基于單片機的大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u20430第1章引言 366751.背景 3172682.國內(nèi)外現(xiàn)狀 3236673.研究內(nèi)容與過程 42306第2章系統(tǒng)硬件組成與工作原理 4143032.1系統(tǒng)的硬件選擇與總體結(jié)構(gòu)框圖 4317722.2系統(tǒng)的工作原理 5126932.3主要硬件設(shè)備簡介 5277872.3.1AT89C51單片機結(jié)構(gòu)和基本電路組成 5173352.3.2DS18B20溫度傳感器 1060112.3.3LCD1602液晶顯示器 1231751第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 14112043.1單片機電源電路 14198683.2聲光報警電路 14146813.3保安電路 1553783.4顯示電路 15116043.5溫度檢測電路 1627303.6溫度控制電路 16182293.7按鍵電路 1732153第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 1864834.1主程序 18165534.2溫度數(shù)據(jù)采集與處理 21300894.3人機信號反饋 22181554.3.1溫度值顯示程序 22288464.3.2按鍵設(shè)置子程序 2240644.4溫度控制驅(qū)動 2314928第5章系統(tǒng)仿真調(diào)試與總結(jié) 24191015.1系統(tǒng)仿真過程 24132605.2總結(jié) 273881參考文獻 2718628附錄 29摘要：本文簡要描述了應(yīng)用AT89C51單片機的微控制系統(tǒng)設(shè)計，用于溫室大棚溫度自動控制處理。使用編譯軟件將工程文件上傳到微機主控，然后溫度傳感器DS18B20同步收集并處理溫度數(shù)據(jù)，測量值以數(shù)字量的形式傳輸存儲在微處理器中，最終傳送到LCD1602順利完成顯示過程。當(dāng)溫度值在所設(shè)置的上限值以上或低于所設(shè)置的下限值，系統(tǒng)會打開相應(yīng)的警示LED照明，控制蜂鳴器發(fā)出警報音。同時，繼電器動作控制加熱或冷卻裝置。本設(shè)計實現(xiàn)了溫度的檢測和控制，可以大大提高農(nóng)作物生產(chǎn)管理的效率。在AT89C51溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上，簡單介紹了溫度采集顯示與控制執(zhí)行電路的基本原理，仿真調(diào)試分析了控制系統(tǒng)可行性。文中提供了大棚溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計電路圖和軟件程序設(shè)計流程圖，具象化表征了系統(tǒng)的主要工作原理。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機；DS18B20溫度傳感器；LCD1602顯示；控制系統(tǒng)第1章引言1.背景現(xiàn)在對特殊環(huán)境溫度的要求越來越高，在相當(dāng)多領(lǐng)域內(nèi)比如工業(yè)、農(nóng)業(yè)等，絕大部分要對環(huán)境溫度的變化進行監(jiān)測控制。許多行業(yè)對溫度的要求很高，需要實現(xiàn)溫度精確控制，在食品、藥品、服裝等產(chǎn)業(yè)中，溫度監(jiān)測是否精確是非常重要的。溫度的監(jiān)測控制復(fù)雜多變，會因為很多自然因素的變化而變化，比如大氣壓、光照等。所以，使用常規(guī)方法檢測溫度的精準(zhǔn)度并不高。在設(shè)施農(nóng)業(yè)自動化發(fā)展中使用簡便的單片機系統(tǒng)控制溫室溫度顯得尤為必要。原來的溫控系統(tǒng)基本是手動控制，后面才發(fā)展成機械設(shè)備。一直到20世紀(jì)70年代，計算機的發(fā)展逐漸代替了機械控制，控制系統(tǒng)迎來了新時期。國外工廠已經(jīng)達到了先進管理水平，能夠集中控制各種環(huán)境因素。同世界發(fā)達國家相比較而言，我國的總體生產(chǎn)水平存在著較大差距，國內(nèi)高端大棚基本依靠進口且價格昂貴。目前溫室大棚智能化的發(fā)展趨勢是利用各種傳感器檢測環(huán)境參數(shù)，自動調(diào)整各設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)自動化控制。2.國內(nèi)外現(xiàn)狀溫室大棚是一種封閉的空間環(huán)境，可提供適合蔬菜，水果，綠色植物，草藥和其他農(nóng)作物的生長環(huán)境。使用遮蓋采集日光的材料，可以在有足夠光線的情況下有效地保持溫室溫度的穩(wěn)定。在惡劣的環(huán)境條件下，可以采取特定措施種植農(nóng)作物，以實現(xiàn)多季作物的生產(chǎn)。溫室大棚技術(shù)正變得更加智能和自動化，以促進作物生長和增加單產(chǎn)。國內(nèi)大多數(shù)關(guān)于溫室大棚的研究都是采用國外技術(shù)，這些溫室大棚生產(chǎn)的蔬菜滿足了大多數(shù)城市和農(nóng)村居民的基本要求。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，先進農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用推廣越來越受到國家的重視。溫室大棚已成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的重要樞紐環(huán)節(jié)。