1、吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 智 能 温 室 大 棚 温 湿 度 检 测 系 统 设 计Design of Intelligent Greenhouse Temperature and Humidity Detection System学 生 学 号 ： 10510209 学 生 姓 名 ： 过 旭 峰 专 业 班 级 ： 自 动 1002 指 导 教 师 ： 付 秀 伟 职 称 ： 助 教 起 止 日 期 ： 2014.02.24 2014.06.15 吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology吉 林 化 工 学
2、院 毕 业 设 计 说 明 书- I -摘 要随 着 人 们 的 生 活 及 其 生 产 水 平 的 不 断 提 高 ， 对 生 活 环 境 和 生 产 环 境 的 要 求 就 显 的 尤为 重 要 ， 温 湿 度 的 控 制 就 是 一 个 典 型 的 例 子 ， 因 此 温 湿 度 检 测 系 统 就 是 现 代 生 产 生 活 中 应运 而 生 的 一 种 智 能 、 快 捷 、 方 便 可 靠 的 检 测 系 统 。 温 室 大 棚 是 现 代 化 农 业 生 产 的 重 要 手段 ， 利 用 现 代 技 术 实 现 生 产 过 程 和 管 理 的 自 动 化 控 制 ， 可 节 约
3、大 量 的 人 力 物 力 成 本 ， 是提 高 生 产 力 和 生 产 效 率 的 有 力 保 障 。 多 参 数 测 控 的 温 室 智 能 化 控 制 设 备 ， 经 济 成 本 较 高 ，影 响 了 推 广 使 用 ， 因 此 选 择 温 湿 度 作 为 控 制 对 象 。 本 温 度 控 制 系 统 湿 度 检 测 精 度 范 围 是2 RH， 温 度 检 测 精 度 范 围 是 0.4 (25 )， 能 手 动 设 置 温 湿 度 的 上 限 和 下 限 。温 室 大 棚 控 制 系 统 包 括 硬 件 电 路 设 计 和 软 件 设 计 两 部 分 。 硬 件 电 路 设 计 包
4、 括 温 湿 度 检测 电 路 、 时 钟 电 路 、 LCD 显 示 电 路 、 报 警 电 路 、 温 湿 度 控 制 电 路 等 。 主 控 芯 片 选 用AT89S52 芯 片 ； 温 度 检 测 器 件 选 用 温 湿 度 传 感 器 AM2303； 时 钟 芯 片 选 用 DSl302； LCD模 块 选 用 自 带 中 文 字 库 的 HGl286401C。 软 件 部 分 采 用 模 块 化 程 序 设 计 ， 通 过 C 语 言 开 发了 程 序 软 件 。 该 智 能 温 室 大 棚 温 湿 度 控 制 系 统 外 围 电 路 简 单 ， 精 度 好 ， 可 靠 性 高 。
5、关 键 词 ： AT89S52 单 片 机 ； 温 湿 度 传 感 器 AM2303； 时 钟 芯 片 DS1302 ； 温 湿 度 控 制智 能 温 室 大 棚 温 湿 度 检 测 系 统 设 计- II -AbstractWith the continuous improvement of peoples life and production level, The requirement to the living environment and production environment is the significant particularly important, tempe
6、rature and humidity control is a typical example, so an intelligent,so the temperature and humidity detection system is an intelligent have emerged in the modern production and living, quick, convenient and reliable detection system. Greenhouses is an important means of modern agricultural productio
7、n, use modern technology to realize automation control of production process and management, can save a lot of manpower cost, is to improve the productivity and efficiency. Many parameters measurement and control of greenhouse intelligent control equipment, economic cost is higher, affect the promot
