計(jì)算機(jī)控制及其應(yīng)用課程設(shè)計(jì)--大棚溫度溫度濕度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及其應(yīng)用</p><p>　　題目：大棚溫度溫度濕度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　系別：電氣工程與自動(dòng)化系</p><p>　　專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化</p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師： &l

2、t;/b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)背景............................................3</p><p><b>　　2.總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1總體設(shè)計(jì)框圖..............

3、.........................4</p><p>　　2.2系統(tǒng)工作原理.......................................4</p><p><b>　　3.硬件設(shè)計(jì) </b></p><p>　　3.1 AT89C51.......................................

4、.....5</p><p>　　3.2 1602LCD顯示器.....................................6 </p><p>　　3.3A/D轉(zhuǎn)換接口........................................6</p><p>　　3.4溫度傳感器.................................

5、........8</p><p>　　3.5濕度傳感器.........................................9</p><p>　　3.6報(bào)警電路..........................................10</p><p><b>　　設(shè)計(jì)背景 </b></p><p

6、>　　目前,我國(guó)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目標(biāo)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，國(guó)民對(duì)生活質(zhì)量有了更高的要求，更注重食物的平衡搭配，對(duì)食物的要求已經(jīng)從原來(lái)的吃飽上升到吃好。人們?cè)絹?lái)越注重綠色食品的質(zhì)量和品種，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這一要求。而大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)實(shí)施的新產(chǎn)物，在各個(gè)地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　隨著大棚技術(shù)的不斷普及，溫室大棚的數(shù)量不斷的增多，對(duì)于現(xiàn)在的蔬菜

7、大棚來(lái)說(shuō)最重要的兩個(gè)管理因素就是溫度與濕度的控制，溫度太低，蔬菜就會(huì)被凍死，濕度太低，蔬菜就會(huì)停止生長(zhǎng)，所以要將溫度和濕度控制在適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛一個(gè)溫度計(jì)，由人讀取的溫度值來(lái)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度。如果緊緊依靠人工來(lái)控制，既耗人力，又容易出差錯(cuò)?，F(xiàn)在隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的方法就會(huì)顯現(xiàn)很大的局限性。因此在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中，通常有溫度濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，來(lái)控制溫室大棚溫度濕度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。

8、現(xiàn)代化溫室，通過(guò)傳感器技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)及單片機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，能自動(dòng)測(cè)控溫室的環(huán)境，其中包括溫度、濕度、光照、C02濃度等，使作物在不適宜生長(zhǎng)發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長(zhǎng)更優(yōu)的環(huán)境條件，達(dá)到早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。在農(nóng)業(yè)種植問(wèn)題中，溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測(cè)控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，達(dá)到作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效盼栽培目的。傳統(tǒng)的

9、環(huán)境測(cè)控管理采用模擬控制儀表和人工管理方法，工作效率低。</p><p><b>　　2.總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)為一個(gè)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)，由以下幾部分組成：AT89C51單片機(jī)，溫濕度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器器，報(bào)警和顯示模塊組成。系統(tǒng)的組成如圖所示：濕

10、度傳感器采用濕敏電容—MXS型濕度傳感器，溫度傳感器為pt100，選擇的A/D轉(zhuǎn)換器芯片為AD574。</p><p><b>　　圖2-1總體設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　由溫度傳感器和濕度傳感器采集溫度、濕度信號(hào)，然后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后判斷

11、溫濕度是否超標(biāo)并通過(guò)顯示模塊顯示出溫濕度，如果超標(biāo)，報(bào)警電路啟動(dòng)。</p><p><b>　　3. 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 AT89C51</p><p>　　CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部分，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。</p><p>　　AT89C51的40條引腳中，

12、有2條專(zhuān)用于主電源的引腳，4條控制和其他電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出引腳。</p><p>　　1）主電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　Vcc：接+5V電源。</p><p><b>　?。航与娫吹?。</b></p><p>　　2）時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2</p><p>

13、;　　XTAL1：接外部晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)上，此引腳必須接地；對(duì)AT89C51單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)上，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)AT89C51單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸空。</p>

