【正文】 基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng) 目錄 摘要 ......................................................... 2 緒論 ....................................................... 2 課題背景 ...................................................... 2 立題的目的和意義 ............................................. 2 植被栽培技術(shù) .................................................. 2 溫 室環(huán)境的調(diào)節(jié) .................................................. 3 本系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容 ............................................ 3 2 、系統(tǒng)總體分析與設(shè)計(jì) ......................................... 3 系統(tǒng)功能及系統(tǒng)的組成和工作原理 ................................ 3 .................................................. 3 . 實(shí)施措施 ................................................. 3 .............................................. 4 主機(jī)與主要部件的選擇： .......................................... 4 溫濕度采樣與控制系統(tǒng) .......................................... 4 ............................................ 5 ............................................ 5 鍵盤顯示系統(tǒng) .................................................. 5 報(bào)警系統(tǒng) ...................................................... 7 硬件電路設(shè)計(jì) .................................................. 7 . 系統(tǒng)硬件配置 ............................................. 7 . 主要組件簡(jiǎn)介 ............................................. 7 3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .............................................. 10 系統(tǒng)初始化模塊 ............................................... 10 鍵盤顯示模塊 ................................................. 11 采樣轉(zhuǎn)換模塊 ................................................. 11 溫濕度控制模塊 ............................................... 12 報(bào)警模塊 ..................................................... 13 4 硬件調(diào)試方案 ............................................... 14 硬件電路的調(diào)試 ............................................... 14 功能模塊的調(diào)試方案 .......................................... 15 結(jié) 論 ....................................................... 15 致 謝 ...................................................... 16 參考文獻(xiàn) ..................................................... 16 附錄： ...................................................... 18 基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本文利用 8051單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)溫室的溫濕度控制系統(tǒng)，對(duì)給定的溫濕度進(jìn)行控制并實(shí)時(shí)顯示，其中溫濕度信號(hào)各有四路，系統(tǒng)采用一定的算法對(duì)信號(hào) 處理以確定采取某種控制手段，在本系統(tǒng)中采用溫度優(yōu)先模式，循環(huán)處理。 關(guān)鍵字： 89C51 8729鍵盤顯示 LCD顯示 ADC0809 緒論 課題背景 改革開(kāi)放以來(lái)，人們對(duì)生活質(zhì)量要求顯著提高，對(duì)美麗的植被和花卉的需求量也急劇上升，這對(duì)以種植植被為生計(jì)的園林工人是一個(gè)機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)的手工植被種植是一個(gè)挑戰(zhàn)，而基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)對(duì)解決這些問(wèn)題有著非常重大的意義。 