电子信息工程毕业设计 文献综述 开题报告温室多点温度采集系统设计硬件设计可编辑.docx

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【电子信息工程毕业设计+文献综述+开题报告】温室多点温度采集系统设计——硬件设计

（20__届）

本科毕业设计

温室多点温度采集系统设计――硬件设计

摘要

随着现代控制技术的快速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。

传统的温度检测系统可靠性和实时性较差，温度测量的精度和准确度较低，这不利于应用的拓展。

本文设计的温室多点温度采集系统以SST89E51单片机为控制核心，辅以新型的温度传感器DS18B20电路，A/D数模转换器，液晶显示电路等组成，可对不同的温室大棚或者是在同一个温室大棚内的不同地点进行温度测量采集。

通过对方案比较与论证，设计完成了系统的硬件电路。

该方案实现了温度的实时测量、显示和控制，具有较高的测量精度和准确度，安装简单方便，可维护性好，性价比较高。

这种温度控制系统能应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时检测，具有一定的应用价值。

关键词：

单片机；温度传感器；温室大棚；硬件设计

DesignofMulti-ChannelThermalAcquisitionSysteminGreenhouse?

?

-?

hardwaredesign

Abstract

Reliabilityandreal-timedetectionofthetraditionalsystemispoor,.Sowiththerapiddevelopmentofmoderncontroltechnology,multi-channelthermalacquisitionsystemhasbeenusedinmanyfields.?

Amulti-channelthermalacquisitionsystemisbasedonmicrocontrollerSST89E51isintroduced,supplementedbyanewtypeoftemperaturesensorDS18B20circuit,A/Dconverters,liquidcrystaldisplaycircuitandsoon.Thethermalacquisitionsystemcanbeusedatdifferentgreenhouseorinagreenhousewiththedifferent?

temperaturemeasurementlocations.Thisdesignschemeachievesreal-timetemperaturemeasurement,displayandcontrol.?

Anti-interferenceabilityofthesystemwithhighprecisionandaccuracy.?

Keywords:

SCM;?

?

temperaturesensor;?

greenhouse

摘要III

AbstractIV

1绪论1

1.1课题的背景、意义1

1.2温室温度控制技术国内外发展现状1

1.2.1国外研究现状2

1.2.2国内研究现状2

1.3课题研究的主要内容2

2系统的总体设计3

2.1系统的总体方案3

2.2方案评价3

2.3方案的内容3

3系统硬件电路设计5

3.1单片机芯片应用5

3.2系统电源部分设计7

3.3温度测控系统硬件设计8

3.3.1DS18B20芯片介绍8

3.3.2DS18B20工作原理10

3.3.3DS18B20工作方式11

3.4RS232串口设计12

3.51602液晶显示模块设计14

3.6PCB的设计15

4系统软件部分简介18

4.1系统主程序流程18

4.2中断子程序19

4.3按键流程20

4.4显示流程21

4．5软件故障及解决方法22

结论24

参考文献26

致谢27

附录28

附录图3毕业设计实物A29

附录图4毕业设计实物B29

附录图5PCB板A30

附录图6PCB板B30

单片机程序30

1绪论

1.1课题的背景、意义

随着我国综合国力的发展，农民增收难日益的能源危机逐渐成为农村发展的最大阻碍。

大力发展农业科技、实现农业现代化，是改变农村落后面貌、提高农民收入的途径。

而温度控制是温室技术的核心部分。

温室设施的应用，一般来说从消化和吸收一个简单的实际应用阶段，过渡和发展的全面应用阶段。

从技术上讲，单片机控制回路系统，但很多参数，有没有真正的多参数控制系统，与发达国家还有相当大的差距。

温室配套设备落后，工业化程度低，软件和硬件资源不能共享的水平，可靠性低的缺点。

2系统的总体设计

2.1系统的总体方案

系统利用SST89E51单片机及其外围接口电路来实现温室多点温度采集。

数字温度传感器DS18B20对温室环境温度直接测温，产生信号经SST89E51单片机进行运算处理，若温度超过额定的温室值范围时报警，液晶显示电路实时显示温度数值，该系统还能通过RS232串口和计算机实现实时通讯。

