電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)--- 溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)</p><p>　　授課教師 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué)

2、號(hào) </p><p>　　專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　教學(xué)單位 </p><p>　　完成時(shí)間 2012年5月3日</p><p><b>　　摘 要：</b></p>

3、<p>　　本系統(tǒng)主要運(yùn)用STC89C52單片機(jī)、DS-18B20 數(shù)字溫度傳感器、繼電器和M4QA045電動(dòng)機(jī)、ULN-2003A集成芯片、濕敏電阻，以及LCD1602顯示器等元器件，設(shè)計(jì)了溫濕度報(bào)警電路、M4QA045電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電熱器驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了溫室大棚中溫度和濕度的控制和報(bào)警系統(tǒng)，解決了溫室大棚人工控制測(cè)試的溫度及濕度誤差大，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低等問題。該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，成本低。系統(tǒng)通過對(duì)溫室內(nèi)的溫度與濕度參量的采

4、集，并根據(jù)獲得參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到了溫室大棚自動(dòng)控制的目的。促進(jìn)了農(nóng)作物的生長(zhǎng)，從而提高溫室大棚的產(chǎn)量，帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)、DS-18B20 數(shù)字溫度傳感器、ULN-2003A集成芯片、溫室大棚、自動(dòng)控制</p><p><b>　　一．設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><

5、;p>　　該系統(tǒng)能夠?qū)厥掖笈飪?nèi)的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)并顯示當(dāng)前實(shí)際溫濕度，同時(shí)通過與預(yù)設(shè)量比較，對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果超過我們預(yù)先設(shè)定的濕度限制，濕度報(bào)警模塊將進(jìn)行報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了溫室大棚內(nèi)的溫濕度的自動(dòng)控制。</p><p><b>　　二．設(shè)計(jì)方案的選擇</b></p><p><b>　　1）主控制器模塊</b></p&g

6、t;<p>　　方案一：采用凌陽16位單片機(jī)作為控制器，雖自帶10位ADC模塊，處理速度快，但是結(jié)合該設(shè)計(jì)的實(shí)際功能，用該單片機(jī)會(huì)造成較大的功能浪費(fèi)，而且該單片機(jī)的價(jià)格也相對(duì)較高，性能不穩(wěn)定。</p><p>　　方案二：用51系列單片機(jī)做控制器。它具有優(yōu)異的性能價(jià)格比，集成度高、體積小、可靠性高，控制功能強(qiáng)，低電壓，低功耗。</p><p>　　綜合考慮，在本課題設(shè)計(jì)的溫室

7、大棚的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)中，由于STC89系列單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)兼容，所以，本系統(tǒng)中選用STC89C52單片機(jī)。</p><p><b>　　2）溫度調(diào)節(jié)模塊</b></p><p>　　方案一： 由PWM控制溫度調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)PWM端輸入高電平時(shí)，電流經(jīng)第一個(gè)放大器放大，光耦導(dǎo)通，光耦輸出電流經(jīng)第二個(gè)放大器放大后，使雙向可控硅導(dǎo)通，M4QA045電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)P

8、WM端輸入低電平時(shí)，雙向可控硅控制端輸入電流為0，交流電過零以后，雙向可控硅截止，M4QA045電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　方案二： 由PWM控制溫度調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)PWM端輸入高電平時(shí)，電流經(jīng)放大器放大，使常開端閉合，M4QA045電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)PWM端輸入低電平時(shí)，常開端斷開，M4QA045電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　方案一采用光耦隔離強(qiáng)電，方案二采用繼電器隔離強(qiáng)電，但方案一