前種植植被一般都用溫室栽培，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學(xué)的，先進(jìn)的管理方法 ，用以對(duì)不同種類植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需的溫度及濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。溫濕度控制對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義，它代表了一類自動(dòng)控制的方法。而且其應(yīng)用十分廣泛。 立題的目的和意義 8051單片機(jī)是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統(tǒng)的實(shí)例也很多。使用 8051 單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動(dòng)控制，而且 8051單片機(jī)易于學(xué)習(xí)、掌握，性價(jià)比高。 使用 8051 型單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度控制系統(tǒng)，可以及時(shí)、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室當(dāng)中無(wú)疑為植被的生長(zhǎng)提供了更加適宜的環(huán)境。 植被栽培技術(shù) 植被 “設(shè)施栽培”，即“保護(hù)地栽培”。它是指在某種類型的保護(hù)設(shè)施內(nèi)（如陽(yáng)畦、溫室、大棚等），人為地創(chuàng)造適宜植被生長(zhǎng)發(fā)育的最佳環(huán)境條件，在不同季節(jié)內(nèi)，尤其是不利于植被生長(zhǎng)的季節(jié)內(nèi)進(jìn)行植被栽培的一種措施 [1]。設(shè)施栽培是人類利用自然、改造自然的一種創(chuàng)造。由于設(shè)施內(nèi)的條件是可以人為控制的，使得植被調(diào)節(jié)的周年生產(chǎn)得以 實(shí)現(xiàn)。玻璃溫室和塑料薄 膜溫室出現(xiàn)后，植被生產(chǎn)出現(xiàn)了劃時(shí)代的變化?，F(xiàn)在人們可以根據(jù)自己的意愿，隨時(shí)生產(chǎn)出所需要的各種植被?？梢哉f(shuō)，這是“設(shè)施栽培”的功勞。 在不利于植被生長(zhǎng)的自然環(huán)境中，溫室能夠創(chuàng)造適宜植被生長(zhǎng)發(fā)育的條件。 溫室環(huán)境的調(diào)節(jié)主要包括日光、溫度、濕度三個(gè)方面。 溫度：根據(jù)植被生長(zhǎng)的適宜溫度進(jìn)行溫室溫度調(diào)節(jié)，若低于下限溫度則采取升溫措施，通常采取電熱增溫和火力增溫等，火力增溫比較方便。若高于上限溫度則采取降溫措施，通常通過(guò)水管降溫和風(fēng)扇降溫，風(fēng)扇降溫比較方便。 日光：遮蔭是調(diào)節(jié)日照強(qiáng)度最 好的辦法，其具體做法是加蓋遮陽(yáng)網(wǎng)或草席，這種方法兼有降低溫度的效果。 濕度：為滿足溫室植被對(duì)濕度的要求，可以在地上、臺(tái)階、盆壁灑水，還可以在空中懸掛濕布，以增加水分的蒸發(fā)，最好的辦法是設(shè)置自動(dòng)噴霧裝置，自動(dòng)調(diào)節(jié)濕度 [9]。如果濕度過(guò)大，容易導(dǎo)致植被病害，可以采用通風(fēng)的辦法來(lái)降低濕度，而且最好在室溫與氣溫相差不大的時(shí)候進(jìn)行。 本系統(tǒng)注重溫度和濕度的調(diào)節(jié)，光照強(qiáng)度沒(méi)有考慮其中。 本系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容 本系統(tǒng)所要完成的任務(wù)是： 。界限溫度值及濕度值能夠由用戶根據(jù)不同植被的各種生長(zhǎng) 需求由鍵盤輸入并通過(guò)顯示器顯示。 能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的顯示采樣溫度值與濕度值。 ，準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異，及時(shí)的啟動(dòng)報(bào)警裝置（包括警報(bào)燈的提示功能以及提示音等）進(jìn)行報(bào)警，并采取相應(yīng)的方案。 ，用戶可隨機(jī)更改溫度及濕度值，以滿足用戶不同的需求。 2 、系統(tǒng)總體分析與設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能及系統(tǒng)的組成和工作原理 溫度監(jiān)控：對(duì)溫室溫度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)升溫或降溫達(dá)到植被的最佳溫度。 濕 度監(jiān)控：對(duì)溫室濕度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)噴霧或去濕達(dá)到植被的最佳濕度。 控制處理：當(dāng)溫度、濕度越限時(shí)報(bào)警，并根據(jù)報(bào)警信號(hào)提示采取一定手段控制。 顯示： LCD就地顯示輸入值和相應(yīng)的溫濕度，數(shù)碼管擺放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用于顯示當(dāng)前的溫濕度。 . 實(shí)施措施 實(shí)際環(huán)境溫度與給定界限比較，執(zhí)行加熱 /制冷措施。 實(shí)際環(huán)境濕度與給定界限比較，執(zhí)行加濕 /去濕措施。 越限報(bào)警：當(dāng)溫濕度越限時(shí)聲光報(bào)警。 鍵盤顯示：負(fù)責(zé)用戶的輸入及相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示，其中包括 LED和 LCD顯示。 經(jīng)過(guò)上面的總體方案和實(shí)施措施的討論后可以開(kāi)始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù) 主機(jī)與主要部件的選擇： 根據(jù)總體功能和性價(jià)比及其運(yùn)行速度等因素的考慮，選用 MCS51系列的 89C51為主機(jī)，滿足上面的要求而且設(shè)計(jì)方便，不需要再存儲(chǔ)擴(kuò)展。