自動控制系統(tǒng)工程溫室大棚溫濕度系統(tǒng)的設(shè)計

1、自動控制系統(tǒng)工程設(shè)計論文論文題目：溫室大棚溫濕度系統(tǒng)的設(shè)計姓 名： 班 級： 學(xué) 號： 授課老師： 日 期： 溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計一、溫室控制系統(tǒng)設(shè)計的背景隨著經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高，對農(nóng)產(chǎn)品的需求量也越來越大。農(nóng)用大棚為解決我國城鄉(xiāng)居民菜籃子問題，促進(jìn)農(nóng)民增收和推進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)揮了重要作用。溫室種植已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。而傳統(tǒng)的室種植是在大溫室棚內(nèi)懸掛溫度計，工人根據(jù)讀取的溫度值調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度；而濕度控制只能根據(jù)工人的經(jīng)驗判斷是否需要進(jìn)行灌溉。這種靠人工控制溫濕度的方式，既耗費人力又不精確傳統(tǒng)的溫濕度調(diào)節(jié)措施表現(xiàn)出極大地局限性建造先進(jìn)溫室有利于解

2、決靠天吃飯的問題，防止惡劣天氣，排除季節(jié)因素給生物創(chuàng)造出一個適宜的生長環(huán)境，消除對作物生長不利的環(huán)境因素來促進(jìn)生物生長，使其部分或完全克服外界氣候的制約，從而縮短作物的生長周期，提高作物的產(chǎn)量，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)目前還存在著諸如土地利用率低、 盲目引進(jìn)溫室、 設(shè)施結(jié)構(gòu)不合理、 能源浪費嚴(yán)重、運營管理費用高、管理技術(shù)水平低、勞動生產(chǎn)率低及單位面積產(chǎn)量低 等諸多問題，但隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，我國設(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、自動化、機(jī)械化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的工廠農(nóng)業(yè) 發(fā)展，為社會提供更加豐富的無污染、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。二、溫室控制系統(tǒng)的控制

3、要求 該溫室大棚的控制需要滿足以下要求：當(dāng)溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度發(fā)生變化時，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行實時的調(diào)節(jié)，控制電機(jī)帶動卷簾門和通風(fēng)口的大小，來調(diào)節(jié)棚內(nèi)的溫度和濕度，來維持作物的正常生長。本系統(tǒng)利用單片機(jī)作為主控機(jī)，對溫室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行實時的監(jiān)測和調(diào)控，以滿足溫室內(nèi)植物生長的環(huán)境要求。 1、溫濕度實時、準(zhǔn)確的顯示。通過單總線數(shù)字式溫度傳感器ds18b20進(jìn)行溫度采集,采用濕敏電容hs1100對適度參數(shù)進(jìn)行采集，通過單片機(jī)at89c51對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由lcd顯示屏對當(dāng)前的溫度值和濕度值進(jìn)行顯示。2、鍵盤輸入并顯示。操作人員可根據(jù)不同作物的不同時期的最適宜生長環(huán)境將溫度值和濕度值由鍵盤輸入

4、并且由顯示器進(jìn)行顯示。便于調(diào)節(jié)作物在不同生長期所需的最適宜生長環(huán)境，以滿足不同用戶的需求。3、超限報警功能。報警模塊具有兩項功能，即為報警燈和聲音報警。當(dāng)采集到的溫度、濕度值與標(biāo)準(zhǔn)值之間存在較大差異時，及時啟動報警裝置進(jìn)行報警，并采取相應(yīng)的措施，實現(xiàn)通信功能。配有通信接口可方便的與計算機(jī)進(jìn)行通信，將采集到的溫度值和濕度值傳送到計算機(jī)上，以便進(jìn)行實時的監(jiān)控。三、溫室控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 檢測電路 調(diào)節(jié)電路at89c51 顯示電路 鍵盤電路 復(fù)位電路 報警電路 大棚溫濕度控制原理圖1、溫度調(diào)節(jié)模塊方案一 電路圖如圖所示，由pwm控制溫度調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)pwm端輸入高電平時，電流經(jīng)q1放大，光耦導(dǎo)通，光耦