9、沒有實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與直流源的隔離，且方案一環(huán)節(jié)復(fù)雜，計(jì)算難度大，過多的環(huán)節(jié)延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間，從而影響溫度調(diào)整模塊的性能，所以選擇方案二。</p><p><b>　　3）加熱器驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　基于以上溫度調(diào)節(jié)模塊兩個(gè)方案的分析，加熱器驅(qū)動(dòng)電路也同樣選用繼電器隔離，當(dāng)溫度低于18℃時(shí)，相應(yīng)引腳輸出高電平，電流經(jīng)過三極管放大，繼電器常開端閉合，電熱器工作，當(dāng)溫

10、度高于23℃時(shí)，相應(yīng)引腳輸出低電平，繼電器常開端關(guān)閉，電熱器不工作。</p><p><b>　　4）顯示模塊</b></p><p>　　方案一：采用數(shù)碼管顯示，需要實(shí)用多個(gè)數(shù)碼管，且占用I/O資源較多。</p><p>　　方案二：采用LCD1602液晶作為顯示器件，占用I/O口資源少，顯示內(nèi)容豐富，可以分時(shí)顯示不用的內(nèi)容。</p&g

11、t;<p>　　綜合考慮，在本課題設(shè)計(jì)的溫室大棚的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)中，選用LCD1602液晶作為顯示器件</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.系統(tǒng)整體框圖</b></p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)整體框圖</b></p><

12、;p>　　2.各模塊的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1）溫度調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2溫度調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　如圖2所示，由PWM控制溫度調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)PWM端輸入高電平時(shí)，電流經(jīng)Q4放大，常開端5閉合，M4QA045電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)PWM端輸入低電平時(shí)，常開端5斷開，M4QA045電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p&g

13、t;<b>　　2）電熱器驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　圖3電熱器驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　加熱器驅(qū)動(dòng)電路選用繼電器隔離，當(dāng)溫度低于18℃時(shí)，相應(yīng)引腳輸出高電平，電流經(jīng)過三極管放大，繼電器常開端閉合，電熱器工作，當(dāng)溫度高于23℃時(shí)，相應(yīng)引腳輸出低電平，繼電器常開端關(guān)閉，電熱器不工作。</p><p>　　3）濕度調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)<

14、;/p><p>　　圖4 濕度報(bào)警模塊電路圖</p><p>　　如圖4所示，由STC89C52單片機(jī)在BUZZER端輸入信號(hào)控制濕度報(bào)警模塊。當(dāng)濕度大于65%RH或者小于45%RH時(shí)，BUZZER端輸入高電平，電流經(jīng)Q3放大，使蜂鳴器工作；當(dāng)濕度處于45%RH和65%RH之間時(shí)，BUZZER端輸入低電平，蜂鳴器不工作。</p><p><b>　　四．系統(tǒng)程

15、序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.系統(tǒng)整體程序框圖</p><p>　　圖5系統(tǒng)整體程序框圖</p><p>　　首先，初始化單片機(jī)設(shè)置中斷，定義變量，然后初始化LCD1602顯示模塊，設(shè)置8位格式，2行，5*7矩陣顯示，整體顯示，關(guān)光標(biāo)，不閃爍設(shè)定輸入方式，增量不移位，清除屏幕顯示。調(diào)用溫濕度采集程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換

16、成十進(jìn)制，將十進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出到LCD1602顯示模塊進(jìn)行顯示，根據(jù)溫度調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)濕度判斷是否報(bào)警，最后，進(jìn)行新一輪的溫濕度采集。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　以上為畢業(yè)期間所設(shè)計(jì)的溫室大棚控制控制系統(tǒng)，它經(jīng)過多次修改和整理，可以滿足設(shè)計(jì)的基本要求。采用STC89C52單片機(jī)、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示模塊

17、和M4QA045電機(jī)等器件設(shè)計(jì)溫室大棚控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫濕度采集、英文顯示；溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，濕度越限報(bào)警功能。</p><p>　　因?yàn)楸救怂接邢?，此設(shè)計(jì)存在一定的問題。譬如系統(tǒng)抗干擾能力差，且沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)自動(dòng)復(fù)位。由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，配合其它器件，使本溫度控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。</p><p>&

