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基于单片机的大棚果园监控系统的.doc
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基于单片机的大棚果园监控系统的.doc
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I
摘 要
本设计是基于单片机的大棚温度、湿度控制系统,可以实现对大棚内的温度、
湿度的检测、控制与显示。
控制芯片选用 AT89S52 单片机,主要用温度传感器 AD590 来检测温度,用湿度
传感器 HS1101 来检测湿度,用三个控制按键来实现按键控制,用 8 位 LED 控制驱
动器 MAX7219 芯片来完成显示部分,用 8 位串行控制的模数转换器 TLC0834 芯片来
完成转换部分。数据采集部分是将温湿度传感器置于大棚内部,测出大棚内的温湿
度值,经过数据的调理转换为数字信号之后送入 AT89S52 单片机中,然后 LED 显示
出温湿度测量值。单片机将预设值与测量值进行比较,根据比较结果作出判断,经
过程序分析处理发送相应指令控制执行机构动作,接通或关闭各种执行机构的继电
器,进而控制调节大棚内温湿度。如此循环不断,使温湿度值与设定值保持一致。
当温湿度值超过允许的误差范围,系统将发出报警,如果有必要,果农可以通过按
纽来人工修改片内存储的温湿度预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计,
达到优化控制温湿度的目标。这些硬件电路在设计中都有详细的介绍。控制算法采
用 PID 控制。
关键词:AT89S52;PID 算法;温度;湿度
II
目 录
第 1 章 绪 论 ...........................................................................................................1
1.1 课题背景 .....................................................................................................1
1.2 果园大棚温湿度控制现状 ........................................................................1
1.3 本文的主要工作 ........................................................................................2
第 2 章 方案论证 .....................................................................................................3
2.1 系统的总体方案及技术指标 ....................................................................3
2.2 系统的方案论证 ........................................................................................3
第 3 章 硬件设计 .....................................................................................................6
第 3 章 硬件设计 .....................................................................................................6
3.1 温度检测电路的设计 ................................................................................6
3.1.1 温度传感器 .....................................................................................6
3.1.2 温度检测电路 .................................................................................6
3.2 湿度检测电路的设计 ................................................................................7
3.2.1 湿度传感器 .....................................................................................7
3.2.2 湿度检测电路 ...............................................................................10
3.3 主芯片的选择 ..........................................................................................11
3.4 单片机最小系统的设计 ..........................................................................13
3.4.1 MAX813L 芯片简述 .....................................................................13
3.4.2 最小系统 ........................................................................................14
3.5 键盘和显示电路 ......................................................................................15
3.5.1 显示电路 .......................................................................................15
3.5.2 键盘电路 .......................................................................................18
3.6 转换电路的设计 ......................................................................................19
3.6.1 TLC0834 芯片介绍 .......................................................................19
3.7 控制电路的设计 ......................................................................................21
3.8 电源电路的设计 ......................................................................................22
3.9 扩展电路的设计 ......................................................................................23
