大棚温湿度自动控制系统设计
摘要：本设计是基于STC89C52RC单片机的大棚温湿度自动控制系统，采用SHT10作为温湿度传感器，LCD1602液晶屏进行显示。SHT10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LCD1602上，同时将其与设定值进行对比，如果超出上下限，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：STC89C52RC，SHT10，I2C总线，独立式键盘，温湿度自动控制
Abstract: This design is an automatic temperature and humidity controller for greenhouses, with the STC89C52RC MCU being its main controller. It uses the SHT10 as the temperature and humidity sensor, and the LCD1602 to display the messages. The SHT10 uses a timing sequence much like the I2C to communicate with the micro-controller. Because it’s a highly integrated chip, it already includes an analog to digital converter. Therefore, it’s quite convenient to use, and also accurate and durable. The LCD1602 can display two lines of messages, with the first line for temperature and the second line for humidity. The design can measure the temperature and humidity in a greenhouse, and then display it on a LCD1602. Meanwhile, it compares the data with the set limit. If the limit is exceeded, then the system will send out a warning using a buzzer and activate the temperature and humidity controlling equipment. Besides, the set limit can be modified with the independent keyboard. Through schematic design and Proteus simulation, the feasibility of this design has been proved. Keywords: STC89C52RC, SHT10, I2C bus, independent keyboard, temperature and humidity control
目录
1 前言 (1)
2 总体方案设计 (3)
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 (3)
2.3 方案比较 (4)
2.3.1 方案一 (4)
2.3.2 方案二 (4)
2.4 方案论证 (5)
2.5 方案选择 (5)
3 单元模块设计 (6)
3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 (6)
3.1.1 单片机最小系统 (6)
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 输出电路设计 (10)
3.1.6 电源的设计 (12)
3.1.7 按键电路设计 (13)
3.1.8 串口通信电路 (14)
3.2 元件清单 (15)
3.3 关键器件的介绍 (17)
3.3.1 STC89C52RC (17)
3.3.2 SHT10温湿度传感器 (19)
4 系统软件设计 (22)
4.1 软件设计的总体结构 (22)
4.2 主要模块的设计流程框图 (24)
4.2.1 主程序流程图 (24)
4.2.2 SHT10子程序流程图 (25)
4.2.3 LCD1602子程序流程图 (27)
4.2.4 输出控制子程序流程图 (28)
4.2.5 键盘扫描子程序流程图 (29)
4.3 软件设计所用工具 (31)
4.3.1 Keil uVision4 (31)
4.3.2 Proteus (31)
5 系统调试 (32)
5.1 用Proteus搭建仿真总图 (32)
5.2 用Keil对程序进行调试、编译 (33)
6 结论 (36)
6.1 系统的功能 (36)
6.2 系统的指标参数 (36)
6.3 系统功能分析 (36)
7 总结与体会 (38)
8 致谢 (39)
9 参考文献 (40)
附录1 系统的电路原理图 (41)
附录2 系统仿真总图 (42)
附录3 系统实物照片 (43)
附录4 系统源程序 (44)
附录5 英文参考资料 (46)
1 中文翻译 (46)
2 英文原文 (49)
1 前言
温室大棚作为一种高效的农业生产方式，与传统农业生产方式相比具有很大的优点。温室农业生产可以获得高产和优质的蔬菜、花卉、瓜果，不仅可改变这些产品按自然季节供应的模式，延长其供应期，而且可在不同地方进行种植，达到所谓“地不分东西南北，食不分春夏秋冬”。温室农业可以改变传统农业劳动力冬闲夏忙的安排，以小面积获得高产，减轻大面积的土地压力。温室农业采用适时适量供水的优化用水同时配以微灌和高湿环境，可达到农业用水高效高产，按产品的数量平均计算，节省水分量是很大的。这种设施系统可以从简易到全自动控制，适宜各种状况下的选择，特别是对于日光温室、塑料大棚，相对投资较少。若能降低成本、采用经久耐用的低成本采光材料，发展前景将更为广阔，即使在一些偏远地区的农村、场所，也可以修建单个的温室和塑料大棚，进行环境控制下的蔬菜和瓜果的生产，改变这些地区的生活条件。
要想实现温室大棚高效增产的作用，对温湿度的准确控制是极其重要的。温室内空气湿度的日变化受天气、加温及通风换气量的影响，阴天或灌水后室内空气湿度几乎都在90％以上。晴天在傍晚关窗至次日早晨开窗前温室维持在高湿度。室内湿气遇冷后凝结成水滴附着在薄膜或玻璃的内表面上，待到加温或日出后，室内温度上升，湿度逐渐下降，附着在屋顶上的水滴随之消失。温湿度的较大变化对农作物的生长十分不利，研究结果表明，由于植物体内水分不足导致气孔关闭，首先妨碍了CO2的交换，而使饱和作用显著下降，特别是在缺水状况加剧时，给细胞原生质的生化作用带来影响，光合作用显著下降。而温度在夜间下降过低也会影响光合作用的效率。
因此，非常有必要使用一套温湿度控制系统，以维持温室大棚内的温度、湿度在一个合适的范围，实现大棚内农作物的水分、养分的有效供给，提高光合作用的效率，从而达到增产目的。
传统的温湿度控制是在温室大棚内部悬挂温、湿度计，通过读取温、湿度值进而了解实际的温度和湿度，然后根据现检测的温湿度与额定值进行比较，看温湿度是否超过限定值，然后进行相应的通风或者相应的洒水。这些操作都是人工的，耗费了大量的人力以及物力。现在，随着国家经济的迅速发展，农业产业规模的进一步提高，大棚中培育出的农产品品种数量的逐渐增多，对于数量较多而又大型的大棚，传统的温湿度控制措施就出现了局限性。这要求我们提高温湿度检测与控制技术，来满足对温室大棚建设的需要。
在本设计中，采用单片机来控制温湿度，不仅具有廉价、配置简单和灵活的优势，
而且可以大大提高所测温湿度的技术指标，从而可以提高产品的数量和质量。单片机因为它具有功能强、高可靠性、体积小、造价便宜和开发周期短这些优势，广泛用于自动化测量和控制现场设备，特别是在日常生活中发挥的日益重要的作用。