在當(dāng)今現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中，溫室環(huán)境的優(yōu)劣直接影響農(nóng)作物的生長發(fā)育,環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)保障REF_Ref18283\w\h[1]。通過監(jiān)視和分析環(huán)境參數(shù)并收集它們以進行實時調(diào)整，可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，這將為我們帶來更多的經(jīng)濟利益。海外溫室大棚技術(shù)的發(fā)展還處于1980年代左右的初期。在當(dāng)今世界，溫度控制技術(shù)發(fā)展非常迅速，許多國家也正在朝著完全自動化的方向發(fā)展。當(dāng)前，發(fā)達國家已經(jīng)開發(fā)出了高度自動化的溫室，該溫室通過計算機自動控制環(huán)境參數(shù)，并建立了相關(guān)的大型工廠。但是，我國的溫室技術(shù)仍需改進，許多溫室仍依靠人工經(jīng)驗管理。另外，家庭的溫度控制系統(tǒng)相對落后，溫室環(huán)境控制水平較低，難以保證農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。國外的溫室設(shè)施比較先進，但是價格很高，但是有些監(jiān)測系統(tǒng)不能完全適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜變化。當(dāng)前，家用溫室溫度監(jiān)測設(shè)備普遍依靠人工操作，不可避免的缺點是測控性能差，勞動強度大，造成不必要的損失。當(dāng)前，農(nóng)村土地份額非常低，并且溫室控制技術(shù)的推廣受到限制。但是，隨著科學(xué)和社會的發(fā)展，上述問題將逐步得到解決，現(xiàn)代化和自動化的發(fā)展將逐步為人們提供更豐富，更安全，更高品質(zhì)的產(chǎn)品。因此，為了有效地生產(chǎn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，有必要積極發(fā)展可以控制溫室環(huán)境的農(nóng)業(yè)設(shè)施和技術(shù)。根據(jù)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)對溫度，濕度和光線等環(huán)境因素進行了微調(diào)，以使溫室的環(huán)境條件適合種植農(nóng)作物。3.研究內(nèi)容與過程一般把一天分作好幾個時間段，不同時間段農(nóng)作物生長發(fā)育的程度受溫度影響各不相同。在8∶00－14∶00這一時期，太陽光越來越充足，可以控制25-30溫度范圍內(nèi)的溫度，從而促進完成綠色植物的光合作用。14:00-18:00陽光漸漸減弱，將溫度調(diào)節(jié)到18~24℃防止溫度較高的農(nóng)業(yè)作物損失REF_Ref18633\w\h[2]。晚上將溫室的溫度逐漸降低到14℃左右，有效促進農(nóng)作物的同化物轉(zhuǎn)化率提高。凌晨開始把溫度控制10℃左右為了抑制農(nóng)作物自身的呼吸作用消耗。本設(shè)計研究基于單機片的大棚溫度控制系統(tǒng)，該設(shè)計主要控制溫室大棚中的氣溫便于根據(jù)作物生長需要自動調(diào)節(jié)溫度。該系統(tǒng)可以獨立完成溫度檢測和顯示，并在溫度異常超過設(shè)定溫度范圍時實現(xiàn)自動控制溫度變化回歸正常。選擇AT89C51微控制器以完成主要設(shè)計。第一部分是建立系統(tǒng)的總體框架，并完成系統(tǒng)組成和操作原理的初步設(shè)計。第二部分是完成系統(tǒng)的所有硬件電路的設(shè)計并完成相應(yīng)的電路連接。第三部分是對硬件部分進行軟件設(shè)計，編制流程圖，利用程序設(shè)計工具編寫程序。第四部分對整個系統(tǒng)的設(shè)計進行模擬仿真調(diào)整，優(yōu)化系統(tǒng)的軟硬件功能，改進軟件程序，最后完成溫室大棚的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計總結(jié)工作。系統(tǒng)硬件組成與工作原理2.1系統(tǒng)的硬件選擇與總體結(jié)構(gòu)框圖硬件選擇：AT89C51微處理器、LCD1602、DS18B20、蜂鳴器和LED燈、MAX706P芯片、備用元件（電阻電容電磁繼電器三極管二極管按鈕）。該系統(tǒng)由以下部分組成：AT89C51單片機主控制器、保安電路、溫度檢測與顯示電路、聲光報警電路、按鍵設(shè)置電路及控制繼電器驅(qū)動電路組成一個有機整體REF_Ref18855\w\h[3]。大棚溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)框圖2.2系統(tǒng)的工作原理對微機系統(tǒng)進行程序設(shè)計編程，將溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過主機處理，在液晶顯示器LCD1602上實時顯示溫度數(shù)值REF_Ref19064\w\h[4]。由按鍵設(shè)置修改溫度上下限值，若采集溫度數(shù)值超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)上下限，則單片機控制電路觸發(fā)聲光報警電路進行報警，并自動控制電磁繼電器銜鐵吸合進行相應(yīng)的加熱或降溫操作。溫度恢復(fù)正常值后停止報警和控制相應(yīng)繼電器斷開，系統(tǒng)返回溫度檢測和顯示電路。系統(tǒng)時鐘振蕩頻率設(shè)置為12MHz,驅(qū)動電源選擇穩(wěn)壓直流+5V輸出，外部控制執(zhí)行元件選擇晶體三極管接入電源驅(qū)動。