外部中斷0入口RETIORG 000BH ；定時(shí)器0溢出中斷入口RETIORG 0013H ；外部中斷1入口 RETIORG 001BH ；定時(shí)器1溢出中斷入口RETIORG 0023H ；串行口中斷入口RETIORG 002BHRETICLER MEMIO:CLR AMOV P2,AMOV R0,#7OHMOV R2,#0DHLOOP MEM:MOV R0,AINC R0DJNZ R2,LOOP MEMMOV 20H,#00HMOV A,#0FFHMOV P0,AMOV P1,AMOV P2,ARETSTART:LCALL CLEAR MEMI

26、O；初始化LCALL TEST；測(cè)量一次LCALL DISPLAY；顯示數(shù)據(jù)一次AJMP MAINNOP ；PC值出錯(cuò)處理NOPNOPLJMP START52 方案各模塊的軟件設(shè)計(jì) 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) 為了高速有效的實(shí)現(xiàn)通信，我們采用單片機(jī)匯編語言編寫接口程序。由于ADC0832的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32 u S，所以A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快，從而也保證了某些場(chǎng)合對(duì)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其/CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將/CS使能端置于低電平并且保持低電平自到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工

27、作，同時(shí)由單片機(jī)向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2, 3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。在本系統(tǒng)中由于只需要一路信號(hào)的轉(zhuǎn)換，所以通道0和通道1并聯(lián)在一起。VCC用5V電壓源供電，同時(shí)也是A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓。 程序見附錄A 溫度采集模塊利用AD590溫度傳感器完成溫度的測(cè)量，把轉(zhuǎn)換的溫度值的模擬量送入ADC0832的其中一個(gè)通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行溫度值變換之后送入數(shù)碼管顯示。 由于AD590的溫度變化范圍在55150之間，經(jīng)過10K之后采樣到

28、的電壓變化在2.182V4.232V之間，不超過5V電壓所表示的范圍，因此參考電壓取電源電壓VCC，（實(shí)測(cè)VCC4.70V）。由此可計(jì)算出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后的攝氏溫度顯示的數(shù)據(jù)為：如果（D*2350/128）2732，則顯示的溫度值為（2732（D*2350/128） 如果（D*2350/128）2732，則顯示的溫度值為（D*2350/128）2732） 5.2.3按鍵檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)考慮到所用按鍵較少所以采用獨(dú)立鍵盤。鍵盤功能簡(jiǎn)介鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)，低電平有效。按鍵ASN1，AN2，AN3，AN4的功能定義如表一所示。按鍵AN2與-INT0相連，采用外部中斷方式，并

29、且優(yōu)先級(jí)定為最高，按鍵AN3和AN4分別與p1.6和p1.5相連，采用軟件查詢方式，AN1為硬件復(fù)位鍵，與R，C構(gòu)成復(fù)位電路 表3.1 按鍵功能按鍵鍵名功能AN1復(fù)位鍵使系統(tǒng)恢復(fù)AN2功能轉(zhuǎn)換鍵按鍵按下（燈亮）時(shí)，顯示溫度設(shè)定值。按鍵升起時(shí)（燈滅）時(shí)，顯示當(dāng)前溫度值A(chǔ)N3加1鍵設(shè)定溫度漸次加1AN4減1鍵設(shè)定溫度漸次減1按鍵檢測(cè)程序: Start: MOV P1,#06H ;設(shè)I/O口為輸入方式 MOV A,P1 ;讀入鍵狀態(tài) CPL A JZ START JB ACC.5,FUN5 ;5號(hào)鍵按下轉(zhuǎn) JB ACC.6,FUN6 ;6號(hào)鍵按下轉(zhuǎn)FUN5: AJMP SUB5FUN6: AJMP