14、<p>　　圖3-1 AT89C51主要引腳圖</p><p>　　3）控制信號(hào)引腳RST/、ALE/、和/</p><p>　　RST/：復(fù)位/備用電源輸入端。單片機(jī)商店后，只要在該引腳上輸入24個(gè)振蕩周期（2個(gè)機(jī)器周期）寬度以上的高電平就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位；若在RST與Vcc之間接一個(gè)10F的電容，而在RST與Vss之間接一個(gè)8.2k的下拉電阻，則可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位。&l

15、t;/p><p>　　4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2和P3</p><p>　　P0.0～P0.7：P0口是一個(gè)8位雙向I/O端口。在訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)。在EOROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)；在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)，要接上拉電阻）。P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　

16、　P1.0～P1.7：P1是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它輸入低8位地址。P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　　P2.0～P2.7：P2是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在CPU訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址，在對(duì)EPROM編程和程序檢驗(yàn)時(shí)，它輸入高8位地址。P2口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　　P3.0～P3.7：P3是8位準(zhǔn)雙向I/O端

17、口。它是一個(gè)復(fù)用功能口，作為第一功能使用時(shí)，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下表。P3口的每一條條引腳均可以獨(dú)立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。</p><p>　　3.2 1602LCD顯示器</p><p>　　1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字符、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊

18、。它是由5x7或者5x11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間又一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16x2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊。</p><p><b>　　特性:</b></p><p>　　5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)</p><p><

19、;b>　　內(nèi)含復(fù)位電路</b></p><p>　　提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能</p><p>　　有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　內(nèi)建有160個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM</p><p>　　8個(gè)可由用戶(hù)自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM</p>

20、;<p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換接口</p><p>　　AD574是12位單片A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為25us，轉(zhuǎn)換精度為0.05%，所以適合于高精度的快速轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)。芯片內(nèi)部包含微處理器借口邏輯（有三態(tài)輸出緩沖器），故可直接與各種類(lèi)型的8位或者16位的微處理器連接，而無(wú)需附加邏輯接口電路，切能與CMOS及TTL電路兼容。AD574采用28腳雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝，

21、其引腳圖如下:</p><p>　　圖3-2 AD574管腳圖</p><p>　　A/D574有5根控制線(xiàn)，邏輯控制輸入信號(hào)有：</p><p>　　A0：字節(jié)選擇控制信號(hào)。</p><p><b>　　CE：片啟動(dòng)信號(hào)。</b></p><p>　　/CS：片選信號(hào)。當(dāng)/CS=0，CE=1同時(shí)

22、滿(mǎn)足時(shí)，AD574才處于工作狀態(tài)，否則工作被禁止。</p><p>　　R/-C：讀數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。</p><p>　　12/-8：數(shù)據(jù)輸出格式選擇控制信號(hào)。當(dāng)其為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)12位并行輸出；為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)8位輸出。</p><p>　　當(dāng)R/-C=0，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換：當(dāng)A0=0，啟動(dòng)12位A/D轉(zhuǎn)換方式；當(dāng)A0=1，啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換方式。</p>

23、<p>　　當(dāng)R/-C=1，數(shù)據(jù)輸出，A0=0時(shí)，高8位數(shù)據(jù)有效；A0=1時(shí)，低4位數(shù)據(jù)有效，中間4位為0，高4位為三態(tài)。</p><p><b>　　輸出信號(hào)有：</b></p><p>　　STS：工作狀態(tài)信號(hào)線(xiàn)。當(dāng)啟動(dòng)A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，STS為高電平；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為低電平。則可以利用此線(xiàn)驅(qū)動(dòng)一信號(hào)二極管的亮滅，從而表示是否處于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換。&l

24、t;/p><p><b>　　其它管腳功能如下：</b></p><p>　　10Vin,20Vin：模擬量輸入端，分別為10V和20V量程的輸入端，信號(hào)的另一端接至AGND。</p><p>　　DB11~DB0：12位數(shù)字量輸出端，送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　REF OUT ：10V內(nèi)部參考電壓輸出端。&

