温湿度控制新版系统.doc
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1、温湿度控制系统 【摘要】伴随工业控制自动化技术不停深入。很多设备全部实现了无人镇守或不间断运行,为了确保设备正常运转,需要值班人员常常巡查各项参数是否正常。而温度和湿度全部是多种设备常见被控参数,假如能利用单片机系统对上述参数进行智能监测,对于设备正常稳定运行含相关键意义。本文设计温湿度数据进行实时监测和分析,并立即做出判定,实现了温湿度控制自动化和智能化。同时,在设备出现故障情况下,语音报警和数显电路结合。能愈加好地是值班人员了解到目前温湿度具体数值,并提醒维护人员立即采取对应方法。【关键字】单片机;温湿度控制; A/D转换Temperature and Humidity Control S
2、ystemAuthor: Wang Qiaoyan (Grade 08,Class 1,Major comper contor technology,electricial engineering Dept.,Shaanxi University of technology,Hanzhong 723003,Shaani)Tutor: Wang ChunxiaAbstract:With the industrial automation control technology unceasingly thoroughly. Many devices are realized the unmanne
3、d central or uninterrupted operation, in order to guarantee the normal operation of equipment attendants often patrolled, need various parameters are normal. And temperature and humidity is all sorts of equipment commonly used controlled parameter, if can use the above parameters SCM system for inte
4、lligent monitoring equipment normal and stable operation, has important significance. This paper designs the temperature and humidity of the real-time data monitoring and analysis, and make timely judge, realized the automation and intelligent temperature and humidity control. Meanwhile, in equipmen
5、t malfunction case, voice alarm and digital circuit combination. To better is to understand the current temperature and humidity night-shift workers the specific numerical value and remind maintenance staff promptly adopt corresponding measures.Key words: Single-chip microcomputer; temperature and h
6、umidity control;A/D conversion.目 录绪论11基于51单片机温湿度控制系统硬件设计方案31.1 设计任务31.2 设计方案31.2.1 设计方案论证31.2.2 系统设计方案最终确定31.2.3 方案设计思想41.3 总体框图设计41.4 主控电路设计41.4.1 单片机发展情况51.4.2 单片机基础结构51.4.3 单片机封装引脚71.4.4 AT89C51单片机时钟设计101.4.5 AT89C51单片机复位设计111.5 ADC0809引脚图和接口电路及功效介绍121.5.1 A/D转换器芯片ADC0809介绍121.5.2 ADC0809内部结构121.
7、5.3 信号引脚121.5.4 AT89C51单片机和ADC0809接口131.5.5 转换数据传送151.6 LCD1602引脚图和接口电路及功效介绍161.6.1 LCD1602介绍161.6.2 管脚功效161.6.3 液晶显示器操作控制161.6.4 本毕业设计字符型LCD和单片机接口电路191.7 声光报警电路设计191.8 总电路设计201.9 系统步骤图202 软件实现232.1 编程KEIL环境介绍233 调试243.1 软件调试243.2 硬件调试254 总结27致谢28参考文件29附录A 元器件清单30附录B 仿真实物图31附录C 源程序32附录D 实物图连接36英文文件及
8、汉字翻译 绪论西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949年,借助于工程技术发展,美国建成了第一个植物人工气候室,开展了植物对自然环境适应性和抗御能力应用研究。20世纪60年代,生产型高级温室开始应用于农业生产,奥地利首先建成了番茄生产工厂,70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家温室园艺迅猛发展,温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。伴随计算机技术进步和智能控制理论发展,近百年来,温室大棚作为设施农业关键组成部分,其自动控制和管理技术不停得以提升,在世界各地全部得到了长足发展。尤其是二十世纪70年代电子技术迅猛发展和微型计算机出现,更使温室大棚环境控制技术产生了革
