温室温湿度控制系统设计 毕业设计.docx

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温室温湿度控制系统设计毕业设计

摘要

随着改革开放,坚持科学发展观,促进农业持续快速发展,特别是90年代以来,我国的设施园艺产业得到迅猛的发展,以花卉为主的作为观赏和礼品的植物设施栽培在大江南北遍地开花,设施园艺被看作是世纪最具活力的新产业。

温室是观赏植物栽培生产中必不可少的设施之一,不同种类观赏花卉对温度及湿度等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,以提早或延迟花期,最终将会给我们带来巨大的经济效益。

控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。

先编制出温室花卉最适环境条件,存储于系统的记忆装置中,单片机根据程序确认、修正温室内的参数,并给终端控制系统指令。

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。

该系统可自动控制加热、加湿处理根据需要,通过键盘将信息输入中央控制装置,根据情况可随时调节环境。

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。

本文将使用AT89S52单片机对温湿度控制的基本原理实例化，设计一个实时控制花卉温室内的温湿度控制系统。

主要围绕软件设计。

关键字：

单片机；温室；温度；湿度；控制；软件

Abstract

Withthereformandopeningup,adheretothescientificdevelopmentconcept,topromotesustainedandrapiddevelopmentofagriculture,especiallysincethe90's,China'shorticulturalindustryhasbeentherapidinfrastructuredevelopment,mainlyofflowersandgiftsasornamentalplantscultivatedintherivernorthandsouthfacilitieseverywhere,facilitiesgardeningisseenasthecentury'smostdynamicindustries.

Greenhousecultivationofornamentalplantsisessentialfortheproductionofoneofthefacilities,viewingdifferenttypesofflowerssuchastemperatureandhumidityonthegrowthofthenecessaryrequirementsarenotthesame,toprovidethemwithamoresuitablecloseditsgrowth,goodsurvivalenvironmentinordertoadvanceordelayflowering,itwilleventuallybringushugeeconomicbenefits.

Controlsystembythecentralcontroldevice,terminalcontrolequipment,sensorsandothercomponents.Greenhouseflowersandplantstoproducetheoptimumenvironmentalconditions,storedinsystemmemorydevices,single-chipmicrocomputerinaccordancewithprocedurestoconfirmandcorrecttheparametersofgreenhouseandcommandcontrolsystemtotheterminal.Terminalcontrolequipmentdeliverytothecentralcontroldevicedetectioninformation,thecentralcontroldeviceinaccordancewiththeinstructionsoutputcontrolsignals,electricalmachineryandequipmenttoenabletheimplementationofactionstoachieveregulationofgreenhouseenvironment.Thesystemofautomaticcontrolofheating,humidification,basedonneed,throughthekeyboardinputwillbecentralcontroldevice;inaccordancewithenvironmentalregulationcanbeatanytime.Automationofgreenhouseenvironmentcontrolsysteminlarge-scaleuseofmoderngreenhouseisamanifestationofhigh-techfacilitiesforcultivation.

ThisarticlewillusetheAT89S52microtemperatureandhumiditycontrolofthebasicprinciplesofexamples,thedesignofareal-timecontrolofflowergreenhousetemperatureandhumiditycontrolsystem.Themainisfocusonsoftwaredesign.

Keywords:

Single-chip;greenhouse;temperatureandhumidity;control;software

1.绪论1

1.1论文选题的背景及意义1

1.2温室温湿度控制系统研究的国内外现状1

1.3本章小结1

2.花卉温室温湿度控制的方案选择2

2.1方案的选择2

2.2确定课题基本方案2

2.3重点工作2

2.4本章小结3

3.软件程序设计4

3.1主程序流程图4

3.2定时器中断服务程序流程图设计4

3.2.1T0中断服务子程序4

3.2.2T1中断服务程序设计6

3.3DS18B20子程序流程图7

3.4看门狗程序流程图的设计10

3.5A/D转换子程序流程图11

3.6电器驱动流程图12

3.8本章小结13

4.结论与展望14

致谢15

参考文献16

附录17

附录A：

总体电路图17

附录B：

源程序18

1.绪论

1.1论文选题的背景及意义

一切生物进行正常的生命活动都需要一定的环境条件，包括物理、化学和生物环境条件。

分析环境因子对生物的影响及其相互关系，为生物的生长、繁育创造更适宜的条件就尤其显得重要。

建造温室进行农业生产的目的：

1）解决靠天吃饭的问题，防止恶劣天气，排除季节因素；2）给作物生长创造出一个适宜的生长环境，消除对作物生长不利的环境因素来促进作物生长，使其部分或全部克服外界气候的制约，从而缩短农作物的生长周期，提高作物的产量，获得可观的经济效益。