2.3主要硬件設(shè)備簡介2.3.1AT89C51單片機結(jié)構(gòu)和基本電路組成單片機是什么？單片機就是把一些部件集成到一個硅片當(dāng)中并且做成封裝形式的產(chǎn)品，也叫做單片微型計算機。集成了CPU中央控制處理單元、只讀程序存儲器、隨機數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路、中斷系統(tǒng)、串行端口、定時/計數(shù)器等REF_Ref19247\w\h[5]。AT89C51微處理器包括作為微計算機所需的基本功能部件，每個功能部件通過片內(nèi)的單個總線耦合集成在一個芯片中。AT89C5單片機兼容MCS-51系列。主要功能特性包括4K字節(jié)可編程FLASH存儲器、1000次寫入/刪除循環(huán)數(shù)據(jù)保持周期、8位內(nèi)部RAM32條可編程I/O端口線、16位定時/計數(shù)器2個、5個中斷處理源、可編程串行端口、低功耗保護模式、內(nèi)部振蕩器和時鐘電路REF_Ref19466\w\h[6]。1、CPU的結(jié)構(gòu)CPU是微處理器的核心部分，通過命令和執(zhí)行機構(gòu)，決定了微處理器的主要功能和特征。CPU主要是由計算器、控制器、寄存器陣列構(gòu)成的8位二進制數(shù)的中央處理單元。計算器進行算術(shù)和邏輯運算處理各種信息，主要包括算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器（ACC）、臨時存儲寄存器（TMP1、TMP2）和狀態(tài)寄存器（PSW）REF_Ref19802\w\h[7]。控制器是微處理器的控制核心，它由程序計數(shù)器PC，命令寄存器IR，命令解碼器ID和時序控制邏輯電路組成。2、單片機引腳分布引腳圖如圖2-2所示：圖2-2AT89C51單片機引腳圖AT89C51微處理器具有40個端口引腳，與其他51系列的MCU基本相兼容。這個40個引腳端口可以分成4個部分。I/O端口線、電源線、控制線以及外部端口晶振。P3口具備第二功能如圖2-3所示：圖2-3P3口引腳第二功能3、I/O口結(jié)構(gòu)AT89C51微處理器控制外部電路并經(jīng)由I/O端口交換反饋信息。I/O端口分為并行I/O端口和串行I/O端口并且構(gòu)造和功能不一樣。AT89C51分別具有四個8位準(zhǔn)雙向I/O端口，稱為P0、P1、P2和P3端口，一共有32條單元引腳REF_Ref20008\w\h[8]。各I/O端口線可以單獨作為輸入或者輸出，功能各有差異。4、存儲器AT89C51微控制器具有256字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲器和4KB閃存。內(nèi)部存儲器主要分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器不可寫入，用于存儲編譯后的程序和常數(shù)量。數(shù)據(jù)存儲器可以讀寫并存儲中間結(jié)果用于計算，臨時存儲數(shù)據(jù)和緩沖數(shù)據(jù)。5、定時/計時器AT89C51微處理器具有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器（T0和（T1）。T0和T1分別由兩個8位數(shù)據(jù)寄存器組成。T0由TH0（高8位）、TL0（低8位）構(gòu)成，T1由TH1（高8位）和TL1（低8位）構(gòu)成REF_Ref20158\w\h[9]。定時/計數(shù)器操作因模式而異，主要有四種工作模式。超過計數(shù)或定時發(fā)生中斷過程。中斷系統(tǒng)所謂中斷系統(tǒng)是指CPU暫停執(zhí)行中的原程序，轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序執(zhí)行，執(zhí)行中斷服務(wù)程序后返回原程序繼續(xù)執(zhí)行REF_Ref20351\w\h[10]。在AT89C51單片機內(nèi)，中斷源、中斷使能控制器IE、中斷優(yōu)先控制器IP、計時器控制器TCON等組成一個完整的中斷系統(tǒng)。AT89C51微控制器一個共有五個中斷處理源。7、時鐘電路振蕩器組成和時鐘控制電路。AT89C51微控制器中有用于形成振蕩器的反相數(shù)據(jù)放大器。XTAL1端口是放大器輸入端子，XTAL2端口是放大器輸出端子,晶體（或陶瓷振蕩器）和反饋元件電容器構(gòu)成的并行諧振電路連接到放大器的兩個端口引腳，可以形成自激勵振蕩裝置REF_Ref20615\w\h[11]。微處理器可以使用外部振蕩器將固定頻率的時鐘源信號輸入到內(nèi)部時鐘電路。時鐘電路是微機系統(tǒng)的典型外部電路，在XTAL1和XTAL2的兩端連接著由石英晶體和兩個電容器構(gòu)成的振蕩裝置，電容器C1和C2設(shè)定為約30PF，振蕩頻率的范圍通常為1~12MHZ。本電路設(shè)計選擇內(nèi)部時鐘模式，石英晶體振蕩頻率為12MHz，ALE信號頻率為2MHz。時鐘電路如圖2-4。圖2-4時鐘電路8、復(fù)位電路微處理器在啟動時或工作中受到干擾導(dǎo)致程序失控處于死循環(huán)狀態(tài)時需要復(fù)位。本設(shè)計使用自動通電復(fù)位，微處理器的復(fù)位時間約為5ms。這種設(shè)計采用了簡單可靠的按鈕復(fù)位電路。可以設(shè)置單片機的運行狀態(tài)并立即將其復(fù)位。AT89C51的復(fù)位端口引腳是第9個。如果端口連接2個以上的時鐘周期，則會發(fā)生復(fù)位。若是每個時鐘脈沖具有兩個12us時鐘周期,將12us以上的高電平脈沖連接到端口引腳9，能夠完成復(fù)位過程REF_Ref20860\w\h[12]。在此期間自動復(fù)位，電容器與復(fù)位端口引腳串聯(lián)相互連接。