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基于单片机的温室大棚温度控制系统设计_本科毕业论文.doc
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基于单片机的温室大棚温度控制系统设计_本科毕业论文.doc
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基于单片机温室大棚温度控制设计
摘要: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。本系统由单片机小系统模块、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,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。
关键词:单片机、温室大棚、温度控制
一、 硬件设计
(一)设计目标
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。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。
(二)设计思路
系统原理框图如图 1 所示。本系统由单片机小系统模块、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。
1
图 1 系统原理框图
该系统分为六个模块,分别是单片机小系统模块、温度采集模块、显示模块、键盘扫
描模块、加热模块和降温模块。
(三)基于 AT89C51 的单片机小系统
本系统采用 Atmel 公司所生产的 AT89C51 单片机。AT89C51 单片机小系统如图 2 所示:
图 2 单片机小系统
这个小系统由时钟脉冲和复位电路组成, AT89C51 内部已具备振荡电路,只要在接地
引脚上面的两个引脚(即 19、18 脚)连接简单的石英晶体即可。AT89C51 的时钟频率为
温度采集
键盘扫描
显示
WP 型温室加热器
AT89C51 控制系统
降温模块
1
12MHz。AT89C51 的复位引脚为第 9 脚,当此引脚连接高电平超过 2 个机器周期(一个机器
周期为 6 个时钟脉冲),即可产生复位的动作。以 12MHz 的时钟脉冲为例,每个时钟脉冲 1μ
s,两个机器周期为 12μs,因此,在第 9 脚上连接一个 12μs 以上的高电平脉冲,即可产生
复位的动作。对于上电复位,复位引脚上串接了一个电容,当复位引脚接 +5V 电压时,电
容相当于短路,经过一段时间(在这段时间内完成复位)后,电容处于充电状态,相当于
断开。还有一种是手动复位,它的接法是在 AT89C51 复位引脚所串连的电容上并联接一个
按钮开关。当按钮没按下时,电容处于充电状态;当按钮按下时,电容对复位引脚放电,
从而在这个引脚上产生高电平,达到复位的目的。
(四)温度采集模块
本系统的温度采集和转换电路原理图如图 3 所示,它的工作过程为:系统通过 AD590
采集外界的温度参数,并通过三个放大器的作用将温度转化为电流模拟量;此模拟量通过
ADC0804 的转化变成数字量,以便单片机辨认接收。
图 3 AD590 温度传感器工作的系统结构电路图
根据电路图,说明各个器件的功能如下:
OPA1:以 0℃为标准,调节可变电阻 R10 使其输出电压为 2.73 伏特。
1
OPA2:减 2.73 伏特,并反相。
OPA3:放大 5 倍并反相。
例如:AD590 输出电压为 1.5 伏特,则其温度为:1.5/5(OPA3)+2.732(OPA2)=3.302
伏特;
3.302/10K=303.2 微安培;
303.2-273.2=30 微安培→30℃。
温度值
OPA1
OPA2
OPA3
ADC VIN
ADC 输出值
0℃
2.732V
0V
0V
0V
00H
10℃
2.832V
-0.1V
0.5V
0.5V
19H
20℃
2.932V
-0.2V
1V
1V
32H
30℃
3.032V
-0.3V
1.5V
1.5V
4BH
40℃
3.132V
-0.4V
2V
2V
64H
50℃
3.232V
-0.5V
2.5V
2.5V
7DH
60℃
3.332V
-0.6V
3V
3V
96H
70℃
3.432V
-0.7V
3.5V
3.5V
AFH
80℃
3.532V
-0.8V
4V
4V
C8H
90℃
3.632V
-0.9V
4.5V
4.5V
E1H
100℃
3.732V
-1V
5V
5V
FAH
表 1 各温度与 3 个 OPA 及 ADC0804 的输入与输出关系
图 4 ADC0804
如图 4,A/D 转换器就是模拟/数字转换器,是将输入的模拟信号转换成数字信号。信
1
号输入端的信号可以是传感器或是转换器的输出,而 ADC 输出的数字信号可以提供给微处
理器,以便更广泛地应用。
ADC0804 电压输入与数字输出关系如下表 2 所示:
与满刻度的比率
相对电压值 VREF=2.56 伏
十六进制
二进制码 二
高四位字节
低四位字节
高四位字节电压
低四位字节电压
F
1111
15/16
15/256
4.800
0.300
E
1110
14/16
14/256
4.480
0.280
D
1101
13/16
13/256
4.060
0.260
C
1100
12/16
12/256
3.840
0.240
B
1011
11/16
11/256
3.520
0.220
A
1010
10/16
10/256
3.200
0.200
9
1001
9/16
9/256
2.880
0.180
8
1000
8/16
8/256
2.560
0.160
7
0111
7/16
7/256
2.240
0.140
6
0110
6/16
6/256
1.920
0.120
5
0101
5/16
5/256
1.600
0.100
4
0100
4/16
4/256
1.280
0.080
3
0011
3/16
3/256
0.960
0.060
2
0010
2/16
2/256
0.640
0.040
1
0001
1/16
1/256
0.320
0.020
0
0000
0
0
表 2 ADC0804 电压输入与数字输出关系
例如:VIN=3V,由上表可知 2.880+0.120=3V,为 10010110B=96H。
AD590 产生的电流与绝对温度成正比,它可接收的工作电压为 4V——30V,检测的温
度范围为-55℃——+150℃,它有非常好的线性输出性能,温度每增加 1℃,其电流增加 1
微安培。当摄氏温度为 0℃时,AD590 的电流为 273.2 微安培,经 10 千欧姆电阻后其电压
为 2.732 伏特。余者依上述方法类推。
利用 AD590 以及接口电路把温度转换成模拟电压,经由 ADC0804 转换成数字信号后传
送给 AT89C51 处理。
温度采集和 AD590 温度传感器工作的系统结构电路图为图 3。
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omygodvv
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