图2-1设备总体设计方案

2.2方案评价

在目前众多的单片机测温电路中，对温度采集信号的处理多采用A/D转换器模数转换为数字信号后再交由单片机处理、执行。

但是传统的A/D转换器在数据长距离传输、精度要求高、资金有限的场合下使用明显受限，而且电路接口复杂。

这种设计方案实现了温度的实时测量、显示和控制。

该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度和准确度，安装简单方便，可维护性好，性价比较高。

这种温度控制系统能应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时检测和控制，是一种较为智能、经济的方案，适用于大力推广，来促进农作物生长，从而提高大棚的产量，给农民带来更高的经济收益。

2.3方案的内容

（1）（2

3系统硬件电路设计

系统硬件原理图的绘制是在PROTEL99SE这个软件平台上完成的，PROTEL99SE是一款专业的EDA设计软件。

下面是该系统的整体硬件原理图

图3-1系统硬件整体电路图

3.1单片机芯片应用

在单片机选择上有多种单片机可供选择，如89S52。

但相比较而言ATMEL公司的89C51更实用,AT89C51是一带有2K字节快闪可编程可擦除存储体EEPROM的低电压、高性能8位CMOS微型计算机。

它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。

通过在单块芯片上组合通用的CPL和快闪存储器，ATMEL公司生产的AT89C51是一强劲的微型计算机，它对许多嵌入式控制的应用，提供高度灵活与低成本的解决办法。

但现AT89C51已停产，市面上不容易买到，我选择SST公司的89E51单片机，与89C51类似。

下图是SST89E51引脚图。

图3-2SST89E51引脚图

引脚说明如下：

VCC：

供电电压。

?

GND：

接地。

?

P0口：

P0口为一个8位开路双向I/O口，每脚吸收8TTL门电流。

当P口第一次写1时，。

P0能够用于外部程序数据存储器在FIASH编程时，P0口输入口，当FIASH进行校验时，P0输出，此时P0。

?

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

?

?

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

?

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是上拉的缘故。

P3口也可作为51的一些特殊功能口，如下表所示P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）

3.2系统电源部分设计

在电源的设计上，我通过2节7号电池由1674升压芯片升压到5V，来维持单片机工作。

下图为原理图。

图3-3系统电源设计原理图

SWDPDT双刀双掷开关的2脚5脚分别接电池盒中的正负极。

1674为升压芯片，其输入输出特性如下：

输入范围0.9V-5.5V；

输出可固定3.3V或5V，也可在2V-5.5V间选择；

1674引脚说明：

1脚FB输出电压控制，接地是输出为5V；

2脚LBI欠压比较输入端，当低于1.3V时，PIN3置为低电平，可以通过电阻分压网络来设置各种门限电压欠压输出，当PIN2上低于1.3v时，LBO置低。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

6575/76/77数字温度传感器可多点检测、直接输出数字量的数字温度传感器DS18B20的主要特性

（1）：

3.0～5.5V

　　2特殊的接口方式，DS18B20在与连接时实现与DS18B20的双向通讯

　　3DS18B20支持多点功能，多个DS18B20

　　4DS18B20在实际设计中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在

　　5温范围－55～＋125，-10～+85时精度为0.5℃

　　6可被程序识别的分辨率为9~12位，相对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，

　　79位分辨率时把温度转换数字93.75ms，12位分辨率时

　　8测量结果数字温度信号，以总线"串行传送给，同时传送CRC校验码，具有的抗干扰能力

9负压特性：

电源接反时，芯片不会因发热而烧毁。

图3-7DS1820工作原理图

DS18B20数字温度传感器在测量温度时的精确度为0.5℃，如果要提高精度，就要对DS18B20进行测温原理进行详细分析，然后再直接读取DS18B20内部暂存寄存器，DS18B20的测温分辨率可以被提高到0.1～0.01℃。