復(fù)位端口引腳與+5V電壓連通時，電容器相當(dāng)于短路。一段時間（在此期間重置）后，電容器被充電。這與斷開連接相同。另一種是手動方法控制復(fù)位。即，按鈕控制開關(guān)與AT89C51的復(fù)位端口引腳串聯(lián)連接的電容器并聯(lián)連接。不移動按鈕的話電容器會被充電。按下按鈕后電容器放電，復(fù)位端口引腳變?yōu)楦唠娖?，?fù)位完成。硬件電路如圖2-5所示。圖2-5復(fù)位電路時鐘電路與復(fù)位電路一起構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，如圖2-6所示。圖2-6單片機最小系統(tǒng)2.3.2DS18B20溫度傳感器DS18B20內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換裝置直接輸出數(shù)字信號，是一種被廣泛使用的單總線式溫度采集傳感器。傳感器本身占用空間小方便簡潔且?guī)缀醪皇芡饨訑_動，元件采購價格便宜溫度數(shù)值準(zhǔn)確。DS18B20適用于鍋爐、計算機房、農(nóng)業(yè)溫室大棚、無塵車間、倉庫和其他非限制性場所溫度的檢測。另外各種小型空間設(shè)備的數(shù)字溫度檢測和控制系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域也常態(tài)化使用集成單總線DS18B20。DS18B20數(shù)字溫度傳感器具有獨特的優(yōu)點：（1）具有較好的效益、穩(wěn)固的防干擾能力，適宜在嚴(yán)酷生存環(huán)境下對現(xiàn)場溫度進行精確測量。（2）量度溫度區(qū)間大精度高。測量范圍是-55℃到+125℃。（3）簡單實現(xiàn)多測點點溫度測量。靈活的電源管理模式，可以通過內(nèi)部寄生電路獲得供電。（4）溫度數(shù)值分辨率9～12位可控。（5）當(dāng)微處理器經(jīng)由單個總線接口連接DS18B2O時可以雙向通信。DS18B20具有較小的體積強大的實用性能。所使用的溫度測量元件數(shù)字溫度傳感器DS18B20是3腳PR35的形式。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。圖2-7DSl8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20的溫度測量原理如圖2-8所示。圖2-8所示的低溫系數(shù)晶體振蕩器的振蕩頻率產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號發(fā)送到低溫計數(shù)器。高溫系數(shù)晶體振蕩器所產(chǎn)生的信號用作高溫計數(shù)器的脈沖輸入。低溫計數(shù)器和溫度寄存器預(yù)先設(shè)置為對應(yīng)于-55℃的基值。低溫計數(shù)器降低了由低溫系數(shù)的晶體諧振器產(chǎn)生的脈沖信號。當(dāng)?shù)蜏赜嫈?shù)器的預(yù)設(shè)值為0時，溫度寄存器的值增加1，低溫計數(shù)器的預(yù)設(shè)值被重新加載，并且低溫計數(shù)器被重新啟動。對從高溫度系數(shù)晶體產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，循環(huán)直到高溫計數(shù)器被計數(shù)為0，停止溫度寄存器值的累積。測量溫度等于溫度數(shù)據(jù)寄存器的累積值。斜率累加器的作用是補償和校正溫度測量數(shù)據(jù)的非線性輸出校正低溫計數(shù)器的預(yù)設(shè)值REF_Ref21226\w\h[13]。圖2-8傳感器測溫原理框圖DS18B20的外部形狀如圖2-9所示。圖2-9DS18B20的形狀DQ（I/O）是位數(shù)據(jù)輸入/輸出端子，VDD是可選的外部+5V電源端子，GND是接地端子。2.3.3LCD1602液晶顯示器LCD1202液晶顯示是一種比較常見的字符型的液晶顯示，也是很多學(xué)生入門級的一個液晶顯示屏，因為LCD1202相對來說比較簡單。LCD1202是一個專門用來顯示字母數(shù)字或者是符號的一個點針形的一個液晶顯示屏。需要注意的是它是一個字符型的液晶顯示屏，并且是內(nèi)部已經(jīng)含了這個字符型的一個字庫。從它的名字也能夠知道它能夠顯示的是兩行每行16個字符，也就是他最多只能顯示在一個屏幕當(dāng)中的是32個字符。一般來說，市面上常見的LCD1202都是選用HD44708的液晶驅(qū)動芯片來設(shè)計的。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實際上已經(jīng)包括了驅(qū)動器，還有控制器以及內(nèi)部包含的一個顯示屏。它的硬件電路比較簡單，驅(qū)動程序相對來說也并不是特別的復(fù)雜。技術(shù)參數(shù)：（1）顯示容量：16×兩個字。（2）芯片正常工作電壓：4.5～5.5V。（3）工作電流：2.0mA（5.0V）。(4)顯示字大小：2.95毫米×4.35毫米（寬×高）。每個引腳的功能如圖2-10所示。圖2-10LCD模塊“LCD602”有11種控制器控制命令。該命令集如圖2-11所示。LCD602的LCD模塊的讀寫、顯示、光標(biāo)控制是通過命令編程的（1為高，0為低）。圖2-11有兩種方法連接LCD602和微處理器。一種是直接控制方法，另一種是間接控制方法。區(qū)別在于所用數(shù)據(jù)線的數(shù)量，其他部分相同的8條數(shù)據(jù)線和第3條控制線E、RS和R/LCD602W可以連接到單芯片微計算機正常工作。一般應(yīng)用程序只需要在LCD602上寫入命令和數(shù)據(jù)。因此，LCD602的R/W讀取/寫入選擇控制端子可以直接接地，并且可以節(jié)省數(shù)據(jù)線。VO引腳是LCD對比度調(diào)節(jié)端子。