基于單片機(jī)的花卉溫室控溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

1、學(xué) 號(hào)：20140343123物理與電子工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及及接口課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于單片機(jī)的花卉溫室控溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)業(yè):自動(dòng)化級(jí):接本1學(xué)生姓名：宋佳舉指導(dǎo)教師：王承林2014年11 月25 日物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè):自動(dòng)化班級(jí)： 接本1學(xué)生姓名宋佳舉學(xué)號(hào)20140343123課程名稱單片機(jī)設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的花卉溫室系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的： 溫室由2kw電爐加熱，最高溫度為 35 C。10C。 溫室溫度可預(yù)置，過(guò)程是恒溫控制，溫度控制誤差1C。 預(yù)置是顯示設(shè)定溫度，停止加熱時(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度，顯示精度到 溫度超出預(yù)置溫度10 C時(shí)發(fā)出報(bào)警。 對(duì)升降溫過(guò)程的線性沒(méi)有要求。設(shè)計(jì)目的、 主要內(nèi)

2、容 （參數(shù)、方 法）及要求 對(duì)溫室的濕度沒(méi)有要求?？傮w方案確定后，可參考國(guó)內(nèi)外同類項(xiàng)目、產(chǎn)品，提出合理可行的技術(shù)指針。主要技 術(shù)指針是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)，此后的整個(gè)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程都將圍繞他們進(jìn)行。 將總體設(shè)計(jì)方案具體化、細(xì)化。畫(huà)出各部分功能框圖，大致給出各框圖的實(shí)現(xiàn)方法， 明確哪些部分由軟件完成。由于硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)相互影響，因此，從簡(jiǎn)化電路 結(jié)構(gòu)、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實(shí) 現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)完成，但也考慮到以軟件代替硬件的實(shí)質(zhì)是以降低系統(tǒng)實(shí)時(shí) 性、增加處理時(shí)間為代價(jià)的，而且軟件設(shè)計(jì)引用、研制周期也將增加。因此系統(tǒng)的軟、 硬件功能分配應(yīng)根

3、據(jù)系統(tǒng)的要求及實(shí)際情況合理安排。工作量2周時(shí)間，每天3學(xué)時(shí)，共計(jì)42學(xué)時(shí)進(jìn)度安排第1天：整理資料，查閱資料。第2-3天：整理報(bào)告，確定初稿。第4-14天：完成程序設(shè)計(jì)，整理交稿。1周潤(rùn)景，天大學(xué)出版2 王忠飛， 學(xué)出版社，張麗娜.基于 PROTEUS勺電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 M.北京：航空航,2006.P321 P326胥芳.MCS-51單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用M 西安：西安電子科技大2007. P268-273主要參考資料3 Microchip 24C01B/02B 8 位 PIC?單片機(jī)產(chǎn)品手冊(cè)ED/OL指導(dǎo)教師簽字王承林教研室主任簽字2摘要進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)園藝產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)

4、展，以花卉為主的作為觀賞和 禮品的植物設(shè)施栽培在大江南北遍地開(kāi)花，設(shè)施園藝被看作是21世紀(jì)最具活力的新產(chǎn)業(yè)。溫室是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類觀賞花卉對(duì)溫 度的要求也不盡相同。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控制溫室環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)由中央控制 裝置、終端控制設(shè)備、傳感器等組成。先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件 的管理程序表，存儲(chǔ)于電子計(jì)算機(jī)的記憶裝置中，電子計(jì)算機(jī)根據(jù)程序表確認(rèn)、修 正各棟溫室內(nèi)的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設(shè)備向中央控制裝置輸送 檢測(cè)信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號(hào)，使電器機(jī)械設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作，實(shí) 現(xiàn)溫室環(huán)境調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可自動(dòng)控制加熱、降

