1、 基于单片机控制的自动加料系统的设计 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。 本系统以 AT89C51 单片机为控制核心，利用温度传感器 AD590 对蔬菜大棚内的温度进行实时采集与控制，实现温室温度的自动控制。本系统由单片机系统模块、温度采集模块、加热模块、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。可以通过按键设定温室的温度值，采集的温 度和设定的温度通过 LED 数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时，
2、通过加热器加热，以达到设定值；反之，开启降温风扇，以快速达到降温效果。通过该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制，从而保证大棚内作物在最佳的温度条件下生长，提高质量和产量。 目 录 摘 要 . 1 ABSTIC .错误 !未定义书签。 第 1 章绪论 . 4 1.1 课题背景及意义 .4 1.2 国内外温室控制 技术发展概况 .5 1.3 本文的主要工作 .7 第 2 章温室控制系统的总体设计 . 8 2.1 温室环境因子 .8 2.2 控制系统设计要求 .8 2.3 控制系统总体设计 . 9 第 3 章 温室控制系统硬件设计 . 11 3.1 基于 AT89C51 的单片机系统
3、 . 11 3.1.1 时钟脉冲 . 12 3.1.2 复位电路 . 12 3.2 温度采集模块 . 12 3.2.1 温度转换器 ADC0804 的功能 . 14 3.3 显示模块 . 16 3.3.1 译码 IC 7447 . 16 3.3.2 七段 LED 数码管 . 17 3.4 键盘扫描 . 18 3.4.1 键盘 . 19 3.4.2 键盘扫描芯片 . 19 3.5 WP 型温室加热器 . 20 3.6 降温模块 . 20 第 4 章 软件设计 . 23 4.1 主程序 . 23 4.2 定时器 T0 中断 . 25 4.3 显示模块 . 27 4.4 按键扫描 . 28 第 5
4、章 测试分析 . 30 结 束语 . 31 参 考文献 . 32 致 谢 . 33 附 录 . 35 附 录 1 系统电路图 . 35 附 录 2 源程序代码 . 35 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景 及意义 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中 的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度。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
5、，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我 国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确
6、性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其 性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。当前农业温室大棚大多是中、 小规模， 要在大棚内引人自 动化控制系统，改变全部人工管理的方式，就要考虑系统的成本，因此，针对这种状况，结合郊区农户的需要， 设计了一套低成本的温度自动控制系统。 目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来
7、越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可 能。 1.2 国内外温室控制技术发展概况 温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。 国外对温室环境控制技术研究较早，始于 20 世纪 70 年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息
8、并进行指示、记录和控制。 80 年代末出现了分布式控 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。 从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段 : （ 1）手动控制。 这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构，他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积 累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室
9、内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。 （ 2）自动控制。 这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率 得到提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时做出反
10、应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。 （ 3）智能化控制。 这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、 功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。 1.3 本文的主要工作 温室是观赏植物栽培生产中必不可少的
11、设施之一，不同种类观赏花卉对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，以提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。该系统可自动控制加热、降温、通风。根据需要，通过按键将温度信息输入 MCU，根据情况 可随时调节环境。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施栽培高新技术的体现。 本文将使用 8051 型单片机对温度及湿度控制的基本原理实例化，利用现有资源设计一个实时控制温室大棚温度的控制系统。目的是通过这次毕业设计，让我们将课本知识与实践相结合，更加深刻的理解自动控制的运作模
12、式及意义，也能够将所学知识和技能更多的运用于生活和工作中，学以致用。 河北 联合 大学轻工学院毕业设计说明书 第 8 页 共 41 页 第 2 章 温室控制系统的总体设计 本系统要控制的对象为这样一个规模的温室。 温室结构的参数为：屋脊高 5.2m，檐高 3m，单跨度 6.5m，长为 20m，地面面 积为 130 平方米 3。要实现的目标是，使薄膜温室的温度保持在 20 30之间，在这个区域内温度值是可设定的。 2.1 温室环境因子 作物的生长发育及产品的最终形成，其产量与质量一方面取决于作物本身的遗传特性，另一方面取则决于外部环境条件。在实际生产中，一方面通过育种技术来获得具有新遗传性的品种
13、，另一方面要通过先进的栽培技术及适宜的环境条件来控制其生长和发育。 温室内气温、地温对作物的光合作用、呼吸作用、根系的生长和水分、养分的吸收有着显著的影响，因此影响作物生长发育的环境条件中，以温度最为敏感，也最为 重要，对温室环境控制的研究也是最先从温度控制开始的。不同种类的作物对温度的要求是不同的，同一作物在不同发育阶段对温度的要求亦有所不同，而且在同一发育期阶段内对温度的要求也会随着昼夜变化而呈周期性地变化。一般说来在白天作物进行光合作用需要的温度较高，晚上维持呼吸作用所需的温度要低一些。另外温室内的气温要受到太阳辐射强度和室外气温变化的影响，在温室环境自动控制系统的研制中应该考虑到这种情
14、况。作物生长发育适宜的温度，随种类、品种、生育阶段及生理活动的变化而变化。为了增加光合产物的生成，抑制不必要的呼吸消耗，在一天 中，随着光照强度的变化，实行变温管理是一种很有效的管理方法。 2.2 控制系统设计要求 本系统以温室温度为主要控制参数，进行控制系统的设计，主要完成以下功能。 1. 实现对温室温度参数的实时采集，测量空间多点温度：根据测量空间或设备的实际需要，由多路温度传感器对关键温度敏感点进行测量，由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储，实现温度的智能、多空间点的测量。 河北 联合 大学轻工学院毕业设计说明书 第 9 页 共 41 页 2. 显示报警功能：实现超数据的及时报
15、警。温度检测范围： 20-30C，检测精度 0.5 C。 3. 存储一定时间的 温室环境参数值。 由于单片机对温室环境的检测是一个连续不断的过程，单片机数据存储器的容量需足够大，能够存储数天的数据。需要保存一组由室内、外环境参数及其本组数据采集时间组成的一条测控记录。本控制系统保存一条测控记录需要 30个字节的存储单元。 32K 外部数据存储器中的 0300H 7FFFH 为测试数据存储区，共计 32000 个字节，最多可以存储 1066 条记录。如果每隔 lO 分钟存储一条记录，则一天需要存储 144 条记录。扩展 32K 数据存储器可以存储 7 天的数据。完全可以满足本控制系统的需要。 4
16、. 能够根据季节、地区和作 物的不同，设置不同的控制参数。 操作人员可以根据不同的季节、地区和作物，来设置不同的环境控制参数，以满足不同的需要达到最佳效益。 5. 自动调节温室内的环境参数。 当强电柜的转换开关都放在“自动”档位时，控制系统能够完全自动的控制温室内温度调节机构，将温室内温度调节到操作人员设定的参数值附近。 2.3 控制系统总体设计 系统原理框图如图 1 所示，温室温度自动控制系统总体电路图见附录一。本系统由单片机系统模块、温度采集模块、 WP 型温室加热器、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。通过按键设定温度值，设定的温度 值和采集的温度值都可以通过 LED 数码管显示。 当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热，以达到设定值； 反之，开启降温风扇，以快速达到降温效果。该系统对温度的控制范围在 20 30 ，温度控制的误差小于等于 0.5 。 通过使用该系统， 对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制 ,保证大棚内 作物在最佳的温度条件下生长，提高质量和产量。 河北 联合 大学轻工学院毕业设计说明书 第 10 页 共 41页 图 1 系统原理框图 温度采集 键盘扫描 降温模块 WP 型温室加热器 AT89C51控制系统显示
