基于单片机的豆芽自动培育系统.doc
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1、摘 要在中国豆芽菜是最受人们喜爱的蔬菜之一,它具有很高的营养价值一年四季均可生产食用,一直以来市场都很不错。由于市场上的商业豆芽普遍存在安全隐患,各种药剂和添加剂如恩诺沙星、亚硝酸钠、无根剂、增白剂等等对人体健康的威胁不容忽视,为了能吃上放心的豆芽菜免不了“自己动手丰衣足食”,为此有必要设计一款小型豆芽自动培育系统。本文主要阐述了基于单片机的豆芽自动培育系统的控制原理以及设计过程。豆芽机的工作内容主要为定期自动洒水、恒温控制和预定工作时间完成提醒等,其工作参数应符合豆芽的生长条件,在此基础上可多设置若干个工作参数组,以增加豆芽机对酸奶制作和米酒制作的功能,以及用户自定义模式功能,从而有效解决豆
2、芽机功能单一的弊病。本次设计以AT89S52单片机为控制元件,依照豆芽培育系统的工作要求合理选择外围功能元件,运用所学的单片机、电工电子技术、机械设计、机电一体化设计等相关知识,完成对电源电路、控制电路、执行元件工作电路的设计,同时在完成控制电路设计的基础上完成单片机程序的写作,并通过编译解码、仿真、改错等调试过程完善单片机程序。 关键词: 单片机 豆芽机 酸奶机 单总线 温度传感器 Abstract Bean sprouts in China is one of the most popular vegetables ,it has the very high nutritional val
3、ue all can produce edible ,all market has long is very good .Due to the business on the market bean sprouts are widespread security hidden danger, all kinds of agents and additives such as well north of sand, sodium nitrite, no root agent, brightener, and so on the threat to human health cannot be i
4、gnored, to eat at ease of purchase be abundant “do-it-yourself”, therefore it is necessary to design a small bean sprouts machine. This article mainly elaborated the bean sprouts automatic cultivation system based on single chip microcomputer control principle and design process. Bean sprouts machin
5、e work content mainly for regular sprinkler, temperature control and scheduled work time remind of, its working parameters should satisfy the conditions for the growth of bean sprouts, on this basis, can set up several more working parameter set, in order to add bean sprouts machine, the function of
6、 the yoghurt production and rice wine production function. The AT89S52 single chip microcomputer as the control component design, in accordance with the bean sprout cultivation system job requires seasonable selection of the peripheral components. Use of single-chip computer, electrical and electron
7、ic technology, mechanical design, mechanical and electrical integration design and other related knowledge, complete the power circuit design based on single chip microcomputer program writing, and compile to decode, simulation, can improve the microcontroller program debugging process. Key words: s