18、lt;b>　　附 錄</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define LCD_DB P2</p><p>　　sbit DQ = P1^0;</p><p>　

19、　sbit BUZZER = P1^1;</p><p>　　sbit PWM = P1^2;</p><p>　　sbit LCD_RS = P1^4;</p><p>　　sbit LCD_RW = P1^5;</p><p>　　sbit LCD_E = P1^6;</p><p>　　sbit HEAT = P

20、1^7;</p><p>　　void initial(void);</p><p>　　void read_DHT11(void);</p><p>　　void LCD_write_command(unsigned char com);</p><p>　　void LCD_display_char(unsigned char x, un

21、signed char y, unsigned char dat);</p><p>　　unsigned char read_DHT11_char(void);</p><p>　　void control_temperature_humidity(void);</p><p>　　void delay_xms(unsigned int time_xms);<

22、;/p><p>　　void delay_x10us(unsigned int time_x10us);</p><p>　　unsigned char stop_system = 0;</p><p>　　unsigned char lineOne[] = "TS(0-50): C";</p><p>　　unsi

23、gned char lineTwo[] = "HS(20-90): %RH";</p><p>　　unsigned int T0_number = 0, T1_number, PWM_width_H;</p><p>　　unsigned char temperature_ten, temperature_one, humidity_ten, humidity_o

24、ne;</p><p>　　unsigned char temperature_H, temperature_L, humidity_H, humidity_L, checkData;</p><p>　　void initial(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned

25、char i, j;</p><p>　　TMOD = 0x11;//定時(shí)器0工作方式1，16位計(jì)數(shù)器；定時(shí)器1工作方式1，16位計(jì)數(shù)器</p><p>　　TH1 = 0xFC;//定時(shí)器1溢出周期1ms，延時(shí)</p><p>　　TH1 = 0x66;</p><p>　　TH0 = 0xFC;//定時(shí)器0中斷周期1m

26、s，PWM </p><p>　　TL0 = 0x66; </p><p><b>　　EA = 1;</b></p><p><b>　　ET1 = 1;</b></p><p><b>　　ET0= 1;</b></p><p><b

27、>　　EX0 = 1;</b></p><p><b>　　IT1 = 1;</b></p><p><b>　　TR0 = 1;</b></p><p>　　LCD_write_command(0x38);//設(shè)置8位格式，2行，5x7</p><p>　　LCD_write_

28、command(0x0c);//設(shè)置整體顯示，關(guān)閉光標(biāo)，且不閃爍</p><p>　　LCD_write_command(0x06);//設(shè)置輸入方式，增量不移位</p><p>　　LCD_write_command(0x01);//清屏</p><p>　　for (i = 0; i < 16; i++)</p><p>&l

29、t;b>　　{</b></p><p>　　LCD_display_char(i, 1, lineOne[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for (j = 0; j < 16; j++)</p><p><b>　　{</b></p

30、><p>　　LCD_display_char(j, 2, lineTwo[j]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　LCD_display_char(14, 1, 0xDF);//顯示</p><p><b>　　}</b></p><p>　　

31、void read_DHT11(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ = 0;</b></p><p>　　delay_xms(18);</p><p><b>　　DQ = 1;</b></p><p>

32、　　delay_x10us(2);</p><p>　　if (DQ == 0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while (DQ == 0);</p><p>　　while (DQ == 1);</p><p>　　humidity_H = read_DHT11_

33、char();</p><p>　　humidity_L = read_DHT11_char();</p><p>　　temperature_H = read_DHT11_char();</p><p>　　temperature_L = read_DHT11_char();</p><p><b>　　}</b>&l

34、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　unsigned char read_DHT11_char(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i, temp_one, temp_two; </p><

35、p>　　for (i = 0; i < 8; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while (DQ == 0);</p><p>　　delay_x10us(3);</p><p>　　if (DQ == 0)</p><p><b>　　

