温室大棚温湿度控制系统开题报告.docx
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温室大棚温湿度控制系统开题报告
毕业论文（设计）
题目名称温室大棚温湿度控制系统
院（系）电子信息学院
专业班级电气10803
学生姓名陶想林
指导教师唐桃波
辅导教师唐桃波
时间2012年3月至2012年6月
3.毕业设计（论文）所需资料及原始数据（指导教师选定部分）
[1]卢飞跃．红外遥控多路抢答器的设计[J]．番禺职业技术学院学报，2003
[2]刘志文.遥控开关系统的理论设计与应用.大学学报（教科文艺）2003，（3）
[3]黄陇.实用型红外遥控功能开关的设计与实现.2003，33
（2）
[4]黄遵熹．单片机原理接口与应用[M]．西北工业大学出版社，2000．147—150．
[5]刘文涛.单片机应用开发实例.清华大学出版社2005.
[6]韩太林.单片机原理及应用.电子工业出版社.2005.
[7]张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社.2004.
[8]何立民.单片机应用技术选编[第三版].北京航空航天大学出版社.2003.
[9]付家才.单片机控制工程实践技术.北京化学工业出版社.2004.
[10]严天峰.单片机应用系统设计与仿真调试.北京航空航天大学出版社，2005
[11]裴彦纯.基于单片机系统的红外遥控器应用，现代电子技术.2007
[12]徐爱钧.8051单片机实践教程[M].电子工业出版社.2006
4.毕业设计（论文）应完成的主要内容
（1）查阅资料，学习相关元器件的工作原理
（2）选择控制芯片与湿度传感器，制定控制方案，然后利用Protuse画出硬件电路原理图
（3）编写程序并进行仿真
（4）在日志上记下每天的设计活动
5.毕业设计（论文）的目标及具体要求
（1）完整硬件设计电路
（2）软件框图及程序清单
6.完成毕业设计（论文）所需的条件及上机时数要求
须proteus仿真，用VC编写程序，上机时数80小时
长江大学
毕业设计开题报告
题目名称温室大棚温湿度控制系统设计
题目类别毕业设计
学院（系）电子信息学院
专业班级电气10803
学生姓名陶想林
指导教师唐桃波
开题报告日期2012年3月11日
温室大棚温湿度控制系统设计
学生：
陶想林，电子信息学院
指导教师：
唐桃波，电子信息学院
1题目来源
来源于生产/社会实际
2研究目的和意义
目前，我国农业正处于从传统农业到以优质，高效，高产为目标的现代化农业转化的新阶段。
而大棚作为现代化农业实施的重要产物，在国内多数地区得到了广泛应用。
现代农业生产离不开环境控制，农业大棚控制系统是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。
结合作物生长规律，控制环境条件，使作物在不适宜生长的反季节中，可获得比室外生长更优的环境条件，从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。
由于大棚中各种环境因素是可以人为控制的，因此控制技术直接决定着大棚中农作物的产量和质量。
3阅读的主要参考文献及资料名称
[1]黄遵熹．单片机原理接口与应用[M]．西北工业大学出版社，2000．147—150．
[2]刘文涛.单片机应用开发实例.清华大学出版社2005.
[3]韩太林.单片机原理及应用.电子工业出版社.2005.
[4]张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社.2004.
[5]何立民.单片机应用技术选编[第三版].北京航空航天大学出版社.2003.
[6]付家才.单片机控制工程实践技术.北京化学工业出版社.2004.