这次选用STC89C52RC作为主控制器，可以从按键电路输入设定的温湿度，通过温湿度传感器SHT10对温度、湿度信号进行采集，然后通过I2C总线与单片机通信，并将温湿度显示在液晶屏LCD1602上，单片机把它们与设定的值进行对比后决定是否报警，并启动空调设备对温湿度进行调节。
2 总体方案设计
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：有；
2.2 系统设计的原则
2.2.1 可靠性
可靠性是在设计过程中应该优先考虑的一个因素，一个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。
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STC89C52RC 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I 2C 总线与单片机连接。
继电器 键盘输入 加热器
制冷器
加湿器
除湿器
液晶显示 蜂鸣器报警 温湿度传感器
PLC
温 室 大 棚
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。
温湿度传感器 单片机 加热器 制冷器 加湿器 除湿器
键盘输入 蜂鸣器报警
继电器 液晶显示 温 室 大 棚
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
单片机最小系统包括单片机、电源电路、时钟电路和复位电路。
时钟电路用于产生单片机工作时候所必须的时钟信号，单片机在时钟信号的节拍下逐条地执行指令。单片机有两种时钟信号产生方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。外部时钟方式是把已有的时钟信号从XTAL1或XTAL2送入单片，一般用于有多个单片机的情况，所以本设计中时钟电路采用内部时钟方式，选用12M的晶振和两个30pF的电容与片内的高增益反相放大器构成一个自激振荡器。
电源电路后面的模块中会单独提到，用5V的直流电源。下面着重论述一下复位电路。
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，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LCD1602内部固化的一些字符的字模，比如英文的26个字母的大小写；CGRAM用来保存用户自己取的字模，比如，如果要显示汉字，就必须自己去汉字字模，在这里我们都用英语字母，故不用CGRAM；DDRAM用来存储要显示的字符的字模，它和屏幕上的位置是对应的，第一行为00H到0FH，第二行为40H到4FH。在这里需要注意的是，在向LCD1602写入显示数据存储器地址时，根据控制指令的格式，最高位D7为1，所以写入的数据为，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。
它与单片机的接口电路如下图所示：
图3.3 LCD1602与单片机的接口电路
3.1.3 温湿度传感器模块
温湿度传感器选用瑞士Sensirion公司生产的SHT10。SHT1X系列共有三个型号：SHT10、SHT11、SHT15，他们都是SMD贴片封装的，他们依次性能越来越好，其中SHT10属于经济型的温湿度传感器。三者的温湿度性能如下图所示。
图3.4 SHT1X系列各型号传感器的湿度、温度最大误差
从曲线中可以看出，无论是湿度还是温度，SHT10的误差都是最大的，SHT15误差最小，但是它们的价格也相差很大，SHT10多为二三十元一个，而SHT15价格上百。因此，从满足大棚温湿度监测的要求来看，SHT10已经足够，故选用SHT10。
SHT10与单片机的接口电路如下所示：
图3.5 SHT10与单片机的接口电路
SHT10采用类似于I2C的两线制串行总线，一根是时钟线，一根是数据线。数据线要通过一个上拉电阻接到VCC，目的是避免信号冲突，使单片机的引脚只提供低电平，要得到高电平则使该引脚悬空，由上拉电阻提供高电平。
3.1.4 报警电路的设计
当大棚内的温湿度超过上下限时，除了需要启动温湿度调节器之外，还需要进行报警，这里用到的是蜂鸣器。蜂鸣器为一种采用一体化结构的电子器件，采用了直流电压来供电，广泛的应用到了计算机、报警器、复印机、电子玩具、电话机、汽车电子设备、定时器等电子产品之中用作发声器。
蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器由于内部集成了振荡源，所以使用直流电压就可以驱动它鸣叫；无源蜂鸣器内部没有振荡源，因此一般使用2K～5K方波来驱动。本设计中使用的是有源蜂鸣器，在它两端加载5V的直流电压就可以使之鸣叫。
报警电路设计如下图：
图3.6 报警电路图
蜂鸣器工作电流一般为10mA，而单片机的I/O口只能承受几毫安的电流，因此需要加三极管进行驱动。如上图所示，单片机的I/O口中的P1.6接PNP型三极管的基极，当P1.6为低电平时，三极管导通，5V的电压加载到蜂鸣器两端，于是蜂鸣器鸣叫；当P1.6高电平时，三极管截至，蜂鸣器不鸣叫。
3.1.5 输出电路设计
当温湿度超出限定值后，单片机将输出控制信号，启动加热、制冷、加湿、除湿设备。弱电控制强电，首先要用到继电器来控制这些大功率的设备，而且为了进一步加强弱电和强电的电气隔离，减少强电设备对单片机控制系统的干扰，需要在前一级加光耦进行隔离。光耦的驱动能力有限，一般电流只能达到30mA左右，不足以驱动继电器，因此再加一个三极管放大电流。
原理如图3.7所示：
图3.7 控制电路
输出电路有四组，每一组由一个光耦、一个三极管、一个继电器组成。这四组输出电路分别控制加湿、除湿、加热、制冷的设备。
光耦选用TLP521-4，它是Toshiba公司生产的四路光耦，由单片机直接驱动。51单片机P0口所能承受的灌电流最大，可以达到26mA。输出系统中的继电器最多同时有两个工作，控制温度的一个，控制湿度的一个。如果设置光耦的发光二极管的电流为10mA，那么两个发光二极管同时导通时单片机的灌电流为20mA，小于26mA，符合要求。所以把P0口的引脚接到光耦TLP521-4输入测的发光二极管阴极。
继电器选用5V的，驱动继电器需要大约100mA的电流，也就是说驱动继电器的三极管的集电极电流为Ic=100mA。三极管选用直流放大系数为100的9013，根据Ic=βIb，可计算得三极管基极电流Ib=1mA，而Vbe=0.7V，又由于光耦中的光电三极管的集电极、发射极饱和压降Vces=0.3V，所以基极的限流电阻上的压降为（5-Vces-Vbe)=4V，4V/0.001A=4KΩ，由于没有标称值为4KΩ的电阻，所以选择4.7KΩ的。
还应该注意到的一点是，光耦有一个参数叫电流传输比（CTR），CTR=Io/I F，及输出端电流的最大值比上输入端的电流，体现了光耦输出电流的能力。如果输入端的电流为20mA，电流传输比为50%的话，那么输入端电流Io最大只能为10mA。在这里，TLP521-4的电流传输比为50%，输出端我们刚才算出的电流Io=Ib=1mA，所以输入端电流I F最小为2mA，由于电流很小时光耦处于死区，因此要选大点，这里选择I F=10mA。于是，光耦输入端阳极上的限流电阻为R=(5V-0.7V)/0.01A=430Ω，这里选择标称值为470Ω的电阻。
此外，这里用的继电器是普通的电磁继电器。通过对电磁继电器和固态继电器进行比较，虽然固态继电器具有无触电、动作速度快、使用寿命长等特点，但是本设计中的继电器只在温湿度超过限定值时才动作，动作频率低，而且固态继电器的价格比电磁继电器高得多，所以综合考虑选择电磁继电器SRD一05VDC一SL-C。
3.1.6 电源的设计
图3.8 电源电路
电源电路是整个系统中非常重要的一部分，本设计中主要用到直流5V电源。要得到5V的直流电源，要经过降压、整流、滤波、稳压四个环节。