8、ion use, therefore temperature and humidity is chosen as the control object. This temperature control system of humidity detection accuracy range is 2% RH, temperature accuracy range is 0.4 (25 ), can be manually set the upper and lower limits of temperature and humidity.Greenhouse control system in
9、cluding hardware circuit design and software design two parts. The hardware circuit design including the temperature and humidity detection circuit, clock circuit, LCD display circuit, alarm circuit, temperature and humidity control circuit, etc. The main control chip AT89S52 chip. Temperature detec
10、tion device choose AM2303 of temperature and humidity. The clock chip choose DSl302. To choose own character HGl286401C LCD module. Software part adopts modularized program design, through the C language developed a program software. The peripheral circuit of the intelligent greenhouse temperature a
11、nd humidity control system is simple, good accuracy and high reliability.Key Words： AT89S52 single chip microcomputer； Temperature and humidity sensor AM2303； The clock chip DS1302； Temperature and humidity control吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书- III -目 录摘 要 IAbstract II第 1 章 绪 论 11.1 课 题 的 研 究 背 景 11.2 温
12、 湿 度 传 感 器 国 内 外 研 究 11.3 论 文 的 主 要 内 容 及 研 究 意 义 21.3.1 主 要 内 容 21.3.2 本 课 题 研 究 的 意 义 3第 2 章 系 统 总 体 方 案 设 计 42.1 温 室 大 棚 内 主 要 环 境 参 数 的 控 制 与 调 节 42.1.1 温 度 参 数 的 控 制 与 调 节 42.1.2 湿 度 参 数 的 控 制 调 节 42.1.3 温 度 湿 度 之 间 的 耦 合 控 制 与 调 节 52.2 系 统 设 计 工 作 流 程 52.3 主 要 元 件 的 选 择 62.3.1 温 度 传 感 器 的 选 择
13、62.3.2 控 制 器 的 选 择 7第 3 章 系 统 硬 件 电 路 设 计 93.1 单 片 机 模 块 简 介 93.2 温 湿 度 采 集 模 块 113.2.1 温 湿 度 传 感 器 AM2303 介 绍 113.2.2 AM2303 的 引 脚 分 配 及 说 明 113.2.3 传 感 器 的 性 能 133.2.4 AM2303 通 讯 时 序 143.3 数 据 显 示 模 块 163.3.1 HG1286401C 液 晶 中 文 显 示 模 块 概 述 163.3.2 模 块 接 口 说 明 163.3.3 模 块 主 要 硬 件 构 成 说 明 173.3.4 LC
14、D 模 块 与 单 片 机 的 连 接 电 路 183.4 继 电 器 控 制 模 块 193.5 电 源 模 块 19智 能 温 室 大 棚 温 湿 度 检 测 系 统 设 计- IV -3.6 输 出 驱 动 模 块 203.6.1 温 度 控 制 模 块 203.6.2 热 风 机 和 通 风 机 的 选 择 213.6.3 湿 度 控 制 模 块 213.7 遮 阳 模 块 223.8 时 钟 模 块 233.8.1 DS1302 的 结 构 及 工 作 原 理 233.8.2 DS1302 内 部 寄 存 器 243.8.3 时 钟 芯 片 DS1302 与 单 片 机 的 连 接
15、电 路 263.9 其 他 模 块 设 计 273.9.1 单 片 机 时 钟 复 位 电 路 273.9.2 键 盘 电 路 设 计 273.9.3 报 警 电 路 设 计 283.8.4 报 警 电 路 设 计 29第 4 章 系 统 的 软 件 设 计 304.1 主 程 序 流 程 图 设 计 304.2 温 湿 度 采 集 模 块 的 设 计 314.3 时 钟 芯 片 DSl302 驱 动 程 序 34第 5 章 系 统 误 差 分 析 及 抗 干 扰 385.1 传 感 器 的 误 差 分 析 385.2 消 除 误 差 的 措 施 395.2.1 多 项 式 插 值 法 395
