溫室大棚溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(單片機(jī)課程設(shè)計)

1、<p>　　微型計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　溫室大棚溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　班 級：</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p>

2、;<b>　　目 錄</b></p><p>　　前 言……………………………………………………………………………………3</p><p>　　1 溫度控制系統(tǒng)概述…………………………………………………………………3</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計………………………………………………………………………4</p><

3、p>　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖……………………………………………………………… 4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)原理圖…………………………………………………………………… 4</p><p>　　2.3 系統(tǒng)框圖……………………………………………………………………… 5</p><p>　　3 系統(tǒng)功能設(shè)計………………………………………………………………

4、………5</p><p>　　3.1 信號采集模塊………………………………………………………………… 5</p><p>　　3.2 顯示模塊……………………………………………………………………… 5</p><p>　　3.3 鍵盤模塊……………………………………………………………………… 6</p><p>　　3.4 設(shè)置功能轉(zhuǎn)換模塊…

5、………………………………………………………… 6</p><p>　　3.5 AT89S52芯片介紹……………………………………………………………6</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計………………………………………………………………………6</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序流程圖……………………………………………………………… 7</p>&

6、lt;p>　　4.2 系統(tǒng)源程序…………………………………………………………………… 7</p><p>　　5 結(jié)束語…………………………………………………………………………… 13</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………14</p><p><b>　　前 言</b></p&g

7、t;<p>　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市場日漸擴(kuò)大，尤其是北方地區(qū)在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)價值。僅靠南菜北調(diào)長途運輸，一是成本高，二是運到目的地，蔬菜已經(jīng)不新鮮了。所以，依靠農(nóng)業(yè)科技，大力推廣溫室大棚蔬菜種植能更好地滿足人民生活的需要。</p><p>　　由于我國人口眾多，土地、水資源及各種能源短缺，在人們對農(nóng)副產(chǎn)品的需求不斷增加的今天，

8、只靠增加耕地面積是不可能實現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來提高單位畝產(chǎn)量。以日光溫室為主的溫室大棚蔬菜生產(chǎn)，已成為我國園藝產(chǎn)品尤其是蔬菜產(chǎn)品周年供應(yīng)的重要措施。溫室大棚就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個人工氣象環(huán)境，來消除溫度對生物生長的約束。而且，溫室大棚能克服環(huán)境對生長的限制，能使不同的農(nóng)作物在不適合生長的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)對農(nóng)作物的生產(chǎn)影響不大，部分或完全擺脫了農(nóng)作物對自然條件的依賴。由于溫室大棚能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益

9、，所以溫室大棚技術(shù)越來越普及。</p><p>　　現(xiàn)代化溫室，通過傳感器技術(shù)、微型計算機(jī)及單片機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，能自動調(diào)控溫室的環(huán)境，其中包括溫度、濕度、光照CO2濃度、水分等，使作物在不適宜生長發(fā)育的季節(jié)中，獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件，達(dá)到早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。冬季大棚蔬菜最重要的一個管理因素是溫度的控制。 </p><p><b>　　1 系統(tǒng)概述</b&

10、gt;</p><p>　　大棚蔬菜滿足了人民能一年四季能吃到新鮮蔬菜的愿望，為提供更多量、更有營養(yǎng)價值的蔬菜，在大棚內(nèi)應(yīng)用智能的大棚溫度控制系統(tǒng)已成為農(nóng)民的迫切要求。以AT89S52單片機(jī)為主的溫度控制系統(tǒng)可對大棚內(nèi)部的溫度進(jìn)行模擬，該模擬后的結(jié)果與蔬菜所需的正常溫度進(jìn)行比較，然后將比較的結(jié)果以人性化的方式向大棚管理人員提供溫度調(diào)節(jié)的信息，幫助農(nóng)民提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，減少農(nóng)民的工作量。</p>&l

11、t;p>　　溫度控制系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)為核心。大棚溫度采用連續(xù)可變的電壓信號進(jìn)行模擬，采集到的模擬信號經(jīng)TLC549模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的溫度得出結(jié)果，通過仿真示波器來顯示結(jié)果，蜂鳴器報警提醒農(nóng)民作出適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)節(jié)。該系統(tǒng)成本低，操作方便，設(shè)計人性化，具有良好的推廣價值。</p><p>　　此溫度控制系統(tǒng)只是建立在模擬仿真的基礎(chǔ)之上，大棚內(nèi)溫度采用連續(xù)可調(diào)的電壓模

12、擬，控制策略采用的是應(yīng)用的廣泛的PID控制器，輸出模塊使用PWM模擬輸出，并用仿真示波器動態(tài)顯示。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　圖1 溫度測控系統(tǒng)硬件電路