由于最后的稳压环节，LM7805要得到5V的直流输出，输入与输出要有一定的压差，根据LM7805的数据手册，需要有10V的输入，因此在降压环节把220V的电压降为10V。
然后用桥式整流电路把交流电整流为直流电，此时的直流电只是方向不变，但仍按正弦方式变化，是脉动的直流电。
因此需要滤波电路将纹波滤掉。C8和C2都用来滤波，但是作用是不一样的。C8是大电容，用电解电容，它的作用是低频滤波，通过充电放电，从而削峰填谷，使电压的脉动成分减少，电压基本保持稳定。而C2是小电容，所以对于高频信号容抗很小，相当于短路，从而滤掉高频信号。
需要注意的是，470uF的大电容可以滤低频，为什么不能滤高频，还要单独加一个0.33uF的小电容来滤高频？从理论上来说大电容应该高频、低频都可以，但是由于制造工艺的原因，电解电容的容值做得很大时，它就不再是一个单纯的电容了，它等效于一个电容串联一个电感。在频率较低时，电感L=jwl较小，可以忽略不计，但是当频率很
高时，感抗就很大，相当于断路，所以此时这个470uF的大电容不能滤掉高频信号，必须单独加一个小电容。小电容容值小，因此就不存在感抗的问题。
滤波完以后，电压的脉动成分已经下降了很多，但是仍有起伏，所以最后还需加上一个三端集成稳压器，这里选用LM7805，它能将电压稳定在5V。并联在LM7805两端的二极管起保护作用，避免在短路等情况下LM7805输出端的电压比输入端高，从而烧坏LM7805。三端集成稳压器后面又接了一大一小两个电容，再次进行滤波，使电压更稳定。
3.1.7 按键电路设计
图3.9 按键电路图
键盘分为编码式和非编码式键盘。其中，非编码式键盘又包括矩阵式键盘和独立式键盘。矩阵式键盘较为复杂，一般用于按键数目较多，而单片机可用的I/O口又比较有限时。本控制系统中只需要用到5个按键，数目较少，并且可用的I/O口充足，故采用独立式键盘，一个按键对应一个单片机的I/O口管脚。
本设计中总共用到5个按键式开关，他们用来改变设定的温湿度上下限数值。从S0到S4，分别控制进入温度上下限设置、进入湿度上下限设置、数值加、数值减、确认并退出。
本设计中的键盘是低电平有效。未按键时，上拉电阻保证了单片机的I/O口是确定
的高电平；当某个键按下时，I/O口变为低电平。
3.1.8 串口通信电路
串口通信可分为同步通信和异步通信，在单片机的应用系统中，主要是采用异步串行通信。在设计通信接口时，应该采用标准接口，这样才能够方便而又准确的把单片机和外设有机的连接起来，从而能形成一个测控系统，目前异步串口通信标准有RS一232、RS一422、RS一485标准。
其中，RS一232是PC机与通信工业中使用最早的一种串行接口标准。在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应用。要让单片机和PC机通过串口进行通信，需要进行电平转换，因为尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的TTL电平和RS232的电平不一样。TTL电平中，电压小于0.8V为低电平，高于2.4V为高电平；而RS232电平是负逻辑电平，电压在-3V~-15V时为高电平，电压在3V~15V时为低电平，因此要通过MAX232这种电平转换芯片进行转换。
MAX232是MAXIM公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V电源供电。适用于终端设备和数据通信设备间的接口，对于双向通信，只需要使用串行输入RXD（引脚2），串行输出TXD（引脚3）和地线GND（引脚5）。
其电路连接如图3.10所示；
图3.10 串口通信电路
MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，能够把输入的+5V电压变换为RS232输出电平所需的+10V 电压，采用此芯片接口的串行通信系统值需要接+5V电压即可。
MAX232芯片中有两组电平转换的引脚，我们这里只需使用其中一组。打头的字母“T”表示TTL电平，“R”表示RS232电平。R1IN和R2IN表示输入RS232电平，因此与电脑的串口相连；T1IN和T2IN表示输入TTL电平，因此与单片机相连。所以，引脚T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT为接TTL∕CMOS电平的引脚，引脚T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN为接RS232电平的引脚。
MAX232芯片专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供EIA/TIA-232-E电平。可以分别接单片机的串行通信口。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。
3.2 元件清单
本次设计需要用到的元器件如下表所示：
表3.1 所需元件列表
元件型号个数单片机STC89C52RC 1 显示屏LCD1602 1 温湿度传感器SHT10 1 芯片底座DIP40 1 光耦TLP521-4 1 排针10针10 杜邦线20 二极管1N4007 4 三极管9012 1 三极管9013 4 电阻10K 2 电阻 4.7K 9 电阻1K 1 电阻470 4 电位器15K 1 瓷片电容1uF 5 瓷片电容0.1uF 1 点解电容10uF 1 瓷片电容30pF 2 电平转换芯片MAX232 1 串口母头DB9 1 电平转换芯片MAX232 1 USB母座 1 晶振12MHz 1 自锁开关6*6*5 1 按键开关6*6*5 6 蜂鸣器 1 继电器SRD一05VDC一SL-C 4
3.3 关键器件的介绍
3.3.1 STC89C52RC
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
①STC89C52RC的主要性能参数
（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码与传统8051单片机是兼容的。
（2）通用I/O口（32个）：P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
（3）ISP（在线编程）/IAP（在应用可编程）：可通过串口下载程序，不需要使用专门的下载器，非常方便快捷。
（4）内含8KB的程序存储器，1000次写∕擦写周期；
（5）内含512字节的RAM；
（6）32个可编程I/O口线；
（7）3个16位定时器/计数器，即定时器T0、T1、T2
（8）6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；
（9）具有一个全双工UART串行通道；
（10）掉电模式和低功耗空闲；
②STC89C52RC主要引脚功能
STC89C52RC的管脚排列如图2一2所示：
郑州科技学院毕业设计（论文）开题报告