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)片內(nèi)設(shè)有 128B，外部有 8279 的 256B，而由于存入的數(shù)據(jù)是隨時(shí)更新的且不計(jì)小數(shù)位，存入 8個(gè) 16進(jìn)制數(shù)字，其總共需要的容量只有 16B，已經(jīng)夠用。對(duì)外部模擬量（溫度、濕度）采樣，選用 ADC0809能夠滿足要求。 溫室溫濕度控制系統(tǒng) 是以 89C51單片機(jī)作為中央控制裝置，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809，風(fēng)扇，加熱設(shè)備，加濕設(shè)備，排潮設(shè)備，鍵盤顯示芯片等，其功能和原理如下： 89C51作為中央控制裝置，負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)模塊的工作。 四路采樣溫度信號(hào)采樣簡(jiǎn)單平均處理，溫度保存為整數(shù)。 四路采樣濕度信號(hào)采樣簡(jiǎn)單平均處理，溫度保存為整數(shù)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809：即由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。它共有 8個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。模數(shù)的轉(zhuǎn)換共有 2種方法。一種是利用 INT0中斷，當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADC0809使INT0 產(chǎn)生中 斷，通知系統(tǒng)轉(zhuǎn)換完畢；另一種使用延時(shí)方法，開(kāi)始轉(zhuǎn)換后系統(tǒng)延時(shí)100微秒等待轉(zhuǎn)換完成。本方案采用延時(shí)轉(zhuǎn)換的方法。 鍵盤顯示芯片：用 8729識(shí)別鍵盤，負(fù)責(zé)用戶的輸入及相關(guān)的數(shù)據(jù)的 LED顯示。例如選擇系統(tǒng)的工作模式，用戶輸入溫度及濕度的界限數(shù)據(jù)，顯示實(shí)時(shí)的溫度及濕度值等等。 風(fēng)扇：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作。 加熱設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作。 噴霧設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作。 排潮設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作。 雙色燈，音效模塊：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報(bào)警功能。如果當(dāng)前的溫度超過(guò)用戶設(shè)定的界限值時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，雙色 燈在 74LS273 的控制下有規(guī)律的閃爍，同時(shí)音效模塊發(fā)出報(bào)警聲，通知用戶采取相應(yīng)的措施。 溫濕度采樣與控制系統(tǒng) 為了更精確的反映溫室的溫度和濕度，取溫濕度各 4 路信號(hào)采樣簡(jiǎn)單平均處理作為溫室的溫度和濕度。在分辨率達(dá)到的前提下，溫濕度的精度為 1%。 首先，系統(tǒng)啟動(dòng)后，提示用戶輸入溫度的上限與下限的溫度值。用戶輸入之后，系統(tǒng)自動(dòng)求出中間值，根據(jù)實(shí)際溫度的情況采取相應(yīng)的方案。如下圖 221所示。 下限溫度 中 間溫度 上限溫度 28 32 36 圖 221 如果該時(shí)刻的實(shí)際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時(shí)，系統(tǒng)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，且系統(tǒng)處于升溫狀態(tài)，直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止升溫。反之，如果實(shí)際溫度值高于用戶設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，且系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)，直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止降溫。 選擇中間 值作為控制參數(shù)，防止升溫 —— 降溫 —— 升溫的死循環(huán)，因?yàn)闇囟鹊陀谙孪迺r(shí)會(huì)一直升溫，可能導(dǎo)致溫度高于上限系統(tǒng)又開(kāi)始降溫，這樣系統(tǒng)便一直重復(fù)升溫 —— 降溫 —— 升溫過(guò)程，導(dǎo)致設(shè)備在某一個(gè)溫濕度點(diǎn)附近頻繁的啟停，使設(shè)備壽命下降，而且沒(méi)有實(shí)際意義。 選擇中間值的一定區(qū)間，是防止達(dá)到中間值時(shí)，采取了停止升溫或者降溫措施，溫度還是會(huì)持續(xù)上升或下降一會(huì)兒，這時(shí)候溫度可能不是正好在中間值處，系統(tǒng)便還是采取升溫或者降溫的措施，而此時(shí)的溫度值可能已經(jīng)是很適合植被生長(zhǎng)的需要的溫度值。所以本方案選在中間值的正負(fù)一度區(qū)間內(nèi)，認(rèn)為此區(qū)間內(nèi)都 是適合的，不產(chǎn)生任何控制動(dòng)作變化，這樣就能解決設(shè)備頻繁啟停問(wèn)題。 鍵盤顯示系統(tǒng) 鍵盤顯示系統(tǒng)采用 8279 芯片控制 16 鍵的鍵盤和 8 個(gè)七段數(shù)碼管，以實(shí)現(xiàn)用戶