9、命性改变。80年代,伴随微型计算机日新月异进步和价格大幅度下降,和对温室控制要求提升,以微机为关键温室综合环境控制系统,在欧美得到了长足发展,并迈入了网络化,智能化阶段。现在,国外现代化温室内部设施己经发展到比较完备程度,并形成了一定标准。温室内各环境因子大多由计算机集中控制,检测传感器也较为齐全,如温室内外温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等,由传感器检测基础上能够实现对各个实施机构自动控制,如无级调整天窗通风系统,湿帘和风扇配套降温系统,由热水锅炉或热风机组成加温系统,可定时喷灌或滴灌浇灌系统,二氧化碳施肥系统,和适适用于温室作业农业机械等。计算机对这些系统控制己经不是简单、独立
10、、静态直接数字控制,而是基于环境模型上监督控制,和基于教授系统上人工智能控制,部分国家在实现自动化基础上正在向着完全自动化、无人化方向发展。中国现代温室技术起步较晚,70年代以来,政府大力发展以塑料大棚、节能日光温室为主设施农业,促进了农村经济发展和缓解了蔬菜季节性短缺矛盾。和此同时,从1979年至1994年,从欧美、日本等国家引进了一系列现代化温室进行试验研究。引进温室和中国传统温室比较,其空间大,便于进行机械作业,生产率和资源利用率比较高,为中国温室发展提供了借鉴作用。但这些温室也存在着很多不足之处,关键表现在:(1)价格昂贵,中国农业生产现在难以接收。(2)缺乏和中国气候特点相适应温室测
11、控软件。现在中国引进温室测控系统大多投资大、运行费用过高,而且测控系统中所侧重考虑环境参数和中国气候特点存在矛盾。(3)控制方法比较简单,软件实现模式固定,不能进行功效扩展。随即在中国出现了部分新产品,如江苏工学院研制“温室环境测控系统”,关键用于无土栽培试验温室,造价仍较高,且处于试验阶段;吉林工业大学研制“温室环境自动检测系统”,仅实现了温湿度自动测试,“智能型温室环境控制器”仅实现了温室内喷水自动控制等。以上产品均没有面向中国广大农村现有1000万亩传统温室改造工程。所以,传统方法,大家关键还是采取温度计、湿度计来采集温度值和湿度值,经过人工操作加热、加湿、通风和降温来控制温湿度。所以,
12、以上产品推广使用价值仍然不大。中国自行开发温室测控系统其技术水平和调控能力和发达国家还有一定差距。而中国综合环境测控技术研究刚刚起步,现在仍然停留在研究单个或少许环境因子调控技术阶段,而实际上,温室内光照度、温度、湿度等环境原因,全部是在相互影响、相互制约状态中对作物生长产生影响,环境要素空间改变、时间改变全部很复杂。所以,我们应该依据中国国情研制出适合中国农业发展仪器仪表,并在农业设施中广泛推广。改革开放以来,大家生活质量显著提升,对漂亮植被和花卉需求急剧升高,这对以种植植被为设计园林工人是一个机遇,同时也对传统手工植被种植是一个挑战,而基于单片机温湿度控制系统对处理这些问题有着很关键意义。
13、以前种植植被通常全部用温室栽培,为了充足利用好温室栽培这一高效技术,就必需有一套科学,优异管理方法,用以对不一样植被生长各个时期所需要温度计湿度等进行监控,温湿度控制对于单片机应用含有一定实际意义,她代表了一类自动控制方法,而且其应用十分广泛。AT89C51单片机是常见于控制芯片,在智能仪器仪表、工业监测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目标结果,用其作为温湿度控制系统实例也很多。使用AT89C51单片机能够实现温湿度全程自动控制,而且AT89C51单片机易于学习、掌握、性价比高。使用AT89C51单片机设计温湿度控制系统,能够立即、正确反应温室温度和湿度改变,完成诸如升温到特定温度、降温到特
14、定温度,在湿度上下范围内保持恒温等多个控制方法,在温湿度控制方面也是如此。将此系统应用到温室当中无疑为植被生长提供了愈加适宜环境。1基于51单片机温湿度控制系统硬件设计方案1.1 设计任务了解温湿度控制系统发展史及发展趋势,对温湿度控制系统进行系统性叙述及论文研究目标和意义进行深入了解。基于AT89C51单片机温湿度控制系统设计。依据论文要求分析论文关键任务,继而概括出整个设计关键思想和确定出设计方案。系统硬件设计,在对整个系统把握,关键从它主控电路AT89C51(单片机复位电路、时钟电路)设计和外围电路(声光报警电路、A/D转换电路)设计来具体介绍。软件设计,熟悉了解整个程序设计运行环境ke
15、il,还有程序编写过程,对程序做了对应注释。硬软件调试,在运行环境中调试步骤和在运行中出现问题处理。1.2 设计方案1.2.1 设计方案论证单片机选择方案及论证方案一:采取8031芯片,其内部没有程序存放器,需要进行外部扩展,这给电路增加了复杂度。方案二:本方案CPU模块采取2051芯片,其内部有2KB单元程序存放器,不需外部扩展程序存放器。但因为系统用到较多I/O口,所以此芯片资源不够用。 方案三:采取AT89C51单片机,其内部有8KB单元程序存放器,不需外部扩展程序存放器,而且它I/O口也足够此次设计要求。 比较这3种方案,综合考虑单片机各部分资源,所以此次设计选择方案三。显示模块选择方