年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代代末开始出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化无人化的方向发展。 目前，一些经济发达的国家和地区已经研制并实现计算机自动化控制的现代高科技温室，并形成了令人惊险的植物工厂。而我国的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平较低，仍靠人工根据经验来管理。而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调控能力差，产品的质量难以得到保证。正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用。 3.温室控制系统研制与开发的意义 温室是植物栽培生产中必不可少的设施之一，温度是影响植物生长发育最重要的因子之一。它的作用是用来改变植物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响,为植物生长创造适宜的良好条件。 虽然有些温室也安装有各种加热、通风和降温的设备,但其主要操作大多仍是由人工来完成的当温室面积较大或数量较多时,操作人员的劳动强度很大,而且也无法达到对温湿度的准确控制。本文介绍一种基于PLC和数字式温度传感器的温室控制系统。该系统实现了室内温度的自动测量和调节,大大降低了操作人员的劳动强度。 二、主要设计（研究）内容、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程 1.研究内容： 温室的作用是用来改变植物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响,为植物生长创造适宜的良好条件。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料,它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物,从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。温室环境指的是作物在地面上的生长空间,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。
物联网温室大棚智能化系统
解决方案
目录
1、设计原则.............................................................................................................................................. 3 2、设计依据.............................................................................................................................................. 3 3、系统简介.............................................................................................................................................. 4 3、系统架构.............................................................................................................................................. 5 4、系统组成.............................................................................................................................................. 6
结构图................................................................................................................................................ 6 现场的监测设备： ........................................................................................................................ 7 智慧大棚系统结构： .................................................................................................................... 7 智慧农业大棚系统介绍 ................................................................................................................ 8 温度控制系统 ............................................................................................................................ 8 通风控制系统 ............................................................................................................................ 8 光照控制系统 ............................................................................................................................ 9 水分控制系统 ............................................................................................................................ 9 湿度控制系统 .......................................................................................................................... 10 视频监控系统 .......................................................................................................................... 10 控制系统平台： .......................................................................................................................... 10 应用软件平台：.......................................................................................................................... 11 视频监控系统：.......................................................................................................................... 11 农业溯源系统.............................................................................................................................. 12 种植环节： .............................................................................................................................. 12 物流环节： .............................................................................................................................. 12 其他：...................................................................................................................................... 12 室外气象观测站.......................................................................................................................... 13