5、溫、加濕、灌溉、通風(fēng)。根據(jù)需要， 通過(guò)鍵盤(pán)將信息輸入中央管理室，根據(jù)情況可隨時(shí)調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動(dòng)化控制 系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技術(shù)的體現(xiàn)。本文將使用單片機(jī)對(duì)溫度控制的基本原理實(shí)例化，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)控制花房?jī)?nèi)的溫度的 花房溫度控制系統(tǒng)。目的是利用課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間學(xué)習(xí)一種利用單片機(jī)對(duì)花房溫度 進(jìn)行控制的方法。關(guān)鍵詞：花卉溫室系統(tǒng)設(shè)計(jì)CPU負(fù)擔(dān)，提高工作速度。課程設(shè)計(jì): 目的；在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件、硬件緊密相關(guān)。多用硬件可減輕多用軟件可降低成本， 但軟件人員的工作量增大。 對(duì)于一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)， 有些部分必須由硬件完成， 有些部分必須由軟件完成，對(duì)于軟、硬件都可完成的交叉部分，

6、應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最佳方案， 以達(dá)到最佳性能價(jià)格比意義； 程序應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)。這不僅有利于程序的進(jìn)一步擴(kuò)充，而且也有利 于程序的修改和維護(hù)。 操作性能好，使用方便 具有一定的保護(hù)措施系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)一定的檢測(cè)程序，例如狀態(tài)檢測(cè)和診斷程序， 以便系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，便于查找故障部位。對(duì)于重要的參數(shù)要定時(shí)存儲(chǔ)，以防止因 掉電而丟失數(shù)據(jù) 提高程序的執(zhí)行速度 給出必要的程序說(shuō)明目錄第一章 設(shè)計(jì)概述1.1課題背景 1.2 立題的目的和意義1.3 花卉設(shè)施栽培簡(jiǎn)介溫室的分類 花卉生長(zhǎng)與環(huán)境因素的關(guān)系1.3.1花房溫濕度控制系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計(jì)1.3.2第二章2.1 花房溫濕度控制系統(tǒng)的組成和工作原理2.2

7、報(bào)警電路2.3 按鍵電路2.4 溫度檢測(cè)電路2.4.1 DS18820 的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和控制步驟2.4.2 溫度數(shù)據(jù)的處理方法2.5 液晶顯示模塊2.6 恒溫保持控制模塊 第三章 系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)處理3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1.1. 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成3.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)1110第四章心得體會(huì) 參考文獻(xiàn) 附錄 第一章 設(shè)計(jì)概述1.1 課題背景隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展， 設(shè)施園藝工程因其涉及學(xué)科廣、 科技含量高、 與人民生活關(guān) 系密切，己越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。 這也為我國(guó)大型現(xiàn)代化溫室的發(fā)展提供了極好的機(jī)遇，并產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。 我國(guó)的現(xiàn)代化溫室是在引進(jìn)與自我開(kāi)發(fā)并進(jìn)的過(guò) 程中發(fā)展起來(lái)的。1.2

8、 立題的目標(biāo)及意義MCU根據(jù)情況可隨時(shí)是設(shè)施栽培高新技術(shù)利用現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)目的是利用畢業(yè)設(shè)計(jì)的這溫室是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一， 不同種類觀賞花卉對(duì)溫度及濕度等 生長(zhǎng)所需條件的要求也不盡相同， 為它們提供一個(gè)更適宜其生長(zhǎng)的封閉的、 良好的生 存環(huán)境， 以提早或延遲花期， 最終將會(huì)給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 隨著現(xiàn)代科技的 發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控制溫室環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設(shè)備、 傳感器等組成。 先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件的管理程序表， 存儲(chǔ)于電 子計(jì)算機(jī)的記憶裝置中， 電子計(jì)算機(jī)根據(jù)程序表確認(rèn)、 修正各棟溫室內(nèi)的參數(shù)， 并給 終端控制系統(tǒng)指令。 終端控制