[7]严天峰.单片机应用系统设计与仿真调试.北京航空航天大学出版社，2005
[8]徐爱钧.8051单片机实践教程[M].电子工业出版社.2006
4国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向
美国是将计算机应用于大棚和管理最早，最多的国家之一。
美国开发的大棚计算
机控制与管理系统可以根据作物的特点和生长所需要的条件，对大棚内的光照，温度，湿度等诸多因素进行自动控制。
这种自动控制系统需要种植者输入温室作物生长所需的环境的目标参数，计算编机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标进行比较，以决定大棚温湿度的控制过程，按照相应的机构进行加热，降温或者是浇水，通风等。
目前，我国绝大部分自主开发的大棚温湿度控制或者进口的国外设备都属于这种系统。
虽然这种自动控制系统实现了自动化，适合规模化生产，提高了劳动生产率，通过改变大棚温室度的设定目标，可以自动的对大棚内温湿度进行调节，但是这种调节对作物的生长来说还是相对滞后的，难以介入作物生长的内在规律。
所以在这种自动控制系统和实践的基础上，温湿度自动控制向着适合不同作物生长的智能化控制发展。
国外大棚业正致力于高科技发展，遥测技术，网络技术，控制局域网已逐渐应用于大棚的管理和控制中，近几年各国温度控制技术提出建立大棚行业标准，朝着网络化，大众化，大规模，无人化的方向发展的思路。
5主要研究内容，关键问题的解决思路
本系统的设计的硬件主要包括：
主要是单片机AT89C51，检测系统，显示电路，A|D电路，报警电路等。
利用传感器测量大棚内的温湿度经过信号处理，将传感器测得的数据送至控制系统（AT89C51），与预设的农作物最适合生长的温湿度值的上下限进行对比，并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示。
如果不同作物的适合生长的温度不一样，可以通过键盘电路修改预设值。
控制系统根据比较的结果对调节系统发出相应的指令，启动相应的调节设备如喷水机，吹风机，加热器，降温等，调节大棚内的温湿度状态。
如果测得的数据超过了预设值的上下限，则报警电路会报警。
这样就实现了对大棚温湿度的自动控制。
本文主要研究内容如下：
1.进行温湿度控制系统的整体研究与设计。
2.利用键盘设置温湿度的上下限值。
3.利用数字温湿度传感器测量大棚内的温湿度。
4.利用LCD对温湿度进行实时显示。
5.当大棚温湿度值超出设定范围值时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器对大棚温湿度进行调节。
大棚温湿度控制原理图
6完成毕业设计（论文）所需具备的工作条件
串口通信、Proteus6Professional软件、Keil软件、CAN总线、PLC、Modem集成电路、计算机
7工作的主要阶段，进度与时间安排
3—4周：
写开题报告。
5—6周：
查阅相关技术资料，熟悉单片机语言及传感器的基础知识
7—8周：
英文翻译
9—10周：
硬件设计与资料搜集
11—12周：
设计程序
13—14周：
调试与修改
15—16周：
写毕业论文
8指导老师审查意见
温室大棚温湿度控制系统
学生：
陶想林电子信息学院
指导老师：
唐桃波电子信息学院
【摘要】在农业生产中，温室大棚的应用越来越广泛，也能为人们创造更高的经济效益。
在温室大棚中，最关键的是温湿度控制方法。
传统的温湿度控制方法完全是人工的，不仅费时费力，而且效率很低。
本文旨在论述一钟温室大棚温湿度控制系统的设计及工作原理。
该系统主要由单片机、数字温湿度传感器DHT11、无线通信模块APC220、液晶显示LCD1602、键盘等组成。
采用温湿度传感器DHT11来测量温湿度，它的精确度高，而且DHT11直接是输出数字信号，可直接与单片机相连。
通过无线传感器APC220来进行信号传送，这样能够降低布线的麻烦。
显示部分使用的是LCD1602来显示温湿度。
本系统还有附带键盘，能够对大棚所需要的温湿度上下限值直接设定和修改。
本系统的核心是单片机AT89C51，接收传感器所测的数据并处理，然后执行各种操作，如喷水，吹风等。
本系统智能度高，可靠性高，系统工作稳定，且综合性价比较高，具有较大的市场应用前景。
【关键词】单片机数字温湿度传感器DHT11无线通信模块APC220
显示模块LCD1602
GreenhouseTemperatureandHumidityControlSystem
Student:
TaoxiangLinElectronics&InformationCollege
Tutor:
TangtaoboElectronics&InformationCollege
【Abstract】Inagriculturalproduction,shedgreenhouseusedmorewidely,butalsocancreatemoreeconomicbenefitsforthepeople.Intheshedgreenhouse,themostcriticalfactoristhemethodoftemperatureandhumiditycontrol.Thetraditionaltemperatureandhumiditycontrolmethodiscompletelyartificial,notonlytime-consuming,butalsoinefficient.Thispaperaimstodiscussesthedesignandoperatingprincipleofshedgreenhousetemperatureandhumiditycontrolsystem.Thesystemconsistofthemicrocontroller,digitaltemperatureandhumiditysensorDHT11,wirelesssensorAPC220,LCD1602,keyboardandothercomponents.TemperatureandhumiditysensorDHT11isusedformeasuringtemperatureandhumidity,itshighprecision,andDHT11candirectlyoutputdigitalsignal,whichcanbedirectlyconnectedwiththemicrocontroller.ThiscanreducethetroubleofwiringforsignaltransmissionthroughwirelesssensorAPC220.ThedisplayselectionisLCD1602whichisusedfordisplayingthetemperatureandhumidity.Thesystemalsocomeswithakeyboard,cansetandmodifytheupperandlowerlimitsonthegreenhousetemperatureandhumidityneeded.ThecoreofthissystemisthemicrocontrollerAT89C51,receivingsensormeasuredthedataandprocessing,andthencarryoutvariousoperation,suchaswaterspray,warming,coolingandect.