16、.2.2 分 段 线 性 插 值 法 405.3 抗 干 扰 分 析 41结 论 43参 考 文 献 44附 录 A 电 路 原 理 图 45致 谢 46吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书- 1 -第 1 章 绪 论1.1 课 题 的 研 究 背 景中 国 是 一 个 农 业 大 国 ， 农 业 生 产 在 国 民 生 产 中 占 据 了 重 要 的 地 位 ， 随 着 现 代 科 技的 发 展 和 进 步 。 以 及 生 产 力 水 平 发 展 的 需 要 ， 迫 切 要 求 中 国 农 业 发 展 走 现 代 化 、 科 技化 的 道 路 。 温 室 大 棚 是 现 代 化
17、 农 业 生 产 技 术 的 重 要 内 容 ， 温 室 大 棚 生 产 技 术 提 出 了 生产 和 管 理 过 程 全 自 动 化 的 要 求 。 采 用 电 子 技 术 、 控 制 技 术 计 算 机 技 术 等 现 代 化 先 进 技术 实 现 对 温 室 大 棚 主 要 环 境 参 数 的 测 量 和 控 制 ， 实 现 温 室 大 棚 农 业 生 产 过 程 自 动 化 ，以 提 高 产 品 质 量 、 生 产 效 率 、 降 低 生 产 成 本 。农 业 生 产 中 ， 农 作 物 的 生 产 跟 温 度 、 湿 度 、 二 氧 化 碳 浓 度 、 土 壤 的 含 水 量 、 肥
18、 量等 息 息 相 关 。 为 了 使 农 作 物 在 最 适 宜 的 环 境 下 生 长 ， 需 要 把 各 项 环 境 参 数 控 制 在 最 适宜 的 一 个 范 围 之 内 。 传 统 的 农 业 环 境 参 数 的 测 控 手 段 大 多 采 用 人 工 检 测 和 手 工 式 操 作 ，不 可 避 免 地 存 在 着 很 多 问 题 ： 比 如 劳 动 强 度 大 、 测 控 实 时 性 差 、 效 率 低 、 成 本 高 、 精度 低 等 等 很 难 达 到 理 想 的 效 果 。 因 此 ， 为 了 实 现 农 业 生 产 的 高 效 、 高 质 ， 必 须 大 力 发展 农
19、业 生 产 的 自 动 化 、 科 技 化 。 目 前 ， 随 着 温 室 大 棚 生 产 越 来 越 广 泛 地 应 用 ， 人 们 对 温室 大 棚 生 产 的 自 动 化 程 度 要 求 也 越 来 越 高 。 由 于 单 片 机 控 制 技 术 和 电 子 技 术 的 飞 速 发展 ， 使 自 动 化 生 产 的 要 求 成 为 现 实 。本 文 以 AT89S52 单 片 机 为 核 心 ， 研 究 开 发 一 种 温 室 大 棚 环 境 参 数 自 动 化 测 量 和 控制 系 统 。 主 要 目 的 是 对 影 响 农 作 物 生 长 的 温 度 、 湿 度 的 环 境 参 数
20、进 行 有 效 的 测 量 和 可靠 的 控 制 。 本 系 统 具 有 检 测 精 度 高 、 检 测 和 控 制 自 动 化 水 平 和 程 度 高 、 生 产 和 管 理 效率 高 、 成 本 低 、 使 用 简 单 、 适 合 中 国 地 域 和 气 候 特 征 等 特 性 。 可 以 广 泛 应 用 于 温 室 大棚 农 业 生 产 ， 稍 加 改 造 也 可 以 应 用 与 其 他 室 内 、 室 外 ， 工 业 、 农 业 的 生 产 领 域 ， 具 有广 泛 的 应 用 前 景 。1.2 温 湿 度 传 感 器 国 内 外 研 究由 于 农 业 生 产 中 外 部 环 境 与
21、植 物 的 生 长 、 发 育 关 系 密 切 ， 所 以 对 环 境 中 的 一 些 参 数如 温 、 湿 度 等 随 时 进 行 检 测 和 控 制 是 农 业 生 产 中 非 常 重 要 的 一 环 ， 其 中 非 常 重 要 的 就是 传 感 器 检 测 技 术 。 在 科 学 技 术 在 生 活 比 重 中 占 得 成 分 越 来 越 多 的 今 天 ， 传 感 器 技 术和 通 信 技 术 、 计 算 机 技 术 一 起 组 成 了 信 息 技 术 的 三 大 支 柱 ， 传 感 器 技 术 就 相 当 于 信 息系 统 的 “感 官 ”， 通 信 技 术 相 当 于 “神 经 ”
22、， 计 算 机 技 术 相 当 于 “大 脑 ”， 它 们 分 别完 成 信 息 的 采 集 、 传 递 和 处 理 的 功 能 ， 都 是 信 息 系 统 中 不 可 缺 少 的 部 分 之 一 。 传 感 器智 能 温 室 大 棚 温 湿 度 检 测 系 统 设 计- 2 -检 测 技 术 是 人 们 对 于 信 息 进 行 采 集 的 最 前 端 的 技 术 ， 是 现 代 工 业 和 科 学 技 术 中 必 不 可 少的 重 要 手 段 。温 度 传 感 器 的 早 在 17 世 纪 就 被 使 用 ， 较 于 湿 度 传 感 器 的 出 现 更 早 。 从 伽 利 略 发 明了 温
