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1、51单片机毕设参考文献基于单片机的大棚温湿度控制系统设计发布: | 作者: | 来源:caiminghao| 查看: 530次| 用户关注：摘要：针对研究蔬菜大棚智能温湿度控制，设计了一种基于计算机自动控制的智能蔬菜大棚温湿度控制系统。详细阐述了该系统的温湿度采集、温湿度显示、控制系统等系统软硬件的设计思想，以DS18B20和HM1500LF作为温湿度传感器，以AT89S52单片机为系统核心，最后利用DELPHI软件进行系统仿真。该研究设计的蔬菜大棚智能温湿度控制系统人机界面良好，操作简单方便，自动化程度高，造价低廉，具有良好的应用前景和推广价值。关键词：温度采摘要：针对研究

2、蔬菜大棚智能温湿度控制，设计了一种基于计算机自动控制的智能蔬菜大棚温湿度控制系统。详细阐述了该系统的温湿度采集、温湿度显示、控制系统等系统软硬件的设计思想，以DS18B20和HM1500LF作为温湿度传感器，以AT89S52单片机为系统核心，最后利用DELPHI软件进行系统仿真。该研究设计的蔬菜大棚智能温湿度控制系统人机界面良好，操作简单方便，自动化程度高，造价低廉，具有良好的应用前景和推广价值。关键词：温度采集；湿度采集；LCD显示；单片机0 引言植物的生长都是在一定的环境中进行的，在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中影响最大的是温度和湿度。若昼夜的温度和湿度变化很大，其对植物生长极为

3、不利。因此必须对温度和湿度进行监测和控制，使其适合植物的生长，以提高其产量和质量。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。本系统实现的蔬菜大棚温湿度控制系统的目标功能如下：(1)系统能对大棚环境温湿度进行采集和显示(现场观温、湿度，软件记录)。(2)能通过上位机端远程设定蔬菜的生长期适宜温湿度。由主控机统一设置系统时间和温度湿度修正值。(3)当大棚的环境温湿度参数超过设定的上下限值时控制相应的系统启动。(4)可实时显示当前温度、时间、报警阈值等信息，并可查询各时间段的

4、温湿度情况，并加以控制。1 系统各组成模块本系统通过温度传感器DS18B20采集温度，HM1500LF采集湿度，经过含有单片机的检测系统的进一步分析处理，通过通信线路将信息上行到PC机，在PC机上可对温湿度信号进行任何分析、处理。用户可以通过下位机中的键盘输入温湿度的上下限值和预置值，也可以通过上位机进行输入，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。如果环境的实时参数超越上下限值，系统自动启动执行机构调节大棚内温度和湿度状态，直到温湿度状态处于上下限值内为止。如果有预置初值，且与当前状态不相等时，系统也会启动执行机构实时动态调节温湿度状态，直到所处的平衡状态与预置值相等为止。上位机即PC机使

5、用DELPHI软件编写的一个数据库管理系统，可直接设置温度的上下限值和读取下位机的数据，并对下位机内的控制设备进行操作，调节大棚内温湿度状态。形成作物生长的走势图，从而通过生长走势图得出适合各种作物生长的最佳环境参数条件，为今后的温室种植提供参考。上下位机之间通过符合串行总线RS 232标准的通信通道以事先约定的协议进行通信。系统原理图如图1所示。2 总体电路及工作过程说明使用智能温度传感器DS18B20进行组网来测量各个采集点的温度，HM1500LF来采集湿度，单片机AT89S52作为该系统的处理核心，单片机根据温湿度传感器检测到的数据，把各个测量点的温湿度存储并显示在LCD液晶显示器上，同

6、时显示在PC机上。3 数据采集模块本模块主要采用DS18B20采集温度，HM1500LF采集湿度，由单片机AT89S52作总的控制并显示与传输。具体原理图如图2所示。基于单片机的温湿度检测与控制系统研究度则是系统常需要测量、控制和保持的量。文中介绍了一种基于ATA9C51的单片机的温度和湿度检测与控制的方案,针对被测对象的温度与湿度在不同变化范围需要不同的PID参数的特点，根据检测温度和湿度自动选择合适的一组PID参数进行控制的方案，整个设计简明、清晰。关键词：单片机AT89C51; DS18B20温度传感器; 检测与控制; PID; 看门狗引言温、湿度是工业生产中常见的被控参数，温度和湿度己