3.9.1 I/O 口的扩展..................................................................................23
3.9.2 数据、程序存储器的扩展 ...........................................................23
3.10 报警电路的设计 ....................................................................................24
III
第 4 章 软件设计 ...................................................................................................26
4.1 控制算法的选择 ......................................................................................26
4.2 主程序 ......................................................................................................27
4.3 中断程序 ..................................................................................................28
4.4 A/D 转换程序 ...........................................................................................28
4.5 温度控制程序 ..........................................................................................28
4.6 湿度控制程序 ..........................................................................................28
4.7 控制算法程序 ..........................................................................................32
第 5 章 结论 ...........................................................................................................34
参考文献 .................................................................................................................35
致 谢 .......................................................................................................................37
附 录Ⅰ ...................................................................................................................38
附 录 II ...................................................................................................................42
1
第 1 章 绪 论
1.1 课题背景
随着我国经济的发展,农民增收缓慢的问题逐渐凸现出来,成为阻碍我国经
济稳定发展的一大隐患。解决此问题的关键是大力发展农业科技,逐步走向农业
现代化。温室大棚技术则是其中一个重要环节,并且适合我国当前的国情:我国农
业技术水平落后,作物生产单一,专用品种缺乏,绝大多数地方还是要靠天吃饭。
因此,温室大棚技术是我国农业发展的重点之一。同时,也要注意到我国的另一
现实:我国资源、能源相对匮乏,农民经济实力有限,但人力资源丰富。而引进的
一些国外的计算机智能控制系统投资过大,系统故障维护不便,而且经济效益过
低,以上种种条件决定了我国不能走“高投入,高产出”的道路。此外,我国地
域辽阔,属于大陆性季风气候,与同纬度的国家和地区相比具有气温年差大,极
端气候条件恶劣等特点,对于我国温室生产极为不利。因此,要综合考虑在我国
不同地区,不同温室形式,选择适合作物进行温室栽培。本课题就是产生于这样
的背景之下,将重点探讨如何建立能适合中国国情的温室控制系统,具有一定研
究价值。
1.2 果园大棚温湿度控制现状
有两个铁丝缠绕在塑料薄膜上,通过一根长杆加固成为一个整体,然后将它
盖在一个狭长的出风口上,在大棚的内部装有控制开关,可以来回拉动调节出风
口的大小。
目前大部分果农所按照农业种植学的相关理论,大棚温室温度一般白天不高
于 30-32 度,夜间不低于 15 度。我国现在的果园大棚虽然总体规模比较大,但温
湿度的控制方式比较单一,只是简单的手工操作,设备陈旧,没有引入现代的管
理和控制技术,比如自动化控制和系统集成。在温度控制上,只是在大棚内的若
干地方放置温度计,果农需要挨个查看每个温度计的数值,费时费力,现代的大
棚都长度都在加长,有的果园大棚的长度达到了 200 米之长,小的也在 100 米左
右。宽度也要 10 多米,在这么一个大范围的布置温度计,需要温度计的数量比较
多。更糟糕的是,菜农需要逐个的采集温度计的数值,这样就在很大程度上加大
了果农的负担,而且,现在的果农培养的大棚不止一个,有的甚至多达三个甚至
2
四个。这样大面积的塑料大棚内,光数据采集一项就要花费大半上午的时间。
不仅如此,大棚的温湿度控制系统同样繁琐而且费力,调节温室温湿度的方
法一般是被称作“放风”的方法。这种方法其实是一种机械方法,在大棚的顶部,
谓的温湿度实际上是一种机械控制,通过这种方法控制温湿度,总的说来,有以
下几个缺点:
1、温度采集十分的繁琐,占用了果农大量的时间,有好多农村大棚都是逐字
的记录温度值,这样不符合“即时采集”概念,也达不到“即时温控”的目的。
2、不利于大棚规模的扩张,不利于大棚水果的增产。繁琐而费时的人工温度
计采集,使果农的有效劳动时间减短,加上菜农的主要时间要放在果树的细心呵
护和栽培上,这样不利于大棚规模的扩张。
3、人工采集温度和人工控制会或多或少的出现一些数值精确度偏差,控制的
有效性大打折扣,不利于大棚农作物的生长。
4、温度控制系统其实是一种机械方法,简单而原始,没有什么自动化的控制,
不符合党中央所倡导的农业现代化的思想,不符合科技致富的思路。
1.3 本文的主要工作
本文主要采用单片机控制果园大棚内的温湿度,整个系统由数据采集、数据
调理、单片机和控制部分组成。引入了温度传感器和湿度传感器在果园大棚温湿
度监测控制方面的运用,采用该控制系统准确地检测大棚的温湿度数据,有效地
自动控制大棚内的温湿度,提高了大棚农作物的生长水平,从而增加了果农的收
入。
数据采集部分是将温湿度传感器置于大棚内部,测出大棚内的温湿度值,经
过数据的调理转换为数字信号之后送入 AT89S52 单片机中,然后 LED 显示出温湿
度测量值。单片机将预设值与测量值进行比较,根据比较结果作出判断,经过程
序分析处理发送相应指令控制执行机构动作,接通或关闭各种执行机构的继电器,
进而控制调节果园大棚内的温湿度。如此循环不断,使温湿度值与设定值保持一
致。当温湿度值超过允许的误差范围,系统将发出声光报警,如果有必要,果农
可以根据气候状况或农作物生长状况通过按钮来人工修改片内存储的温度预设值。
通过对整个系统的核心单片机部分的设计,达到优化控制温湿度的目标。
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