【正文】 基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng) 目錄摘要 1緒論 1 課題背景 1 立題的目的和意義 1 植被栽培技術(shù) 1溫室環(huán)境的調(diào)節(jié) 1 本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容 22 、系統(tǒng)總體分析與設(shè)計 2 2 2. 實施措施 2 2主機與主要部件的選擇： 3 3 3 3 鍵盤顯示系統(tǒng) 4 報警系統(tǒng) 6 6. 系統(tǒng)硬件配置 6. 主要組件簡介 63 軟件系統(tǒng)設(shè)計 8 系統(tǒng)初始化模塊 8 鍵盤顯示模塊 10 采樣轉(zhuǎn)換模塊 11 11 報警模塊 134 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 14結(jié) 論 15致 謝 15參考文獻(xiàn) 16附錄： 18 基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要本文利用8051單片機設(shè)計一個溫室的溫濕度控制系統(tǒng)，對給定的溫濕度進行控制并實時顯示，其中溫濕度信號各有四路，系統(tǒng)采用一定的算法對信號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 改革開放以來，人們對生活質(zhì)量要求顯著提高，對美麗的植被和花卉的需求量也急劇上升，這對以種植植被為生計的園林工人是一個機遇，同時也對傳統(tǒng)的手工植被種植是一個挑戰(zhàn)，而基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)對解決這些問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，先進的管理方法，用以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監(jiān)控。溫濕度控制對于單片機的應(yīng)用具有一定的實際意義，它代表了一類自動控制的方法。而且其應(yīng)用十分廣泛。 立題的目的和意義 8051單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機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)的實例也很多。使用8051單片機能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動控制，而且8051單片機易于學(xué)習(xí)、掌握，性價比高。 使用8051型單片機設(shè)計溫濕度控制系統(tǒng)，可以及時、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)中無疑為植被的生長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“保護地栽培”。它是指在某種類型的保護設(shè)施內(nèi)（如陽畦、溫室、大棚等），人為地創(chuàng)造適宜植被生長發(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的季節(jié)內(nèi)進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)了劃時代的變化。現(xiàn)在人們可以根據(jù)自己的意愿，隨時生產(chǎn)出所需要的各種植被?？梢哉f，這是“設(shè)施栽培”的功勞。在不利于植被生長的自然環(huán)境中，溫室能夠創(chuàng)造適宜植被生長發(fā)育的條件。溫室環(huán)境的調(diào)節(jié)主要包括日光、溫度、濕度三個方面。 溫度：根據(jù)植被生長的適宜溫度進行溫室溫度調(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)日照強度最好的辦法，其具體做法是加蓋遮陽網(wǎng)或草席，這種方法兼有降低溫度的效果。 濕度：為滿足溫室植被對濕度的要求，可以在地上、臺階、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)置自動噴霧裝置，自動調(diào)節(jié)濕度[9]。如果濕度過大，容易導(dǎo)致植被病害，可以采用通風(fēng)的辦法來降低濕度，而且最好在室溫與氣溫相差不大的時候進行。本系統(tǒng)注重溫度和濕度的調(diào)節(jié)，光照強度沒有考慮其中。 本系統(tǒng)主要研究內(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需求由鍵盤輸入并通過顯示器顯示。 能夠?qū)崟r、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，及時的啟動報警裝置（包括警報燈的提示功能以及提示音等）進行報警，并采取相應(yīng)的方案。，用戶可隨機更改溫度及濕度值，以滿足用戶不同的需求。2 、系統(tǒng)總體分析與設(shè)計 溫度監(jiān)控：對溫室溫度進行測量，并通過升溫或降溫達(dá)到植被的最佳溫度。 濕度監(jiān)控：對溫室濕度進行測量，并通過噴霧或去濕達(dá)到植被的最佳濕度。 控制處理：當(dāng)溫度、濕度越限時報警，并根據(jù)報警信號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)場用于顯示當(dāng)前的溫濕度。. 實施措施 實際環(huán)境溫度與給定界限比較，執(zhí)行加熱/制冷措施。 實際環(huán)境濕度與給定界限比較，執(zhí)行加濕/去濕措施。 越限報警：當(dāng)溫濕度越限時聲光報警。 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)過上面的總體方案和實施措施的討論后可以開始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)主機與主要部件的選擇：根據(jù)總體功能和性價比及其運行速度等因素的考慮，選用MCS51系列的89C51為主機，滿足上面的要求而且設(shè)計方便，不需要再存儲擴展。數(shù)據(jù)存儲片內(nèi)設(shè)有128B，外部有8279的256B，而由于存入的數(shù)據(jù)是隨時更新的且不計小數(shù)位，存入 8個16進制數(shù)字，其總共需要的容量只有16B，已經(jīng)夠用。對外部模擬量（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)中心運算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的工作。 四路采樣溫度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數(shù)。 四路采樣濕度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數(shù)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809：即由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。它共有8個模數(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；另一種使用延時方法，開始轉(zhuǎn)換后系統(tǒng)延時100微秒等待轉(zhuǎn)換完成。本方案采用延時轉(zhuǎn)換的方法。 鍵盤顯示芯片：用8729識別鍵盤，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)，顯示實時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)的報警功能。