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基于C51单片机的大棚温度自动调控系统的设计.doc
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2023-07-03
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基于C51单片机的大棚温度自动调控系统的设计.doc
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基于 C51 单片机的大棚温度自动调控系统的设计
【摘 要】 本系统是一个自动测温控温系统。主要采用 ATB9C51 单片机,以及温度传感器
DS18B20,将采集到的实时温度通过串口向单片机进行传输,对温度进行实时监测,并将通过键盘设
定的适合大棚植物生长最佳的温度。最后将测得的结果发送到数码管显示出来。该系统对所测得的温
度值进行分析,自动驱动相应的降温或加热设备,以达到对温度智能控制。在实际运用中我们就能够
免除温度过高或过低给我们带来的经济损失。
1.前言
1.1、系统的运用和实际意义
在随着农业现代化的发展,名贵蔬菜栽培工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切,
己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇,并产生巨大的推
动作用。我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。温室是植物栽培生产中必不
可少的设施之一,不同种类名贵蔬菜对温度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,根据市场的供求关系,提早或延迟最佳食用期,最终将会给我们带来
巨大的经济效益。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。
随着现代科技的发展,电子计算机已用于控制温室环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设
备、传感器等组成。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息,根据中央控制装置的指令输出控制信
号,使电器机械设备执行动作,实现温室环境调节。
1.2 、系统设计任务及要求
1.2.1、设计任务
设计一个基于单片机可以自动监控、调控大棚内温度的智能系统。
设计后的温度检测系统,通过外部设备控制设置温度,并能直接显示出来设置温度和当前温度。
若温度没达到设定的温度,系统都能够自动的调节温度,当温度低于设定温度值时启动加热设备,当温
度高于设定温度值时启动降温设备,使得菜棚可以控制有利于植物生长的最佳温度,实现智能恒温控制。
1.2.2、设计要求
(1)通过按键可以任意设置大棚内的温度。
(2)能检测当前大棚内的实时温度。
(3)能用数码管显示调节设置的温度值,和当前实时的温度值。
(4)能智能调节大棚内的温度,使当前温度等于设置的温度值。
(5)调节后的大棚内的温度与按键设置的温度,正负误差不能大于 1 度。
(6)温度显示的最小精度为 1 度,升温、降温阶段的温度控制精度要求为 1 度,保温阶段温度
控制精度为 1 度 。
(7)智能系统的温度的加热,散热系统。分别为电炉丝加热,开启风扇和打开大棚门窗通风散
热。
2、系统结构设计
2.1 系统框架
2
本设计系统包括温度传感器,键盘输入控制模块,输出控制模块,温度显示模块和温度调节驱动
电路五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控。
系统由51系列单片机AT89C51、按键、DS18B20温度采集、数码管显示,电源,电动机散热,灯泡加
热模块等部分构成。单片机部分包括时钟电路、复位电路;按键部分能够实现对温度的调整设定。四个
按键的功能分别为:加10度、加1度、减10度、减1度。温度采集部分包括温度传感器、BCD码转换。经软
件处理后送至7段共阴数码管显示。电源部分共输出5V电压给各个芯片提供电源。
2.2 系统功能方框图 2-1
2-1 系统功能方框图
2.3 系统功能说明
(1) 能够用数码管同时显示测量的温度和预设的温度,显示位数 4 位,分别预设温度的十位,
个位测量温度的十位,个位。
(2)可以手动通过按键设置温度
(3)超出温度设定值时启动降温设备(电动机自制的电风扇),温度低于设定值时启动加热设备
(电灯泡)温度相等的时候把两继电器都关了。
3、DS18B20功能介绍
为了简化电路,经济实惠,自动测量等方面考虑,本系统采用 DS18B20 温度传感器来测量系统温
度,DS18B20 与单片机是单总线连接方式,它只定义了一根信号线,总线上的每个器件都能够在合适
的时间驱动它,相当于把单片机的地址线、数据线、控制线、合为一根信号线对外进行数据交换,并且,
它不再经 A/D 转换成数字量,直接测得为数字量,简化了许多工作量,电路也简单可靠的多。下面介绍
温度传感器 DS18B20 的使用说明。
3.1.DS18B20 简介
(1)独特的单线接口方式:DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理
器与 DS18B20 的双向通讯。
(2)在使用中不需要任何外围元件。
(3)可用数据线供电,电压范围:+3.0~�+5.5 V。
(4)测温范围:-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为 0.5 ℃。
单
片
机
DS18B20 温度采集
键盘预设温度
数码管显示
自动调节温度
电源
继电器控制
3
(5)通过编程可实现 9~12 位的数字读数方式。
(6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。
(7)支持多点组网功能,多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上,实现多点测温。
(8)负压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。�
3. 2.DS18B20 的内部结构
DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装,其内部结构框图如图 3-1 所示。
(1) 64 b 闪速 ROM 的结构如下图 3-2:
�
开始 8 位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有 48 位,最后 8 位是前 56
位的 CRC 校验码,这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。
(2) 非易市失性温度报警触发器 TH 和 TL,可通过软件写入用户报警上下限。
(3) 高速暂存存储器
DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的
E�2RAM。后者用于存储 TH,TL 值。数据先写入 RAM,经校验后再传给 E�2RAM。而配置寄存器为高速
暂存器中的第 5 个字节,他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率,DS18B20 工作时按此寄存器中的
分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如下图 3-3:
低 5 位一直都是 1,TM 是测试模式位,用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20
出厂时该位被设置为 0,用户不要去改动,R1 和 R0 决定温度转换的精度位数,即是来设置分辨率,如
4
3-4 所示(DS18B20 出厂时被设置为 12 位)。�
由图 3-4 可见,设定的分辨率越高,所需要的温度数据转换时间就越长。因此,在实际应用
中要在分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存存储器除了配置寄存器外,还有其他 8 个字节组成,其分配如下图 3-5 所示。其中温
度信息(第 1,2 字节)、TH 和 TL 值第 3,4 字节、第 6~8 字节未用,表现为全逻辑 1;第 9 字节读出
的是前面所有 8 个字节的 CRC 码,可用来保证通信正确。
� 图 3-5
当 DS18B20 接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩
展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1,2 字节。单片机可通过单线接口读到该数据,读取
时低位在前,高位在后,数据格式以 0�062 5 ℃/LSB 形式表示。温度值格式如下图 3-6:
�
对应的温度计算:当符号位 S=0 时,直接将二进制位转换为十进制;当 S=1 时,先将补码变换为
原码,再计算十进制值。图 3-7 是对应的一部分温度值。
DS18B20 完成温度转换后,就把测得的温度值与 TH,TL 作比较,若 T>TH 或 T<TL,则将该器件内的
告警标志置位,并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此,可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行
告警搜索。
(4) CRC 的产生
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