三稿大棚仓库温湿度自动控制系统的毕业设计文档格式.docx
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安
排
1-4周,外文资料翻译、文献查阅、方案设计;
5-6周,系统的电路原理图设计;
7-8周,电路板的制作;
9-12周,驱动和模块功能的编码工作;
13-14周,调试,模拟运行;
15周,撰写毕业设计;
16周,答辩。
指导教师
意见
签字
系主任
签章
兰州交通大学博文学院学生开题报告表
课题名称
课题来源
现场
课题类型
AY
导师
学生姓名
学号
20122127
专业
开题报告内容:
(调研资料的准备,设计目的、要求、思路与预期成果;
任务完成的阶段内容及时间安排;
完成设计(论文)所具备的条件因素等。
)
1、调研资料的准备
查阅国内外大棚仓库温湿度自动控制系统的经典及最新资料,了解大棚仓库温湿度自动控制系统的最新发展情况,熟悉目前国内外主流大棚仓库温湿度自动控制系统的工作原理、性能、主要设备的型号和技术参数。
参考文献:
[3]沙占友.集成传感器应用.中国电力出版社.2005年10月
2、设计目的
随着大棚技术的普及,温室大棚数量不断增多,对于蔬菜大棚来说,最重要的一个管理因素是温湿度控制。
温湿度太低,蔬菜就会被冻死或则停止生长,所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。
传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计,工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。
如果仅靠人工控制既耗人力,又容易发生差错。
现在,随着农业产业规模的提高,对于数量较多的大棚,传统的温度控制措施就显现出很大的局性。
为此,在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统,以控制蔬菜大棚温度,适应生产需要。
3、设计要求
完成系统设计和调试,能用软件仿真实现大棚仓库温湿度自动控制功能,即能监测大棚温湿度,并能根据需要调节温湿度。
((可另加附页)
指导教师意见
签名:
年月日
I
4、设计思路
本系统温湿度的监控包括以下步骤:
感应环境温湿度;
判断感应到的温湿度是否异常;
若感应到的温湿度异常,判断异常是否超过预设时间;
若异常超过预设时间,则异常报警;
判断异常是否处理完毕;
若异常处理完毕,解除报警。
并可以利用控制器和单片机机来达到机房温湿度的远程控制,从而实现温室大棚温湿度管理的实时性和有效性。
5、预期成果
利用传感器测量大棚内的温湿度经过信号处理,将传感器测得的数据送至控制系统(AT89C52),与预设的农作物最适合生长的温湿度值的上下限进行对比,并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示。
如果不同作物的适合生长的温度不一样,可以通过键盘电路修改预设值。
控制系统根据比较的结果对调节系统发出相应的指令,启动相应的措施如喷水,吹风,加热,降温等,调节大棚内的温湿度状态。
如果测得的数据超过了预设值的上下限,则报警电路会报警。
这样就实现了对大棚温湿度的自动控制。
6、阶段内容及时间安排
1-4周,外文资料翻译、文献查阅、方案设计,撰写开题报告;
5-6周,修改开题报告,并准备答辩;
7-8周,制定总体设计方案,设计系统的电路原理图;
9-14周,对电路图进行调试,模拟运行,并撰写毕业设计;
15周,完善毕业设计;
16周,毕业设计答辩。
7、完成设计所具备的条件因素
本次毕业设计是我以往对学习相关专业知识的积累,并且通过网络查阅有关课题的资料,寻找有关课题的书籍,以及与指导老师和同学共同探讨,才使得我完成了本次的毕业设计。
课题类型和性质:
(1)A—工程设计;
B—技术开发;
C—软件工程;
D—理论研究;
(2)X—真实课题;
Y—模拟课题;
Z—虚拟课题
(1)、
(2)均要填,如AY、BX等。
兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)学生自查表
(中期教学检查用)
专业
班级
姓名
职称
个人精力
实际投入
日平均工作时间
6小时
周平均工作时间
4.3小时
迄今缺席天数
2天
出勤率%
86%
指导教师每周指导次数
1次
每周指导时间(小时)
2小时
备注
毕业设计(论文)工作进度(完成)内容及
比重
已完成主要内容
%
待完成主要内容
到目前为止,在老师的指导下本论文已经完成了系统的仿真、调试以及论文二稿的定型,
在导师的指导下对个别的章节进行修改,细节性的调整。
存在问题
目录、流程图等错乱,字体不一致。
摘要
本设计是基于AT89C52单片机的大棚仓库温湿度自动控制系统,采用SHT11作为温湿度传感器,LCD1602液晶屏进行显示。
SHT11使用类似于I2C总线的时序与单片机进行通信,由于它高度集成,已经包括A/D转换电路,所以使用方便,而且准确、耐用LCD1602能够分两行显示数据,第一行显示温度,第二行显示湿度。
这个控制系统能够测量温室大棚中的温度和湿度,将其显示在液晶屏上,同时将其与设定值进行对比,若超出上下限,将进行报警并启动温湿度调节设备。
