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蔬菜大棚温度控制系统.docx
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蔬菜大棚温度控制系统.docx
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目 录
一、引言 ........................................................................................................................................1
(一)选题的背景............................................................................................................1
(二)国内温室大棚发展状况........................................................................................1
(三)选题目的................................................................................................................2
二、控制系统的总体设计 ............................................................................................................2
(一)控制系统具体功能................................................................................................2
(二)控制系统整体结构................................................................................................2
(三)硬件设备的选择....................................................................................................3
1.控制芯片的选择....................................................................................................3
2.温度传感器的选择................................................................................................3
3.显示器件的选择....................................................................................................4
(四)系统工作原理........................................................................................................5
三、温度控制系统电路设计 ........................................................................................................6
(一)控制模块电路........................................................................................................6
(二)控制模块输入电路................................................................................................9
1. DS18B20 温度传感器设计.................................................................................9
2. 外部控制电路的设计 ........................................................................................14
(三)输出控制控温设备电路......................................................................................15
1.蜂鸣器电路的设计..............................................................................................15
2. 继电器驱动电路设计........................................................................................15
(四)系统硬件测试......................................................................................................16
四、 系统软件部分设计 ............................................................................................................17
(一) 主函数................................................................................................................17
(二) 数码管显示函数的设计....................................................................................18
(三) DS18B20 温度采集函数的设计.......................................................................19
(四) 系统单片机程序调试......................................................................................20
五、 结论.........................................................................................................................................21
参考文献..........................................................................................................................................22
致谢..................................................................................................................................................23
2
一、引言
(一)选题的背景
从本世纪处开始,随着中国经济的快速发展,人民对于生活质量和身体健康
越来越重视,在北方寒冷的冬季吃上新鲜可口的蔬菜成为了生活的需要。因此造
成了冬季反季节蔬菜的需求逐年扩大,尤其是在北方寒冷地区。温室蔬菜栽培大