9、設(shè)備向中央控制裝置輸送檢測(cè)信息， 根據(jù)中央控制裝置 的指令輸出控制信號(hào)， 使電器機(jī)械設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作， 實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境調(diào)節(jié)。 該系統(tǒng)可自動(dòng) 控制加熱、降溫、通風(fēng)。根據(jù)需要，通過(guò)按鍵將溫度信息輸入 調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動(dòng)化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用， 的體現(xiàn)。本文將使用 8051 型單片機(jī)對(duì)溫度及濕度控制的基本原理實(shí)例化， 一個(gè)實(shí)時(shí)控制花房?jī)?nèi)的溫度及濕度的花房溫濕度控制系統(tǒng)。 段時(shí)間學(xué)習(xí)一種利用 8051 型單片機(jī)對(duì)花房溫濕度進(jìn)行控制的方法。1.3 花卉設(shè)施栽培簡(jiǎn)介1.3.1 溫室的分類 溫室的種類繁多， 我國(guó)各地區(qū)常見(jiàn)的溫室大多根據(jù)不同用途、 不同溫度、 種植花木的 種類、覆蓋材料、建筑結(jié)構(gòu)等進(jìn)

10、行分類。（一）根據(jù)用途分類 根據(jù)溫室不同的作用可分展覽溫室、繁殖溫室、盆花溫室、切花溫室、促成溫室等。（二）根據(jù)室內(nèi)溫度分類 根據(jù)溫室內(nèi)溫度的高低可分高溫溫室、中溫溫室、低溫溫室等。（三）根據(jù)覆蓋材料分類根據(jù)溫室的覆蓋材料可分玻璃溫室、 塑料薄膜溫室、聚碳酸酯中空板、 波瓦板溫室等。溫室的分類方法多樣，在此就不一一贅述1.3.2 花卉生長(zhǎng)與環(huán)境因素的關(guān)系（一）溫度影響花卉的發(fā)育狀況 溫度不僅影響花卉種類的地理分布，而且還影響各 種花卉生長(zhǎng)發(fā)育的每一過(guò)程和時(shí)期。 如種子或球根的休眠、 莖的伸長(zhǎng)、 花芽的分化和 發(fā)育等， 都與溫度有密切關(guān)系。 同一種花卉的不同發(fā)育時(shí)期對(duì)溫度有不同的要求， 即 從種

11、子發(fā)芽到種子成熟，對(duì)于溫度的要求是不斷改變的。 以一年生花卉來(lái)說(shuō)，種子 萌發(fā)可在較高溫度中進(jìn)行， 幼苗期間要求溫度較低， 但以后幼苗漸長(zhǎng)到開(kāi)花結(jié)實(shí)階段， 對(duì)溫度的要求逐漸增高。 二年生花卉種子的萌芽在較低的溫度下進(jìn)行，在幼苗期間 要求的溫度更低，否則不能順利通過(guò)春化階段，而當(dāng)開(kāi)花結(jié)實(shí)時(shí)，則要求稍高于營(yíng)養(yǎng) 生長(zhǎng)期的溫度。低溫又是很多種子打破休眠期的關(guān)鍵， 如在海拔1800米的百花山頂 上采收金蓮花種子，在常溫下于北京露地播種，很少有發(fā)芽的，經(jīng)低溫處理后，發(fā)芽 率可達(dá)60%以上。（二）溫度影響花卉的養(yǎng)分積累白天溫度高，有利于光合作用形成碳水化合物；晚上溫度低，有利于抑制呼吸作用對(duì)碳水化合物的分解。