为了使温室的温度、湿度、光照、空气成分更广泛适合农作物的生长，必须对温室的环境因子加以有效的控制。

[1]

1.2温室温湿度控制系统研究的国内外现状

近代温室的发展经历了改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室三个阶段，且至今各阶段类型的温室依然并存。

[2][3]

现代温室主体骨架由采用经热镀锌防锈处理的型钢材组成，具备相应的抗风雪等载荷的能力；采用玻璃、塑料薄膜、硬质塑料、PC板等透光材料覆盖及相应的卡槽、卡簧、铝合金型材等紧固、镶嵌构件，具有透光和保温的性能；配备有遮阳、降温、加温、通风换气等配套设备和栽培床、灌溉施肥、照明补光等栽培设施；此外，还有环境调控的控制设备等，形成完整成套的技术和设施设备。

世界各国的现代温室于20世纪60年代逐步完善并快速发展。

第二次世界大战后，各国致力于自身的经济发展。

随着经济迅速恢复和快速发展，人们的生活质量大幅度提高，对农产品提出了更高的要求及更多的需求，因而对生产温室的需求逐年上升。

随着科学技术的进步和工业水平的提高，农业的工业化进程加快了，设施农业应运而生，在全球迅速崛起，并形成资金、技术和劳动力密集型的高新技术产业，成为当今世界最具活力的产业之一。

社会的需求和技术经济的支持，使现代温室快速发展。

现代温室和现代设施园艺业已采用专业化、集约化和规模化生产，规范有序的市场经营和国际化的市场体系运作，成为当今世界最具活力的新兴产业之一和现代农业的亮点。

在今后一个时期，随着科学技术的发展、全球经济的一体化和社会的进步，现代温室和现代设施园艺业，将以节能、环保和改善工作条件为核心，深入广泛采用高新技术，向实质意义上的“工业化”方向稳步持续快速地发展，前景十分广阔。

1.3本章小结

本章主要介绍了研究本课题的背景和意义。

同时介绍了当前国内外温室温湿度控制设备的研究现状,这对本系统的研究都有很好的借鉴和参考价值。

2.花卉温室温湿度控制的方案选择

2.1方案的选择

单片机应用系统的设计原则：

在应用系统设计中，软件、硬件紧密相关。

多用软件可降低成本，但软件人员的工作量增大。

所以在软件设计方面需要更加简便可靠的方案，才能最大程度的减低成本。

[4][5]

在软件方面的设计应注意以下几点：

（1）结构合理

程序应该采用结构模块化设计。

这不仅有利于程序的进一步扩充，而且也有利于程序的修改和维护。

（2）操作性能好，使用方便

（3）具有一定的保护措施

系统应设计一定的检测程序，例如状态检测和诊断程序，以便系统发生故障时，便于查找故障部位。

对于重要的参数要定时存储，以防止因掉电而丢失数据

（4）提高程序的执行速度

（5）给出必要的程序说明,

2.2确定课题基本方案

软件方案的确定是根据硬件的具体方案来设计的。

主要是围绕如何更加节省成本，画出各部分程序框图，大致给出各框图的实现方法，明确哪些部分由软件完成。

掌握单片机汇编语言的具体编写，采用结构模块化设计，提倡软件能实现的功能尽可能由软件来完成。

[6]

经过分析考虑，主要从以下几个方面设计系统：

（1）可以实时监测环境温湿度的变化情况；

（2）对环境温湿度的控制可满足设计指标；

（3）具有多点定时设备控制电路,便于功能扩展；

（4）配有通信接口,可方便地与计算机进行通信；

（5）电器驱动电路控制的设备主要包括排风扇、加热器、喷水器等。

2.3重点工作

基本电路设计：

系统软件主程序框图、子程序框图、单片机驱动硬件程序、各部分程序。

2.4本章小结

本章主要介绍了该系统的主要设计思路，提出了控制目标。

明确了软件主要设计重点，为整个软件系统的设计提供了重要保证。

3.软件程序设计

单片机的程序设计有其自身的特点。

在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。

在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。

软件程序的设计是根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行设计如硬件框图3-1。

在编写软件时，可以按各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。

[7]