棚远比比南方蔬菜的长途运输更加具有明显优势。出于经济上的价值。长江以南
从南到北菜长途运输不仅成本高,而且长途运输的蔬菜大多为冷冻脱水蔬菜不再
新鲜。因此,依靠现代数字温度控制系统,推广性价比高的大棚种菜能更好地满
足人民群众生活的需要。
由于不同蔬菜作物及其不同生育期所需要的温度不同且要求稳定在一定的
温度范围内。仅仅是依靠人工管理存在温度调节不及时、不准确,影响作物生长
及人力资源浪费等问题。因此要求有一种能对温室温度的检测具有足够精度和实
时控制的温度控制系统来代替人工操作,并尽可能具有较低成本,这样的产品才
有实用价值。
蔬菜大棚的温室环境控制自动调节的环境条件在温室中,以实现对植物生长
发育的最佳环境。现代温室,通过大棚温度控制系统控制住加热器等外部设备,
可以准确切高效的把温度控制在蔬菜最佳生长温度区间内,从而使自然条件下不
易生长甚至无法种植的蔬菜在温室大棚内健康顺利的成熟满足民众的需求。一个
冬天的最重要的调节因素是蔬菜生长时环境温度的控制。如果温度过低,会对蔬
菜生长造成较大影响,容易使作物停止生长或者死亡,所以温度应该牢牢控制在
适宜蔬菜生长的区间范围内。
(二)国内外温室大棚发展状况
自 20 世纪 80 年代的基础上,引进和国外高科技温室生产技术的吸收,中国
已经进行了单独的环境因素的控制技术,如温度,湿度,并在温室中二氧化碳的
研究。中国的现代化温室已经经历几个重要的发展阶段,从充分利用太阳光的日
光温室大棚到适合多种地区各种气候的大玻璃浴室再到现代化的温室。大部分都
是节能坡节能型日光温室,用来在寒冷的冬季种植蔬菜或着花卉。大棚种植在有
限空间内极大提高了农作物产量。为了推广这种方法,华北地区地方政府为农民
提供农村合作银行贷款来搭建大棚。
美国的温室主要用于生产花卉。温室加温设备可适应蒸汽、热水、燃油、天
然气等多种热源加温。冬季内部升温采用盘管和喷射相结合的加热方法夏季采用
湿垫或喷淋降温冬季补充光源多用高压钠灯或金属卤素灯采用喷灌或滴灌。以上
均由环境控制计算机系统根据温室内外安装的各种传感装置收集的各种参数,经
计算机分析、决策、然后下达指令进行自动化控制。英国伦敦大学农学院研制的
温室计算机遥控技术,可以观测五十公里以外温室内的光、温、湿、气和水等环
境状况,并进行遥控。以色列高效节能日光温室技术在世界享有盛誉,其地中海沿
3
岸也在冬天拥有寒带气侯。以色列技术人员开发出一系列计算机硬件和软件,以
实现温室中的供水、施肥和气侯的自动化控制。近五年来开始外销其温室材料至
世界各地,其技术在我国长城以南地区己得到推广使用,但在长城以北寒冷地区
尚无规模应用。
(三)选题目的
大棚里,不管什么季节都能做到蔬菜水果一年多熟。这意味着蔬菜水果产量
比传统农田高出几倍。比方说,大棚里种莴笋,从播种到收割需要 52 天,这样
一年可以种将近七轮,效率高了七倍。绝大多数的蔬菜大棚由家庭经营,大多数
种植者都配备了多参数的测量和控制设备蔬菜大棚,具有很高的经济成本。因此,
在该设计方案要解决的选择的温度,这是一个重要的蔬菜温室参数,作为控制对
象,并开发一种低成本经济地更换手动控制和温度控制装置的重要问题。
二、控制系统的总体设计
(一)控制系统具体功能
该系统的设计使用温度传感器收集环境温度数据。它可以通过控制继电器的
关闭开启进而控制风扇,加热器和其他外部设备实时控制的温室的温度。提供最
佳的温度环境,蔬菜作物的生长能大大提高蔬菜作物的产量和品质,以满足日益
增长的蔬菜作物的需要。
本温控系统的开发设计有以下功能
1.根据不同的作物,不同区域和不同季节的实际需要,不同的温度控制范围
可以调节。
2.实时采集,并在温室环境温度参数的显示。
3.根据用户需求自动调整在一定范围内在温室的温度参数。该系统可以通过
控制外部设备调整在温室到设定温度范围内的温度。
4.温度超过设定上限报警。当温室内的环境温度超过允许范围时,该系统设
备可以发出警报,并且可以导出一个报警信号。用户可以根据自己的情况连接各
种报警装置。
(二)控制系统整体结构
本设计温度控制系统由硬件电路模块和单片机软件模块组成。本温度控制系
统由电源、单片机、传感器、键盘输入、晶体管显示、报警、复位、继电器控制、
晶振共八个部分组成硬件电路模块,系统框图如图 2.1 所示。
4
图 2.1
(三)硬件设备的选择
1.控制芯片的选择
选择一:选用 STC89C51 单片机作为主控模块芯片。
STC89C51 具有 8k 在线编程一种非易失性( Non-Volatile )内存,是一款低
功耗、高性能的八位 Complementary Metal Oxide Semiconductor 微型处理器。
STC89C51 单片机的芯片内核使用的是英特尔公司 MCS-51 系列内核,使其指令完
全兼容英特尔公司生产的 MCS-51 系列单片机,该单片机具有很多英特尔公司
MCS-51 系列单片机不具备的功能。该单片机还集成了 4K 的带电可擦可编程只读
存储器,可以通过下载软件直接把程序导入单片机只读程序存储器,在系统无法
保持不掉电运行时就不需要在外接存储器芯片进行存储。STC89C51 单片机在大
学的课程中接触和使用较多并且具有的开发简单、可在线编程下载、成本低等优
点,如其余方案没有太大的优点优先选择此主控芯片。
选择二:采用 PIC16F877A 单片机作为主控芯片。
该单片机具一种电流关掉后所存储的数据不会消失的存储器,属于 PIC 系统
8 位单片机微机,可反复擦写程序。是由美国微芯科技公司所生产开发的新产品。
但是 PIC16F877A 单片机相对 STC89C51 单片机开发成本高,难度较大。
选择三:采用 MSP430 单片机作为主控芯片。
将多个不同功能的微处理器、数字电路逻辑系统和模拟电路系统集成成系统封装
成单个电气元件这就是 MSP430 单片机,该系列单片微控制器是全球最大的数字
5
信号处理与模拟技术半导体供应商之一的德州仪器公司一九九六年开始推向市
场的一种十六位超低功耗、具有采用多级指令流水线结构的混合信号处理器。该
系列单片微控制器多应用于特殊环境下无法接入市电便携式仪器仪表中。MSP430
相对 51 单片机价格昂贵、开发难度较大。所以在本次设计中不宜采用。
考虑到资源的利用,节约成本和降低开发的难易程度,最后综合各方案的优
缺点,最终选择使用具有英特尔公司 MCS-51 系列内核的 STC89C51 单片机作为主
控芯片。
2.温度传感器的选择
温度数据和人们生活密切相关,大多数人不能直接感知天气或湿度的变化只
能间接感知,但温度从每天的开始就在时刻感知它的变化,影响人民生活的方方
面面。在蔬菜大棚种植过程中,温度更是一个影响蔬菜生长发育的关键性数据。
在各种传感器中,温度传感器是应用最广泛的一种。市面上有多种多样的温度传
感器和各种不同的测量方法,温度传感器综合方案有以下几种:
选择一:使用热敏电阻作为传感器
众所周知温度的变化会造成电阻的变化,顾名思义热敏电阻是对温度敏感的
电阻,正常电阻会极力的减小温度对阻值的影响,但热敏电阻却反其道而行,利
用热敏电阻阻值随温度变化而显著变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,
并进行模拟信号转数字信号转换。此设计方案需用模拟信号转数字信号电路,增
加硬件成本。热敏电阻的阻值和温度变化曲线特殊转换函数复杂,而且模拟信号
在传输过程中会失真经过数模转换后的数值会产生不小测量误差。
选择二:使用模拟温度传感器 AD590
模拟温度传感器 AD590 需要设计复杂的模拟电路使电流变化转换成电压的
变化,然后通过模拟信号转换数字信号电路转换后接到单片机中,因为该元件输
出电流会随温度的变化而变化。这种方法焊接电路,而且费不低,还容易在线路
传输、电流电压转换、模拟信号转换这些地方产生误差。
选择三:采用数字式温度传感器 DS18B20
该传感器为数字式传感器可以使用单独的数据线和单片机进行串口通讯导
入环境温度数据,电路上与单片机连接单线连接,不需要模拟信号转换数字信号
电路,成本低廉,可以显著的简化系统电路,只需要在软件上多加注意串口通讯
程序的细节。数字式温度传感器还具有测量精度高、体积小封装多样化等优点。
综合各方案的优缺点选用 DS18B20 作为温度采集芯片。
3.显示器件的选择
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南抖北快东卫
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