基于单片机的蔬菜大棚的温湿度控制.doc
《基于单片机的蔬菜大棚的温湿度控制.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的蔬菜大棚的温湿度控制.doc(34页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、基于单片机的蔬菜大棚温湿度控制摘 要 蔬菜大棚是保障现代国民人居生活需求蔬菜需要的逐渐普及化的一种现代化生产方式,而基于单片机控制温度、湿度的蔬菜大棚则能自动实现大棚蔬菜所需要的生长条件,是大棚内的温度湿度既不会过高也不会过低,从而节省人力,亦减少对外界环境的依赖程度,为实现蔬菜生产不在受季节的制约。此温湿度控制系统分别有温度的信号采集及控制和湿度的信号采集及控制部分组成。温度的信号采集主要有温度传感器实现,湿度控制部分用来控制外部湿度,它接受湿度测量部分的电信号,然后与所要控制的湿度信号比较以确定是否加湿。二者同时来保障外部环境的温度与湿度以适应蔬菜生长要求。本设计采用AT89C52单片机控
2、制,以DS18B20温度传感器来检测温度,经单片机的运算来分析温度的变化,使继电器发生相应的动作,从而对大棚内的温度进行升降温控制;采用HR202湿敏电阻器通过测量电阻变化来测量湿度数值,经单片机使湿度控制部分以确定是否进行加湿。另外本设计还采用液晶LED显示,并有按键控制,可自行设定预定值。关键词: AT89C52; DS18B20; HR202; LEDControl of Temperature and Humidity in Vegetable Greenhouse based on single chip MicrocomputerABSTRACT The signal sampli
3、ng and control part of the temperature and humidity control system respectively, the temperature signal acquisition and control and humidity. This design uses AT89C52 microcontroller control, DS18B20 temperature sensor to detect temperature, through the single-chip computing to analysis the change o
4、f temperature, so that the relay has the corresponding action, and temperature on the greenhouse temperature control of; to measure humidity value by measuring the change in resistance with HR202 humidity sensitive resistor, the control section to determine whether humidification. In addition the de
5、sign also using the LED liquid crystal display, and a key control, can be set to a predetermined value.Key words : AT89C52; DS18B20; HR202 ; LED目 录1. 引言11.1 蔬菜大棚的发展背景11.2 系统设计内容11.3 系统设计功能12. 控制系统总体方案设计12.1 控制系统方案选择与论证22.1.1 方案一22.1.2 方案二22.2 控制系统工作原理33. 系统硬件设计43.1 CPU主控制模块43.2 主电源模块63.3 采集模块63.3.1
6、温度采集模块63.3.2 湿度采集模块73.4 控制模块83.5 LED显示模块94. 系统软件设计104.1 工作流程104.2 程序模块104.2.1 主程序104.2.2 按键控制程序114.3 系统的调试与仿真124.3.1 集成开发环境KEIL124.3.2 系统软件调试124.3.3 PROTEUS仿真125. 总结13参考文献14附 录15致 谢30基于单片机的蔬菜大棚温湿度控制1. 引言1.1 蔬菜大棚的发展背景鉴于越来越快的生活节奏,无论城市还是农村都对于食物蔬菜的需求都不在局限于季节;更鉴于城市发展与经济发展的不和谐所导致的环境污染都已经导致了一系列的食物问题,从而有机无污