5、系统特点............................................................................................................................................ 14 预测性：...................................................................................................................................... 14 强大的扩展功能：...................................................................................................................... 14 完善的资料处理功能：.............................................................................................................. 14 远程监控功能：.......................................................................................................................... 14 数据联网功能：.......................................................................................................................... 14
6、项目定位............................................................................................................................................ 14 7、控制逻辑............................................................................................................................................ 16
温度控制...................................................................................................................................... 16 控制要素： .............................................................................................................................. 16 控制设备： .............................................................................................................................. 16 控制方式： .............................................................................................................................. 16
降温控制过程：.......................................................................................................................... 16 在软件中可以设定温度默认正常的上下限的值 .................................................................. 16 温度超过设定上限时 .............................................................................................................. 16
增温控制过程：.......................................................................................................................... 16 空气湿度控制.............................................................................................................................. 16
控制要素： .............................................................................................................................. 16 控制设备： .............................................................................................................................. 17 控制方式： .............................................................................................................................. 17 增湿控制过程：.......................................................................................................................... 17 在软件可设定湿度默认正常的上下限的值； ...................................................................... 17 湿度低于设定下限时： .......................................................................................................... 17 除湿控制过程：.......................................................................................................................... 17
毕业设计论文 水温自动控制系统 钟野 院系：电子信息工程学系 专业：电气自动化技术 班级： 学号： 指导教师： 职称（或学位）： 2011年5 月
目录 1 引言 (2) 2 方案设计 (2) 2.1 总体系统的设计思路 (2) 2.2 部分外围系统的设计思路 (3) 3 硬件电路设计 (3) 3.1 单片机最小系统的设计 (3) 3.2 温度检测电路的设计与论证 (4) 3.3 显示功能电路的设计与论证 (5) 3.4 温度报警提示功能电路的设计与论证 (5) 3.5 外围电路控制设计 (6) 3.6 扩展部分方案设计 (7) 4 软件设计 (7) 4.1 控制主程序设计 (7) 4.2 温度设置程序设计 (8) 4.3 上下限报警程序设计 (8) 5 结论 (9) 结束语 (9) 致谢 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................................................................... 错误！未定义书签。
水温自动控制系统 钟野 （XXXX电子信息工程学系指导教师：CXJ） 摘要：本文设计主要是采用A T89C51单片机为控制核心、以温度传感器（DS18B20）为温度采集元件, 外加温度设置电路、温度采集电路、显示电路、报警电路和加热电路来实现对水温的显示同时自动检测及线性化处理,其误差小于±0.5℃。本文重点介绍硬件设计方案的论证和选择，以及各部分功能控制的软件的设计。本次设计的目标在于：由单片机来实现水温的自动检测及自动控制，实现设备的智能化。 关键词：单片机;温度传感器;自动控制 Abstract: This paper is designed AT89C51 microcontroller as control core and temperature sensor DS18B20) for (temperature gathering element, plus the temperature setting circuit, temperature gathering electriccircuit, display circuit, alarm circuit and heating circuit to achieve water temperature display while automatically detecting and linearization, its error is less than 0.5 + ℃. This paper mainly introduces the hardware design argumentation and choice, and some functional control software design. This design goal is: by single-chip microcomputer to realize the automatic detection and automatic temperature control, realize the intellectualized equipment. Keywords: Microcontroller; Temperature sensors; Automatic control
滨州学院 毕业设计（论文）开题报告题目基于PLC温室大棚控制系统设计 系（院）自动化系年级2010级 专业电气自动化技术班级4班 学生姓名石瑞学号1023091219 指导教师王国明职称助教 滨州学院教务处 二〇一三年三月 开题报告填表说明 1.开题报告是毕业设计（论文）过程规范管理的重要环节，是培养学生严谨务实工作作风的重要手段，是学生进行毕业设计（论文）的工作方案，是学生进行毕业设计（论文）工作的依据。 2.学生选定毕业设计（论文）题目后，与指导教师进行充分讨论协商，对题意进行较为深入的了解，基本确定工作过程思路，并根据课题要求查阅、收集文献资料，进行毕业实习（社会调查、现场考察、实验室试验等），在此基础上进行开题报告。 3.课题的目的意义，应说明对某一学科发展的意义以及某些理论研究所带来的经济、社会效益等。 4.文献综述是开题报告的重要组成部分，是在广泛查阅国内外有关文献资料后，对与本人所承担课题研究有关方面已取得的成就及尚存的问题进行简要综述，并提出自己对一些问题的看法。 5.研究的内容，要具体写出在哪些方面开展研究，要突出重点，实事求是，所规定的内容经过努力在规定的时间内可以完成。 6.在开始工作前，学生应在指导教师帮助下确定并熟悉研究方法。 7.在研究过程中如要做社会调查、实验或在计算机上进行工作，应详细说明使用
的仪器设备、耗材及使用的时间及数量。 8.课题分阶段进度计划，应按研究内容分阶段落实具体时间、地点、工作内容和阶段成果等，以便于有计划地开展工作。 9.开题报告应在指导教师指导下进行填写，指导教师不能包办代替。 10.开题报告要按学生所在系规定的方式进行报告，经系主任批准后方可进行下
智能温室大棚系统软件需求分析说明书 小组成员：物联网12001 梁树强 物联网12001 于吉满 物联网12001 卜浩圻
目录 1.软件介绍3 2. 软件面向的用户群体 (3) 3. 软件应当遵循的规或规 (3) 4.软件围3 5. 软件中的角色3 6.软件的功能性需求4 6.0功能性需求分析4 6.0.1经管员功能性需求分类4 6.0.2用户功能性需求分类4 6.1 系统经管员功能细化5 6.2 用户功能细化6 7.系统功能模块用例图10 7.1系统经管员功能模块用例图10 7.2用户功能模块用例图11 8.软件的非功能性需求13 8.1 用户界面需求13 8.2 软硬件环境需求13 8.3 软件质量需求13 9.参考文献13
1.软件介绍 （1）该软件是智能温室大棚系统 （2）软件开发背景：随着社会和经济的发展，人们对物质生活的需求越来越高。中国人口众多，人均耕地面积很少，如何提高农作物产量，实行耕地面积利用率的最大化十分重要。为了提高单位面积上农作物的产量，国外纷纷提出了自己的智能温室大棚系统设计方案。所谓的智能温室大棚系统设计就是通过现代科学技术手段，调节农作物生长所需的各种环境条件，主要有光照、温度、土壤湿度、二氧化碳浓度这4个环境参数，从而使农作物处于最佳的生长环境中，进而最大幅度地提高农作物的产量。而开发此系统正是利用现代科技，来科学有序的发展农业，让人们从繁重的体力劳动中解放出来，体验到科技带来的快乐。 2.软件面向的用户群体 适应群体：以农作物为主要经济来源的企业或者个体劳动者，特别适合拥有多个温室大棚用来种植作物的用户。 该系统的开发，最大的好处是更加科学的经管温室大棚，细致化的从温度，湿度，二氧化碳浓度等可靠数据来分析和制定作物的更加适宜的环境。智能化的使用方法让用户对温室大棚的经管更加省时，省力，使使用者最终获得更大的收益。 3.软件应当遵循的规或规 1．数据库要求规完整，有系统崩溃手动恢复的功能 2．要求该软件的可扩展性好。 3．要求该软件整体的安全性强 4．要求该软件采集的数据准确性要高。 5．要求该软件组建的无线传感网稳定，安全性高。 4.软件围 本系统用C/S架构，安全性能和维护性高，并且用java语言对此系统进行的开发，移植性好。适合用户在不同的平台运行，灵活可靠，更加符合在温室大棚不同的设备硬件上进行移植。 5.软件中的角色 5.1经管员
北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