3.3.3DS18B20工作方式

DS18B20传感器进行的功能操作是在发送命令后完成的,上电后传感器就会以空闲状态,接到控制命令后完成温度转换。

先对传感器进行ROM进行操作,然后进行读、写和温度转换功能操作。

读、写是在中线处于低电平进行发送或接收一位数据,只有传感器的响应脉冲是传感器主动发送。

DS18B20数字温度传感器原理电路简单、测量精度高、占用I/O口少、扩展方便，但是在实际应用上要注意以下几问题：

1一个相对复杂的软件所需的硬件成本补偿数量较少。

DS18B20和为串行数据传输，因此，微处理器阅读和编程DS18B20的写操作必须严格保证读写时序，否则你将无法读取温度测量结果。

因此，对DS18B20的操作最好的汇编语言的一些用途。

在编程DS18B20温度，温度转换命令发出DS18B20的，程序总是需要等待的DS18B20的返回信号，一旦DS18B20的接触不良或损坏，当程序读取DS18B20的，它不会返回信号，程序进入一个无限循环。

DS18B20读写时序，必须仔细调整找到合适的时间。

RS－232/RS－485是目前PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。

232芯片是im公司特意为电脑的RS232标准串口设计的接口转换芯片，使用+5V单电源供电。

芯片内部有2路接收器和驱动器，芯片内部能有可以把+5V的输入电压转变成RS232所需的+12V电压的电源电压变换器。

RS-232是计算机或通用仪器设备通信常用的接口之一，其电性能是采用±12V标准脉冲，而且还采用负逻辑。

在数据线上：

Mark（传号）-3V～-15V，逻辑“1”电平

Space（空号）+3V～+15V，逻辑“0”电平

在控制线上：

On（通）+3V～+15V，逻辑“0”电平

Off（断）-3V～-15V，逻辑“1”电平

从上面可以得知RS-232接口9芯插座的信号状态如表3-2所示：

表3-2RS-232信号状态

引脚名称流向功能断状态通状态1DCD输入数据载体检测0V0V2RXD输入接收数据3TXD输入发送数据4DTR输出数据终端准备好-12125GND地6DSR输入数据设备准备好-12127RTS输出请求发送-12128CTS输入允许发送-12129RI输入振玲指示-1212从表中可以看出，当RS232口处于不工作时，DTR脚、RTS脚为-12V状态，一旦建立通信过程且工作正常，则处于+12V状态，这种变化的确定性为从信号中提取电源提供了基础。

232的接口电路设计如图所示。

图3-9RS232串口原理图

232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。

图3-10232芯片图

上半部分C1+,C1－,C2+,C2－,V+,V－是电源变换电路部分，在实际设计过程中，发现器件对电源噪声很敏感，因此VCC需对地接去耦电容C5，其值为1.0μF。

下半部分为发送和接收部分。

　第二部分是数据转换通道。

由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。

　　其中1脚、12脚、1脚、14脚为第一数据通道。

　　8脚、9脚、10脚、7脚为第二数据通道。

　　TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。

1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线1602液晶屏采用16脚准接口，包括：

脚1：

VSS脚2：

VDD5V的电源正极连接

：

V0的液晶显示器为客户对比度调整，则是最薄弱的力量对比，最高的对比度，对比度过高会产生“鬼影，一个10K的电位器用于调节对比度

引脚4：

为寄存器选择，数据选择寄存器的高，低，选择指令寄存器

引脚5：

RW是读写信号，当高读，写低。

当RS和RW可写在一起的低层次的命令或显示的地址，当RS是高，低RW可以读信号，当RS是低的高刻录可以写入数据。

引脚6：

电子一边到另一边做，当E端由进入低跳高，液晶模块执行命令。

7至14：

D0的?