7、不再是相互独立的量，而应在系统集成中综合考虑。利用单片机对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。本文介绍了利用AT89C51单片机进行温度和湿度的检测及其控制的智能化方法。1系统的硬件结构及工作原理工业中很多装置温度和湿度需要保持在一个既定的温度和湿度值上，本文针对实际需要，设计了一套温度、湿度闭环检测与控制系统，系统整个硬件结构如图1：图1 系统硬件结构图系统的工作中，经过温度、湿度检测及变换电路把被测对象的温度、湿度转换成电压信号，该电压信号经A/D变换器转换为数字信号后送入单片机中，与给定的对应所要控制的多组温度、湿度值进行比较，

8、找出现温度、湿度值所在范围，根据单片机AT89C51中设置的PID参数，输出相应温度、湿度初值对应的受控对象电机的转速初值，经D/A转换器转换为模拟电压，通过信号转化为变频器的频率，控制变频调速装置，带动被控对象，并且把被控对象的转速经变换电路和A/D转换器反馈到单片机中，与输出的转速初值进行比较，其偏差被PID程序计算出后重新输出，在规定的时间内循环，从而实现对温度、湿度的控制1，直到达到在误差允许的范围内输出的转速值与转速初值相等。对于欠温度，控制加热功率；对于过温度，控制吹风冷却装置，对于湿度则控制一个加湿、去湿装置2。2硬件系统的组成2.1温度传感器的选择3本系统采用美国DALLAS公

9、司生产的单总线数字式温度传感器DS18B20，由于具有结构简单不需要外接电路，可用一根I/0数据线既供电又传输数据，并且具有体积小，分辨率高，转换快等优点，被广泛用于测量和控制温度的地方。2.2湿度传感器的选择本系统采用的是电容式湿敏传感器HS1101，电容式湿度传感器的感湿机理是当基于电极间的感湿材料吸附环境中的水分时，其介电常数也随之变化，其电容量与环境中水蒸汽相对压（PV/P关系可由下式表示：电容式湿度传感器实用化程度高，工艺成熟，性能稳定，普遍用于各种情况下湿度测量。2.3主控模块单片机的选择4本系统单片机选用ATMEL公司的闪速存储器(flash

10、AT89C51是ATMEL公司的新一代8位的一片机产品，带有4KROM、128BRAM,最大工作频率24MHZ，同时，具有32条输入输出线，16位定时/计数器，5个中断源，一个串行口；它具有集成度高、系统结构简单，体积小可靠性高，处理功能强，速度快等特点。2.4A/D芯片的选择本系统采用Ti公司的串行A/D芯片TLC2543，A/D转换电路作为TLC2543与单片机的接口电路，它是一种利用12位开关电容逐次逼近模拟信号的模数转换器，片内有14位通道。具有12位分辨率A/D转换口，在标定转换温度范围内转换时间为10us，输出数据长度可编程，TLC2543自带采样、保持电路。所以输出引脚可以直接与

11、单片机的并行I/0口连接。2.5D/A芯片的选择本系统采用带有缓冲基准输入的10位电压输出数据的模拟转换器TLC5615，D/A转换电路作为TLC5615与单片机的接口电路，它具有基准电压两倍的输出电压范围。通过3线串行总线和工业标准的微处理器和微控制器接口，接收16位数据字以产生模拟输出。2.6报警电路简介本设计的报警电路由一个自我震荡刑的蜂鸣器，只要在蜂鸣器两端加上超过3v的电压，蜂鸣器就会叫个不停和一个发光二极管组成。设计中蜂鸣器是通过ULN 2003达林顿管芯片电流放大IC 来控制。在要求的温度、湿度达到一定的上界或者下界时，报警电路开始工作。2.7温度、湿度显示电路本设计中用4个LE

12、D组成显示单元，采用静态显示方式。如图2所示，图2 温、湿度显示模块图AT89C51通过2-4译码器对4只MC14495芯片进行控制。MC14495的输出端与LED数码管的7段a,b,c,d,e,f,g相连。MC14495芯片的作用是输入被显示字符的二进制码(或BCD码)，井把他自动转换成相应的字形码，送给LED显示。图2中，4个输出端口用于输出显示字符的二进制码(或BCD码)。1个输出端口用于控制2-4译码器工作，还有2个输出口经译码器输出后控制哪一片MC14495显示输出，从而直观的看出温度、湿度经过闭环调节之后的效果值。如我们假定温度上限、下限为50，0，湿度为70，30。我们可根据现场

对应显示温度与湿度的测量值。If(a0&aa=e;b=f;c=g;d=h;/把检测对应连接显示接口，显示温度、湿度值。else报警3系统软件设计3.1数据采集温度数据的采集经过DS18B20独特的功能，直接将采集的数据自动转化为数字量传入单片机，湿度数据是由传感器测得现场湿度信号经变送器转换成05V的直流信号，送到A/D模数转换器转换成数字量后，再送入单片机进行数据处理，

