大棚温湿度、光照控制报警器的设计毕业论文.doc
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1、毕业设计(论文) 题 目:大棚温湿度、光照控制报警器的设计学生姓名: 学 号:2010010887所在学院:机械与电子工程学院专业班级:电子信息科学与技术1004班届 别:2014届指导教师: 目 录1 前言22 方案设计与比较33 整体设计方案44 AT89C51单片机54.1 CPU的结构54.2 定时器64.3 中断系统64.4 I/O接口结构74.5 程序存储器及数据存储器85 硬件电路设计95.1 最小系统95.2 显示电路95.3 报警系统125.4 反馈控制系统135.5 总电路图146 软件设计156.1 主程序设计156.2 LCD1602初始化流程166.3 SHT10初始
2、化流程177 仿真测试结果分析177.1 Proteus软件仿真177.2 测试结果分析21参考文献21 大棚温湿度、光照控制报警器的设计学生:魏小宇(指导老师:张刚)(皖西学院机械与电子工程学院)摘要:温室环境监控,并根据作物的生长发育,为温室环境自动调整。现在,随着科学的发展和技术的进步,现代温室人工智能技术,单片机技术,计算机技术和传感器技术,可以在没有人工直接参与的情况下自动检测温室里的情况,此中详细包含温度、湿度、光照、C02浓度等,使温室大棚里的作物在不适宜生长发育的节季中,依然能够获得比室外适宜生长节季中更好的生长发育环境条件,达到缩短作物生长周期、提高作物的产量和质量的目的。本
3、次设计的温室的温度和湿度控制的报警装置的设计主要包括单片机控制器,LCD1602液晶显示,SHT10温湿度传感器,报警电路和反馈电路,从而可以对大棚里的温度与湿度的检测与控制,提高作物的产量和质量的目的。在这篇论文中,我建议了详细的设计方案,说明了大棚温度和湿度检测与控制报警的基本原理,而且有对方案的可行性做了论证。由于利用了单片机作为控制系统的主控制器,系统的各方面性都能够得明显的提高。关键词:单片机;温湿度传感器; LCD1602显示器;报警电路。Greenhouse temperature and humidity, light control alarm designStudent:
4、Wei xiaoyu(Faculty Adviser:Zhang gang)(College of mechanical and Electronic Engineering, West Anhui University)Abstract: the greenhouse environment monitoring, and according to the growth of crops, automatic adjustment for the greenhouse environment. Now, with the development of science and technolo
5、gy, modern greenhouse artificial intelligence technology, single chip technology, computer technology and sensor technology,can automatically detect the hothouse conditions in the absence of artificialdirectly involved in the case, which contain a detailed temperature and humidity,light, C02 concent
6、ration, the greenhouse crops in not suitable for the Festivalseason growth, still can better growth seasons in the growth environmentcondition than outdoor, shorten the growth cycle of crops, improve crop yield and quality objective. The design of the greenhouse temperature and humiditycontrol, the
7、design of light alarm device mainly comprises a singlechip controller,LCD1602 display, SHT10 temperature and humidity sensor and an alarm circuit,so as to detect and control the temperature and humidity inside the greenhousecan, improve crop yield and quality objective. In this thesis, I propose a d