Thissystemintelligentdegreeishigh,highreliability,thesystemstablework,andcomprehensivehighcostperformance,soithasgreatapplicationprospectinthemarket.
【keyword】microcontrollerdigitaltemperatureandhumiditysensorDHT11wirelesssensorAPC220displaysectionLCD1602
前言
在现代的大棚种植技术中，温度、湿度是大棚蔬菜能否茁壮成长的重要因素。
现在我国大棚生产规模虽然空前巨大，但是大棚的设备比较陈旧，温度采集方式落后，广大农村采用煤油温度计的温度采集方式，不仅温度采集较为老套，并且费时费力，不利于大棚生产规模的扩大，也不利于信息化程度的提高，不符合党中央提出的科技兴农的战略目标。
农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类顿以生存的最重要的行业，由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。
科技的发展促进了农业的发展，温室大棚在农业中的应用越来越广泛。
传统的温室大棚的自动化程度很低，基本是是粗放型的人工操作，即便对于所给定的量，在操作中无法进行有效的控制，很大程度上限制了温室大棚的经济效益。
现代智能控制系统是进行温室大棚温湿度控制的有效手段和工具，它可以提高操作的准确性，有利于控制过程的科学管理，也降低了对操作者本身素质的要求和体力劳动强度。
除此之外，它还能准确、定时、定量、高效的进行温湿度控制，可以节省人力、体力而提高质量和产量。
智能温室大棚控制系统在我国农业中的使用为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，有很多是基本停留在人工操作，即使有些使用的了自动控制系统，但是也是以经验来自行设定很多参数，使得不能物尽其用而又造成浪费。
只有提高自动控制系统的智能，使得在农业生产中更加智能和方便并采用廉价的器材使其价格能被广大农业生产者所接受，才能促进智能温室大棚温湿度控制在农业中的广泛应用和提高其经济效益。
随着微型计算机和传感器技术的迅猛发展，其价格低、可靠性高，给改造农业带来了很多便利。
用高新技术改造农业生产，是我国农业和国民经济持续发展的根本大事。
本文旨在对温室大棚温湿度监控系统的设计，一种基于mcs-51单片机的控制系统，通过高灵敏度的温湿度传感器检测大棚内的温湿度，并通过控制系统进行温室度调节。
1.1课题来源
来源于生产/社会实践
1.2国内外发展现状、趋势以及面临的挑战
美国是将计算机应用于大棚和管理最早，最多的国家之一。
美国开发的大棚计算机控制与管理系统可以根据作物的特点和生长所需要的条件，对大棚内的光照，温度，湿度等诸多因素进行自动控制。
这种自动控制系统需要种植者输入温室作物生长所需的环境的目标参数，计算编机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标进行比较，以决定大棚温湿度的控制过程，按照相应的机构进行加热，降温或者是浇水，通风等。
目前，我国绝大部分自主开发的大棚温湿度控制或者进口的国外设备都属于这种系统。
虽然这种自动控制系统实现了自动化，适合规模化生产，提高了劳动生产率，通过改变大棚温室度的设定目标，可以自动的对大棚内温湿度进行调节，但是这种调节对作物的生长来说还是相对滞后的，难以介入作物生长的内在规律。
所以在这种自动控制系统和实践的基础上，温湿度自动控制向着适合不同作物生长的智能化控制发展。
国外大棚业正致力于高科技发展，遥测技术，网络技术，控制局域网已逐渐应用于大棚的管理和控制中，近几年各国温度控制技术提出建立大棚行业标准，朝着网络化，大众化，大规模，无人化的方向发展的思路。
1.3研究的目的、意义及主要内容
本系统的设计的硬件主要包括：
主要是单片机AT89C51，检测系统，显示电路，A|D电路，报警电路等。
利用传感器测量大棚内的温湿度经过信号处理，将传感器测得的数据送至控制系统（STC89C51），与预设的农作物最适合生长的温湿度值的上下限进行对比，并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示。
如果不同作物的适合生长的温度不一样，可以通过键盘电路修改预设值。
控制系统根据比较的结果对调节系统发出相应的指令，启动相应的调节设备如喷水机，吹风机，加热器，降温等，调节大棚内的温湿度状态。
如果测得的数据超过了预设值的上下限，则报警电路会报警。
这样就实现了对大棚温湿度的自动控制。
本文主要研究内容如下：
1.进行温湿度控制系统的整体研究与设计。
2.利用键盘设置温湿度的上下限值。
3.利用数字温湿度传感器DHT11测量大棚内的温湿度。
4.利用LCD对温湿度进行实时显示。
5.利用315M无线传输系统进行农田与监控室之间的数据传输。
5.当大棚温湿度值超出设定范围值时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器对大棚温湿度进行调节。
2硬件设计
2.1系统总体结构设计