23、度 计 之 后 ， 人 们 就 逐 渐 开 始 了 对 温 度 的 测 量 和 温 度 检 测 技 术 的 不 断 革 新 。 后 来 随着 1821 年 热 点 效 应 的 发 现 ， 逐 渐 研 制 出 了 热 电 偶 传 感 器 ， 从 而 真 正 实 现 了 把 温 度 信号 变 成 电 信 号 ， 它 们 与 被 测 对 象 直 接 接 触 ， 具 有 精 度 高 ， 测 量 范 围 广 的 特 点 ， 可 对 -50 1600 的 进 行 连 续 测 量 ， 特 殊 的 热 电 偶 如 金 、 镍 、 铬 等 最 低 可 测 到 -269 ， 最 高 可达 到 3000 ， 但 是
24、 相 比 之 下 灵 敏 度 比 较 低 ， 由 于 线 性 不 好 ， 必 要 对 采 集 数 据 进 行 温 度补 偿 。 模 拟 集 成 温 度 传 感 器 的 是 在 20 世 纪 80 年 代 问 世 ， 它 通 过 硅 半 导 体 集 成 工 艺 ，将 传 感 器 和 温 控 开 关 、 可 编 程 控 制 器 等 集 成 到 一 块 芯 片 上 ， 具 有 测 温 误 差 小 、 功 耗 低 、精 度 高 、 价 格 低 ， 并 且 由 于 温 度 和 输 出 电 压 成 线 性 关 系 ， 受 外 界 影 响 很 小 ， 不 需 要 进行 非 线 性 校 准 ， 但 受 制 于
25、 半 导 体 技 术 的 原 因 ， 测 量 范 围 不 宽 ， 一 般 为 -50 150 。 而 现在 ， 随 着 电 子 技 术 的 逐 渐 发 展 ， 温 度 传 感 器 正 逐 渐 从 模 拟 式 向 数 字 化 、 集 成 化 、 智 能化 及 网 络 化 方 向 发 展 。 智 能 温 度 传 感 器 将 温 度 采 集 电 路 、 A/D 数 字 化 信 号 转 化 电 路 、数 据 处 理 电 路 、 外 设 硬 件 接 口 电 路 等 集 成 到 一 个 芯 片 上 面 ， 有 的 还 带 微 控 制 器 (MCU)、多 路 控 制 器 等 。在 常 规 环 境 参 数 中
26、 ， 温 湿 度 的 检 测 由 于 受 外 界 环 境 因 素 （ 温 度 ， 压 强 、 有 毒 气 体 、水 分 等 ） 影 响 比 较 大 ， 相 对 比 较 复 杂 ， 对 灵 敏 度 、 精 度 和 稳 定 性 等 要 求 比 较 高 。 国 外在 湿 度 传 感 器 研 制 方 面 较 我 们 国 家 更 好 ， 在 湿 度 检 测 方 面 技 术 水 平 更 为 先 进 ， 对 于 湿度 测 量 ， 测 量 范 围 更 广 ， 精 度 更 高 ， 部 分 高 精 度 产 品 精 度 可 达 到 1 RH 左 右 ， 稳 定性 和 耐 高 温 、 耐 腐 蚀 性 等 方 面 可
27、靠 性 比 较 高 ， 但 是 价 格 也 相 对 比 较 昂 贵 。 而 我 国 湿 度传 感 器 在 20 世 纪 80 年 代 才 开 始 研 发 ， 起 步 比 较 晚 ， 技 术 水 平 比 较 薄 弱 ， 同 时 由 于 科研 设 备 和 经 费 投 资 不 足 、 研 究 单 位 多 于 生 产 厂 家 且 这 些 单 位 多 从 事 与 电 解 质 以 及 高 分子 传 感 器 的 研 制 与 开 发 等 原 因 ， 导 致 传 统 或 者 集 成 式 温 湿 度 传 感 器 与 国 外 还 有 一 些 差距 ， 主 要 是 体 现 在 产 品 的 质 量 、 稳 定 性 、
28、精 度 和 创 新 性 上 ， 就 目 前 现 状 来 说 一 部 分 高精 密 传 感 器 主 要 选 择 国 外 的 产 品 。1.3 论 文 的 主 要 内 容 及 研 究 意 义1.3.1 主 要 内 容随 着 现 代 农 业 的 发 展 ， 利 用 温 室 大 棚 来 培 育 农 作 物 越 来 越 普 及 ， 而 大 棚 环 境 不 同于 室 外 ， 温 度 、 湿 度 、 浓 度 、 光 照 强 度 等 外 部 条 件 的 及 时 掌 握 ， 将 会 直 接 制 约 农2CO吉 林 化 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书- 3 -作 物 的 茁 壮 成 长 。 同 的 植 物
29、 在 不 同 的 生 长 期 所 需 的 温 度 和 湿 度 也 不 尽 相 同 。 而 我 们 现 代农 业 发 展 比 较 晚 ， 一 般 依 靠 操 作 人 员 使 用 传 统 的 温 度 计 、 湿 度 计 等 方 法 对 现 场 环 境 进 行检 测 ， 这 样 就 比 较 消 耗 人 力 资 源 ， 同 时 由 于 传 感 器 本 身 的 制 约 导 致 准 确 度 和 实 时 性 比 也受 到 一 定 程 度 的 影 响 。 随 着 科 技 的 发 展 ， 单 片 机 技 术 的 普 及 ， 由 传 感 器 、 微 控 制 器 、模 数 转 换 器 等 组 成 的 智 能 监 控 系 统 的 出 现 ， 促 进 了 现 代 农 业 科 技 的 革 新 。 系 统 可 以 实时 准 确 对 数 据 进 行 监 测 ， 同 时 操 控