8、etailed design scheme, illustrates the basic principle of greenhouse temperature and humidity detection and control, and the feasibility of the scheme demonstrates.The main controller using single-chip microcomputer as a control system, thesystem can be improved obviously.Key words:singlechip;Temper
9、ature and humidity sensors; LCD display; alarm circuit.1 前言温室环境监测和控制,是根据温室作物生长和发展的需要,在温室环境条件一般的自动调节。现在,随着科学的发展和技术的进步,现代温室人工智能技术,单片机技术,计算机技术和传感器技术,可以在没有人工直接参与的情况下自动检测温室里的情况,此中详细包含温度、湿度、光照、C02浓度等,使温室大棚里的作物在不适宜生长发育的节季中,依然能够获得比室外适宜生长节季中更好的生长发育环境条件,达到缩短作物生长周期、提高作物的产量和质量的目的。在农业栽培的情况中,温室情况与作物的发展、发育、能量互换密切相
10、关,对温室环境的监测与掌控是达成温室生产管理自动化、科学化的根本保障,经过对采集到的数据的剖析,连系作物生长发育的相关的规律,掌控环境条件,实现使作物优良、高产、高效的种植目的。 温度的测量方法有:1.接触式测温方法,接触式测温方法包括膨胀式测温、电量式测温和接触式光电、热色测温等几大类;2.膨胀式测温方法,膨胀式温度计包括玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度计等;3.电量式测温方法,电量式测温方法包括热电偶温度测量、热电阻和热敏电阻温度测量、集成芯片温度测量等;4.辐射式测温方法;5.光谱测温方法;6.激光干涉测温方法;7.声波、微波测温方法。湿度测量方法有:1.动态法(双压法、双
11、温法、分流法),这里双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理,平衡时间较长,分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合;2.静态法(饱和盐法、硫酸法),静态法中的饱和盐法,是湿度测量中最常见的方法,简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严,对环境温度的稳定要求较高;3.露点法,露点法是测量湿空气达到饱和时的温度,是热力学的直接结果,准确度高,测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达0.2甚至更高;4.干湿球法干湿球法,这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久,使用最普遍,干湿球法是一种间接方法,它用干湿球方程换算出湿度值,而此方程是有条件的:即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上;
12、5.电子式传感器法。本论文设计的温度与湿度的控制报警器是针对蔬菜大棚温湿度监测而进行设计的。2 方案设计与比较方案一:用单片机AT89C51作为大棚温湿度、光照控制报警器的控制器;分别用温度传感器和湿度传感器来完成对温度和湿度的监测;用光敏电阻来进行感光;显示电路部分可以用一个LCD1602液晶显示器;对于报警系统可以用两个红色LED灯和一个蜂鸣器组成;反馈控制系统可以用一个电风扇和一个电动机组成。方案二:用单片机AT89C51作为大棚温湿度、光照控制报警器的控制器;不妨选择温湿度传感器来同时实现对温度和湿度的监测,其余部分的选择同方案一。如果分别选择温度传感器和湿度传感器来实现对于温度和湿度
13、的检测的话,那么相当的浪费单片机资源,并且,如果做实物的话就需要更多的元器件,相比之下,方案二的性价比更高,更能够有效的利用单片机的资源。最终,我选择方案二为我最后执行的方案。3 整体设计方案(1)本次设计,由于要进行仿真,所以选用的元器件仿真软件元器件库里必须能够找到。由于仿真软件元器件库里只有SHT系列数字式温湿度传感器,所以本次设计选用SHT10温湿度传感器来进行温度与湿度的测量,而后将收集的数字信号传递给单片机,让单片机进行数据处理。SHT系列温湿度传感器产品具有很多优越的品质,包括响应快、抗干扰能力强、性价比比较高等。温度为摄氏度,湿度为%RH;然后将得出的数据送到LCD1602液晶