7、染的蔬菜大棚应运而生。植物的生长都依赖于一定的外界环境,适宜的外界环境对于蔬菜的生长有决定性的重要性。 因此保持一定的适宜环境是本系统的目标。本系统就是针对大棚内温度、湿度,研究单片机控制的温室大棚自动控制,综合考虑系统的精度、效率以及经济性等要求多方面因素之后,设计一种基于计算机自动控制的大棚温湿度控制系统。1.2 系统设计内容该蔬菜大棚的温湿度控制系统实现自动控制功能,利用DS18B20温度传感器检测出大棚内温度,利用HR202湿敏电阻检测大棚内湿度,并且把温度湿度显示在LED液晶屏上,通过单片机AT89C52引脚控制F3AA005E继电器,使其实现对温度控制模块和湿度控制模块的控制,从而
8、实现对蔬菜大棚内的温度湿度的保持与控制,使适宜蔬菜生长,按键模块实现了对蔬菜生长所需的系统预设的适宜温度的设定。1.3 系统设计功能本蔬菜大棚计算机系统所要实现的功能为:(1) 系统能对大棚环境温湿度实时进行采集和显示。(2) 能通过计算机按键模块设定所满足蔬菜的生长适宜温湿度范围。由主控机统一设置系统的时间和温度湿度修正值。(3) 当大棚的环境温湿度参数超过系统预先设定的上下限值时控制相应的系统启动从而改变温湿度使适宜蔬菜生长。(4)可查询各时间段的温湿度情况,并加以控制。2. 控制系统总体方案设计本章针对大棚的温湿度控制设计最初提出了两种方案,主要根据该温湿度控制系统对于实现目的所提出的硬
9、件选择要求及技术指标,同时考虑设计的经济性、价格等因素选定了方案二为本控制系统的总体方案。2.1 控制系统方案选择与论证2.1.1 方案一 该方案如图2.1主要选用SHT10温湿度传感器为单独的温湿度测量器件,测量温湿度数据显示在LED上,测量的温湿度数据电信号传至单片机AT89C52,与系统预先设置的数值比较,得到差值后由单片机发出控制命令,控制F3AA005E继电器开通与关断,通过控制相应的外设是否对蔬菜大棚内部进行升降温、加湿或者减湿动作以适宜蔬菜生长。图2.1 方案一框图2.1.2 方案二 本方案如图2.2采用HR202湿敏电阻为测量湿度器件,用DS18B20为温度传感器,二者分别测量
10、湿度、温度信息转化为电信号后传给单片机AT89C52,通过引脚控制F3AA005E继电器,使其开通与关断,从而控制相应的湿度控制模块与温度控制模块动作。 图2.2 方案二框图选用SHT10温湿度传感器是因为传感器长期暴露在空气中会导致传感器读书产生漂移,从而影响该控制系统的正常控制温湿度功能,而且对于环境的保护要求比较高;HR202湿敏电阻器是采用有机高分子材料的一种新型湿度敏感元件,具有感湿范围宽,响应迅速,抗污染能力强,无需加热清洗及长期使用性能稳定可靠等诸多特点,外型小巧美观、长期稳定性好、温湿度测量范围宽、高低温湿度测量精确;则有上可得选用HR202湿敏电阻较好。对于DS18B20温度
11、传感器,是比较很多同类型温度传感器选出的,一线总线的数字化温度传感器,支持一线总线接口,其抗干扰性突出,性价比比较突出。二者方案均采用按键控制系统预设温度范围。因此选用系统方案二。2.2 控制系统工作原理根据蔬菜大棚温湿度控制系统的内容和要求,所确定的系统方案后,现在将该方案的具体工作原理进行详细介绍,其利用了反馈的控制结构设计,其控制图如图2.3所示。图2.3系统工作原理图本系统通过DS18B20温度传感器和HR202湿敏电阻测量出大棚内的温湿度,将温湿度电信号传至单片机AT89C52,单片机系统通过预先设定温湿度值产生差值从而产生相应的控制信号,控制F3AA005E为主的温度控制模块和湿度
12、控制模块,再分别控制相应的升温设备和加湿设备对蔬菜大棚进行升温降温和加湿减湿,整个工作为反馈原理系统。3. 系统硬件设计本蔬菜大棚温湿度控制系统主要由以下五个控制模块组成:CPU主控制模块、主电源模块、采集模块、控制模块、LED显示模块。本章对该蔬菜温湿度控制系统各模块的硬件电路设计进行详细的说明,首先本蔬菜大棚温湿度控制系统的总电路硬件如下图3.1所示。图3.1系统总硬件图3.1 CPU主控制模块CPU主控制模块包括单片机模块、时钟模块、复位模块。单片机的核心AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚,32
13、个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52的主要功能特性: 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次)Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52的引脚如下图3.2所示
14、。图3.2 AT89C52引脚图示时钟电路是微型计算机的心脏,它控制着计算机的二进制动作节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。MCS51的时钟信号可以由两种方式,一种是内部方式,利用芯片内部的振荡电路,产生时钟信号:另一种为外部方式,时钟信号由外部引入。 如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机,单片机是无法工作的。为确保微机系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%,即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以
