基于单片机的种苗催芽室环境参数监控-毕业论文.doc

1、 毕业设计（论文）题目： 基于单片机的种苗催芽室环境参数监控系统设计与实现 姓名： 学号： 二级院系部： 机电工程系 班级: 高专电子 专业： 应用电子技术 指导教师： 职称： 讲 师、副教授 年 月江苏畜牧兽医职业技术学院学生毕业设计（论文）诚信承诺书论文题目 养殖场用单片机温度控制器的设计与实现学生姓名 学号所属专业 应用电子技术 班级指导教师姓名 职称 讲师、副教授学生承诺我承诺在毕业设计 (论文)活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业设计 (论文)内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况，如果有违规行为，我愿意承担一切责任，

2、接受学校的处理。学生(签名)：年 月 日指导教师承诺我承诺在毕业设计 (论文)活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业设计 (论文)内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。指导教师(签名)：年 月 日江苏畜牧兽医职业技术学院学生毕业设计（论文）材料目录序号 名 称 备 注1 毕业设计（论文）全文全文2 毕业设计（论文）任务书3 毕业设计（论文）开题报告或实施方案4 毕业设计（论文）指导记录5 毕业设计（论文）中期检查记录表6 毕业设计（论文）指导教师意见表7 毕业设计（论文）评阅教师意见表8 毕业设计（论文）答辩记录9

3、 毕业设计（论文）成绩评定表江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）I养殖场用单片机温度控制器的设计与实现【摘要】养殖过程中,养殖大棚的环境控制对于动植物的健康生长、最大程度地发挥其生长性能有着及其重要的意义。养殖大棚的环境控制主要是针对温度、湿度等环境因子进行监视和控制。本次设计是根据养殖场的环境温度控制要求,研究并建立基于单片机的温度控制系统。本系统是以 AT89C52 单片机为核心，并与数字温度传感器 DS18B20、四位一体的数码管、继电器、按键、小型电风扇、LED 灯等器件结合起来，共同构成温度控制器。以养殖场的温度为设定参数，根据参数偏离设定值（理想的养殖温度）的程度由单片机自动启动相

4、应的加热和降温设备，来升温或降温，实现对设定参数的闭环调节。该系统能够及时采集养殖场温度，并能自动升温和降温，从而将养殖场温度保持在恒温，该系统具有较高的测量精度和控制精度。本文首先对养殖场温度控制过程进行分析，提出了多种控制方案，对各方案比较后确定了本设计的总体方案。然后进行原理图的设计，采用分步焊接、软件设计与调试，最后进行联调。通过对控制器进行实验和分析，表明系统运行情况正常，各功能模块功能的实现可行，采集的温度数据精确性较高，能满足控制的要求。除此之外，该系统电路简单、成本低，稍做修改还可以应用于其他温度控制的过程中，这大大地扩大了该系统的应用范围，在养殖中具有一定的实际意义。【关键词

5、】AT89C52；DS18B20；温度控制；继电器控制江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）IIAbstractIn the process of breeding, it is important for the animal and plant health growth, maximizing its growth performance. Breeding environmental control is mainly the temperature, humidity and other environmental factors. The design is based on far

6、ms in the environment temperature control requirements, and research the establishment of the temperature control system based on MCU.This system is based on AT89C52 as the core, with digital temperature sensor DS18B20, one of four digital tube, relays, buttons, small electric fan, LED lamps and oth

7、er devices together, constitute a temperature controller. In order to farms temperature to set parameters, according to the parameters from a set value ( the ideal breeding temperature ) by the microcontroller automatically start the corresponding heating and cooling equipment, to warm up or cool do

8、wn, to realize the closed loop adjusting parameters. The system can timely collection of farms temperature, and can automatically heat up and cool down, thereby the farm temperature maintained at constant temperature, the system has high measurement and control precision.First, the author analyses b