14、进行显示就好了;设置的一级报警温度上限为37度,一级报警湿度下限为54%RH,当温度高于37度或湿度低于54%RH时,一级报警系统就会报警,相应的反馈系统也会启动,表现为电风扇启动和电动机运转。(2)我最终选择的方案是方案二,所以我的设计的整体思路就很明确了,首先必须确定主控制器单片机型号的选择。本科阶段我接触到的单片机主要是AT89C51单片机,所以自己对这一型号的单片机相对熟悉,单片机型号就选择AT89C51。与单片机的种类相比,温湿度传感器的种类就显得比较多了,由于要进行仿真,在这里我选择SHT10数字式温湿度传感器,主要是因为仿真软件的元器件库里有此系列型号的温湿度传感器,而仿真软件的
15、元器件库里没有其他型号的。所以,为了便于仿真,我选择SHT10温湿度传感器。显示部分就用比较常见的LCD1602液晶显示器,报警系统就由两个红色LED灯和一个蜂鸣器组成。功能框图如图2所示: 图2 功能框图4 AT89C51单片机 AT89C51单片机是我们本科阶段接触到的一种单片机,我们曾用它进行过多次课程设计,因此对它相对熟悉。AT89C51单片机自带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器,是一种高性能的微处理器。AT89C51单片机选用的存储器建造技巧为ATMEL高密度非易失技术,并且能够与产业准则的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为它将闪灼存储器和8位CPU整合在了一个芯片上,所以AT
16、89C51单片机是一种高效微控制器,在很多场所都能使用到。因此,它的应用范围非常广泛,且性价比比较高,经济实用。4.1 CPU的结构 单片机内部最核心部分要属单片机的CPU了,如果一个单片机没有CPU,那么它就不能够完成相应的指挥和执行工作了,单片机的主要功能特征大部分是通过它的CPU确定的。CPU对单片机的作用,就像大脑对人体的作用相同。CPU由运算器和控制器两个最基本的部份组成。下面简要介绍一下控制器和运算器。4.1.1运算器 运算器由算术逻辑运算部件ALU、程序状态寄存器PSW、累加器ACCC、B寄存器、暂存寄存器TMP1和TMP2、BCD码运算调整电路等部分组成。4.1.2时钟电路AT
17、89C51单片机中存在一个高增益反相放大器,用于组成在内部的振荡器,该放大器对应的输入端引脚和输出端引脚是XT AL1引脚和XT AL2引脚。为了构成并联振荡电路,所以要在放大器的反馈回路中外接两个电容及石英晶体或陶瓷谐振器。它对外接的两个电容的容量规格固然无有严历的标准,然而起振的难易水平、温度稳定性、振荡频率的高下及振荡器工作的稳定性等,都会由于电容容量规格的差别,而受到影响。如果设计需要使用,建议使用的电容的大小为30pF左右;陶瓷谐振器,则推荐选择大小为 40pF左右。用户也可以采用外部时钟。如果采用外部时钟,外部时钟脉冲接XT AL1引脚,XT AL2 引脚端则需要悬空。4.1.3复
18、位电路1复位复位的定义就是对单片机进行初始化操作,复位的主要作用是对单片机的工作状态进行初始化。当单片机程序运行故障或错误处理,使系统中的死锁情况,可以通过单片机按复位按钮来初始化。2复位信号RST引脚是复位信号的输入端。想要达到复位,一定要使RST引脚起码坚持两个机器周期的高电平,而后从高电平变成低电平,从而实现复位操作。3复位电路主要有两种方式复位操作,即上电复位和复位按钮。4.2 定时器 AT89C51单片机的内部提供两个定时/计数器,它们分别是16位的可编程定时/计数器T0和定时/计数器T1。它们具有相同的功能,分别是用来定时或用来对事件进行计数。有两种工作方式以及四种工作模式,定时器
19、T0的工作方式分别为:方式0、方式1、方式2和方式3;定时器T1的工作方式为:方式0、方式1和方式2。4.3 中断系统中断是计算机中一个很重要的概念,中断系统是计算机的一个重要组成部分。产生中断请求信号的事件或原因称为中断源。AT89C51单片机提供5个硬件中断请求源。分别是:两个外部中断源;片内定时器/计数器(T0、T1)的溢出中断源TE0和TF1;一个串行口发送TI和接收RI中断。通过单片机的特殊功能寄存器TCON和SCON,可以完成对AT89C51单片机的这些中断请求分别进行相应的位锁存。4.4 I/O接口结构图1 引脚图AT89C51单片机提供4个并行的输入输出接口。它们是特殊功能寄存
20、器中的4个。这4个接口,既可以作输入,又可以作输出,既可按8位处理,也可按位方式处理。输出时能够锁存,输入时能够缓冲。每个接口的具体功能有所不同。下面分别介绍。VCC:供电电压。 GND:接地。P0口:P0口是一个三态双向口,能够用于地址接口或数据接口,也能够当做通用的输入输出接口使用。P1口:P1口只可作为通用的输入输出接口使用。P1具有驱动4个输入通道负载能力。P2口:P2口具有两种用途:通用的输入输出接口和高八位的地址线。与P1口相比,它只在输出驱动电路上比P1口多了一个模拟转换开关MUX和反相器3。P3口:P3口不仅只是标准的双向通用输入输出接口,还拥有第二功能,如下表1所示:表1 P
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