搜索
温湿度测控系统设计专业自动化答辩人指导教师：王春侠主要内容1设计过程及工艺要求2系统硬件设计3系统软件设计4系统软硬件联调5结束语绪论近年来，我国的设施农业得到了较快的发展，温室大棚技术已经突破了传统的农作物种植受地域和自然环境的限制，从传统农业向以优质、高产、高效为目的的现代农业转化的新阶段。温湿度作为工农业生产的主要环境参数，为了保证农作物快速生长，在现代农业中，我们采用先进的控制技术，对温室大棚内的环境实行自动检测和和实时控制，从而实现人为控制植物生长环境，为优质，高产的农作物生产提供可能，同时也大大降低了工人的劳动强度。为解决上述问题，本次课题设计出了温湿度测控系统，它以单片机为核心，采用温湿度测量，控制，报警等技术，以温湿度传感器作为测量元件，最终结合硬件与软件，实现了对温室大棚的自动检测、报警及通风降温、加温加湿处理。1设计过程及工艺要求一、基本功能温度、湿度的检测温度、湿度的显示键盘设置过限报警升温增湿处理降温除湿处理二、主要技术参数温度检测范围：-55℃~+125℃温度测量精度：0.0625C湿度检测范围：0%-100%RH湿度检测误差：±2％温湿度显示方式：LCD液晶显示报警方式：蜂鸣器报警2系统硬件设计本次设计是基于STC89C52单片机的温湿度测控系统的设计，是硬件与软件的结合。STC89C52报警模块温度控制湿度控制温度检测湿度检测温湿度显示键盘设置2.1单片机最小系统采用STC89C52单片机作为系统的主控制器。单片机系统的扩展是以基本最小系统为基础的，最小系统包括晶体振荡时钟电路和复位电路，其电路图如下图所示。2.2温湿度检测电路设计2.2.1温度检测温度检测采用Dallas半导体公司生产的数字式传感器DS1820，它支持“一线总线”接口。DS18B20主要特性:DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C~+125°C，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。2.2.2、DS18B20工作原理DS18B20的测温原理如下图所示2.2.3DS18B20基本应用电路(1)DS18B20寄生电源供电方式如下图所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能量。(2)DS18B20的外部电源供电方式在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。2.3湿度检测湿度传感器HS1101是电容式湿度传感器，具有不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间短，适用于线性电压输出和频率输出两种电路HS1101的实物和符号图如下。HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。1007550250-20020-40406080100温度/℃长期稳定正常工作区区非正常区如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中；另一种是将该湿敏电容置于555荡电路中。湿度检测频率输出555测量振荡电路如下图所示。集成定时器555芯片外接电阻R1、R2与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。频率输出的555震荡电路如图所示。其中，充放电时间为T1充电=C（R1+R2）Ln2T2放电=CR2Ln2因而，输出的方波频率为(假设此时的电容为180pf)f=1/(t2放电+t1充电)=1/[C（R1+2R2）Ln2]=1/(180pf*1291*ln2)=6208HZ湿度D=t1/T=(R1+R2)/(2R1+R2)=(620+51)/(1240+51)=52%可见，空气对湿度通过TLC555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表2-1给出了其中的一组典型测试值。表2-1空气湿度与电压频率的典型值%RH0102030405060708090100HZ73517224710069766853672866006468633061866033湿度随电容变化响应曲线2.5显示电路及键盘设置液晶显示器以显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功耗低等特点，受到用户的青睐。LCD12864液晶显示模块是128×64点阵型液晶显示器，可显示各种字符及图形，与CPU直接接口，具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线。计算机系统中的键盘按其连接方式的不同，可以分为非矩阵式键盘和矩阵式键盘两类。本系统由于功能的需要，系统在单片机P1口连接一个接4×4矩阵键盘，来完成温度湿度控制参数的设定。2.6报警电路在控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。通常的做法是就是把单片机采集的数据或经过处理的信号与设定的参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控制。2.7系统总的硬件图3系统的软件设计本次设计的软件程序包括：系统主程序、温度采集子程序、湿度采集子程序等。（1）主程序流程图（2）温度子程序（3）湿度子程序（1）主程序流程图开始温湿度传感器初始化读18B20值、显示读HS1101值、显示温湿度超上限？温湿度超下限？报警红灯亮蓝灯亮黄灯亮绿灯亮湿度YESNONO返回湿度YES温YES温YES初始化读温度值发温度转换命令温度转换初始化？开始显示温度YESNO关闭T0计算湿度值开始定时T0,计数T1计数？读取湿度显示湿度NOYES4软硬件联调4.1传感器调试湿度信息采集模块调试：在使用湿度传感器HS1101前需对555震荡电路进行搭建，确定电路连接无误后，将HS1101接入电路，接下来开始对电路电阻进行确定，按照曾经设计电路的经验，我先对R1取51K，R2取510K,测量555振荡器输出频率，与湿度与电压频率的典型值表进行比对，看是否合适。用这种方法经多次测试，最终确定电阻R1取51K，R2取620K,R4取1M。4.2液晶模块调试液晶显示器是人机界面最关键的部分，能够使我们更加清楚的读取数据。显示内容为：ucharcodeL11[]={温湿度测控系统};ucharcodeL13[]={“电气工程系自控072班孔克考宋凯};ucharcodeL21[]={温度:30.0度};ucharcodeL22[]={湿度:40.0%};uchartable[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};在对显示模块进行调试的过程中发现显示不正常，汉字显示与字符显示不同，LCD-12864每行可以显示16个字符，8个汉字，汉字不能分半显示，由于软件编程时，地址分配有误，使得汉字部分无法显示。经过检查，发现问题后，将地址重新分配，显示部分正确。4.3报警电路调试本次系统设计采用的是声音报警电路，在调试的过程中，发现当温度或者湿度其中之一过限时，蜂鸣器都会发出声音，这是软件程序设定的。但是，在加上控制信号，温湿度过限后，蜂鸣器并不报警，蜂鸣器的控制端口无控制信号输出。经检查发现程序里面蜂鸣器的控制端口电平设置有误，修改后，蜂鸣器工作正常5结束语针对温室大棚环境控制中存在的问题，本文集信号检测，控制、处理于一体，设计出了一套实时、全面、科学的温室环境控制系统。可实现对温室环境温湿度全局、实时自动控制，及时发现大棚问题，采取有效防护措施，减少不利于农作物生长灾害的发生。当然，本系统还不够完善，功能还需近一步加强。此次毕业设计是在我的导师，王春侠老师的精心指导和全力支持下完成的。本系统的设计完成与王老师的帮助是密不可分的。同时，感谢在学习期间给我上课的所有老师们，是你们渊博的学识和严谨教学态度深深影响了我，最后也要感谢曾给过我帮助的同学们，是你们的支持让我顺利的完成了设计任务。我深信，只有我们不断的努力，明天才会更加美好，因为机会永远属于那些有准备的人们。谢谢各位老师！