基于单片机的温湿度控制系统 目录 摘要 (2) 1、绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2立题的目的和意义 (2) 1.3植被栽培技术 (2) 温室环境的调节 (3) 1.4本系统主要研究内容 (3) 2 、系统总体分析与设计 (3) 2.1系统功能及系统的组成和工作原理 (3) 2.1.1.总体方案 (3) 2.1.2. 实施措施 (3) 2.1.3.硬件系统设计 (4) 主机与主要部件的选择： (4) 2.2温湿度采样与控制系统 (4) 2.2.1.温湿度采样系统 (5) 2.2.2.温湿度控制系统 (5) 2.3键盘显示系统 (5) 2.4报警系统 (7) 2.5硬件电路设计 (7) 2.5.1. 系统硬件配置 (7) 2.5.2. 主要组件简介 (7) 3 软件系统设计 (10) 3.1系统初始化模块 (10) 3.2键盘显示模块 (11) 3.3采样转换模块 (11) 3.4温湿度控制模块 (12) 3.5报警模块 (13) 4 硬件调试方案 (14) 4.1硬件电路的调试 (14) 4.2功能模块的调试方案 (15) 结论 (15) 致谢 (16) 参考文献 (16) 附录： (18)
基于单片机的温湿度控制系统设计 摘要 本文利用8051单片机设计一个温室的温湿度控制系统，对给定的温湿度进行控制并实时显示，其中温湿度信号各有四路，系统采用一定的算法对信号处理以确定采取某种控制手段，在本系统中采用温度优先模式，循环处理。 关键字：89C51 8729键盘显示 LCD显示 ADC0809 1、绪论 1.1 课题背景 改革开放以来，人们对生活质量要求显著提高，对美丽的植被和花卉的需求量也急剧上升，这对以种植植被为生计的园林工人是一个机遇，同时也对传统的手工植被种植是一个挑战，而基于单片机的温湿度控制系统对解决这些问题有着非常重大的意义。 前种植植被一般都用温室栽培，为了充分的利用好温室栽培这一高效技术，就必需有一套科学的，先进的管理方法，用以对不同种类植被生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。温湿度控制对于单片机的应用具有一定的实际意义，它代表了一类自动控制的方法。而且其应用十分广泛。 1.2 立题的目的和意义 8051单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实例也很多。使用8051单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且8051单片机易于学习、掌握，性价比高。 使用8051型单片机设计温湿度控制系统，可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在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的生长提供了更加适宜的环境。 1.3 植被栽培技术 植被“设施栽培”，即“保护地栽培”。它是指在某种类型的保护设施内（如阳畦、温室、大棚等），人为地创造适宜植被生长发育的最佳环境条件，在不同季节内，尤其是不利于植被生长的季节内进行植被栽培的一种措施[1]。设施栽培是人类利用自然、改造自然的一种创造。由于设施内的条件是可以人为控制的，使得植被调节的周年生产得以实现。玻璃温室和塑料薄
温室大棚中温室自动化控制系统解决方案设计 温室自动化控制系统简介 温室自动控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测开发生产的环境自动控制系统。可测量风向、风速、温度、湿度、光照、气压、雨量、太阳辐射量、太阳紫外线、土壤温湿度等农业环境要素，根据温室植物生长要求，自动控制开窗、卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备，自动调控温室内环境，达到适宜植物生长的范围，为植物生长提供最佳环境。 智能温室自动化控制系统是根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。 系统组网络以及通讯协议 （1）系统组网络组成 根据工艺运行的需求，我们做如下的网络系统设计：网络采用以太网络设计。每个站作为一个网络节点。这个网络采用性能可靠的工业以太网。可以将办公网络、自动控制网络无缝结合到该网络环境，实现“多网合一”。 整个系统可承载的数据分成如下的几个部分： 1：工业控制数据 2：采集数据 3：工业标准的MODBUS总线通讯 （2）组网特点 自动化控制系统是开放的控制系统，除了具有良好的网络通讯能力外，还具有与其它控制系统通讯功能和标准的对外通讯接口，以后可以任意扩展控制系统。 整个系统采用多级网络结构，即生产管理网和生产控制网，将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。 （3）采用的通讯协议
Modbus协议是应用于自动控制器上的一种通用协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一种通用工业标准。 现代农业大棚控制系统 （1）控制系统概述 随着社会经济的发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径，已经越来越受到世界各国的重视，而设施农业中问世工程的建设与发展是都市型发展的重要组成部分，是设施农业发展的高级阶段。希望通过改变植物生长的自然环境、．创造适合植物最佳的生长条件，避免外界恶劣的气候，达到调节产期，促进生长发育、防治病虫害等目的。 远程大棚监控系统是一种用于家庭、仓库(厂房、花棚和塑料薄膜大棚)内环境温湿度监控及控制的全自动远程智能调节系统。它通过控制加热器及制冷器(通风)对温度进行自动调节，同时通过控制加湿机及除湿机的工作自动调节环境的相对湿度，使环境的温度和湿度达到适宜的范围。 （2）大棚环境特点与调控 大棚因有塑料薄膜覆盖，形成了相对封闭与露地不同的特殊小气候。进行蔬菜大棚栽培，必须掌握大棚内环境的特点，并采取相应的调控措施，满足蔬菜生长发育的条件，从而获得优质高产。 大棚内环境条件： 1、光照 2、温度： 3、空气湿度 4、空气二氧化碳浓度 5、土壤湿度： （3）现代化大棚远程控制工艺 本方案使用腾控系列系列高速32位控制器、高性能温度湿度以及氧气传感器、视频设备等硬件通过目前的高速光纤网络建造一个现代化农业用温室大棚环境监控系统。本系统可自动监测调节农作物环境的温湿度、光照、O2浓度、通风、卷帘升降、滴灌控制、门禁、巡更等参数，通过HMI输出帮助种植者作全面
论文题目:温度自动控制系统的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
理工类大学本科毕业设计论文 基于单片机的温湿度控制系统 目录 摘要 (2) 1、绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2立题的目的和意义 (2) 1.3植被栽培技术 (2) 温室环境的调节 (3) 1.4本系统主要研究内容 (3) 2 、系统总体分析与设计 (3) 2.1系统功能及系统的组成和工作原理 (3) 2.1.1.总体方案 (3) 2.1.2. 实施措施 (3) 2.1.3.硬件系统设计 (4) 主机与主要部件的选择： (4) 2.2温湿度采样与控制系统 (4) 2.2.1.温湿度采样系统 (5) 2.2.2.温湿度控制系统 (5) 2.3键盘显示系统 (5) 2.4报警系统 (7) 2.5硬件电路设计 (7) 2.5.1. 系统硬件配置 (7) 2.5.2. 主要组件简介 (7) 3 软件系统设计 (10) 3.1系统初始化模块 (10) 3.2键盘显示模块 (11) 3.3采样转换模块 (11) 3.4温湿度控制模块 (12) 3.5报警模块 (13) 4 硬件调试方案 (14) 4.1硬件电路的调试 (14) 4.2功能模块的调试方案 (15) 结论 (15) 致谢 (16) 参考文献 (16) 附录： (18)