30、SUB6SUB5: LJMP STARTSUB6: LJMP START PID離散化及程序設(shè)計(jì)首先對(duì)式（2.5）進(jìn)行離散化，我們把圖2-1中的r(t),e(t),u(t),c(t)在第k次采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)分別用r(k),e(k),u(t),c(t)表示，于是式（2.1）變?yōu)?e(k)=r(k)-c(k) (4.1)當(dāng)采樣周期T很小時(shí)，dt可用T近似代替，de(t)可用e(k)-e(k-1)近似代替，“積分”用“求和”近似代替，即可作如下近似 這樣，式（2.2）便可離散化成為以下差分方程式 (4.2)上式中u0是偏差為零時(shí)的初值。由式（2.2）可得： (4.3)將式（4.2）和式（4.3）相減，

31、即得數(shù)字PID增量型控制算式為 （4.4）設(shè) ； 可將上式整理成如下形式：其中， 下面是增量型PID子程序流程圖圖 5.2 增量式PID控制算法子程序流程圖下面PID運(yùn)算加以說明：所有的數(shù)都變成定點(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理。算式中的各項(xiàng)有正有負(fù)，以最高位作為符號(hào)位，最高位為0表示正數(shù)，為1表示負(fù)數(shù)。正負(fù)數(shù)都以補(bǔ)碼表示，最后的計(jì)算結(jié)果以原碼輸出。雙精度運(yùn)算，為了保證運(yùn)算精度，把單字節(jié)8位輸入的采樣值Cn和給定值Rn都變成雙字節(jié)16位進(jìn)行運(yùn)算，最后將運(yùn)算結(jié)果取高8位有效值輸出。 程序見附錄A52.5 數(shù)據(jù)顯示模塊程序設(shè)計(jì)顯示器常作為單片機(jī)系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的輸出設(shè)備，用以顯示單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行狀態(tài)。常用的

32、顯示器主要有LED數(shù)碼顯示器、LCD液晶顯示器和CRT顯示器。在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示器顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。本系統(tǒng)中使用七段LED數(shù)碼顯示器，是共陰極數(shù)碼管，因而各個(gè)數(shù)碼管的公共極COM端接地，要顯示某字段，則相應(yīng)的輸出線必須是高電平。七段LED數(shù)碼管與單片機(jī)的接口很簡(jiǎn)單，由于位控線的驅(qū)動(dòng)電流較大，8段全亮?xí)r大約是4060mA，因此單片機(jī)的P2.5，P2.6，P2.7的輸出口加74LS06進(jìn)行反相和提高驅(qū)動(dòng)能力，然后在接LED顯示器的位控端。段控線的負(fù)載電流約為8mA，為了增加亮度，外加74LS244進(jìn)行段控輸

33、出驅(qū)動(dòng)，和單片機(jī)的P0口相接。字形代碼由P0口提供，數(shù)碼管的選擇由P2口的57位控制。52.6 聲光報(bào)警模塊直接由單片機(jī)的P2.7口控制的發(fā)光二極管，予以光報(bào)警。報(bào)警時(shí)信號(hào)燈亮，否則不亮。當(dāng)輸出端輸出低電平時(shí)，信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。6 仿真調(diào)試我們采用偉福仿真系統(tǒng)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。程序流程的調(diào)試主要是查看程序運(yùn)行的步驟是否正確，在某時(shí)刻程序運(yùn)行所處的位置是否正確，是否能正確運(yùn)行各個(gè)中斷服務(wù)程序。我們?cè)谡{(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了許多錯(cuò)誤，如編程錯(cuò)誤、函數(shù)錯(cuò)誤、語法錯(cuò)誤等等。經(jīng)過多次調(diào)試基本能完成。 結(jié) 論1、論文總結(jié)本文針對(duì)溫度控制方面的問題，做了以下工作：1.1、對(duì)硬件的設(shè)計(jì)協(xié)助硬件設(shè)計(jì)者畫出單片機(jī)控制系統(tǒng)