36、{</b></p><p>　　temp_one = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　temp_one = 1;<

37、/p><p><b>　　}</b></p><p>　　temp_two <<= 1;</p><p>　　temp_two |= temp_one;</p><p>　　while(DQ == 1); </p><p><b>　　}</b></p>

38、<p>　　return temp_two;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void LCD_write_command(unsigned char com)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_DB = com;</

39、p><p>　　LCD_RS = 0;</p><p>　　LCD_RW = 0;</p><p>　　LCD_E = 1;</p><p>　　delay_xms(1);</p><p>　　LCD_E = 0;</p><p>　　delay_xms(5);</p><p&g

40、t;<b>　　}</b></p><p>　　void LCD_display_char(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (y == 1)</p><p>

41、<b>　　{</b></p><p>　　LCD_write_command(0x80 + x);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><

42、;p>　　LCD_write_command(0xc0 + x);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　LCD_DB = dat;</p><p>　　LCD_RS = 1;</p><p>　　LCD_RW = 0;</p><p>　　LCD_E = 1;<

43、/p><p>　　delay_xms(1);</p><p>　　LCD_E = 0;</p><p>　　delay_xms(5);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void LCD_display_DHT11(void)</p><p><

44、b>　　{</b></p><p>　　temperature_ten = temperature_H/ 10 + 0x30;</p><p>　　temperature_one = temperature_H % 10 + 0x30;</p><p>　　humidity_ten = humidity_H / 10 + 0x30;</p&

45、gt;<p>　　humidity_one = humidity_H % 10 + 0x30;</p><p>　　LCD_display_char(12, 1, temperature_ten);</p><p>　　LCD_display_char(13, 1, temperature_one);</p><p>　　LCD_display_cha

46、r(11, 2, humidity_ten);</p><p>　　LCD_display_char(12, 2, humidity_one);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void control_temperature_humidity(void)</p><p><b>　

47、　{</b></p><p>　　if (temperature_H > 28) //溫度→轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PWM_width_H = 100;</p><p><b>　　}</b></p><p>

48、;　　else if (temperature_H < 18)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PWM_width_H = 0;</p><p><b>　　HEAT = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p>

49、<p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (temperature_H >= 23)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　HEAT = 0;</b&

50、gt;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　PWM_width_H = (temperature_H - 18) * 10;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (humidity_H > 65 || humidity_H < 45)

51、//濕度→蜂鳴</p><p><b>　　{</b></p><p>　　BUZZER = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b>&

52、lt;/p><p>　　BUZZER = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay_xms(unsigned int time_xms)</p><p><b>　　{</b&g

53、t;</p><p>　　T1_number = 0;</p><p><b>　　TR1 = 1;</b></p><p><b>　　while (1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (time_xms

54、== T1_number)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>

55、　　TR1 = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay_x10us(unsigned int time_x10us)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while (time_x10us--)</p&

56、gt;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_n

57、op_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b><

58、/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　initial();</p><p><

59、;b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_xms(2000);</p><p>　　read_DHT11();</p><p>　　LCD_display_DHT11();</p><p>　　control_te

60、mperature_humidity();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void INT_0(void) interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p&

61、gt;　　stop_system = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Timer_0(void) interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0 = 0xFC;//定時(shí)器0中斷周期1ms，PWM</p&

62、gt;<p>　　TL0 = 0x66;</p><p>　　T0_number++;</p><p>　　if (T0_number > 100)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　T0_number = 0;</p><p><b>　　

63、}</b></p><p>　　else if (T0_number < PWM_width_H)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　PWM = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p>&l

64、t;p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　PWM = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

65、;<p>　　void Timer_1(void) interrupt 3</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH1 = 0xFC;//定時(shí)器1溢出周期1ms，延時(shí)</p><p>　　TL1 = 0x66;</p><p>　　T1_number++;</p>