13、框圖</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　圖2 系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　3 系統(tǒng)功能設(shè)計</b></p><p>　　3.1 信號采集模塊</p><p>　　信號發(fā)生采用的是直接

14、從電源上得到可變的電壓?！翱勺儭斌w現(xiàn)在滑動變阻器上?；瑒幼冏杵饕欢私拥?另一端接高電平,滑動滑動變阻器,可輸出漸變的電壓,作為模擬電壓信號。運用于蔬菜大棚的溫度控制系統(tǒng),不需要信號發(fā)生裝置,可采用溫度檢測器檢測實際大棚內(nèi)溫度。</p><p>　　將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,送入單片機(jī),完成信號采集單元。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采用TLC549,它是8位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片?？膳c通用微處理器、控制器通過CLK、CS、DATA

15、 OUT三條口線進(jìn)行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長17μs，TLC549允許最高轉(zhuǎn)換速率為40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為±0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，VREF-接地，VREF+－VREF-≥1V，可用于較小信號的采樣。TLC549芯片如下圖3所示.</p><p>　　圖3 TLC549芯片<

16、/p><p><b>　　3.2 顯示模塊</b></p><p>　　將AT89S52接到排阻上，然后接到74LS374上，最后連接到數(shù)碼管顯示器上。</p><p>　?。?）RESPACK8一般接在AT89S52單片機(jī)的P0口，因為P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻。排阻就是好多電阻連載一起，他們有一個公共端。</

17、p><p>　?。?）74LS374具有三態(tài)輸出的邊沿觸發(fā)器，該器件的輸出端可直接與總線相連，當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平，輸出端為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載總線；當(dāng)OE為高電平，輸出端為高阻態(tài)，不驅(qū)動總線負(fù)載。本次試驗，采用兩個74LS374芯片，一個用作段選U3，控制八位數(shù)碼管的各段顯示管，另一個用作片選U4。</p><p>　?。?）數(shù)碼管顯示電路。</p><p

18、><b>　　3.3 鍵盤模塊</b></p><p>　　將鍵盤與AT89S52連接到一起，如硬件連接圖連接方式連接電路。鍵盤作為可輸入設(shè)定值，在之后的模塊中與檢測到的溫度值作比較。</p><p>　　3.4 設(shè)置功能轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　當(dāng)SW接于高電平時，選擇數(shù)碼顯示模塊，當(dāng)SW接于低電平時，選擇鍵盤設(shè)定值模塊。</

19、p><p>　　硬件實現(xiàn)很簡單，在AT89S52的P1.7口引出一條線，讓它控制選擇個模塊。</p><p>　　3.5 AT89S52芯片介紹</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序

20、存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降

21、至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　AT89S52有6個中斷源：兩個外部中斷（INT0和INT1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。

22、對于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預(yù)留。定時器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2或EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清0。 </p><p>　　定時器0和定時器1標(biāo)志位TF0和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個

23、周期被電路捕捉下來。然而，定時器2的標(biāo)志位TF2在計s數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 主程序流程圖</p><p><b>　　圖4 主程序流程圖</b></p><p><b&

24、gt;　　4.2 系統(tǒng)源程序</b></p><p>　　#include <REG51.H></p><p>　　#include "intrins.h"</p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned

25、int </p><p>　　#define fl float</p><p>　　uchar out0=0x7f ; //賦初值</p><p>　　uchar buf[3]={0,0,0};//全局?jǐn)?shù)組</p><p>　　uchar pr[]={0x57,0x6E,0x5E,0x3E,0x6D,0x5D,0x3D,0x6B,0x5

26、B,0x3B};</p><p>　　uchar discode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　uint AD; //轉(zhuǎn)換結(jié)果，十六進(jìn)制</p><p>　　uint uuu,sc=0; //帶小數(shù)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理結(jié)果</p><p>　　in

27、t Int_result,float_result;//Int_result整數(shù)部分，float_result小數(shù)部分</p><p>　　sbit Dataout=P1^0; //數(shù)據(jù)線</p><p>　　sbit cs=P1^1; //片選</p><p>　　sbit sclk=P1^2; //io口時鐘</p><p>　

28、　sbit dx=P1^3; //斷碼顯示控制鎖存</p><p>　　sbit wx=P1^4; //位控控制鎖存</p><p>　　sbit sw=P1^7;</p><p>　　sbit PWM=P1^5;</p><p>　　sbit beep=P1^6;</p><p>　　void delay1m