5、輸出電流經(jīng)q2放大后，使雙向可控硅導(dǎo)通，m4qa045電機(jī)運轉(zhuǎn)，當(dāng)pwm端輸入低電平時，雙向可控硅控制端輸入電流為0，交流電過零以后，雙向可控硅截止，m4qa045電機(jī)停止運轉(zhuǎn)。方案二 電路圖如圖所示，由pwm控制溫度調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)pwm端輸入高電平時，電流經(jīng)q4放大，常開端5閉合，m4qa045電機(jī)運轉(zhuǎn)，當(dāng)pwm端輸入低電平時，常開端5斷開，m4qa045電機(jī)停止運轉(zhuǎn)。方案一采用光耦隔離強(qiáng)電，方案二采用繼電器隔離強(qiáng)電，但方案一沒有實現(xiàn)強(qiáng)電與直流源的隔離，且方案一環(huán)節(jié)復(fù)雜，計算難度大，過多的環(huán)節(jié)延長響應(yīng)時間，從而影響溫度調(diào)整模塊的性能，所以選擇方案二。2、報警電路的設(shè)計如圖所示，單片機(jī)在buzz

6、er端輸入信號控制濕度報警模塊。當(dāng)濕度大于65%rh或者小于45%rh時，buzzer端輸入高電平，電流經(jīng)q3放大，使蜂鳴器工作；當(dāng)濕度處于45%rh和65%rh之間時，buzzer端輸入低電平，蜂鳴器不工作。四、控制系統(tǒng)設(shè)備的選型 1、單片機(jī)的選擇：由于溫室大棚所控制的量比較少，且所要求實現(xiàn)的功能也不是很多，所以最后選擇了8位的51系列單片機(jī)。at89c51片內(nèi)喊有28字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器ram，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器。對于簡單的測控系統(tǒng)，用它存放運算的中間結(jié)果，容量是夠用的。但是對于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴(kuò)展ram。由于本設(shè)計采用大量溫濕度傳感器，所以一片at

7、89c51芯片是不夠用的，所以要對at89c51的數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行擴(kuò)展，因此，選用6264數(shù)據(jù)存儲器一片。單片機(jī)的測量過程如下：測量過程是先溫度后濕度的順序，首先對溫度進(jìn)行采樣，每一個溫度點采樣5次，計算平均值作為采樣值送入顯示和存儲的相應(yīng)單元進(jìn)行存儲和傳感器的編號和溫度的顯示，然后判斷溫度是否超過設(shè)定溫度，如果溫度超標(biāo)則報警并根據(jù)傳感器的位置判斷啟動通風(fēng)設(shè)備還是加熱設(shè)備，如果不超標(biāo)就繼續(xù)檢測下一個點的溫度，知道整個大棚的多個點溫度全部測試完成，然后計算和顯示大棚的平均溫度，然后對8個點的濕度進(jìn)行測量并且顯示，也是按照每個點測量5次然后取平均值的方法計算，來減少干擾因素帶來的誤差，8個點的濕度測

8、量完成后計算并顯示大棚的平均濕度。同樣與設(shè)定的濕度值比較如果超標(biāo)就報警，并啟動風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)處理。然后系統(tǒng)返回再進(jìn)行溫度和濕度的巡回測量和顯示。2、傳感器的選擇：本設(shè)計中使用ds18b20來實現(xiàn)對大棚內(nèi)溫度的采集，該傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。使用ds18b20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高。芯片的耗電量很小，一般不用獨立的電源進(jìn)行供電。該芯片在檢測點已把被測信號數(shù)字化了。因此在單總線上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，這使得系統(tǒng)的抗干擾性好、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)。3、顯示器的選擇：當(dāng)傳感器采集回來的溫度和濕度經(jīng)過單