图3-1硬件框图

3.1主程序流程图

整个软件部分的主程序包含有以下子程序：

读实时DS18B20子程序模块，看门狗电路子程序，A/D转换子程序，A/D处理程序模块。

LED显示子程序，键盘扫描子程序利用中断来实现。

主流程图如图3-2所示。

3.2定时器中断服务程序流程图设计

在本次设计的系统中使用了两个中断服务程序：

定时器T0中断和定时器T1中断。

T0中断服务程序则是处理键盘设定子程序。

T1中断服务程序实现的功能是动态显示时点亮LED数码管。

[8][9]

3.2.1T0中断服务子程序

在T0中断程序中，调用键盘扫描子程序，如有按键按下，就进入键值处理子程序，执行完毕后就重装T0计数初值，然后中断返回。

键盘所用开关通常为机械性开关，利用了机械触点的闭合和断开来描述不同的工作状态，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，抖动时间一般为10ms~20ms。

键盘的抖动会引起一次按键被误读多次，为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。

消除抖动的措施有硬件和软件两种方法。

本设计采用软件延时的方法进行消除抖动。

在第一次检测到有按键按下时，执行一段10ms左右的延时子程序，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平则确认为真正有键按下，从而消除了抖动的影响。

其键盘扫描流程图如图3-3所示。

图3－2主程序流程图

3.2.2T1中断服务程序设计

本次设计采用的是动态显示，其原理为：

首先以串行方式由DATA口向LED显示器数码端口发送第一个8位数据，这时发送位码数据到P0口，此时由于P0为低电平而其它口都为高电平，因此只有8个发光二极管工作。

这样我们可以发送第二个数据，同样我们应使其对应的位码为低电平且保证其它位为高电平。

依次类推对8个发光二极管和四位LED显示器进行扫描，显示器分时轮流工作。

虽然每次只有一个显示器工作，但由于人的视觉暂留现象我们仍会感觉所有的显示器都在同时显示。

它的优点是：

硬件电路简单，占用较少的I/O口，但其传送速度较慢。

T1中断程序的主要任务就是LED显示程序，且每进一次中断只让一个数码管工作，下次进中断时再让下一位数码管工作，依次轮流循环下去。

中断程序框图如下所示。

3.3DS18B20子程序流程图

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：

每一次读写前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

DS18B20的初始化流程图如图3-5所示。

DS18B20的读程序流程图如图3-6所示。

DS18B20的写程序其流程如图3-7所示。

温度采集程序流程图如图3-8所示。

[10][11][12][13]

3.4看门狗程序流程图的设计

X5045芯片提供了EEPROM存贮数据及看门狗功能。

它必须通过微处理器加以控制方可实现。

在前面已经详细介绍了X5045与单片机的接口电路，其功能的实现还是要靠软件来实现。

[8][9]

X5045读/写操作时序

1、读时序

（l）把CS拉低以选择芯片

（2）发送8位的读（READ）指令

（3）送8位的字节地址

（4）将所选定地址的存储器中的数据移到期SO线上

2、写时序

在写时序之前，必须先发出WREN指令使“写使能”锁存器置位。

具体置位“写使能”锁存器操作为:

（1）CS先被拉到低电平

（2）由时钟同步送入WREN指令

（3）将CS变为高电平

写数据到EEPROM操作为：

（l）拉低CS并保持在低电平

（2）发送写指令（WRITE）

（3）写数据，可以连续写多达4个字节的数据，但必须是这4个字节在同一页上。

X5045读写程序流程图如图3-9所示。

3.5A/D转换子程序流程图

本设计采用的TLC549是以开关电容逐次逼近原理工作的8位串行A/D转换器。

单电源3V～6V供电范围，控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜，适用于低功耗的小型仪器仪表上的单路A/D采样，也可将多个器件并联使用。