9、reeding field temperature control process, puts forward several control schemes, the scheme comparison to determine the design of the overall program. Then the schematic design, step by step welding, software design and debugging, finally debugging. Through the controller to conduct experiments and

10、analysis, shows that this system runs normally, each function module implement feasible, the collected temperature data is more accurate, and can meet the control requirements. In addition, the system has the advantages of simple circuit, low cost, a little modification can also be applied to other

11、temperature control process, which greatly expanded the application range of the system, the breed has certain practical significance.Key wordsAT89C52; DS18B20; temperature control; relay control江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）III目 录【摘要】 .I【关键词】 .IAbstract .IIKey words .II绪 论 .11.系统方案选择和论证 .21.1 题目要求 .21.1.1 基本要求

12、 .21.1.2 发挥部分 .21.1.3 功能说明 .21.2 系统基本方案 .31.2.1 各模块电路的方案选择及论证 .31.2.2 系统各模块的最终方案 .51.3 本章小结 .62.硬件设计与实现 .72.1 系统硬件模块关系 .72.2 主要单元电路的设计 .72.2.1 温度采集部分设计 .72.2.2 加热和降温控制部分 .92.2.3 键盘、显示、控制器部分 .102.3 系统总原理图 .112.4 本章小结 .113.系统软件设计 .123.1 读取 DS18B20 温度模块子程序 .123.2 数据处理子程序 .123.3 键盘扫描子程序 .133.4 主程序流程图 .1

13、33.5 源程序 .153.6 本章小结 .154.系统制作与调试 .164.1 数码管的调试 .164.2 按键的调试 .164.3 温度传感器的调试 .174.4 继电器控制部分的调试 .174.5 联调 .184.6 本章小结 .21设计总结及展望 .22参考文献 .23附 录 .24附录 1： 产品使用说明 .24附录 2： 元件清单 .24附录 3 ： 系统硬件原理图 .25附录 4：软件程序清单（含注释） .26致 谢 .37江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）1绪 论动植物的生长都是在一定的环境中进行的，在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对其影响最大的就是温度。若昼夜的温

14、度变化很大，其对动植物生长极为不利，因此必须对温度进行监测和控制，使其适合动植物的生长，以提高其产量和质量。本设计就是对养殖场内温度控制要求进行分析，综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求多方面因素之后，设计一种基于单片机的养殖温度自动控制系统。该系统能够实现自动监控，使其温度控制在设定值的某个范围内，同时可以通过按键输入设定温度等控制指令，完成监控系统的工作。基于此，本课题的主要研究内容有以下几个部分:1 温度控制系统的总体方案设计部分该部分主要研究养殖场温度控制的实现原理，确定温度控制系统的具体实现过程，进行系统的总体设计，给出硬件系统结构框图，完成硬件各部分元器件的选择等。2 系统硬件设

15、计部分该部分主要完成单片机基本电路(时钟、复位电路等)、数据采集电路、显示输出接口、按键输入接口、继电器控制等模块电路的设计，最后给出总原理图的设计。3 系统程序设计部分此部分主要完成主服务程序、温度采集与处理、按键输入温度设定、温度显示、继电器控制等程序模块的设计。4 系统实现该部分主要是从硬件与软件两个方面探讨系统的实现过程，采用分步焊接与调试，并对系统进行了相应的试验分析，以验证系统所具有的功能。本系统实现的温度控制目标功能如下：(1) 系统能对环境温度进行采集和显示(现场观温，软件记录)。(2) 能通过按键设定动植物生长期适宜温度并显示。(3) 当环境温度参数超过设定的上下限值时控制相

16、应的设备启动。(4) 可实时显示当前温度信息，并加以控制。(5）能分辨出的最小温度0.5。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）21.系统方案选择和论证1.1 题目要求设计并制作一个温度自动控制系统，控制对象为养殖大棚。温度可以在一定范围内由人工设定，并能对环境温度实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。1.1.1 基本要求（1）温度设定范围为 0090，最小区分度为 1，标定温度1；（2）环境温度若需降低时（用电风扇降温），温度控制的静态误差1；（3）环境温度若需升高时（用加热器升温），温度控制的静态误差1；（4）用十进制数码管显示实际温度。（5）测量温度时可在大棚内任意设置一个测量点。1.1

