1、 学号毕业设计(论文)题目：蔬菜大棚温度湿度自动控制系统设计作 者 届 别 届 院 别 信 息 与 通 信 工 程 学 院 专 业 自 动 化 指 导 教 师 职 称 教 授 完 成 时 间 年 月 日 湖南理工学院毕业设计论文1摘 要蔬菜大棚温度湿度自动控制系统由主控制器 AT89C51 单片机、并行口扩展芯片8255、74LS373 、A/D 转换器 0809、湿度传感器、温度传感器 DS1820、固态继电器、RAM6264、掉电保护和 LED 显示器和报警电路等构成，实现对蔬菜大棚温湿度的检测与控制，从而有效提高蔬菜的产量。文中提出了具体设计方案，讨论了蔬菜大棚温湿度巡回检测与控制的基本
2、原理，进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。关键词：温湿度传感器；湿度传感器；快速检测；A/D 转换器；LED 显示器；报警电路；固态继电器；湖南理工学院毕业设计论文2ABSTRACTVegetables canopy temperature and humidity automatic control system consists of the main controller AT89C51 single-chip, parallel port expansion chip 8255,74 LS373
3、 and A/D converter 0809, humidity sensor, the temperature sensor, solid-state relay, the DS1820 RAM6264, power fail safeguard and leds display and alarm circuit, etc .To achieve the vegetable greenhouse temperature and humidity testing and control, to improve the vegetables production.In this paper,
4、 the specific design, discussed the detection of vegetable greenhouses temperature and humidity and circuit control principle, carried out a feasibility demonstration.Schematic diagram is given together with source code and procedures.The use of the MCU and the advantages of digital control system,
5、all aspects of the system performance is significantly improved.Keywords: temperature and humidity sensors; Humidity sensors; Rapid detection; A/D converter; The LED display; Alarm circuit; Solid state relays.湖南理工学院毕业设计论文3目 录摘 要 .1ABSTRACT .2目 录 .31 概述 .41.1 温室计算机控制的概况 .42 系统的硬件组成电路设计 .62.1 系统的硬件组成框
6、图 .62.1.1 系统的工作原理 .62.2 系统主控制器部分设计 .62.2.1 AT89C51 的工作原理 .62.2.2 AT89C51 的复位电路 .82.2.3 AT89C51 的引脚功能 .82.3 数据存储器的扩展 .102.4 LED 显示器 .132.5 A/D 转换接口 .142.5.1 A/D 转换器的基本工作原理及器件简介 .142.5.2 ADC0809 与 AT89C51 单片机的接口设计 .163 单总线接口 .183.1 单总线芯片的硬件结构 .183.2 单总线芯片的供电 .183.3 单总通信的 ROM 命令 .184 单总线数字温度传感器 DS1820
7、和湿度检测电路 .204.1 DS1820 的主要特性 .204.2 DS1820 内部结构 .204.3 DS1820 的工作原理 .214.4 DS1820 使用中注意事项 .214.5 湿度检测电路 .224.6 报警电路 .225 系统的软件设计 .245.1 设计方法 .245.2 主程序的分析与说明 .246 结 论 .25致 谢 .26参考文献 .27附 录 .28湖南理工学院毕业设计论文41 概述1.1 温室计算机控制的概况温室环境测控，即根据植物生长发育的需要，自动调节温室内环境条件的总称。现代化温室，通过传感器技术、微型计算机及单片机技术和人工智能技术，能自动测控温室的环境
8、，其中包括温度、湿度、光照、C02 浓度等，使作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，达到作物优质、高产、高效盼栽培目的。传统的环境测控管理采用模拟控制仪表和人工管理方法，工作效率低。随着微机技术的发展，逐步采用配置灵活、开放式结构、运算能力较强、高可靠性、完善的开发手段及具有数据处理、统计分析、打印报表等功能的测控系统所代替，取得了较好的经济效益。随着国民经济的迅速增