14、处理后的数据进入PID算法比较做出控制量的选择。3.2数字滤波当采样过程完成后，要对采样所得的数据进行数字滤波。数字滤波程序用于滤去来自控制现场对采样值的干扰，数字滤波的算法很多，这里采用中值滤波。中值滤波原理很简单，就是对采样过程中的n个(一般是3个)采样值进行比较，取中间值放入指定的存储单元。3.3单片机抗干扰电路的设计在抗干扰方面的许多技术，如设计软件陷阱、加硬件看门狗电路等。若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。“看门狗”技术大大提高了系统可

15、靠性，本系统“看门狗”让系统运行更加稳定可靠。3.4系统的PID控制算法6控制算法是控制系统的核心部分，是控制系统能否稳定和调节品质是否优良的关键。本系统是一个闭环控制的单片机直接控制系统(DDC)，它的工作原理是按照一定的采样周期T去对被控量（温度、湿度）进行采样，并经过控制算法算出控制量，以此控制量作为输出控制执行器，实现对被控对象的控制，采用单片机作为控制器核心所构成的自动控制系统，软件算法流程图如图3。闭环温度、湿度控制程序，由求偏差E和偏差变化率Ec,数据量化算法、增量PID控制算法等程序模块组成。单片机首先读取数字化的实际转速，并与设定的转速相比较，得出差值，单片机再根据差值，调用PID程序，计算并输出模拟电压控制变频调速器，调节被控对象电机转速的大小，同时，寻找最优条件，改变PID参数。PID的计算公式为：U（K）=U（K-1）+K 结束语该闭环控制系统实现了AT89C51单片机为核心，通过PID算法达到对温度、湿度