15、及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。该单片机所需电压+5V。复位电路输入端RST引脚,复位信号示高电平有效。AT89C52为上电复位方式。3.2 主电源模块需电源要求。则此电源装置采用单相桥式全控整流电路,在经过电容滤波、整流、7805稳压器后设计,因此那么该蔬菜大棚的温湿度控制系统的主电源模块电路设计如下图所示。图3.3主电源电路该模块的备用电源可以防止停电时用。三端正电源稳压电路L7805内置短路保护及散热保护电路,具有输出电压固定的特点。其采用三引线带散热片塑料TO-220的封装形式封装,且有输出晶体管安全工作区保护电路。那么此电源模块的功能框图如图3.4所示
16、。图3.4 L7805功能框图3.3 采集模块本系统采集模块由温度采集模块和湿度采集模块。3.3.1 温度采集模块该温度采集模块如图3.5,主要采用DS18B20温度传感器。DS18B20支持“一线总线”接口,能大大提高系统抗干扰性,适合恶略环境的温度测量;DS1822的精度较差为 2C;其性能在同代中是最好的。DS18B20内部结构主要由64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器组成。其技术性能描述:(1)独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。(2)测温范围 55+125,固有测温误差0.
17、5。(3)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实现多点测温。(4)工作电源: 35V/DC (可以数据线寄生电源)。(5)通过编程可实现912位的数字读数方式。(6) 负压特性,电源极性接反时,温度计不会引发热而烧毁,但不能正常工作。图3.5温度采集模块电路3.3.2 湿度采集模块湿度采集模块如图3.6,主要采用HR202湿敏电阻作采集湿度的器件。HR202湿敏电阻器是采用有机高分子材料的一种新型湿度敏感元件,具有感湿范围宽,响应迅速,抗污染能力强,无需加热清洗及长期使用性能稳定可靠等诸多特点。外型小巧美观、长期稳定性好、温湿度测量范围宽、高低温湿度测
18、量精确。其电气特性:(1) 定额电压:1.5V AC(Max 正弦波);(2) 定额功率:0.2mW (Max 正弦波);(3) 工作频率:500Hz2kHz;(4) 使用温度:060。(5)HR202标准检定条件 大气中、温度25、测定频率数1kHz、测定电压1V AV(正弦波)作为基准。特性测定,测定前先把湿度传感器放入25/0%RH的干燥空气中放置30分钟,湿度发生装置发生湿度60%RH时,放入湿度传感器15分钟后测定阻抗值。(6)测定装置 分流式湿度发生装置:AHR1型; LCR电桥:TH2810A; 测定用线:1芯屏蔽线。 规格值以60%RH湿度变化量为基准;各实验完毕后,湿度传感器
19、在常识常温的正常空气中放置24小时后,测定出其湿度变化量,参考附录一。(7)测量湿度方法 利用单片机的IO口输出1kHz的方波通过HR202湿敏电阻对电容进行充电,当检测IO口发生由低电平反转到高电平时记下充电的时间经过运算即可得到现在的湿度值。图3.6 湿度采集模块3.4 控制模块控制模块主要包括温度控制模块、湿度控制模块和按键控制模块。温度控制模块和湿度控制模块都是以F3AA005E继电器为核心。继电器如图3.7.按键模块如图3.8.按键模块和两个继电器共同构成温度控制模块。F3AA005E继电器是电磁式继电器,它的控制原理是:由单片机向继电器的两个输入端(“+”和“”) 加上对应的温度控
20、制信号和湿度控制信号 ,就可以分别控制对应的继电器的输出两端之间的“通”和“断”,实现开关功能,从而控制相应的改变温度设备和改变湿度设备工作。则继电器由单片机控制,对受控对象实施控制,被控对象为改变温度设备和改变湿度设备。按键模块通过按键改变预设温度最高值最低值。图3.7继电器控制电路3.8按键控制模块3.5 LED显示模块本LED是由单片机驱动的,且用于显示采集模块所采集的温度与湿度数据。LED可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附着在一个支架上,是负极,另一端连接电源的正极,整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 蔬菜 大棚 温湿度 控制