9、长，现代农业得到长足发展，受控农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室工程已成为工厂化高效农业的一个重要组成部分。支持温室工程的相关技术，如温室环境复杂系统的建模技术与专家决策支持系统、温室环境智能测控技术研究与系统开发、温室环境调配工程技术与设施研究等已成为当前该领域的关键技术和研究热点问题。研究温室环境信息进行模拟、分析、预测，研究开发基于作物成长栽培环境的温室环境多因子智能化综合测控系统，研究高效生产的温室环境综合测控模式与配套设施等将是今后主要研究内容。目前，我国农业正处在从传统农业向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。农业环境控制工程作为农业生物速生、优质、高产手
10、段是农业现代化的标志，农业设施的自动检测与控制是我国急待发展的项目。应用自动控制和电子计算机实现农业生产和管理的自动化，是农业现代化的重要标志之一。近年来电子技术和信息技术的飞速发展，带来了温室控制与管理技术方面的一场革命，随着“设施农业” 、 “虚拟农业”等新名称的出现， “设施园艺”、“虚拟温室”的概念也应运而生。温室计算机控制与管理系统正在不断吸收自动控制和信息管理领域新的理论和方法，结合温室作物种植的特点，不断创新，逐步完善，从而使温室种植业实现真正意义上的现代化、产业化。国内外温室计算机控制技术的发展状况计算机的发展最早可以追溯到上个世纪的 40 年代，但将计算机用于环境控制则开始于
11、 20 世纪 60 年代。20 世纪 80 年代初诞生了第一批温室控制计算机，此后温室计算机控制及管理技术便先是在发达国家得到广泛应用，后来各发展中国家也都纷纷引进、开发出适合自己的系统。这在给各国带来巨大的经济效益的同时，也极大地推动了各国农业的现代化进程。温度监测预警系统是针对蔬菜大棚温度监测而设计，同时也可用于粮食仓储、冷库及烟叶发酵等场合的温度监测。塑料大棚是开发日光资源、充分利用太阳光能的主湖南理工学院毕业设计论文5要形式之一，能避光、增产、保湿，为蔬菜生长创造一个良好环境。蔬菜大棚作为一个相对封闭的环境，其内部形成了一个小气候环境，良好的空气环境是蔬菜正常生长的重要条件。为了增产、
12、增收，要注意大棚内部的气体、温度和湿度 3 个重要因素。气体主要是指棚内的二氧化碳的含量。当空气中的二氧化碳浓度提高到 0.1%时，可使蔬菜的光合作用速率增加 1 倍以上，增产 20%80%；若使二氧化碳浓度降至 0.005%时，光合作用几乎停止。蔬菜生长的适宜温度为 2030。大棚内白天增温快，当棚外平均气温为 15时，棚内可达 4050。因此，要适时调节棚内温度，避免高温危害。塑料大棚经常处于密闭状态，蒸发量大大减小，内部湿度一般在 80%90%，湿度过大极易导致病虫害的发生。现在对大棚内气体、温度和湿度的有效调节，主要是通过适时的通风来实现。二氧化碳含量过大和湿度过大都会导致温度升高。通
13、过调节温度可以有效地控制二者的浓度。因此，对棚内温度的控制是非常重要的。本文介绍的分布式单总线蔬菜大棚温度监测预警系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温度，通过对温度的良好控制，有效地提高蔬菜的产量。 湖南理工学院毕业设计论文62 系统的硬件组成电路设计2.1 系统的硬件组成框图本系统为一个全自动的蔬菜大棚温湿度巡回检测与控制系统，由以下几部分组成：AT89C51 单片机，温湿度传感器，8255 并行口电路 A/D 转换器变送器，驱动电路报警和显示电路组成，其接口部分包括单片机外扩展的数据存储器 6264 一片和地址锁存器74LS373，系统的组成如图 1-1 所示：A T 8
14、9 C 5 1接口电路显示报警数据存储器驱动设备A/D转换器湿度变送器湿度传感器温度传感器图 1-1 硬件组成框图2.1.1 系统的工作原理在应用程序的作用下，首先对 8255 进行初始化，设定工作方式 0。PA 口 PB 口PC 口均为输出口，PA 口 PB 口为显示输出，PC 口为报警和相关设备驱动口。由于工艺决定，进大棚之前已经将湿度控制在安全限以内，测量过程是先温度后湿度的顺序，首先对温度进行采样，每一个温度点采样 5 次，计算平均值作为采样值送入显示和存储的相应单元进行存储和传感器的编号和温度的显示，然后判断温度是否超过设定温度，如果温度超标则报警并根据传感器的位置判断启动通风设备还
15、是加热设备，如果不超标就继续检测下一个点的温度，知道整个大棚的多个点温度全部测试完成，然后计算和显示大棚的平均温度，然后对 8 个点的湿度进行测量并且显示，也是按照每个点测量 5 次然后取平均值的方法计算，来减少干扰因素带来的误差，8 个点的湿度测量完成后计算并显示大棚的平均湿度。同样与设定的湿度值比较如果超标就报警，并启动风扇进行通风处理。然后系统返回再进行温度和湿度的巡回测量和显示。2.2 系统主控制器部分设计2.2.1 AT89C51 的工作原理1 CPU 的结构CPU 是单片机内部的核心部分，是单片机的指挥和执行机构，它决定了单片机的主要功能特性。从功能上看，CPU 包括两个基本部分：
16、运算器和控制器。下面说明控制器和运算器。1）运算器运算器包括算术逻辑运算部件 ALU、累加器 ACCC、B 寄存器、暂存寄存器湖南理工学院毕业设计论文7TMP1 和 TMP2、程序状态寄存器 PSW、BCD 码运算调整电路等。2）时钟电路AT89C51 芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2。在 TXAL1 和 XTAL2 两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激振荡器，如图 2-1 所示。电容器 C1 和 C2 通常都取 30pF 左右，选用不同的电容量对振荡频率有微调作用。但石英晶体本身的标定频率才是单片机振荡频率的决定因素。其