通常可以連接一個10kΩ的電位器來調(diào)節(jié)對比度。也可以通過將該引腳接地適當(dāng)大小的電阻器來進行調(diào)整，但是該電阻器的大小應(yīng)通過調(diào)試確定。LCD1602實物如圖2-12所示圖2-12系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1單片機電源電路設(shè)計一個穩(wěn)定輸出電源用作單片機工作電源。220V/50Hz交流電經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換器T輸出(AC)，接下來通過4個二極管橋接組成的整流電路變成(DC)。由濾波電容處理得到9V(DC)經(jīng)LM7805轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓輸出+5V(DC)。電路原理如圖3-1所示：圖3-1單片機電源電路3.2聲光報警電路如果溫度測量值超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的上下限值，系統(tǒng)會觸發(fā)聲光報警提醒農(nóng)戶。電路如圖3-2所示。圖3-2聲光報警電路在電路中，晶體三極管連接電源用作開關(guān)。單片機引腳輸出低電流正常。引腳電流通過部分限流電阻后輸出電壓。電壓到達晶體管基極、晶體管發(fā)射極的正向偏壓、集電極的反向偏壓，晶體管導(dǎo)通連接電蜂鳴器，產(chǎn)生連續(xù)蜂鳴聲報警。與此同時AT89C51通過P1.5和P1.6接口分別控制相應(yīng)上限和下限報警指示燈亮，完成整個聲光報警動作。3.3保安電路本設(shè)計選擇MAX706P檢查系統(tǒng)程序運行。I/0連接輸入正向脈沖，雙脈沖輸入時間1.6S內(nèi)，輸出信號高電平說明微機系統(tǒng)正常工作。若間隔大于1.6S處于低電平狀態(tài)。將和連接，此時即可完成微機系統(tǒng)重置復(fù)位。保安電路如圖3-3所示。圖3-3保安電路3.4顯示電路LCD1602液晶顯示器接通電源后，屏幕顯示兩行16位字符。其具備特殊指令格式，通過相應(yīng)編程可以顯示字母、數(shù)字等。LCD功耗體積小，顯示信息量大，方便連接使用。本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示器作為顯示部分，通過顯示器外接一個上拉電阻，連接電源和微機系統(tǒng)構(gòu)成顯示電路如圖3-4。圖3-4顯示電路3.5溫度檢測電路選擇DS18B20以完成溫度測量功能。DS18B2051和單片機連接時，為使高電平輸入/輸出有效，DQ引腳可外接一個4.7K-10K的上拉電阻。DS18B20使用1個總線輸出數(shù)字量的溫度值，采用到電路構(gòu)造設(shè)計中更方便。同時該溫度傳感器抗干擾能力比較強精確度高，是個不錯的選擇。傳感器參數(shù)條件簡述：檢測溫度范圍一般為-55℃~125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi)進行溫度測量時的精度如下?！?.5℃分辨率為9～12位，精度分別達到0.5℃、0.25℃、0.065℃的幾個等級。大棚溫度采集檢測電路如圖3-5所示。圖3-5溫度檢測電路3.6溫度控制電路該設(shè)計采用繼電器連接加熱或者制冷設(shè)備來控制溫度變化。一般的電熱爐、電風(fēng)扇都可以驅(qū)動。微機系統(tǒng)利用DS18B20取得溫度信息，判斷是否控制繼電器動作。微機IO端口輸出電流很小，不足以驅(qū)動繼電器動作。所以選用晶體三極管接入外部電源來驅(qū)動繼電器。電路原理圖如下圖3-6所示。其中外接電源VCC電壓為+5V。在實際電路中使用一個續(xù)流二極管與繼電器并聯(lián)保護電路。繼電器可以外接LED燈，通過燈是否亮來判斷繼電器是否動作，安全可靠。圖3-6溫度控制電路電路3.7按鍵電路本部分設(shè)計使用三個獨立按鈕連接微機系統(tǒng)狀態(tài)掃描端口。微機系統(tǒng)檢測讀取I/O口狀態(tài)是否為低電平判斷按鍵動作，并修改相應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)。主要包括溫度顯示器中上限值和下限值的選擇設(shè)置修改，按鍵電路如圖3-7所示。3-7按鍵電路第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計本設(shè)計軟件系統(tǒng)基于C語言程序，選用keilc51軟件工具來完成程序設(shè)計編譯工作，比較方便簡潔。軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計包括五個主要程序模塊：初始化主程序、溫度數(shù)據(jù)采集與處理、溫度控制驅(qū)動、人機信號反饋。主要完成系統(tǒng)功能如軟件初始化、按鍵掃描、溫度檢測、控制LCD顯示、報警控制、加熱與制冷設(shè)備控制等。主程序的作用是完成初始化工作，通過微機系統(tǒng)狀態(tài)掃描來判斷是否需要基本參數(shù)的設(shè)定和控制操作。軟件系統(tǒng)實時進行溫度測量，當(dāng)判斷溫度值異常時進行溫度控制，控制報警電路發(fā)出警報信號。4.1主程序主程序主要將各個子板塊組織成完整的系統(tǒng)。主程序主要功能就是首先完成單片機系統(tǒng)的初始化過程，然后根據(jù)按鍵設(shè)定好的參數(shù)開始采集溫度數(shù)據(jù)傳輸至主機處理，處理完的數(shù)據(jù)送LCD1602顯示。同時分析溫度數(shù)據(jù)是否超過限定值，執(zhí)行溫度控制程序。采集處理完一次溫度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)返回繼續(xù)執(zhí)行主程序。