9、片機(jī)處理后，要送到顯示器顯示出來。顯示器由led和lcd液晶顯示器兩種。led顯示器主要有使用壽命長、響應(yīng)速度快、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品種多、數(shù)字化程度高、亮度高、可視角度大，功耗低等優(yōu)點。lcd顯示器分辨率比較高，但是價格比較高。所以綜合考慮，本系統(tǒng)中采用led作為顯示器來顯示溫室內(nèi)的濕度和溫度。既滿足了工程設(shè)計的要求，又節(jié)省了成本。4、為了方便工作人員實時的對溫室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)視，本設(shè)計還將傳感器采集回來的數(shù)據(jù)通過rs232串口傳到計算機(jī)中的上位機(jī)上，來進(jìn)行監(jiān)視。五、系統(tǒng)的軟件設(shè)計 1、整體方案設(shè)計：2、pwm程序設(shè)計：如圖所示，進(jìn)行中斷程序初始化，設(shè)置定時器t0中斷時間為1ms，中斷1

10、00次，即100ms作為一個脈沖周期，每中斷一次，由變量t0_number進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)變量t0_number大于100時，給變量t0_number賦值0，重新開始計數(shù)，當(dāng)變量t0_number小于變量pwm_width_h時，輸出高電平，當(dāng)變量t0_number大于變量pwm_width_h時，輸出低電平，以此控制脈寬。#include #include #define lcd_db p2sbit dq = p10;sbit buzzer = p11;sbit pwm = p12;sbit lcd_rs = p14;sbit lcd_rw = p15;sbit lcd_e = p16;sbit

11、 heat = p17;void initial(void);void read_dht11(void);void lcd_write_command(unsigned char com);void lcd_display_char(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char dat);unsigned char read_dht11_char(void);void control_temperature_humidity(void);void delay_xms(unsigned int time_xms);void delay_x10us

12、(unsigned int time_x10us);unsigned char stop_system = 0;unsigned char lineone = “ts(0-50): c”;unsigned char linetwo = “hs(20-90): %rh”;unsigned int t0_number = 0, t1_number, pwm_width_h;unsigned char temperature_ten, temperature_one, humidity_ten, humidity_one;unsigned char temperature_h, temperatur

13、e_l, humidity_h, humidity_l, checkdata;void initial(void)unsigned char i, j;tmod = 0x11;/定時器0工作方式1，16位計數(shù)器；定時器1工作方式1，16位計數(shù)器th1 = 0xfc;/定時器1溢出周期1ms，延時th1 = 0x66;th0 = 0xfc;/定時器0中斷周期1ms，pwm tl0 = 0x66;ea = 1;et1 = 1;et0= 1;ex0 = 1;it1 = 1;tr0 = 1;lcd_write_command(0x38);/設(shè)置8位格式，2行，5x7lcd_write_command(

14、0x0c);/設(shè)置整體顯示，關(guān)閉光標(biāo)，且不閃爍lcd_write_command(0x06);/設(shè)置輸入方式，增量不移位lcd_write_command(0x01);/清屏for (i = 0; i 16; i+)lcd_display_char(i, 1, lineonei);for (j = 0; j 16; j+)lcd_display_char(j, 2, linetwoj);lcd_display_char(14, 1, 0xdf);/顯示void read_dht11(void)dq = 0;delay_xms(18);dq = 1;delay_x10us(2);if (dq =

15、 0) while (dq = 0);while (dq = 1);humidity_h = read_dht11_char();humidity_l = read_dht11_char();temperature_h = read_dht11_char();temperature_l = read_dht11_char(); unsigned char read_dht11_char(void)unsigned char i, temp_one, temp_two; for (i = 0; i 8; i+)while (dq = 0);delay_x10us(3);if (dq = 0)temp_one = 0;elsetemp_one = 1;temp_two 28) /溫度轉(zhuǎn)速pwm_width_h = 100;else if (temper