该文档为单片机课程的课程设计，主要包含了温湿度检测系统的仿真实验，内容软件硬件知识都较全面，可供其他同学参考。
目录 摘要.. 看着着D鲁 研究背景及意义 系统总体设计框图 5 系统方案设计 5 (一)仿真电路 (二)程序设计 ....10 (三)基于KEL-4与 PROTEUS的交互仿真... 12 四、设计总结 五、参考文献 15 附录一:仿真电路图. 附录二:源程序 附表:小组成员及分工 组长 黃翊轩总计方案设计与报警系统软硬件设计 组 李祥液晶显示软硬件设计与课设报告整理 组员 王圣渊按键设置软硬件设计与PT制作 摘要 本系统使用 PROTEUS8软件仿真,电路由AT89c51RD2单片机AMP|RE12864 以及4*4点阵式键盘结合必需的电路组成,能完成智能化温室检测控制系统的现 场控制部分的设计,能够对温室内的温庋、湿度等环境参数进行监测和设定、调 节,将参数显示在现场显示器上。并预留串行通信进行数据传输的功能。 关键词: PROTEUS8AT89C51RD2 研究背景及意义 在人类的生活环境中,温湿度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里, 从事什么工作,无时无刻不在与温度和湿度打着交道。自18世纪工业革命以来, 工业发展与是否能掌握温湿度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻 璃、医药等行业,可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温湿度的因素。温 湿度不但对于工业如此重要,在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的 意义。我国人多地少,人均占有耕地面积夏少。因此,要改变这种局面,只靠增 加耕地面积是不可能实现的,因此我们要另辟蹊径,想办法来提高单位亩产量。 温室大棚技术就是其中一个好的方法。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长 的气侯条件,创造一个人工气象环境,来消除温度对生物生长的约束。而且,温 室大棚能克服环境对生物生长的限制,能使不同的农作物在不适合生长的季节产 出,使季节对农作物的生长不再产生过度影响,部分或完全摆脱了农作物对自然 条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济效益,所以温室大棚抆术越来越普 及,并且已成为农民增收的主要手段。 二、系统总体设计框图 按键设置温 LCD1602显 湿度报警值 示温湿度 SHT11检测 温湿度 报警电路 图1系统框图 系统方案设计 (一)仿真电路 1)温湿度阂值设置电路 此电路选用六个触点式独立按键作为设置键,分别命名为 TMAXSET TM|NSET、 RMAXSET、 RMINSET、ADD及DEC,前两个为温度上限与下限模式选 择键,中间两个为湿度上限与下限模式选择键,后两个为增、减键位。电路连接 参看图2。 温度值设置 TMAKSET ● TlAXSET TMINSET RE2日211 .0·m,描智路 中。SHT1温湿度传感器包括一个电容性聚合休测湿敏感元件、一个用能隙材料 制成的测温元件,传感器内部有一个精度高达14为位的AD转换器,适应串行 引脚|名称描述 命令 代码 Cs1c预留 0000 1|GND地 MC温度测量 00011 2|DA串行数摇双向2A 湿度测量 00101 NC 读状态寄存器 K串行时钟,输入口 写状态寄存器 00110 INC 顶留 0101×-1110 4|VD0电源 软复位接口复位状态寄存器复位即恢111 NCNC必须为空 复为默认状态在要发送下一个命令前, 至少等待11m5 图3SHT11接口定义 图4SHT11命令集 接口电路实现无缝连接。该产品具有品质卓越、响应速度速度快,抗干扰能力 强、性价比高等优点。接口定义如图3所示,命令集如图4所示。电路连接如图 5所示。 P2.0/A8 21 RS 22 R 用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5Ⅺ11等 点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的 间隔,每行之间也有闫隔,起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以它 不能很好地显示图形(用自定义 CGRAM,显示效果也不好)。1602LCD是指显示 的内容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。 市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的,控制原理是完全相同的,因 此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 1602采用标准的16脚接口,管脚图如图6所 示,其中 LHD 1602 第1脚:GND为电源地 第2脚:VCC接5V电源正极 第3脚:V0为液晶显示器对比度调整端,接正61602管脚图 源时对比度最弱,接地电源时对比庋最高(对比度过高时会产生“鬼影”,使 用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)。 第4脚:RS为寄存器选择,髙电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指 令寄存器 第5脚:RW为读写信号线,高申平(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操 作 第6脚:E(或EN)端为使能( enable)端,高电平(1)时读取信息,负跳 变时执行指令。 第7~14脚:D0~D7为8位双向数据端。第15~16脚:空脚或背灯电 源。15脚背光正极,16脚背光负极。 特性 33∨或5∨工作电压,对比度可调内含复位电路,提供各种控制命令,如:清 屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能,有80字节显示数据存储器 DDRAM,内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器 CGROM,8个可由用户自 定义的5×7的字符发生器 CGRAM。 字符集 1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGR○M)已经存储了160个不同的点 阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日 R5 RV D7 D6 匚0说积 膏显示 1将 DDRAM博满20H",并且设定 DDRAN的地址计 效器AC)到00H 归位 设定 DDRAM的地址计救器(AC)到00H"并且将游 标移到开头原点位置这个指令不改变 DDRAM的 内容 显示开共0 BD=1:茎体显示ON,[C=1:游标ON,旧=1游标 控削指令 位置反白允许] 进入模式00 DsW-1.光标或网烁向石移动,AC加1.D 设置指令 标闪烁向工移动,AC减少1:5整个显示移动 光标或显 0 S/C R/L 标或显示移位指令可使光标或显示在没有读写费 示移位指 据的情况下,问左或同石移动,指令不改交 DoRAI 的内容 动能设定0 <TEXT> P22A1023 U2 图8LCD1602显示电路 4)报警电路 报警电路由一个蜂鸣器,一个绿色LED灯和一个红色LED灯组成,P3KOU 作为口通过三极管来驱动蜂鸣器 送出方波即可驱动峰鸣器 报警,灯较简单,只需送低电平竟能点亮。当温度超过预设值时,蜂鸣器 响,亮红灯,湿度超过预设值时,蜂鸣器响,亮绿灯,电路连接如图9所示。 23□ 10 11 30 至少包括一个函数,一个C源程序有且只有一个名为man(的函数,也可能包含 其它函数,因此,函数是C程序的基本单位。主程序通过直接书写语句和调用其 它函数来实现有关功能,这些其它函数可以是由C语言本身提供给我们的,这样 的函数称之为库函数,也可以是用户自已编写的(如附录程序用的 delay_n10us (…)及disp(…)函数),这样的函数称之为用户自定义函数。可以增强程序的可 读性和可移植性,初学者能较快的接受。简单地说,任何使用KeiC语言的人, 都可以直接调用C的库函数而不需要为这个函数写任何代码,只需要包含具有该 函数说明的相应的头文件即可;而自定义函数则是完全个性化的,是用户根据自 己需要而编写的。KeiC提供了100多个库函数供我们直接使用。极大的减轻了 程序设计者的工作量,提高了工作效率和质量。本文程序大致分为4大模决,液 晶显示模块、报警模块、SHT11数据传输与运算模块及主程序模块,具体程序见 附录二,软件流程图如图10所示: 【实例截图】