34、的原理圖：在熟悉了各種芯片之后設(shè)計(jì)連接電路。1.2、對(duì)軟件的設(shè)計(jì)1） 設(shè)計(jì)流程圖：包括主程序框圖, PID子程序流程圖。2） 編寫程序：使用匯編語言依據(jù)設(shè)計(jì)出的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊程序程序, 按鍵檢測(cè)程序， PID離散化及程序設(shè)計(jì)，PID子程序等。當(dāng)然，本文的工作還是不完整的，缺乏系統(tǒng)性，還有待于進(jìn)一步完善。應(yīng)該在以下方面進(jìn)行深入學(xué)習(xí)：a、溫度,濕度傳感器部分的設(shè)計(jì)。b、軟件部分的設(shè)計(jì)。c、軟件的調(diào)試。 致 謝本次設(shè)計(jì)是在楊銀賢老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，他對(duì)本次設(shè)計(jì)的構(gòu)思、框架和理論運(yùn)用給予了許多深入精心的指導(dǎo)，使得設(shè)計(jì)及論文得以順利完成。在論文撰寫過程中，他提供了許多寶貴的思路和建議，結(jié)合工作

35、體會(huì)和經(jīng)歷，提出了很多有價(jià)值的觀點(diǎn)，為完成本次設(shè)計(jì)和論文給予了極大的幫助。在此，獻(xiàn)上我最誠摯的感謝！設(shè)計(jì)的另一重要環(huán)節(jié)是程序的編寫。和我同組的同學(xué)負(fù)責(zé)軟件的編寫，他花了大量的時(shí)間查閱資料，請(qǐng)教老師和同學(xué)。該程序基本上滿足了設(shè)計(jì)之初的設(shè)想要求。在這里我要感謝她。通過這次設(shè)計(jì)，使我受益非淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科四年學(xué)習(xí)的大綜合；是一場(chǎng)綜合的考試；是一次社會(huì)實(shí)踐。設(shè)計(jì)所涉及到的東西，是前所未有的。要求知識(shí)的綜合性較高，各方面都要用到一點(diǎn)，但是我們的知識(shí)是不能達(dá)到這樣的要求的，我們?cè)诶щy面前沒有低頭，通過各方面的渠道來彌補(bǔ)。這恰恰就是我們?cè)谄綍r(shí)里沒有注意到的自學(xué)能力，通過這次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了自學(xué)能力，為以后的繼

36、續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。同時(shí)這次設(shè)計(jì)是一個(gè)小型的社會(huì)團(tuán)體，在這個(gè)小社會(huì)中如何相處等都是一個(gè)鍛煉。再次感謝所有支持和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)們！ 參 考 文 獻(xiàn)1.馬忠梅等.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003.112.陳龍三等.8051單片機(jī)C語言控制與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，1999.83.楊恢先等.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003，34.趙亮等.單片機(jī)C語言編程與實(shí)例.北京：人民郵電出版社，2003.35.何英等.Protel99入門與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.16.顏永軍等.Protel99電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2

37、000.17.郭培源.電力系統(tǒng)自動(dòng)控制新技術(shù).北京：科學(xué)出版社，20018.孫涵芳.Itel16位單片機(jī).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19959.諸邦田.電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù).北京：人民郵電出版社，199610.吳柄勝,王桂梅.8051單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京: 冶金工業(yè)出版社,2001.911.張俊謨,何立民.單片機(jī)中級(jí)教程.北京: 北京航天航空大學(xué)出版社，2000.612.李朝青等.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京: 航空航天大學(xué)出版社,199413.鄧重一.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,199814.張俊漠.電子世界.電子世界編輯部出版,200015.李盤林，孟憲福.C程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用.高等教育出版社,199916.楊寧.單片機(jī)與控制技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社,200017.張齊等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù).電子工業(yè)出版社,2001 18.程序匠人.MCS附錄 源程序代碼*顯示掃描程序* 軟件中使用片內(nèi)RAM的00H-02H單元作為顯示緩沖區(qū)，顯示緩沖區(qū)中存放3個(gè)要顯示的數(shù)據(jù)。DISPLAY：MOV A， #03H；8155初始化，P0，P1口為基本輸出口 MOV DPTR，#7F00H；7F00H為8155命令口地址 MOVX DPTR，A MOV RO，#OOH；動(dòng)態(tài)顯示初始化，使R0指向緩沖區(qū)首址 MOV R3，#02H；位選字送