此外,还可以通过独立式键盘对设定的温湿度进行修改。
通过设计系统原理图、用Proteus软件进行仿真,证明了该系统的可行性。
关键词:
单片机;
温湿度传感器;
温湿度自动控制
Abstract
ThedesignisbasedontheAT89C52microcontrollergreenhousetemperatureandhumidityautomaticcontrolsystem,usingSHT11asatemperatureandhumiditysensor,usingLCD1602LCDscreendisplay.SHT11usemethodssimilartoI2CbustimingandMCUcommunicate,becauseitisahighlyintegrated,havebeenincludeda/Dconversioncircuit,soeasytouseanddurable,LCD1602candatadisplayintworows,respectivelydisplayoftemperatureandhumidity.Thiscontrolsystemcapableofmeasuringgreenhouseorwarehousetemperatureandhumidity,displayedontheLCD1602LCDscreen,atthesametime,withthesetvaluewerecompared,ifitexceedstheupperlimit,alarmandstartingthetemperatureandhumidityadjustingdevice.Inaddition,canalsobemodifiedbythekeyboardtosetthetemperatureandhumidity.ThefeasibilityofthissystemisprovedbythedesignofthesystemprinciplediagramandthesimulationwithProteussoftware.
Keywords:
AT89C52;
SHT11;
temperatureandhumiditycontrol
目录
摘要 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………1
Abstract …………………………………………………………………………………………………………………………………….....2
1绪论 ………………………………………………………………………………………………………………………………………….….2
1.1研究目的和意义 …………………………………………………………………………………………………………….….2
1.3国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向……………………………………………………………………3
1.4主要研究内容,关键问题的解决思路……………………………………………………………………………5
2系统方案设计...........................................................................................................5
2.1温湿度控制系统的设计指标要求 3
2.2系统设计的原则 3
2.2.1可靠性 3
2.2.2性价比 4
2.3方案比较 4
2.3.1方案一 4
2.3.2方案二 4
2.5方案选择 5
3.1.2液晶显示模块 8
3.1.3温湿度传感器模块 8
3.1.4报警电路的设计 9
3.1.5按键电路设计 11
3.2元件清单 11
3.3关键器件的介绍 12
3.3.1AT89C52 12
4系统软件设计 14
4.1软件设计的总体结构 14
4.2主要模块的设计流程框图 16
4.2.1主程序流程图 16
4.2.2SHT11子程序流程图 17
4.2.3LCD1602子程序流程图 20
4.2.4输出控制子程序流程图 21
4.3软件设计所用工具 23
4.3.1KeiluVision4 23
4.3.2Proteus 24
5系统调试 24
5.1用Proteus搭建仿真总图 24
5.2用Keil3对程序进行调试、编译 26
6结论 27
6.1系统的功能 27
6.2系统的指标参数 28
6.3系统功能分析 28
总结与体会 29
参考文献.........................................................................................................................29
附录1系统仿真图……………………………………………………………………………………………………………………………..30
附录2系统程序........................................................................................................................................31
