基于51单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计

-I-学号20100604050321密级______________兰州城市学院本科毕业论文基于51单片机的蔬菜大棚温度检测系统的设计学院名称：培黎工程技术学院专业名称：电子信息工程与技术学生姓名：王永良指导教师：赵彦敏讲师二○一一年九月-II-BACHELOR'SDEGREETHESISOFLANZHOUCITYUNIVERSITYBasedOn51SingleFilm'sGreenhouseTemperatureDetectionSystemDesignCollege：LanzhouCityUniversitySubject：ElectronicInformationScienceandTechnologyName：WangyongliangDirectedby：ZhaoyanminProfessorSep2011-III-郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：王永良日期：2011年9月25号-IV-摘要我国北方冬季寒冷而漫长，大力推广蔬菜大棚种植蔬菜能够更好地满足人民日益提高的生活需要。蔬菜大棚内通过调节温度可以有效地控制二氧化碳的浓度，二氧化碳是对植物生长起着重要的作用。因此，对棚内温度的控制是非常重要的。本文介绍的分布式单总线蔬菜大棚温度监测预警系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温度，通过对温度的良好控制，有效地提高蔬菜的产量。本温度设计采用现在流行的AT89S52单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。关键词：单片机应用；温度采集控制；DS18B20应用-V-AbstractInnorthChinainwinterlongandcold,vigorouslypromotevegetablesgrowvegetablesarebetterabletoshedlowmeetpeople'sincreasingneeds.Byadjustingthetemperaturecaneffectivelycontrolbothconcentrations.Therefore,tosecretlytemperaturecontrolisveryimportant.Thispaperintroducesdistributedsinglebusvegetablescanopytemperaturemonitoringandwarningsystem,adoptingdigitaldesign,directmonitoringeachsecretlyvariouspartsofthetemperature,throughthegoodcontroloftemperature,effectivelyimprovevegetableproduction.ThistemperaturedesignUSESpopularnowAT89S52SCM,matchwithDS18B20digitaltemperaturesensor,thetemperaturesensortosettemperatureonthefloor.SCMdetecttemperaturesignalinputandthetemperatureoftheupperandlowerlimitcomparison,thusjudgewhetherstarterrelaytounlockequipment.Thisdesignstilljoinedcommondigitaltubedisplayandstatelampdisplaylampsarecommonlyusedcircuit,makewholedesignmoreintegratedandmoreflexible.Keywords:microcontrollerapplications;temperatureacquisitionandcontrol;DS18B20application-VI-目录摘要.................................................IVAbstract................................................V目录.................................................VI第一章绪论.............................................11.1蔬菜大棚温度控制系统的目的....................................11.2蔬菜大棚温度控制系统完成的功能................................2第二章总体设计方案.....................................32.1方案一........................................................32.2方案二........................................................3第三章硬件电路设计.....................................63.1AT89S52的选用................................................63.2温度采集模块的设计............................................73.3显示模块的设计...............................................133.4晶振电路.....................................................143.5复位电路.....................................................153.6加热和制冷电路...............................................163.7串行通信模块设计.............................................16第四章系统软件设计....................................194.1系统软件的整体思路...........................................194.2系统总流程图................................................19第五章结论............................................25致谢.................................................26参考文献...............................................27-VII-附录一主板电路图......................................28附录二系统源程序......................................29-1-第一章绪论1.1蔬菜大棚温度控制系统的目的本设计的内容是蔬菜大棚温度测试控制系统，控制对象是温度。植物在生长发育的过程中，温度的高低，直接影响到花卉的生理活动，如酶的活性、光合作用、呼吸作用、蒸腾作用，这是在原产地已形成固有的特殊性能。因温度周期的变化，可直接影响植物的生长，果实以及果实的数量大小等方面。生物正常的生命活动一般是在相对狭窄的温度范围内进行，大致在零下几度到50℃左右之间。温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。当环境温度在最低和最适温度之间时，生物体内的生理生化反应会随着温度的升高而加快，代谢活动加强，从而加快生长发育速度；当温度高于最适温度后，参与生理生化反应的酶系统受到影响，代谢活动受阻，势必影响到生物正常的生长发育。当环境温度低于最低温度或高于最高温度，生物将受到严重危害，甚至死亡。蔬菜大棚是开发日光资源、充分利用太阳光能的主要形式之一，能避光、增产、保湿，为蔬菜生长创造一个良好环境。蔬菜大棚作为一个相对封闭的环境，其内部形成了一个小气候环境，良好的空气环境是蔬菜正常生长的重要条件。为了增产、增收，要注意大棚内部的气体、温度和湿度3个要因素。气体主要是指棚内的二氧化碳的含量。当空气中的二氧化碳浓度提高到0.1%时，可使蔬菜光合作用速率增加1倍以上，增产20%～80%；若使二氧化碳浓度降至0.005%时，光合作用几乎停止。蔬菜生长的适宜温度为20°～30℃。大棚内白天增温快，当棚外平均气温为15℃时，棚内可达40℃～50℃。因此，要适时调节棚内温度，避免高温危害。塑料大棚经常处于密闭状态，蒸发量大大减小，内部湿度一般在80%～90%，湿度过大极易导致病虫害的发生。现在对大棚内气体、温度和湿度的有效调节，主要是通过适时的通风来实现。二氧化碳含量过大和湿度过大都会导致温度升高。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-2-实用又廉价的控制系统。1.2蔬菜大棚温度控制系统完成的功能本设计是对蔬菜大棚内温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当蔬菜大棚内温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当蔬菜大棚内温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。数码管即时显示温度，精确到小数点一位。-3-第二章总体设计方案2.1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，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，电路设计比较麻烦。2.2方案二考虑使用DS18B20，结合单片机电路设计，用一只DS18B20，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。在本系统的电路设计方框图如图2-1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89S52；②显示部分采用4位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器；④加热制冷控制电路。DS18B20AT89S52单片机LED显示加热继电器电风扇继电器指示灯PC机图2－1温度计电路总体设计方案1.控制部分-4-单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。2.显示部分显示电路采用4位共阳LED数码管。3.温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和