为8位双向数据线的D7。

15至16：

?

?

在这个设计中，7到14一个1K的上拉电阻接收到印制电路板，又称印刷电路板、，简称印制板，英文简称printedcircuitboard或PWBprintedwiringboard，以板为基材，切成一定尺寸，至少附有一个导电图形，并布有孔（如孔、紧固孔、金属化孔等），用来替装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。

由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的，因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。

它是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体。

系统的软件部分由主程序流程图、中断子程序流程图、按键流程图和显示流程图四部分组成。

系统的主程序流程图如，当有信号输入时，主程序启动，根据内部设定的条件逐步运行，达到设计目的。

图4-1主程序流程图

单片机主程序：

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint/***********管脚定义***************************/

sbitrsP2^5;

sbitrwP2^6;

sbiteP2^7;

sbitdqP2^1;

/***********变量和向量定义***************************/

ucharcodetab[]0x18,0x1b,5,4,4,5,3,0,//8行，低5位。

0x08,0x0f,0x12,0x0f,0x0a,0x1f,0x02,0x02,//年

0x0f,0x09,0x0f,0x09,0x0f,0x09,0x11,0x00,//月

0x0f,0x09,0x09,0x0f,0x09,0x09,0x0f,0x00;//日

ucharcodeditab[16]0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;

uchartemp[2]0x00,0x00;

uchartime2[5];

/***********延时***************************/

delay1msuchartime//延时1ms

uchari,j;

fori0;itime;i++

forj0;j250;j++;

4.2中断子程序

图为中断子程序的流程图，这个主要是为了保障整个软件程序在运行时可以达到中断，从而使系统进一步达到完善。

图4-2中断子程序

4.3按键流程

图为系统的按键流程图。

主要是通过人为的对外部按键的控制来调节系统的温度，从而实现系统对温度的手动和自动控制。

图4-3按键流程图

4.4显示流程

图为系统的显示流程图。

通过对传输过来的信号进行显示后，给操作者提供达到为本系统提供对温度的显示和监控的目的。

图4-4显示流程图

4．5软件故障及解决方法

设计软件部分出现错误：

当以断点或连续方式运行时，目标系统没有按规定的功能进行操作或什么结果也没有，这是由于程序转移到意外之处或在某处死循环所的。

解决方法：

这类错误的原因是程序中转移地址计算错误、堆栈溢出、工作寄存器冲突等。

在采用实时多任务操作系统时，错误可能在操作系统中，没有完成正确的任务调度操作，也可能在高优先级任务程序中，该任务不释放处理器，使CPU在该任务中死循环。

通过对错误程序的修改使其实现预期的功能。

．

CPU不响应中断或不响应某一个中断这种错误的现象是连续运行时不执行中断任务程序的规定操作，当断点设在中断入口或中断服务程序中时碰不到断点。

错误的原因有：

中断控制寄存器（IE，IP）的初值设置不正确，使CPU没有开放中断或不许某个中断源请求；或者对片内的定时器、串行口等特殊功能寄存器和扩展的I/O口编程有错误，造成中断没有被激活；或者某一中断服务程序不是以RETI指令作为返回主程序的指令，CPU虽已返回到主程序但内部中断状态寄存器没有被清除，从而不响应中断；或由于外部中断源的硬件故障使外部中断请求无效。

解决方法：

修改中断控制寄存器（IE，IP）的初值设置。

单片机复位电路设计的好坏,直接影响整个系统工作的

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附录

附录图1系统原理图

附录图2系统PCB图

附录图3毕业设计实物A

附录图4毕业设计实物B

附录图5PCB板A

附录图6PCB板B

单片机程序

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint/***********管脚定义***************************/

sbitrsP2^5;

sbitrwP2^6;

sbiteP2^7;

sbitdqP2^1;

/***********变量和向量定义**************************