29、s(uchar T) //單位時間1ms延時</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar time;</p><p>　　while(T--)</p><p>　　for(time=0;time<120;time++);</p><p><b>　　}

30、</b></p><p>　　/*****************顯示程序********************/</p><p>　　void display(uint num) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar qian,bai,shi,ge;</p&g

31、t;<p>　　qian=num/1000; //千，百，十，個處理</p><p>　　bai=num/100%10;</p><p>　　shi=num/10%10;</p><p>　　ge=num%10;</p><p>　　wx=0; </p><p><b>　　P0=0

32、xf7;</b></p><p><b>　　wx=1;</b></p><p><b>　　dx=0;</b></p><p>　　P0=discode[ge]; //顯示個位</p><p><b>　　dx=1;</b></p><p&g

33、t;　　delay1ms(1); </p><p><b>　　if(num>0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　wx=0;</b></p><p><b>　　P0=0xfb;</b></p>

34、;<p><b>　　wx=1;</b></p><p><b>　　dx=0;</b></p><p>　　P0=discode[shi]|0x80; //顯示十位</p><p><b>　　dx=1;</b></p><p>　　delay1ms(1);

35、</p><p><b>　　wx=0;</b></p><p><b>　　P0=0xfd;</b></p><p><b>　　wx=1;</b></p><p><b>　　dx=0;</b></p><p>　　P0=dis

36、code[bai]; //顯示百位，帶小數(shù)點</p><p><b>　　dx=1;</b></p><p>　　delay1ms(1);</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**

37、**************AD轉(zhuǎn)換程序*******************/</p><p>　　AD_val() //TLC549處理</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,temp=0;</p><p>　　cs=1;//初始化，啟動</p>

38、<p><b>　　sclk=0;</b></p><p><b>　　cs=0;</b></p><p>　　_nop_(); </p><p>　　for(i=0;i<8;i++)//讀取采集數(shù)據(jù)，讀取的是上一次采集數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{<

39、;/b></p><p><b>　　sclk=1; </b></p><p>　　temp=temp<<1;</p><p>　　if(Dataout) temp |=0x01; </p><p><b>　　sclk=0;</b></p><p><

40、;b>　　} </b></p><p><b>　　cs=1;</b></p><p><b>　　AD=temp;</b></p><p>　　for(i=0;i<5;i++) //延時17us以上，進(jìn)行復(fù)位</p><p><b>　　_nop_();&l

41、t;/b></p><p>　　Int_result=AD*5/256; //處理整數(shù)</p><p>　　float_result=AD*5%256*100/256; //處理小數(shù)部分</p><p>　　uuu=((Int_result*100)+(float_result));//整數(shù)部分和小數(shù)部分合成</p><p>

42、　　return uuu;} </p><p>　　/************************鍵盤掃描程序***************************/</p><p>　　void KB_Scan1()</p><p>　　{uchar tmp,line,i,j,flag,press;</p><p>　　line=0

43、x7E;</p><p>　　for(i=1;i<=4;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P3=line;</b></p><p><b>　　tmp=P3; </b></p><p>　　tmp&am

44、p;=0x70;</p><p>　　if(tmp!=0x70)</p><p>　　{ tmp=P3;flag=1;break;}</p><p>　　else line=(line<<1)|0x01;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(i==5

45、) {tmp=0xFF;flag=0;}</p><p>　　for(j=0;j<10;j++)</p><p>　　{if(tmp==pr[j])</p><p><b>　　press=j;}</b></p><p>　　if(flag==1) </p><p><b>　　

46、{</b></p><p>　　buf[2]=buf[1];</p><p>　　delay1ms(100);</p><p>　　buf[1]=buf[0];</p><p>　　delay1ms(100);</p><p>　　buf[0]= press;</p><p>　　d

47、elay1ms(100);</p><p>　　sc=buf[2]*100+buf[1]*10+buf[0];</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************PID服務(wù)程序*************/</p&

48、gt;<p>　　void PID() </p><p>　　{ fl e0,e1,e2; </p><p>　　uchar du,out1; </p><p>　　uchar kp=16, kd=0,ki=0;// ts=1;</p><p>　　e0=e1;e1=e2;e2=(sc-uuu)

49、/10; //設(shè)定值-采集量</p><p>　　if(e2>=0) </p><p>　　{ if(e2>=10) //測得偏差值與設(shè)定偏差值進(jìn)行比較，若不在設(shè)定范圍內(nèi)則滿功率加熱。</p><p>　　{TR0=0;PWM=1;}</p><p><