17、.2 发挥部分（1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由 40提高到 60）时，减小系统的调节时间和超调量；（2）温度控制的静态误差0.2；1.1.3 功能说明（1）加热器用一千瓦电炉；（2）如果采用单片机控制，允许使用已有的单片机最小系统板；（3）数码显示部分可以使用数码显示模块；江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）31.2 系统基本方案根据题目要求系统模块可以划分为：温度测量模块，显示电路模块，设定温度模块，加热模块，控制模块和降温模块，系统的框图如图 1-1 所示。 控制部分测温部分键盘（设定温度）显示电路加热装置降温装置OutputInput图 1-1 系统方框图1.2.1 各模块电

18、路的方案选择及论证为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行论证。（1）控制器模块根据题目要求，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理、控制加热丝和风扇使控制对象满足设计要求、控制显示电路对温度值实时显示以及控制键盘实现对温度值的设定等。对控制器的选择有以下三种方案：方案一：采用 FPGA 作为系统控制器。FPGA 功能强大，可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用 EDA 软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA 采用并行的 I/O 口方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。由温度传感器送

19、来的温度信号，经 FPGA 程序对其进行处理，控制加热或降温装置动作。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA 的高速处理的优势得不到充分体现，并且其成本偏高，引脚较多，硬件电路布线复杂。方案二：采用模拟运算放大器组成 PID 控制系统。对于温度控制是足够的，但要附加显示、温度设定等功能，要附加许多电路，硬件电路稍显麻烦。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）4方案三：采用 ATMEL 公司的 AT89C52 作为系统控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。基于以上分析拟订方案三，由 AT89C

20、52 作为控制核心，对温度采集和实时显示以及加热装置进行控制。（2）加热和降温装置控制模块根据题目要求，当温度过低时，可以使用电热炉进行加热，当温度过高时，关掉电热炉开启风扇进行降温处理。对加热和降温装置控制模块有以下两种方案：方案一：采用可控硅来控制。可控硅是一种半控器件，应用于交流电的功率控制有两种形式：控制导通的交流周期数达到控制功率的目的；控制导通角的方式控制交流功率。该方案电路稍复杂，需使用光耦合驱动芯片以及变压器等器件。但该方案可以实现功率的连续调节，因此响应速度快，控制精度也高。方案二：采用继电器控制。使用继电器可以很容易实现通过较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。继电

21、器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。这种电路无法精确实现功率控制，只能工作在最大功率或零功率，对控制精度将造成影响。基于以上分析以及现有器件限制选择方案二，采用继电器控制省去光耦和交流过零检测电路，只需在软件上选用适当的控制算法，同样可以达到较好的效果。（3）温度采集模块题目要求温度静态误差小于等于 0.2，温度信号为模拟信号，本设计要对温度进行控制和显示，所以要把模拟量转换为数字量。该温度采集模块有以下三种方案：方案一：利用热电阻传感器作为感温元件，热电阻随温度变化而变化，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值相应的温度值。最常用的是铂电阻传感器，铂电阻在氧化介质中，甚至在高温的条件下其物理，化学性质不变。由铂电阻阻值的变化经小信号变送器 XTR101 将铂电阻随温度的变化转换为 420mA 线性变化电流，再将电流信号转化为电压信号，送到 A/D 转换器 ADC0809，即将模拟信号转换为数字信号。该方案线性度优于 0.01。方案二：采用温度传感器 AD590K。AD590K 具有较高精度和重复性，良好的非线性，保证0.1的测量精度，加上软件非线性补偿即可以实现高精度测量。AD590 将温度转化为电流信号，因此要加相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号。送入 8 位A/D 转换器，基本满足题目要求。