16、案方案一:LCD1604字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等点阵型液晶显示模块,可显示4行,每行16个字符。分4位和8位数据传输方法。提供5X7点阵光标和5X10点阵光标显示模式。提供显示数据缓冲区DDRAM、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM,能够使用CGRAM来存放自己定义最多8个5X8点阵图形字符字模数据。提供了丰富指令设置:清显示;光标回原点;显示开/关;光标开/关;显示字符闪烁;光标移位;显示移位等。方案二:1602采取并口传输,速度比LCD1604串口快。1602内部集成有显示芯片,能够识别英文字母好和阿拉伯数字,。上行起始位置80H,下行40H。需要先输地址
17、后输数据。直接0x30+数据,就能显示数据了。对于此次设计对显示内容需求,方案一方案二全部能实现,不过因为显示内容比较简单,假如使用LCD1604是对资源浪费,再加LCD1604显示面体积大,功耗比较大,所以此次设计显示模块最终选择了LCD1602。ADC0809时钟信号选择方案开启ADC0809只需要给START引脚送一个下降沿脉冲信号转换才能开始,所以需要产生一个频率为600KHz方波信号。方案一:AD9851高速DD5内核可接收32位频率控制字输入,在180MHz系统时钟下可输出频率小于为180MHz。以数字控制振荡器(DCO)形式产生频率/相位可变正弦波,经过内部10位高速数/ 模转换
18、输出模拟信号。片内高速比较器能够将模拟正弦波信号转变为稳定TTL/CMOS兼容方波输出;AD9851内部华提供了一个高速比较器,内部D/A转换器输出正弦波能够经过它转换为方波输出。方案二:时钟脉冲由单片机中定时器产生一个方波脉冲信号,整个过程是在单片机中经过软件来实现。在实际电路中方案一连接比复杂,对芯片AD9851了解比较少;方案二简单、方便、易于操作,综合实际情况选择采取方案二。1.2.2 系统设计方案最终确定综合上各方案所述,对此次系统方案选定: 采取AT89C51作为主控制系统;液晶显示模块LCD1602作为此次系统显示;用电位器替换传感器作为此次系统温度和湿度信息采集;蜂鸣器作为报警
19、电路关键元器件。经过论证拟采取设计方案内容包含以下几点:选择AT89C51单片机作为整个系统关键器件,发送并时时处理系统信息。数据采集是实现测量和控制首要步骤,是测控系统关键部件,假如没有对原始被测信号进行正确可靠捕捉和转换,一切正确测量和控制全部将无法实现。在这个系统设计中我们选择电位器作为温湿度数据采集。信号采集通道选择: 本设计中用到是电位器,输出是模拟量,需要进行模数转化在本设计系统中。显示电路设计:这里采取液晶LCD-1602进行显示。报警电路设计:在微型计算机控制系统中,为了安全生产,对于部分关键参数或系统部位,全部设有紧急状态报警系统,方便提醒操作人员注意,或采取紧急方法。其方法
20、就是把计算机采集数据或记过计算机进行数据处理、标度变换,这些已经在软件程序里边处理过,所以显示温湿度即为外界采集温湿度,和设定值比较,假如高于上限值(或低于下限值)则进行报警,不然就作为采样正常值,进行显示和控制。本设计采取声光报警电路。温度和湿度任何一个超出设定范围,蜂鸣器均报警。这里我们选择两只二极管来显示温度或湿度其中之一过限,用来显示,这么便于观察,能够愈加直接确实定是要控制那个原因。给工作人员降低了工作量。蜂鸣器报警电路是经过AT89C511根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。温度控制主程序设计应考虑以下问题:a温度显示;b温湿度采样;c越限报警和处理;d温度标度转换。1.2.3 方案设计
21、思想本设计是针对于单片机原理及其应用展开。其中包含了我们大学三年中所学到相关知识,利用我们所学电路知识,单片机技术去设计基于单片机温湿度系统。AT89C51单片机好比一个桥梁,联络着电位器和报警电路设置。经过旋转电位器能够采集不一样温湿度数值,经过A/D转换后输入给单片机,这里我们选择单片机P2.0为输入方法,接收到信号单片机会由P1.0作为实际温湿度输出显示在LCD屏上,同时,若采集温湿度达成软件设置上限值,直接开启报警电路。此时,发光二极管点亮,蜂鸣器响。1.3 总体框图设计温湿度控制系统是由单片机、数据采集系统、A/D转换、警报装置和含有其它辅助功效组成温湿度系统 , 在温湿度控制系统中
22、,手动产生温湿度信号称为系统采集温湿度信号,关键报警装置是发光二极管和蜂鸣器,系统硬件框图图1.1所表示。图1.1 系统硬件框图1.4 主控电路设计硬件设计中最关键器件是单片机AT89C51,它首先控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号转换,其次,将采集到数字电压值经过计算机处理得到对应二进制代码,和设定值作比较。整个系统软件编程就是经过C语言对单片机AT89C51实现其控制功效。1.4.1 单片机发展情况单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。单片机一词最初是源于“Single Chip Microcomputer”,简称SCM。伴随SCM在技术上、体系结构上不停
23、扩展其控制功效,单片机已不能用“单片微型计算机”来表示其内涵。国际上逐步采取“MCU”(Micro Controller Unit)来替换,形成了单片机界公认、最终统一名词。为了和国际接轨,以后应将汉字“单片机”一词和“MCU”唯一对应解释。在中国因为“单片机”一词已约定俗成,故而可继续沿用。假如将8位单片机推出作为起点,那么单片机发展历史大致能够分为以下多个阶段:第一阶段(19761978):单片机探索阶段。以Intel企业MCS-48为代表。MCS-48推出是在工控领域探索,参与这一探索企业还有Motorola、Zilog等。全部取得了满意效果。这就是SCM诞生年代,“单片机”一词即由此而
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