系統(tǒng)主程序設(shè)計流程圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖C語言程序如下/***************主程序函數(shù)命令*****************/voidmain(){uinta,b;beep=0; //開機叫一聲tempDown=-45;tempUp=85;delay_1ms(150);P0=P1=P2=0xff; //單片機IO口初始化為1 time_init(); //初始化定時器init_1602();LEDUP=1;LEDDOWN=1;//K=1;while(1){key(); //獨立按鍵程序if(key_can<10){key_with(); //按鍵按下要執(zhí)行的程序}if(flag_300ms==1){ flag_300ms=0;ReadTemperature(); //測溫程序fuhao();clock_h_l();}if(tempUp>=0){write_string(1,2,"");write_sfm2(1,3,tempUp); //顯示溫度上限報警值}else{write_string(1,2,"-");a=abs(tempUp); write_sfm2(1,3,a); }if(tempDown>=0){write_string(1,13,"");write_sfm2(1,14,tempDown); //顯示溫度上限報警值}else{write_string(1,13,"-");b=abs(tempDown); write_sfm2(1,14,b); }// control(); }}4.2溫度數(shù)據(jù)采集與處理溫度值采集子程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2溫度值采集子程序流程圖溫度的讀取微機系統(tǒng)連接獲得溫度數(shù)據(jù)為16位二進制數(shù)。前五位是符號位，讀數(shù)乘以設(shè)置精確度即為實際溫度。如果前5位是1則溫度為負數(shù)，讀數(shù)必須取相反數(shù)加1相乘。DS18B20完成溫度信號的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳遞給微機系統(tǒng)保存處理。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，16位的二進制數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)據(jù)。溫度值計算程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3溫度值計算程序流程圖4.3人機信號反饋本部分主要介紹用于信號反饋的溫度值顯示子程序和按鍵設(shè)置子程序設(shè)計。4.3.1溫度值顯示程序該顯示器直接與單片機I/O端口相連，接收低電平指令有效。首先對顯示器進行初始化設(shè)置。通過編程指令輸入顯示字符相應(yīng)地址代碼，完成溫度值顯示。溫度值顯示子程序流程圖如圖4-4所示。LCD1602顯示流程圖如圖4-5所示。圖4-4溫度值顯示子程序流程圖圖4-5LCD顯示流程圖4.3.2按鍵設(shè)置子程序在該系統(tǒng)中按下按鈕，I/O端口輸出低電平；反之，I/O端口口輸出高電平。按鍵掃描程序通過讀取I/O口的電平輸出狀態(tài)就能獲得對應(yīng)按鈕的狀態(tài)。軟件的編譯中系統(tǒng)使用的檢測查詢方式運行。使用按鍵設(shè)置溫度上下限值流程圖如圖4-6所示。圖4-6溫度限定值設(shè)置子程序流程圖4.4溫度控制驅(qū)動微機系統(tǒng)I/O端口的輸出高電平和低電平，控制繼電器接收電平狀態(tài)實現(xiàn)銜鐵吸合動作控制加熱或者制冷設(shè)備?？刂茊纹瑱CI/O端口電平狀態(tài)由C語言程序定時器中斷服務(wù)程序和延時函數(shù)實現(xiàn)。溫度控制驅(qū)動程序流程圖如圖4-7所示。圖4-7溫度控制驅(qū)動子程序流程圖第5章系統(tǒng)仿真調(diào)試與總結(jié)5.1系統(tǒng)仿真過程 仿真軟件使用的是Proteus7.8版本。啟動仿真軟件，新建工程文件畫出各硬件電路原理圖然后有序連接子電路和相關(guān)元件，效果如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)仿真電路圖檢查并設(shè)定好電路元件合適參數(shù)條件。雙擊單片機AT89C51，然后把提前編譯好的程序工程文件上傳到單片機系統(tǒng)。點擊界面左下角啟動按鈕開始仿真過程。檢查單片機是否正常工作，電路元件狀態(tài)顯示是否異常。若所有電路反饋均正常，開始仿真會聽到短暫蜂鳴聲表示微機系統(tǒng)復(fù)位成功，溫度傳感器DS18B20、LCD1602顯示器亮顯示預(yù)設(shè)溫度值。通過設(shè)置按鈕可以調(diào)節(jié)相應(yīng)溫度值顯示。仿真成功效果如圖5-2所示。圖5-2系統(tǒng)仿真結(jié)果圖調(diào)節(jié)傳感器溫度讓其超過設(shè)定溫度上下限值，此時蜂鳴器和報警指示燈工作發(fā)出報警，單片機控制相應(yīng)繼電器動作，負載發(fā)光二極管亮表示驅(qū)動正常。5.2總結(jié)通過實踐和理論相結(jié)合，我們才能真正的去深入的學(xué)習(xí)單片機控制系統(tǒng)，而不是僅僅入門。經(jīng)過很長一段時間設(shè)計工作，“基于單片機的大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計”已經(jīng)順利完成。本設(shè)計系統(tǒng)選擇了方便、高效、低成本的控制元件完成，設(shè)計簡潔通俗易懂。特別是先進的“單總線式”溫度測量設(shè)備體現(xiàn)了速度快、精度高、、測線少等諸多優(yōu)點。