12、適宜的晝夜溫差：熱帶植物， 36C ;溫帶植物57C ;沙漠植物10C以上。（三）溫度影響花芽分化和開(kāi)花一些植物必須在氣溫高于25C的條件下進(jìn)行花芽分化，經(jīng)過(guò)一定低溫打破休眠而開(kāi)花。如杜鵑、山茶、梅、唐菖蒲、晚香玉、美人 蕉等。一些植物需在較低溫或低溫下進(jìn)行花芽分化。如秋播草花金盞菊、雛菊等。（四）溫度影響花色很多花卉隨著溫度的升高和光強(qiáng)的減弱其花色變淺。如月季花、 大麗花在高溫條件下栽培顏色變淺，冷涼處變艷。（五）極限高溫、極限低溫可導(dǎo)致植物死亡。驟然的高溫與低溫對(duì)花卉生長(zhǎng)和發(fā)育也 有很大的影響，溫度過(guò)高低都會(huì)使花卉受到損害或死亡。第二章 花房溫度控制系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計(jì)2.1花房溫度控制系

13、統(tǒng)的組成和工作原理本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成， 硬件部分主要完成各種傳感器信號(hào)的采 集、轉(zhuǎn)換、各種信息的顯示等；軟件主要完成信號(hào)的處理及控制功能等。本系統(tǒng)由三 大模塊組成：主控模塊、傳感器模塊、顯示模塊 ；又分六部分組成：控制核心部分、溫 度數(shù)據(jù)采集部分、加熱裝置控制部分、液晶顯示部分、按鍵輸入部分和報(bào)警提示部分。 單片機(jī)啟動(dòng)溫度采集電路完成溫度的一次轉(zhuǎn)換，然后讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量并轉(zhuǎn)化成當(dāng) 前的溫度呈現(xiàn)在顯示模塊中，并將當(dāng)前的溫度與通過(guò)按鍵輸入電路設(shè)定的保持恒溫度 數(shù)進(jìn)行比較，以實(shí)現(xiàn)溫度的控制。還可以通過(guò)按鍵設(shè)置溫度的上下限值以實(shí)現(xiàn)超溫或 低溫報(bào)警提示功能。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)要對(duì)溫度

14、的控制精度達(dá)到0 . 1C。2.2報(bào)警電路報(bào)警電路采用蜂鳴器作為發(fā)聲裝置，當(dāng)溫度高于設(shè)定的上限值或低于下限值，給 蜂鳴器送周期為1s，占空比為50%的方波，報(bào)警的時(shí)間可以持續(xù)1分鐘或等待按鍵 解除報(bào)警，這由軟件控制實(shí)現(xiàn)。2.3按鍵電路采用2X3的小鍵盤(pán)，鍵盤(pán)的識(shí)別可以采用兩種方法：行掃描法和行反轉(zhuǎn)法。兩 種方法都要注意消除按鍵的抖動(dòng)。文中采用行掃描法并做成子程序，出口參數(shù)為按鍵的鍵值。定義鍵K1設(shè)置TH, K2設(shè)置TL，K3調(diào)高TH或TL，K4調(diào)低TH或TL，K5對(duì)TH或TL的數(shù)值進(jìn)行確認(rèn)。2.4溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)電路采用智能溫度傳感器 DSI8820,它與單片機(jī)相連只需要3線，減少 了外部

15、的硬件電路。DSI8820主要性能特點(diǎn)如下： 測(cè)溫的范圍為-55125C，最大分辨率可以達(dá)到0. 0625r； 電源電壓范圍為3. 05. 5V; 供電模式：寄生供電和外部供電；封裝形式有兩種：3腳的TO-92封裝和8腳的SOIC封裝；(5) 可編程的溫度轉(zhuǎn)換分辨率，分辨率為 912位(包括1位符號(hào)位)，由配置寄存器 決定具體位數(shù)，配置寄存器的格式如表 2-1所示。TMR1R011111表2-1其中RIRO是用來(lái)設(shè)定分辨率的，分辨率的定義如表 2-2所示。R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750表2-2由表2-2可以看出，分辨率設(shè)定得越