1绪论
1.1研究目的和意义
我国农业致力于从传统农业到以优质,高效,高产为目标的现代化农业转化。
而大
棚作为现代化农业实施的重要产物,在国内多数地区得到了广泛应用。
现代农业生产离不开环境控制,农业大棚控制系统是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。
结合作物生长规律,控制环境条件,使作物在不适宜生长的季节中可获得比室外更优的生长环境,从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。
由于大棚中各种环境因素是可以人为控制的,因此控制技术直接决定着大棚中农作物的产量和质量。
1.2国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向
美国是将计算机应用于大棚和管理最早,最多的国家之一。
美国开发的大棚计算机控制与管理系统可以根据作物的特点和生长所需要的条件,对大棚(仓库)内的光照,温度,湿度等诸多因素进行自动控制。
这种自动控制系统需要种植者输入温室作物生长所需的环境的目标参数,计算编机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标进行比较,以决定大棚(仓库)温湿度的控制过程,按照相应的机构进行加热,降温或者是浇水,通风等。
目前,我国绝大部分自主开发的大棚温湿度控制或者进口的国外设备都属于这种系统。
虽然这种自动控制系统实现了自动化,适合规模化生产,提高了劳动生产率,通过改变大棚温室度的设定目标,可以自动的对大棚内温湿度进行调节,但是这种调节对作物的生长来说还是相对滞后的,难以介入作物生长的内在规律。
所以在这种自动控制系统和实践的基础上,温湿度自动控制向着适合不同作物生长的智能化控制发展。
国内外大棚业正致力于高科技发展,遥测技术,网络技术已逐渐应用于大棚的管理和控制中,近几年各国温度控制技术提出建立大棚行业标准,朝着网络化,大众化,大规模,无人化的方向发展的思路。
1.3主要研究内容,关键问题的解决思路
本系统的设计的硬件主要包括:
主要是单片机AT89C52,检测系统,显示电路,报警电路等。
利用传感器测量大棚内的温湿度经过信号处理,将传感器测得的数据送至控制系统(AT89C52),与预设的农作物最适合生长的温湿度值的上下限进行对比,并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示。
控制系统结合比较的结果对调节系统发出对应的指令,并启动相应的调节措施(喷水,吹风,加热,降温等)调节大棚内的温湿度状态。
本文主要研究内容如下:
1.进行温湿度控制系统的整体研究与设计。
2.利用数字温湿度传感器测量大棚内的温湿度。
3.利用LCD对温湿度进行实时显示。
4.当大棚温湿度的数值超过设定范围值时,系统便会自动报警,并且输出驱动信号控制继器对大棚温湿度进行调节。
2系统方案设计
2.1温湿度控制系统的设计指标要求
本文要设计的大棚温湿度自动控制系统,要能够及时、准确地对温室大棚内的温度、湿度进行采集,将其显示在LCD1602液晶显示器上,然后与设定的上下限值进行比较,如果超出限制则启动温度、湿度控制设备,并通过蜂鸣器报警,直到温湿度回到规定的范围。
另外,还要能够通过按键修改设定的上下限。
为了能够满足农业生产的需要,此次设计要达到一下指标:
(1)工作环境:
温室大棚;
(2)温度测量误差:
±
1℃;
(3)测温范围:
0~55℃;
(4)湿度测量误差:
5%RH;
(5)测湿范围:
0~100%RH;
(6)通过键盘电路修改上下限:
有;
(6)温湿度报警:
2.2系统设计的原则
2.2.1可靠性
可靠性是在生产设计过程中应该优先考虑到的一个因素,一个完善控制系统必须要能稳定、可靠地工作,才能投入到生产实践中去。
如果系统的可靠性不能达标,那么系统出现故障的可能就会增大,造成很大的损失。
这种损失不仅包括经济上和信誉上的损失,而且可能会对人身安全产生威胁。
要提高控制系统的可靠性,那么就要注意以下几个方面:
选用的元器件要有很高的可靠性;
由于供电电源很容易产生干扰,所以应该对其采用抗干扰措施;
对输入输出通道也一样,要采用抗干扰措施;
在对电路板的设计时,要合理的布线和接地;
软硬件都要进行滤波;
系统要有自己诊断功能等。
2.2.2性价比
性价比也是一个系统设计中所要考虑的重要因素。
性价比高的产品更容易被消费者接收,但是设计过程中不能盲目地追求性价比,它应该建立在对产品性能要求的基础上,首先要满足性能要求,然后再设法降低产品成本。
2.3方案比较
2.3.1方案一
采用PLC作为主控制器。
使用PLC的最大优点在于PLC使用梯形图进行编程,编程语言形象直观,难度较低,因此开发周期短,便于扩展。
而且PLC抗干扰能力强,工作稳定可靠,这一点已被长期的工业控制实践所证明。
PLC
蜂鸣器报警
键盘输入
液晶显示
温湿度传感器
设置
加(湿、热)
减(湿、热)
确定
温
室
大
棚
仓
库
图2.1用PLC作为主控制器的控制系统
2.3.2方案二
使用单片机进行控制。
采用AT89C52单片机作为主控制器,可以用C语言进行编程,由于它支持ISP在线编程,因此可以通过RS232串口将程序烧录到单片机中,很方便。