通過對硬件電路和軟件系統(tǒng)的仿真調(diào)試，該電路能實現(xiàn)普通溫室大棚溫度的測量和顯示，對不正常的溫度進行準(zhǔn)確及時的報警和自動調(diào)節(jié)，大大提高了大棚農(nóng)作物成活率，從而減輕了管理人員的工作量。系統(tǒng)不足之處分析：（1）首先硬件方面，選用的AT89C51單片機自身數(shù)據(jù)存儲容量有限，在大型溫室大棚密集化溫度采集中使用多個溫度傳感器組合測溫的應(yīng)用顯得比較吃力，需要拓展外部存儲。在后續(xù)學(xué)習(xí)工作中，可以選擇集成大容量存儲器的單片機和多個溫度傳感器設(shè)計溫度控制系統(tǒng)。（2）軟件方面，系統(tǒng)程序設(shè)計比較單一，缺乏必要的控制算法完善溫度數(shù)據(jù)的處理。因此可以在溫度控制處理程序中加入數(shù)字濾波程序，應(yīng)用積分分離PID算法計算采樣數(shù)據(jù)偏差優(yōu)化軟件功能。參考文獻王敏.溫室大棚溫濕度、二氧化碳測控系統(tǒng)的研究[D].西安理工大學(xué),2007.常莉,張清濤.基于單片機的草莓大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程,2017,7(06):46-48.閆紅來.溫度檢測及顯示系統(tǒng)[J].網(wǎng)絡(luò)財富,2010(12):263-264.王冉,高凱,孟磊.基于單片機綠植養(yǎng)護系統(tǒng)溫度控制的研究[J].自動化與儀器儀表,2016(10):14-15.李東.基于單片機的信號發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計[J].中山大學(xué)研究生學(xué)刊(自然科學(xué).醫(yī)學(xué)版),2015(01):83-99.申屠南瑛.基于微機測控技術(shù)的智能伺服操作系統(tǒng)研究[D].重慶大學(xué),2003.董曉紅.同步粉塵測試儀的設(shè)計與實現(xiàn)[D].四川大學(xué),2004.宋建峰.單片機是什么?[J].電子制作,2012(04):64-69.杜彬.基于單片機的紅外數(shù)據(jù)采集電路原理[J].中國傳媒科技,2014(02):119-120.袁芬,余成路.淺談MCS-51單片機中斷系統(tǒng)邏輯控制圖[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(17):30.陳帥,廖志林,周建軍.基于物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)測機房溫濕度系統(tǒng)設(shè)計[J].電聲技術(shù),2015,39(02):29-31.張義和,陳敵北.輕松認識8051(下)[J].無線電,2007(6):9-10.江太輝,鄧展威.DS18B20數(shù)字式溫度傳感器的特性與應(yīng)用[J].電子技術(shù),2003(12):46-49.李紅剛,方佳,王強,錢雙艷.基于At89C51的八路溫度巡回檢測系統(tǒng)設(shè)計[D].熱帶農(nóng)業(yè)工程,2010.翟呈祥.基于FPGA的8051單片機IP核設(shè)計及應(yīng)用[D].太原理工大學(xué),2007.謝波.超低頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收機的開發(fā)研究[D].華中科技大學(xué),2008.王可寧.基于單片機的烘爐溫度自動檢測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].東北林業(yè)大學(xué),2004.孫小廣.超聲波水箱[D].華南理工大學(xué),2010.潘俊臣.基于單片機的音樂播放器的設(shè)計[D].成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,2016.胡敏,諶海云,侯陽,邱志勇.數(shù)字溫度計的設(shè)計[D].現(xiàn)代電子技術(shù),2012.鄧世建,胡媛媛,管城.基于DS18B20的MOA溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].電子器件,2011.譚金平.基于單片機電鍋爐恒溫控制系統(tǒng)的電路設(shè)計[D].南昌大學(xué),2012.鄒偉.溫室大棚自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué),2013.

附錄附錄一電路原理圖附錄二程序清單程序如下：#include<reg52.h> //調(diào)用單片機頭文件#include<stdio.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar//無符號字符型宏定義 變量范圍0~255#defineuintunsignedint //無符號整型宏定義 變量范圍0~65535#include<intrins.h>//#include"lcd1602.h"sbitcontrolUp=P3^3;sbitcontrolDown=P3^4;sbitLEDUP=P1^6;sbitLEDDOWN=P1^5;sbitDQ=P3^7; //定義DS18B20總線I/OsignedchartempWd=15; //溫度值全局變量溫度值整數(shù)ucharn; //溫度值全局變量溫度值小數(shù)sbitbeep=P3^2;//蜂鳴器IO口定義inttempUp=25;//溫度上限inttempDown=17;//溫度下限bitf=1;//正負溫度標(biāo)志位unsignedcharm=1,y=0,o=0;//寄存器signedintsdata;//存放整數(shù)溫度unsignedcharxiaoshu1; //存放小數(shù)后第一位溫度數(shù)值unsignedcharxiaoshu2; //存放小數(shù)后第二位溫度數(shù)值bitflag_300ms;//300毫秒計時bitflag=0;ucharkey_can; //按鍵值的變量ucharmenu_1;//菜單標(biāo)記ucharflag_clock;#include"lcd1602.h"/***********************1ms延時函數(shù)*****************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/*************定時器0初始化程序***************/voidtime_init() { EA=1; //開總中斷 