16、高，溫度轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，因此應(yīng) 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要來(lái)選擇合適的分辨率。本文中選取12位分辨率，每隔1秒檢測(cè)一次溫度。12位分辨率的溫度數(shù)據(jù)值格式如下：當(dāng)S=0表示測(cè)得的溫度為正值，當(dāng)S=l表示溫度LSBf T T 2 才 2 2一2 2一曠 高溫MSB； SSSSS T 2 2測(cè)得的溫度為負(fù)值。2.4.1 DSI8820的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和控制步驟（一）存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)DSI8820的存儲(chǔ)器有高速暫存 RAM和非易失性電擦寫(xiě)EEPRQM高速暫存RAM的內(nèi) 容從低字節(jié)到高字節(jié)9個(gè)字節(jié)依次為：溫度LSB溫度MSB高溫限值字節(jié)TH低溫 限值字節(jié)TL、配置寄存器、保留、保留、保留，最后一個(gè)字節(jié)是前 8個(gè)字

17、節(jié)的CRC 碼。EEPRO用來(lái)存儲(chǔ)TH和 TL。（二） DSI8820的控制步驟（1）首先對(duì)DSI8820進(jìn)行復(fù)位。由單片機(jī)將數(shù)據(jù)線 DC拉至低電平480-960卩s, 然后將DQ拉高15-60卩s，以便單片機(jī)檢測(cè)到DSI8820送來(lái)的低電平響應(yīng)。然后檢 測(cè)DQ若DQ仍然為高電平，則復(fù)位操作失敗，可采用循環(huán)的方式再次對(duì)其進(jìn)行復(fù)位； 若DQ為低電平，則復(fù)位操作成功。DSI8820的ROMS作命令。DSI8820復(fù)位后，主機(jī)可以發(fā)器件ROM勺操作命令如讀 ROM33H、匹配ROM55H、跳過(guò)ROM0CCH報(bào)警搜索4EH等。在單點(diǎn)總線的情況 下，可發(fā)跳過(guò)ROM0CCH|作命令，以節(jié)省時(shí)間。另外，文中

18、有報(bào)警的功能，溫度轉(zhuǎn) 換后還需要發(fā)報(bào)警搜索命令，該命令會(huì)將最近一次測(cè)得的溫度值T與高速RAM中的TH或TL作比較，若TTH或 T 90%)(90%x 80%)(80%x 70%)(70%x 60%)(x60%)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分分值平時(shí)考核20學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn) 真，科學(xué)作風(fēng) 嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保 證設(shè)計(jì)時(shí)間并 按任務(wù)書(shū)中規(guī) 定的進(jìn)度開(kāi)展各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書(shū)規(guī)定的任務(wù)。學(xué)習(xí)態(tài)度尚 好，遵守組織 紀(jì)律，基本保 證設(shè)計(jì)時(shí)間，按期完成各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度尚 可，能遵守組 織紀(jì)律，能按 期完成任務(wù)。學(xué)習(xí)馬虎， 紀(jì)律渙散， 工作作風(fēng) 不嚴(yán)謹(jǐn)，不 能保證設(shè) 計(jì)時(shí)間和 進(jìn)度。課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告報(bào)告內(nèi)容組織書(shū)寫(xiě)20結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏 輯性強(qiáng)，層次 清晰，語(yǔ)言準(zhǔn) 確，文字流暢, 完全符合規(guī)范 化要求，書(shū)寫(xiě) 工整或用計(jì)算 機(jī)打印成文； 圖紙非常工 整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語(yǔ)言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書(shū)寫(xiě)工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，層 次較為分明， 文理通順，基本達(dá)到規(guī)范 化要求，書(shū)寫(xiě) 比較工整；圖 紙比較工整、 清晰。結(jié)構(gòu)基本合理，邏輯基本清楚，文字尚通順，勉強(qiáng)達(dá)到規(guī)范化要求；圖紙比較工整。內(nèi)容空泛， 結(jié)構(gòu)混亂， 文字表達(dá) 不清，錯(cuò)別 字較多，達(dá) 不到規(guī)范 化要求；圖 紙不工整 或不清晰