基于单片机的温湿度控制系统设计 摘要 本文利用8051单片机设计一个温室的温湿度控制系统，对给定的温湿度进行控制并实时显示，其中温湿度信号各有四路，系统采用一定的算法对信号处理以确定采取某种控制手段，在本系统中采用温度优先模式，循环处理。 关键字：89C51 8729键盘显示 LCD显示 ADC0809 1、绪论 1.1 课题背景 改革开放以来，人们对生活质量要求显著提高，对美丽的植被和花卉的需求量也急剧上升，这对以种植植被为生计的园林工人是一个机遇，同时也对传统的手工植被种植是一个挑战，而基于单片机的温湿度控制系统对解决这些问题有着非常重大的意义。 前种植植被一般都用温室栽培，为了充分的利用好温室栽培这一高效技术，就必需有一套科学的，先进的管理方法，用以对不同种类植被生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。温湿度控制对于单片机的应用具有一定的实际意义，它代表了一类自动控制的方法。而且其应用十分广泛。 1.2 立题的目的和意义 8051单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实例也很多。使用8051单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且8051单片机易于学习、掌握，性价比高。 使用8051型单片机设计温湿度控制系统，可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在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的生长提供了更加适宜的环境。 1.3 植被栽培技术 植被“设施栽培”，即“保护地栽培”。它是指在某种类型的保护设施内（如阳畦、温室、大棚等），人为地创造适宜植被生长发育的最佳环境条件，在不同季节内，尤其是不利于植被生长的季节内进行植被栽培的一种措施[1]。设施栽培是人类利用自然、改造自然的一种创造。由于设施内的条件是可以人为控制的，使得植被调节的周年生产得以实现。玻璃温室和塑料薄
本设计为一闭环控制系统,由89C51单片机,A/D转换电路,温度检测电路,湿度检测电路、控制系统组成。温度检测电路将检测到的温度转换成电压,该模拟电压经ADC0809转换后,进入89C51单片机,单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉驱动电路,当棚内温度在设定范围内时,单片机不对风扇或电炉发出动作。实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气湿度的检测,监控,并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行实时处理,使大棚环境得到了良好的控制。 该设计还具有对温度的实时显示功能,对棚内环境温度的预设功能。 第一章概述 大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型。其主要功能是采用电路来自动控制室内的温度,以利于植物的生长。温室的性能指标: 1.温室的透光性能 温室是采光建筑,因而透光率是评价温室透光性能的一项最基本指标。透光率是指透进温室内的光照量与室外光照量的百分比。温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室骨架阴影率的影响,而且随着不同季节太阳辐射角度的不同,温室的透光率也在随时变化。温室透光率的高低就成为作物生长和选择种植作物品种的直接影响因素。一般,连栋塑料温室在 50%~60%,玻璃温室的透光率在60%~70%,日光温室可达到70%以上。 2.温室的保温性能 加温耗能是温室冬季运行的主要障碍。提高温室的保温性能,降低能耗,是提高温室生产效益的最直接手段。温室的保温比是衡量温室保温性能的一项基本指标。温室保温比是指热阻较小的温室透光材料覆盖面积与热阻较大的温室围护结构覆盖面积同地面积之和的比。保温比越大,说明温室的保温性能越好。 3.温室的耐久性
温室建设必须要考虑其耐久性。温室耐久性受温室材料耐老化性能、温室主体结构的承载能力等因素的影响。透光材料的耐久性除了自身的强度外,还表现在材料透光率随着时间的延长而不断衰减,而透光率的衰减程度是影响透光材料使用寿命的决定性因素。一般钢结构温室使用寿命在15年以上。要求设计风、雪荷载用25年一遇最大荷载;竹木结构简易温室使用寿命5~10年,设计风、雪荷载用15年一遇最大荷载。 由于温室运行长期处于高温、高湿环境下,构件的表面防腐就成为影响温室使用寿命的重要因素之一。钢结构温室,受力主体结构一般采用薄壁型钢,自身抗腐蚀能力较差,在温室中采用必须用热浸镀锌表面防腐处 理,镀层厚度达到150~200微米以上,可保证15年的使用寿命。对于木结构或钢筋焊接桁架结构温室,必须保证每年作一次表面防腐处理。 第二章比例微积分控制原理 3.1 比例积分调节器(PD 比例调节器具有误差,为解决此问题,可引入积分(Inte6raI环节,其方块图见图4—33l 比例微分调节器对误差的任何变化,都产生一个控制作用比,阻止误差的变化。c变化越快,pd越大,输出校正量也越大。它有助于减少超调,克服振荡,使系统趋于稳定;同时加快系统的响应速度,减小调整时间,从而改善了系统的动态特性。它的缺点是抗干扰能力变差。 3.2 PID调节器 积分器能消除镕差,提高精度,但使系统的响应速度变慢、稳定性变环。微分器能增加稳定性,加快响应速度。比例器为基本环节。三者合用,选择适当的参数,可实现稳定的控制。 图4—37为PID调节器的方块图。 第三章自动控制系统的设计
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 参赛题目：温室自动控制系统 队长：朱继田 队员：杨建成 陶文波
温室自动控制系统 摘要:（300字以内） 温度是一种环境参数，温度自动控制在工农业生产中具有非常重要的作用。半导体制冷器(TEC)是一种比较先进的制冷装置，因为其小型化、无噪声、无污染的特点，在各种温度控制领域得到了广泛的应用，因此研究半导体制冷器温度的测量方法和设计灵活精确的温度自动控制系统具有重要的意义。 文章介绍了一种温度自动控制系统，该系统采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，AT89C52低电压、高性能半导体制冷器等元件。单片机通过温度传感器获取当前温度，进而控制半导体制冷器工作。 一、方案设计和论证 本系统由四大部分组成：1、温度检测装置；2、控制系统；3、执行机构； 4、显示同步。在其中2部分控制系统中，由于ATMEL公司的AT89C52单片机具有高密度、非易失性、低电压、高性能等优点，且满足本系统和电子设计大赛的两方面要求，因此采用AT89C52作为微控制器，该部分方案设计将在文章第三、四部分详细介绍。以下主要针对温度检测系统及执行机构两方面的内容进行方案设计和论证。 模块1 温度检测装置方案设计 对于温度的自动控制系统而言，温度检测是整个系统设计的第一步。如何选择温度传感器是这块电路的关键，它是直接影响整个系统的性能与效果的关键因素之一。 方案：选用数字式温度传感器DS18B20 论证： 数字温度传感器DS18B20最大特点之一是采用了单总线的数据传输，直接输出数字信号。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。因此便于单片机处理及控制，节省硬件电路。该系统可以由数字温度计DS18B20和 AT89C52单片机直接构成的温度测量装置。不仅如此，DS18B20最小分辨率为0.0625℃，满足该题温度分辨率为0.1℃的要求，因此温度传感器选用DS18B20。 模块2 执行机构 对于温度的自动控制系统而言，温度执行机构是整个系统设计最核心的一步。温度执行机构的构建直接影响整个控制模块的工作方式和效率。 方案一：可控硅调功器电路 论证 可控硅调控器电路是利用双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz回路。在给定周期T内，AT89C52只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。显然可控硅在给定周期T的100%时间内接通时间的功率最大。显然，对功率的调节从而调节温度达不到制冷效果，即使是通过外加风扇来带走外部热量也达不到，故不用此方案。