TMOD=0X01; //定時器0、定時器1工作方式1 ET0=1; //開定時器0中斷 TR0=1; //允許定時器0定時}/****************按鍵處理顯示函數(shù)***************/voidkey_with(){ if(key_can==1) { if(flag==0) { tempUp++; //溫度上限設(shè)置數(shù)加1 if(tempUp>99) tempUp=99; } else { tempDown++; if(tempDown>tempUp) tempDown=tempUp; } } if(key_can==2) { if(flag==0) { tempUp-=1; //溫度上限設(shè)置數(shù)減1 if(tempUp<=tempDown) tempUp=tempDown; } else { tempDown-=1; if(tempDown<=-54) tempDown=-54; } } if(key_can==3)//選擇要設(shè)置的參數(shù) { flag=!flag; if(flag==0) { write_com(0x80+6); write_data('<'); //設(shè)置溫度上限報警值 write_com(0x80+10); write_data(''); } else { write_com(0x80+6); write_data(''); //設(shè)置溫度下限報警值 write_com(0x80+10); write_data('>'); } } }/********************獨立按鍵程序*****************/ucharkey_can; //按鍵值voidkey() //獨立按鍵程序{ staticucharkey_new; key_can=20;//按鍵值還原 P1|=0x1f; if((P1&0x1f)!=0x1f) //按鍵按下 { delay_1ms(1); //按鍵消抖動 if(((P1&0x1f)!=0x1f)&&(key_new==1)) { //確認是按鍵按下 key_new=0; switch(P1&0x1f) { case0x1b:key_can=2;break; //得到減鍵值 case0x17:key_can=1;break; //得到加鍵值 case0x1d:key_can=3;break; //得到設(shè)置鍵值 } } } else key_new=1; }/****************報警函數(shù)***************/voidclock_h_l(){ staticucharvalue; if(sdata>tempUp||sdata<tempDown) //報警 { value++; if(value>=2) { value=10; beep=~beep; //蜂鳴器報警 } }else { value=0; beep=1; LEDUP=1; LEDDOWN=1; controlUp=1; controlDown=1; write_string(1,8,"Z"); } if(sdata>tempUp) //報警 { LEDUP=0; controlUp=0; write_string(1,8,"S"); } elseif(sdata<tempDown) { LEDDOWN=0; controlDown=0; write_string(1,8,"X"); }}voiddelay_18B20(unsignedinti) //18b20全局延時{while(i--);}///////////////////////////////////18b20////////////////////////////////////////////////////初始化傳感器函數(shù)Init_DS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位delay_18B20(10);//稍做延時DQ=0;//單片機將DQ拉低delay_18B20(80);//精確延時大于480usDQ=1;//拉高總線delay_18B20(20);x=DQ;//稍做延時后如果x=0則初始化成功x=1則初始化失敗delay_18B20(30);returnx;}//讀一個字節(jié)ReadOneChar(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(4);}return(dat);}//寫一個字節(jié)WriteOneChar(unsignedchardat){unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;delay_18B20(5);DQ=1;dat>>=1;}return(dat);}voidReadTemperature(void){unsignedcharL=0;unsignedcharH=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);//跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0x44)