50、;b>　　else</b></p><p>　　{ du=25*e2;//(e2-e1)+ki*e2+kd*(e2-2*e1+e0); // PID算法</p><p>　　out1=du;//+out0;</p><p>　　TR0=1; //若到達(dá)設(shè)定范圍則調(diào)用PID程序，進(jìn)行有效功率加熱.</p><p>&l

51、t;b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else //測得值與設(shè)定值比較，測得值大于設(shè)定值，關(guān)閉加熱設(shè)備，停止加熱。 </p><p>　　{TR0=0;PWM=0;beep=1;}</p><p>　　out0=out1;</p>&

52、lt;p><b>　　} </b></p><p>　　/*********************PWM輸出程序*********************/</p><p>　　/************ 定時器0中斷服務(wù)程序**************/</p><p>　　void timer0() interrupt 1 <

53、/p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　TR0=0 ;</b></p><p>　　TH0=0xff ;</p><p>　　TL0=0x66 ;</p><p>　　TH1=0xff-out0 ;</p><p><b

54、>　　TR1=1 ;</b></p><p>　　PWM=1 ; //啟動輸出</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************主函數(shù)**************************/</p><p>　　main() //主

55、程序</p><p>　　{ beep=0;</p><p>　　TMOD=0x21 ;</p><p>　　TH0=0xfc ; //1ms延時常數(shù) 12M</p><p>　　TL0=0x18 ; //頻率調(diào)節(jié)</p><p>　　TH1=0x7f;

56、 //脈寬調(diào)節(jié)</p><p><b>　　TL1=0 ;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p&

57、gt;<b>　　while(1)</b></p><p>　　{AD_val();//調(diào)用TCL549采集處理</p><p>　　if(sw==1) </p><p>　　{display(uuu);} //顯示最終結(jié)果</p><p>　　else{ if(P3^4==0||P3^5==0||P3^6==

58、0)</p><p>　　{KB_scan1();</p><p>　　display(sc);}</p><p><b>　　else </b></p><p>　　{display(sc);} }</p><p>　　if(sc<uuu)</p><p><

59、b>　　beep=1;</b></p><p>　　else beep=0;</p><p><b>　　PID();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><

60、b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計，在很大程度上提高了我自主學(xué)習(xí)和思考的能力。論文中所涉及的知識大部分是在已掌握的知識基礎(chǔ)上，借助于書籍和網(wǎng)上資源，經(jīng)過我自己反復(fù)思考而得出的，當(dāng)然還有一部分是參考資料上的內(nèi)容。</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)對擁有中小范圍面積的農(nóng)民來說是具有很大的重要意義的：</p><p>　

61、?。?）系統(tǒng)價格低，易于接受；</p><p>　?。?）方便農(nóng)民更好地了解大棚內(nèi)部的溫度情況；</p><p>　?。?）不需專業(yè)的知識，操作簡單；</p><p>　?。?）借助系統(tǒng)提示提高作物產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入。</p><p>　　本次課程設(shè)計非常適合當(dāng)下農(nóng)民人數(shù)日益減少，個體農(nóng)業(yè)不景氣的情況，在設(shè)計和報告中并沒有考慮到所用芯片的知識

62、是否能被自己完全吸收，作出自己滿意的課程設(shè)計。但是在實行的過程中，覺得要深入地了解一塊芯片的功能是需要下一番功夫的，經(jīng)過自己努力而獲得的每一個知識也是更具意義的。由于能力及時間的限制，該系統(tǒng)并不是特別完善，針對TLC549模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，我查閱大量的相關(guān)資料，但都不是特別詳細(xì)。由于C語言和匯編語言相比有很大的優(yōu)越性，故此次系統(tǒng)設(shè)計采用了C語言的編寫方式。</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)雖然能在溫度控制中發(fā)揮很大作

63、用，但由于時間和條件的限制，在許多方面還需要改進(jìn)。系統(tǒng)還不具備對溫室內(nèi)多因子的控制，只能控制溫度參數(shù)，今后還應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)光照、二氧化碳以及風(fēng)速等溫室因子的監(jiān)測控制。</p><p>　　相信在今后后的學(xué)習(xí)中，努力地學(xué)習(xí)這方面的知識，將來必會有能力為農(nóng)民設(shè)計一款實用、方便的溫度控制系統(tǒng)，也可以在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展自動通風(fēng)系統(tǒng)等功能，大幅度的減少農(nóng)民的工作量。</p><p><b>

64、　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 馬淑華，王鳳文，張美金.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007.8</p><p>　　[2] 唐穎，程菊花，任條娟.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.8</p><p>　　[3] 邊春元，李文濤，江杰，杜平.C51單片機(jī)典型模塊設(shè)計與應(yīng)用[

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