8、ingle chip microcomputer bean sprouts machine yogurt machine single bus temperature sensor 目 录前 言1第一章 豆芽自动培育系统的概述2一、设计分析2(一)设计背景2(二)设计目标2(三)技术系统2(四)系统功能3(五)系统的工作内容3二、控制元件的选择4第二章 硬件电路设计5一、单片机的功能特性简介5二、电源电路的设计5(一)整流电路方案选择6(二)稳压电路方案选择6(三)电源电路总体方案7三、单片机控制电路设计7(一)单片机最小系统7(二)显示模块的设计9(三)温度传感模块11(四)外部存储器电路1
9、2(五)发声模块14(六)继电器14(七)控制电路总图15第三章 软件设计17一、主程序17(一)主程序流程17二、水泵及加热片的工作控制18(一)水泵工作控制18(二)PTC陶瓷加热片工作控制18三、24C02外部存储器19(一)24C02的基本操作说明19(二)24C02在系统中的工作20四、DS18B20温度传感器21(一)DS18B20温度转换22(二)读取温度22(三)计算温度值(12位精度)23七、LED显示24(一)LED显示设计要求24(二)LED显示具体设计24五、按键程序25六、中断程序26(一)中断程序的任务26(二)中断程序的设计26第四章 调试29(一)仿真电路29(
10、二)Keil编译29(三)仿真软件插入程序调试29设计总结31参考文献32附 录33致 谢39西安思源学院本科毕业论文(设计)基于单片机的豆芽自动培育系统设计前 言 豆芽的生产方式主要有两种,一种是人工培育,在豆芽的整个生长周期内需要人们花费较多的精力照看豆芽的生长,再者人工培育需要培育者很好的掌握豆芽的生产技术,大多数人并不具备该条件;另一种是豆芽自动培育系统培育,该生产方式往往是芽农为减少自身的劳动力付出而购置的生产工具,产量通常会在千斤以上,可以看出豆芽的机器培育是普通百姓所不能及的。 为了人们能吃上放心的豆芽,本次设计的目的是设计一款能自动培育豆芽的小型家用豆芽自动培育系统,在此基础上
11、整合制作酸奶以及米酒的功能。考虑到用户可能的其他用途,本豆芽机的最大优点是预留了一个用户自定义工作组,用户可根据各种需要设置自定义组的工作参数,豆芽机在开始工作后会依据设置的参数做出相应的反应,在很大程度上扩大了豆芽机的用途。39西安思源学院本科毕业论文(设计)第一章 豆芽自动培育系统的概述一、设计分析(一)设计背景 豆芽菜在中国是及其受欢迎的蔬菜,其巨大的市场空间养活了成千上万的芽农,全国大大小小的豆芽工厂、作坊数不胜数,随着科技的发展越来越多的芽农选择大型的豆芽自动培育系统,来代替大部分人工操作生产豆芽,机器的成本投入非常大,一直以来只有实力较大的芽农才能接触到智能机器自动生产豆芽,普通老
12、百姓只能通过购买商品豆芽或自己亲手培育来获得食用豆芽。最近几年市场上出现了一种小型家用的豆芽培育电器俗称“豆芽机”,其较低廉的价格得到了不少顾客的青睐,豆芽机广阔的市场空间使得市面上不同品牌与型号的豆芽机,如雨后春笋般的出现,大多数“豆芽机”存在生产工艺粗糙、功能单一、控制精度较差等缺点,特别是功能单一的缺点使得“豆芽机”使用机会并不多从而显得占地方。(二)设计目标 鉴于市面上多数“豆芽机”存在的不足,本次设计主要是对这些不足进行改进和完善。主要目标:1在原有的豆芽培育功能上扩展酸奶功能、米酒功能等功能2提高控制精度3设置用户自定义模式(三)技术系统 本次设计运用技术系统示意图对“豆芽自动培育
13、系统”的设计内容进行初步分析,列出系统的基本功能、扩展功能并最终总结出系统的工作内容。本设计的技术系统示意图如图1-1所示。 待设计的技术系统冷水恒温水电能机械能(洒水)温度信号工作状态信息输入输出系统边界用户操作图1-1 技术系统(四)系统功能1.基本功能(1) 自动定时洒水。该工作由单片机控制微型水泵的开关来完成,每次洒水持续时间为1分钟,洒水时间间隔由工作参数而定。(2) 温度控制。豆芽的生长环境对温度的控制需求很高,单片机通过温度传感器检测温度信号,与设定的温度值进行比较控制加热器的开或者关,从而保持工作温度恒定。(3) 工作状态显示。由4个8段LED显示器实时显示豆芽机的工作状态,可
14、通过按键来选择显示实时温度、已工作天数、小时数以及每次洒水的间隔时间和保温温度。(4) 工作完成提醒。当已工作时间到达预设的工作时间时,蜂鸣器将发出特定的声音,表示工作完成。2扩展功能(1) 酸奶制作功能。工作内容主要为保持水温在特点的温度范围之内。(2) 米酒制作功能。与酸奶制作功能的工作内容相同。(3) 用户自定义功能。考虑到用户可能的多种需要,本系统增设了一个可供用户自行设置工作参数的工作组。 (五)系统的工作内容1每次开机需判断上次断电前是否结束工作。若系统为结束工作后正常断电,开机后系统进入工作模式设置状态,否则继续上次的工作。2设置工作模式。工作模式分为豆芽模式、酸奶模式、米酒模式