TLC549的硬件电路图在硬件设计部分已经给出，A/D转换子程序流程图如图3-10所示[14][15]

3.6电器驱动流程图

当环境温湿度指数未达到需开启继电器的设定值时，系统对电器的控制方法是根据与设定值比较，然后再做信号处理控制电器工作。

当环境温湿度指数达到设定值时，各电器部工作，在湿度值超出设定范围的情况下，启动相应继电器控制电器协调工作，由此来控制温室温湿度。

如图3-11。

[16][17]

图3-11电器驱动流程图

图3-12各键处理流程图

3.8本章小结

本章主要介绍了该系统的软件系统，围绕着如何简单方便地进行温湿度的控制来设计。

包括了部分程序框图和源程序，基本上满足了设计要求。

参考源程序见附录B。

4.结论与展望

经过三个多月的设计时间，本次毕业设计：

基于单片机花卉温室温湿度控制系统的设计已经基本完成了。

通过这次毕业设计，我掌握了一些实践性质的设计的基本步骤：

首先，明确设计任务，并且要对市场上温湿度控制器要有初步了解，还要知道前人做了哪些工作，本设计方案的可利用程度等等。

其次，要对整个设计系统做深入的方案论证、计算并且结合现有实际条件，确立自己的设计方案，进而，就是对自己确立的方案进行硬件实现，包括所用原器件选型，以及控制部分整个单片机系统的硬件选型与设计，并用Protel绘制出整个系统总体电路图。

接着我们就进入到软件编程设计了，要画出各部分的大体流程图，弄清楚各个部分实现的功能，最后对整个系统进行软件编程实现。

到此为止，这个系统的设计基本上已经完成了，最后就是要经过生产实践的检验，确定我们的设计是否符合实际要求，具有可利用价值。

本系统采用的单片机控制，实现对花卉温室温湿度的智能控制，单片机可完成温室的数据采集、传送预处理和控制任务。

用单片机汇编语言编程，采用模块化的结构设计，提高了可靠性和可扩展性。

把单片机控制理论与技术应用在监控中，能够实现智能化的控制要求。

整个设计过程同时也是一个很好的学习机会，例如以前自己没有学习过运用Protel绘图，经过这次设计后自己在这方面有很大地进步；在查找资料方面，认识到：

图书资料、网络资料和期刊等都很有价值，以后做设计的时候要注意查找完整的资料，不要只偏重一个方面。

当然整个设计过程学到的知识和经验远远比运用Protel、学会查找多方资料多得多，这些对于自己以后的学习和工作将受益匪浅。

但必须认识到的是，在设计中也存在着不足之处，例如单片机控制系统在可靠性方面相对于可编程控制器（PLC）控制系统略为欠缺，并且自己深入实践不够，所做的系统也不是很完善。

但是我想通过以后的学习和努力一定会有所提高，能够做出更好的设计。

所设计系统不仅适用于温室湿度环境的控制，对软件进行一定的扩展后也可用于实验室、医疗室、储藏保鲜、组织培养等生物环境和粮库等环境的控制，具有较强的通用性和适应性。

致谢

在本次毕业设计过程中，我的指导教师：

王晓荣老师给予了我极大的帮助与耐心的指导，在设计过程中不仅帮我解决了许多设计存在的问题，而且帮我弥补了许多知识漏洞，从而使得自己的毕业设计能顺利完成。

在此，对于她的帮助和指导表示最衷心的感谢。

同时，感谢大学四年来培育我的每一位老师。

整个设计过程也得到了机电系的大力帮助，提供了很好的设计环境，开放了系里的机房，使得自己在收集资料、整理资料、撰写设计论文等方面都很方便。

对此特别表示感谢。

还有，同学们之间相互的指导对设计的帮助也是非常大的。

在此，我对他们的帮助表示由衷地感谢。

参考文献

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[17]D.Abowd,B.Brumitt,S.Shafer.TheEverywhereDisplaysProjector:

ADevicetoCreateUbiquitousGraphicalInterfaces.LectureNotesinComputerScience.

附录

附录A：

总体电路图

附录B：

源程序

;功能按键去抖动时间要短，然后保持到松开为止

;*******************TLC549***************

T_CLKBITP2.5

T_DA