17、振荡频率范围是 112MHz。C 1C 2XTAL1XTAL2MC S-5 1体体体体图2-1 时钟电路本设计考虑系统的独立完整性，选用内部时钟方式，石英震荡频率选用12MHZ，ALE 信号频率为 2MHZ。2 I/O口结构：AT89C51 单片机有 4 个 8 位并行 I/O 接口，记作 P0、P1 、P2 和 P3，每个端口都是 8 位准双向口，共占 32 根引脚。每一条 I/O 线都能独立地用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器（即特殊功能寄存器 P0P3） ，一个输出驱动器和输入缓冲器，作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲，但是这四个通道的功能完全不同。3 程序存储器及数据存储
18、器1）程序存储器对 AT89C51 芯片来说，片内有 4K 字节 ROM/EPROM，片外可扩展 60K 字节EPROM，片内和片外程序存储器统一编址。在程序存储器中，有 6 个地址单元被保留用于某些特定的地址，如下表 2-1 所示。2）数据存储器AT89C51 数据存储器空间也分为内片和外片两大部分，即片内数据存储器 RAM和片外数据存储器 RAM。如何区别片内、片外 RAM 空间呢？片内数据存储器最大可以寻址 256 个单元，片外最大可扩展 64K 字节 RAM，并且片内使用的是 MOV 指令，片外 64K ROM 空间专门为 MOVX 指令所用。4 定时器AT89C51 单片机的内部有两
19、个 16 位可变成定时器 0（T0）和定时器 1（T1 ） ，它们都有定时或是事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。湖南理工学院毕业设计论文8表 2-1 AT89C51 的复位、中断入口地址入口地址 说明0000H 复位后，PC=0000H0003H 外部中断 入口000BH 定时器 T0 溢出中断入口0013H 外部中断 入口001BH 定时器 T1 溢出中断口0023H 串行口中断入口它们具有计数和定时两种工作方式以及四种工作模式。定时器 T0 具有方式 0、方式 1、方式 2 和方式 3 四种工作方式。T1 具有方式 0、方式 1 和方式 2 三种工作方式。5
20、 中断系统AT89C51 单片机有五个中断请求源。其中，两个外部中断源；两个片内定时器/计数器（T0 、T1）的溢出中断源 TE0 和 TF1；一个片内串行口接受或发送中断源 RI 或TI。这些中断请求分别由单片机的特殊功能寄存器 TCON 和 SCON 的相应位锁存。当几个中断源同时向 CPU 请求中断，要求 CPU 提供服务的时候，就存在 CPU 优先响应哪一个中断请求，于是一些微处理器和单片机规定了每个中断源的优先级别。2.2.2 AT89C51 的复位电路AT89C51 单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位两种方式。本设计采用上电复位电路，所谓上电复位，是指单片机只要一上电，便自动
21、地进入复位状态。在通电瞬间，电容 C 通过电阻 R 充电，RST 端出现正脉冲，用以复位。2.2.3 AT89C51 的引脚功能AT89C51 的 40 条引脚中，有 2 条专用于主电源的引脚，4 条控制和其他电源复用的引脚，32 条输入/输出引脚。如图 2-3 所示，下面介绍主要引脚的名称和功能：1）主电源引脚 Vcc 和 VssVcc：接+5V 电源。Vss：接电源地。2）时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1：接外部晶体的一端。在单片机内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在采用外部时钟电路时，对于 HMOS 单片机上，此引脚必须接地；对 AT89C51 单
22、片机，此引脚作为驱动端。XTAL2：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。若采用外部时钟电路时，对于 HMOS 单片机上，该引脚输入外部时钟脉冲；对 AT89C51湖南理工学院毕业设计论文9单片机，此引脚应悬空。C1100pF C210uFC310uF10K1+5VRESET图 2-2 复位电路EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P
23、06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 10AT89C51图 2-3 AT89C51 主要引脚图3）控制信号引脚 RST/ 、ALE/ 、 和 /PDVOGPVRST/ ：复位 /备用电源输入端。单片机商店后，只要在该引脚上输入 24 个振荡PDV周期（2 个机器周期）宽度以上的高电平就会使单片机复位；若在 RST 与 Vcc 之间接一个 10 F 的电容，而在 RST 与 Vss 之间接一个 8.2k 的下拉电阻，则可实现单片机 上电自动复位。4）输入/输出（I/O）引脚 P0、P1、P2 和 P3P0.0P0.7：P0 口是一个 8 位双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时提供低8 位地址和作 8 位双向数据总线。在 EOROM 编程时，从 P0 口输入指令字节；在验证