15、和用户自定义模式四个模式。若设置的模式为前三个模式中的一个,系统在确定模式后直接进入工作状态;若设置的模式为用户自定义模式,需继续设置工作参数,为避免非结束工作掉电后数据丢失,该参数将保存于外部存储器中。3已工作时间的计时。已工作时间是控制微型水泵洒水的依据之一,同时也是判断系统工作是否完成的依据。4温度信号的接收与解码。温度控制也是本系统的最主要工作内容,工作元件为加热器和温度传感器,该部分是整个系统最难的部分,单片机通过不间断地接收温度传感器传回的温度信号,并进行解码分析,进而控制加热器的开与关来保证工作温度恒定在某个区间。5保存工作数据。该工作保证系统掉电返回后不丢失工作数据,系统在整个
16、工作过程中需每隔一段时间保存一次工作数据,硬件上需接一个外部存储器。6LED的扫描显示。LED扫描显示的工作方式有效地节省了硬件开支,缺点是容易出现亮度不够、重影、闪烁、显示不均衡等问题,在程序的设计上势必会牺牲单片机的工作效率去解决改善该问题。二、控制元件的选择 本系统属于小型家用电器的控制系统,控制器应选体积小、控制能力较强、价格便宜、容易采购得到的较合适,显然PLC控制器远远超出了本系统的需求故而不选用,因此本系统将选择单片机作为主控制元件。嵌入式单片机功能强大,使用性能远远大于本设计的要求,且其昂贵的单价不符合本设计控制元件选型的要求,而8位单片机价格便宜且使用性能基本满足本设计控制要
17、求。 上世纪80年代单片机的出现使得智能产品得到了很大的发展,经过几十年的发展,市场上各种各样的单片机层出不穷,控制原理也各有差异,使得设计者对单片机选型使用时极其不容易。后来Intel公司向多家公司出售了其公司研发的51单片机内核,各公司在51内核的基础上生产出许多型号的单片机,这些单片机均属于51系列单片机,是目前市场上使用最广的单片机系列。AT89S52属于51系列的单片机,其体积小价格便宜、使用性能满足本设计要求,市场上容易购买得到,是本次设计的理想控制元件。第二章 硬件电路设计一、单片机的功能特性简介AT89S52是目前在各领域的使用非常多8位微型控制器之一,耗电量小性能好,而且价格
18、相对便宜,具有8K大的可多次擦写操作的程序存储空间,存储数据不易丢失。AT89S52由ATMEL公司生产,内核为51系列相兼容的CPU,在使用上与大多数单片机相差不大。单片机程序编程软件可用Keil软件,一般用户可使用常规编程器刻录,开发成本及其低廉。AT89S52具有以下主要特性:1. 与MCS-51兼容28K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环;数据保留时间:10年3全静态工作:0Hz-24Hz4三级程序存储器锁定5256*8位内部RAM632个可编程I/O线7三个16位定时器/计数器86个中断源9低功耗的闲置和掉电模式10片内振荡器和时钟电路二、电源电路的设计 直流稳压电路的工
19、作原理如图2-1所示:变压器整流电路滤波电路稳压电路交流电源负载图2-1 直流稳压电源原理图(一)整流电路方案选择 常见的小功率整流电路有单相半波整流、桥式整流以及全波整流电路,电路如图2-2与图2-3所示。由电路图可知道利用4个整流二级管组成的桥式整流电路,有效地实现了交流电的全波整流,负载上得到的平均电压为,是单相半波整流电路的两倍,本系统选用单相桥式整流电路方案好于单相半波整流电路。220V 50HZab+-+-+-OO00(b)(a)(a)电路图:(b)波形图图2-2 单相半波整流电路(b)(a)220V 50HZab+-+-+-OO00VD1VD4VD3VD2(a)电路图:(b)波形
20、图图2-3 单相桥式整流电路(二)稳压电路方案选择稳压电路较简单可靠的方案有稳压管稳压电路和集成稳压器稳压电路。稳压二级管稳压电路具有组成结构简单,设计成本低的优点,缺点是该电路只适合于负载电流不大,稳压要求不高的情况,而整个单片机控制系统中的工作元件较多,为保证控制系统有充足驱动能力的电源,本系统不选择稳压管稳压方案。LM7805三端稳压器是目前使用较多的稳压芯片,稳定电压5V工作电流可达1.5A,完全满足本系统控制电路的工作需要。本系统选用集成稳压电路方案。LM7805稳压器的应用电路如图2-4所示,图中C1为防自激振荡电容,C2为高频滤波电容。LM7805outinGNDin0.1in0
21、.1OOOO+_图2-4 LM7805稳压器应用电路(三)电源电路总体方案 微型水泵与PTC陶瓷加热器均由220V交流电直接供电,单片机及其控制电路上的相关器件供电电压均为5V直流电。除可用干电池和蓄电池等作为直流电源外,本系统则是采用交流电变换为直流电的供电方案,如图2-5所示。图2-5 电源电路三、单片机控制电路设计(一)单片机最小系统1电源端与端 端(40脚):接+5V直流电。 端(20脚):接电源地。 端(31脚):该引脚第一功能是单片机复位后,允许CPU从外部程序存储器中取指令执行的控制端,低电平有效。本系统选用的AT89S52单片机,内部程序存储器ROM的容量为8KB,其较大的程序
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