根据题目要求和单片机的工作原理，以AT89c51为控制器，进行主要的信息处理。
系统只要由检测电路、显示电路、复位电路、报警电路、键盘电路以及调节电路组成。
总体结构框图如图1：
图1总体结构框图
2.2控制模块的设计
从节约成本和实用的角度考虑，本系统采用51单片机。
采用STC89C51作为主控制单片机。
单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。
单片机STC89C52的简介及工作原理
2.2.1STC89C51的主要特性
·与MCS-51产品指令系统兼容
·4K字节可重复擦写闪存储器
·1000次写/擦循环，数据可保存10年
·全静态工作：
0HZ-24MHZ
·三级加密程序存储器
·128字节内部RAM
·32个可编程I/O口线
·2个16位定时/计数器
·6个中断源
·可编程UART串行通信口
·低功耗的空闲和掉电模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
·片内震荡和时钟电路
2.2.2AT89C51的管脚说明
图2AT89C51的管脚图
·VCC：
供电电压。
· GND：
接地。
·P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
·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。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口
被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
·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口当用于外部程序存储器或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，可接收输出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）这是由于上拉的缘故。
P3除了作为一般的I／O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表（表1）所示：
表1P3口的第二功能
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行口输入）
P3.1
TXD（串行口输出）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0外部输入）
P3.5
（定时/计数器1外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
·RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
·ALE／PROG：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡
频率的l／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
·PSEN：
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次
有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的
信号不出现。
·EA／VPP：
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
·XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
·XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
2.2.3震荡电路
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2.2.4复位电路
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.2.5单片机的CPU
MCS-51单片机的CPU由运算器、控制器和若干个特殊功能寄存器组成，运算器可以加、减以及各种逻辑运算，还可以进行乘除运算。
控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送、数据运算等操作，并对单片机外部发出若干控制信息。
CPU中使用的特殊功能寄存器ACC、B、PSW、SP和DPTR。
ACC就是累加器，在指令中一般写为A。
在做乘除运算时，B寄存器用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果；若不作乘除操作时，则B可用做通用寄存器。
程序状态字寄存器PSW相当于一般微处理器中的状态寄存器，其中各位的定义如表2所示。
表2PSW状态寄存器
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
-
P
其中各位的意义如下：
CY（PSW.7）：
高位进位标志
升级会员 