如果當(dāng)前的溫度超過用戶設(shè)定的界限值時系統(tǒng)將自動報警，雙色燈在74LS273的控制下有規(guī)律的閃爍，同時音效模塊發(fā)出報警聲，通知用戶采取相應(yīng)的措施。為了更精確的反映溫室的溫度和濕度，取溫濕度各4路信號采樣簡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)自動求出中間值，根據(jù)實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如果該時刻的實際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時，系統(tǒng)立即啟動報警裝置，且系統(tǒng)處于升溫狀態(tài)，直到實際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時停止升溫。反之，如果實際溫度值高于用戶設(shè)定的上限值時，系統(tǒng)也會立即啟動報警裝置，且系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)，直到實際溫度達(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)，因為溫度低于下限時會一直升溫，可能導(dǎo)致溫度高于上限系統(tǒng)又開始降溫，這樣系統(tǒng)便一直重復(fù)升溫——降溫——升溫過程，導(dǎo)致設(shè)備在某一個溫濕度點附近頻繁的啟停，使設(shè)備壽命下降，而且沒有實際意義。選擇中間值的一定區(qū)間，是防止達(dá)到中間值時，采取了停止升溫或者降溫措施，溫度還是會持續(xù)上升或下降一會兒，這時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，而此時的溫度值可能已經(jīng)是很適合植被生長的需要的溫度值。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)生任何控制動作變化，這樣就能解決設(shè)備頻繁啟停問題。 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個七段數(shù)碼管，以實現(xiàn)用戶的輸入與數(shù)據(jù)輸出。16個鍵分別是“0”到“F”，對應(yīng)的鍵值是0到15不需要鍵值的轉(zhuǎn)換。七段數(shù)碼管采用共陰極，系統(tǒng)中使用的段碼如下表231所示。顯示01234567段碼3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H顯示89ABCDEF段碼7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H表2318279初始化時，設(shè)定的相關(guān)命令字如下：Z8279 EQU 08701H 。8279 狀態(tài)/命令口地址D8279 EQU 08700H 。8279 數(shù)據(jù)口地址LEDMOD EQU 00H 。左邊輸入 八位字符顯示 。外部譯碼鍵掃描方式,雙鍵互鎖LEDFEQ EQU 38H 。掃描速率LEDCLS EQU 0D1H 。清除顯示 RAMLEDWR0 EQU 80H 。設(shè)定的將要寫入的顯示RAM地址系統(tǒng)的連接圖如下圖232所示。圖232AD0809與89C51連接圖：圖232 報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)由聲音報警和警報燈報警組成。音效模塊是一個帶有揚聲器的放大電路。如圖241所示。圖241. 系統(tǒng)硬件配置采用總線型結(jié)構(gòu)的設(shè)計。由P0口作數(shù)據(jù)線，P0口和P2口共同作地址。. 主要組件簡介（1）89C51芯片89C51是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為8位，外部數(shù)據(jù)總線為8位），它與MCS96系統(tǒng)中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售價低廉、使用方便（48PINDIP）等優(yōu)點。89C51在工業(yè)應(yīng)用方面有許多明顯的特點，它具有靈活方便的8位總線外圍支持器擴展功能，而在數(shù)據(jù)處理方面又有8位微機的快速功能。由于大的高度集成化已把許多常駐用的輸入檢測輸出控制通道都制作在同一塊硅片上，大大地靈活了外部連線，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且速度快（時鐘12MHz），非常適合于工業(yè)環(huán)境下安裝使用。因此本系統(tǒng)CPU選用89C51芯片。89C51單片機引腳采用40雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。89C51系統(tǒng)CPU中的主要組件有：高速寄存器陣列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算術(shù)邏輯單元（RALU）。它與外部通訊是通過特殊功能寄存器SFR或存儲器，控制器進行的。8051系統(tǒng)的CPU的主要特色是體積小，重量輕，抗干擾能力強，售價低，使用方便。此外，通過SFR還可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效運行。CPU內(nèi)部的一個控制單元和兩條總線寄存器陣列和EALU連接起來。這兩條總線是：16位地址總線（ABUS）和8位數(shù)據(jù)總線（DBUS）。數(shù)據(jù)總線僅在RALU與寄存器陣列或SFR之間傳送數(shù)據(jù)，地址總線用作上述數(shù)據(jù)傳送的地址總線或用作與寄存器控制器連接的多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線[7]。CPU對片內(nèi)RAM訪問是直接訪問和通過寄存器R0,R1間接訪問的。89C51工作時所需的時鐘可通過其XTALL輸入引腳由外部輸入，也可采用芯片內(nèi)部的振蕩器。其工作頻率為6～12MHz。（2）74LS273地址鎖存器74LS273是帶有三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器74LS273；D7～D0：三態(tài)門輸入端。Q7～Q0：三態(tài)門輸出端。GND：接地端。Vcc：電源端。OE：三態(tài)門使能端。G（STB）：8D鎖存器控制端。（3）8279可編程鍵盤/顯示器接口芯片8279使Intel公司為8位微處理器設(shè)計的通用鍵盤/顯示器接口芯片，其功能主要體現(xiàn)在二個方面：接收來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)并作預(yù)處理；數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。單片機采用8279管理鍵盤和顯示器，可減少軟件程序，減輕負(fù)擔(dān)，且顯示穩(wěn)定，程序簡單。8279的引腳功能（采用40線雙列直插式封裝）：DB0～DB7：雙向外部數(shù)據(jù)總線。用于傳送8279與CPU之間的命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)。CS：片選信號線，低電平有效。A0：區(qū)分信息的特征位。當(dāng)A0位置1時，CPU寫入8279的信息位命令，CPU從8279讀出的信息為8279的狀態(tài)；當(dāng)A0為0時，I/O信息都為數(shù)據(jù)。RD,WR：讀和寫選通信號線，均為低電平有效。IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。RL7～RL0：鍵盤回送線，平時為高電平，只有當(dāng)某一鍵閉合時，其中一條線才變低。SL7～SL0：掃描輸出線，用于對鍵盤和顯示器進行掃描。OUTB3～OUTB0 OUTA3～OUTA0：顯示段輸出線。BD：顯示熄滅控制線，低電平有效。RESET：復(fù)位輸入線，高電平有效。SHIFT,CNTL/STB：