25、lt;/p><p>　　REF IN ：內(nèi)部解碼網(wǎng)絡(luò)所需參考電壓輸入端。</p><p>　　BIP OFF ：補(bǔ)償校正端，接至正負(fù)可調(diào)的分壓網(wǎng)絡(luò)，0輸入時(shí)調(diào)整數(shù)字輸出為0；</p><p>　　AGND：接模擬地。</p><p>　　DGND：接數(shù)字地。</p><p>　　由于對(duì)AD574 8、10、12引腳的外

26、接電路有不同連接方式，所以AD574與單片機(jī)的接口方案有兩種，一種是單極性接法，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)0～10V或者0～20V的轉(zhuǎn)換；另一種為雙極性接法，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)-5～+5V或者-10～+10V之間轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　3.4溫度傳感器</b></p><p>　　選擇PT100溫度傳感器采集信號(hào)</p><p>　　PT100是鉑

27、熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)PT100溫度為0℃時(shí)它的阻值為100歐姆，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。溫度的測(cè)量方法多采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器，傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定范圍呈線(xiàn)性關(guān)系。通過(guò)放大，采樣得到被測(cè)量。</p><p>　　溫度在 10

28、攝氏度到80攝氏度范圍內(nèi)可調(diào)，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示和控制功能。本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由溫度傳感器PT100對(duì)保溫箱溫度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)調(diào)理電路得到合適的電壓信號(hào)。此電壓信號(hào)通過(guò)單片機(jī)得到相應(yīng)的PWM，將所得的PWM值送給TIP127三極管進(jìn)行控制電流從而加熱電阻的溫度也得到控制，并使單片機(jī)有相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出顯示。去調(diào)節(jié)PWM可使加熱電阻的功率的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示和控制。</p><

29、p><b>　　信號(hào)放大</b></p><p>　　溫度傳感器通過(guò)感應(yīng)外界的溫度，使溫度傳感器對(duì)應(yīng)的阻值變化，將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓變化；為了不受前后級(jí)的影響，經(jīng)運(yùn)放（LM324）的一級(jí)跟隨；為了讓采集信號(hào)更精確，本電路采用了減法器，把變化的信號(hào)單獨(dú)取出；將這微小的信號(hào)進(jìn)行放大；為了不受后級(jí)的影響，放大后再跟隨隔離一次供給單片機(jī)的P1.0口。用此電路需要注意，供給此電路的電壓一定要穩(wěn)定。

30、</p><p><b>　　如圖3-3所示：</b></p><p><b>　　圖3-3</b></p><p><b>　　3.5濕度傳感器</b></p><p>　　本例中采用8255來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。EL7556由積分電路、基準(zhǔn)電路、頻率轉(zhuǎn)換電路及頻率—電壓（F/V）轉(zhuǎn)換

31、電路等組成，積分電路及R1、R2、C1用于產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)并從5腳送至8腳。調(diào)節(jié)R2可對(duì)該脈沖信號(hào)頻率進(jìn)行調(diào)整，從而使?jié)穸葌鞲衅鞯木€(xiàn)性和靈敏度處于較好狀態(tài)；基準(zhǔn)電路和頻率轉(zhuǎn)換電路可將濕度傳感器的電容變化轉(zhuǎn)換成頻率變化，再經(jīng)頻率—電壓轉(zhuǎn)換電路后從9腳輸出與頻率成線(xiàn)性的電壓，然后經(jīng)C3等濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換器，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。本設(shè)計(jì)的濕敏傳感器為MXS型電容式濕敏傳感器，濕度為76%RH時(shí)的電容值為500pF，電

32、容相對(duì)變化率為＋1.7 pF/%。當(dāng)濕度為0%～100%RH時(shí)，9腳輸出的相應(yīng)信號(hào)頻率為0～1000Hz，精度為2%，F(xiàn)/V電路輸出的電壓為0～5V。</p><p>　　主要特性：1）與MCS-51 兼容 ；2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；3） 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)；4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　圖3-4 濕度傳感器外觀(guān)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p&g