温湿度传感器SHT10通过I2C总线与单片机连接。
单片机
图2.2用单片机作为主控制器的控制系统
2.4方案论证
从功能上看,两种控制器都能满足要求。
PLC在工业控制领域用得比较多,编程简单,而且抗干扰能力强。
但是本系统是用于温室大棚,并没有其他大型工业设备的干扰。
单片机用C语言编程,相对PLC的梯形图要复杂得多,但是编程更为灵活,可以实现复杂的功能。
从价格方面上看,单片机就比PLC具有很大的优势。
一个单片机只要几块钱,而一个很一般的PLC一般也要几百上千元。
另外,中国是农业大国,随着温室大棚越来越普及,农村对温湿度控制系统的需求也会越来越旺盛,因此虽然用单片机开发的周期较长,但是一旦完成开发,后期生产环节的边际成本很小;
而基于PLC的控制系统受制于PLC的高昂价格,价格难以降低。
2.5方案选择
PLC和单片机都能作为主控制器进行设计,但是在价格方面单片机具有巨大优势。
综上所述,本次设计采用单片机作为主控制器。
3单元模块设计
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1单片机最小系统
图3.1单片机最小系统
单片机的最小系统应包括振荡电路和复位电路等[1]。
振荡电路(时钟电路)的主要任务是为AT89C52单片机正常工作需要的时钟电路提供一个稳定的工作频率。
根据AT89C52单片机时钟周期的要求,回路需要选用频率为12MHz的晶振。
晶振回路由电容和陶瓷谐振器并联组成,作为单片机的时钟源。
AT89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2,在XTAL1和XTAL2端口接上时钟电源即可构成时钟电路。
本设计中采用内部时钟产生方式。
在XTAL1和XTAL2两端跨接晶振,与内部的反相器构成稳定的自激振荡器。
其发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制部件。
电容C1和C2对频率有微调作用,应尽可能的安装在单片机芯片附近,以减少寄生电容,保证振荡器稳定可靠的工作。
复位电路的功能就是对CPU进行实时监测,当CPU落入死循环之后,能及时发现并使整个系统复位。
为确保微机系统中电路稳未定可靠工作,复位可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为4.75〜5.25V。
由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC上电时,只有当VCC超过4.75V,低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。
单片机在启动时都需要复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开始工作。
89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。
当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,则CPU就可以响应并将系统复位。
为了确保系统中的电路温度可靠工作,复位电路是必不可少的部分
,其第一功能就是高电平复位,高电平复位是在通电瞬间通过充电来实现的。
手动复位是指通过接通一按键开关,使单片机进入复位状态。
系统上电运行后,如果需要复位,只需通过手动复位就可以实现。
图3.2上电+手动复位电路
单片机的复位主要有上电复位和手动复位,之所以要进行复位,目的就是为了让单片机进入初始状态[1],比如让PC指向0000H,这样单片机才能从头运行程序。
因此上电的时候就要让单片机复位一次;
在运行过程中,如果程序出错,也需要进行手动复位。
本设计中的复位电路就是上电+手动复位电路,复位时要让STC89C52RC的RST引脚得到2个机器周期以上的高电平。
先说说上电复位的工作原理,当单片机上电时,电源+5V的Vcc通过10K的电阻对10uF的电容进行充电。
刚上电时,有较大的电流从Vcc经电容、电阻流向GND,由于电容两端的电压不可突变,因此仍然为0V,于是电阻的两端分得5V的电压,即RST引脚此时的电势为5V。
随着充电的继续进行,电流会逐渐减小,电阻两端的电压UR=IR也逐渐减小,即RST引脚的电势逐渐减小。
过了一定时间,RST引脚两端的电压下降到不再是高电平,只要这个充电的时间大于单片机两个机器周期,就能使单片机复位。
程序运行过程中如果跑飞了、程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,就需要用到手动复位。
手动复位就是在上电复位电路的电容两边并联一个微动开关,需要手动复位时将其按下,使之接通,RST获得高电平,而且人按动按钮的时间肯定是超过两个机器周期的,于是单片机复位。
3.1.2液晶显示模块
测量到的温湿度值将显示到液晶屏LCD1602上,它可以显示2行,每行16个字符。
LCD1602共有三个存储器,它们是CGROM、CGRAM和DDRAM。
CGROM用来保存LC
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