畢業設計基于單片機的溫室大棚自動控制系統-文庫吧

【正文】 +0000 0001 1001 00010191h+0000 0000 1010 001000A2h+0000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h1111 1111 1111 1000FFF8h1111 1111 0101 1110FF5Eh1111 1110 0110 1111FE6Fh551111 1100 1001 0000FC90h 方案一：采用光照度傳感器M124749，該光照度傳感器采用先進的電路模塊技術開發變送器，用于實現對環境光照度的測量，輸出標準的電壓及電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強，量程可調。但價格昂貴，性價比不高，且不易購買。 方案二：采用光敏電阻。光敏電阻的工作原理是當有光線照射時，電阻內原本處于穩定狀態的電子受到激發，成為自由電子，所以光線越強，產生的自由電子也就越多，電阻就會越小。光敏電阻的優點有內部的光電效應和電極無關（光電二極管才有關），即可以使用直流電源。靈敏度和半導體材料、以及入射光的波長有關，價格低廉，性價比高。 比較以上兩個方案，方案一雖然具有更好的設計精度和線性度，但性價比不如光敏電阻好。方案二具有較高的性價比且同時也能滿足系統的設計要求，故采用光敏電阻作為光照度傳感器。3系統的總體設計 本設計的要求是以STC89C52為控制核心，以HS1101濕度傳感器、DS18B光敏電阻完成對溫室大棚內的各項參數進行測量，并將數據輸入到單片機中，有單片機根據所編寫的程序，通過繼電器控制電路控制相應的設備達到自動調控溫室大棚內各項參數的目的，同時將通過各種傳感器測的數據實時地顯示在液晶屏上。系統可通過按鍵人為地設定合適的參數，便于根據不同的植被的環境中使用。 硬件系統主要有信號采集、信號分析、信號處理三個部分組成。（1） 信號采集 由HS110DS18B光敏電阻組成。（2） 信號分析 由單片機 STC89C52基本系統組成。（3） 信號處理 由并行口 LCD液晶顯示屏和繼電器控制電路組成。硬件系統的原理方框圖如圖31：圖31 硬件系統的原理圖圖32 土壤濕度控制流程圖土壤濕度控制部分流程如圖32:單片機通過濕度傳感器檢測土壤的濕度，若土壤的濕度過低，單片機就打開滴灌設備的電磁閥一分鐘，對作物進行滴灌作業，增加土壤濕度，經過一段時間，單片機再次檢測土壤濕度，如果濕度過高，就關閉滴灌設備的電磁閥，停止滴灌作業。如果開始檢測的土壤濕度在適宜的范圍，單片機則維持現有狀態不變?？諝鉁囟瓤刂屏鞒倘缦聢D33：圖33空氣溫度控制流程圖單片機通過溫度傳感器檢測溫室的空氣溫度，當空氣溫度過高時，就通過控制電路，打開排氣扇配合設置在溫室大棚頂部的噴霧設備的進行一段時間的溫室大棚的降溫作業，而當溫室溫度過低時，則通過單片機自動關閉降溫設備的工作，使溫度值達到適宜的范圍。 若一開始檢測的光照度在適宜范圍，單片機將維持現有狀態。光照度控制部分流程如下圖34：光照度的控制主要靠遮陽幕的開關，光照度過高時，系統通過關閉大棚頂部的遮陽幕，避免陽光直射作物，減小光照度，及減少強光對作物生長的影響。當光照度過低時，就打開遮陽幕，增加光照度。如果檢測的光照度在適宜范圍，單片機將維持現狀。圖34 光照度控制流程圖 STC89C52特點(1)它是MCS51系列單片機的派生產品，在指令系統、硬件結構和片內資源上與標準8052單片機完全兼容，DIP40封裝系列與8051兼容均為PintoPin，使用時容易掌握； (2)高速(最高時鐘頻率90 MHz)、低功耗、價格低、穩定可靠、應用廣泛、通用性強，在系統/在應用可編程(ISP，IAP)，不占用戶資源。STC89C52[6]單片機管腳如圖35：圖35 STC89C52單片機管腳定義圖ADC0804[7]為8bit的一路A/D轉換器，其輸入電壓范圍在0—5v，轉換速度小于100us，﹪，滿足設計的精度要求。HS1101濕度傳感器，在電路中等效于 一個電容器件，其電容量隨著所測的土壤濕度增大而增大，如何將電容的變化量準確的轉換成單片機易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏傳感器置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產生的正弦波電壓信號經整流、直流放大、再經過A/D轉換成為數字信號；另一種是將該濕敏傳感器置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉化為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被單片機所采集[3]。本系統采用的是測量555輸出的振蕩的方法，電路如圖41所示：圖41 濕度測量電路圖此電路為典型的555雙穩態電路。HS1101/HS1100作為電容變量接在555的TRIG與THRES兩引腳上，引腳7用作電阻R20的短路。等量電容HS1101/HS1100通過R19與R20充電到門限電壓（），通過R19放電到觸發電平（），然后R20通過引腳7短路到地。傳感器由不同的電阻R20與R19充放電。電壓輸出典型參數（@VCC=5V，25℃）如表41表41 HS1101濕度傳感器電壓輸出典型參數（@VCC=5V，25℃）RH0102030405060708090100Vout 因為在本系統中采用了DS18B20數字溫度傳感器，所以后續電路簡單，只需將傳感器的數據輸入/輸出管腳直接接到單片機I/O口，通過單片機的控制DS18B20傳感器并實時讀取空氣溫度[1]。數字溫度傳感器的測量電路如圖42所示：圖42 溫度測量電路圖 系統采用價格低廉的光敏電阻測量光照度，因其沒有良好的線性度，所以只能大致的測量。根據光敏電阻在不同的光照下有不同的阻值，經過A/D轉換后輸入到單片機內進行處理。其與ADC0804的連接電路如圖43：圖43 ADC0804與單片機的連接電路圖 系統采用了LCD1602液晶顯示屏[8]，LCD1602液晶是一款很常用，也很易用的字符液晶?？梢燥@示2行每行16個字符，對比度可調、黃綠色背光。與單片機的鏈接電路如圖44：圖44 LCD1602與單片機的連接電路圖 為了確保系統中的電路溫度可靠工作，復位電路[9]是必不可少的部分 ，其第一功能就是低電平復位，低電平復位是在通電瞬間通過充電來實現的。手動復位是指通過接通一按鍵開關，使單片機進入復位狀態。系統上電運行后，如果需要復位，只需通過手動復位就可以實現。本系統使用的復位電路如圖45所示：圖45 復位電路圖本設計采用的鍵盤掃面電路采用簡單的低電平掃描方式，即采用開關的一端與單片機I/O口相連，另一端接地的方式，用單片機檢測I/O口是否是低電平來判斷鍵盤是否被按下[10]。這樣的方式可以方便鍵盤掃描部分的的編程。鍵盤電路如圖46：圖46 鍵盤電路圖 單片機是一個弱電器件，一般情況下它們大都工作在5V甚至更低。驅動電流在mA級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動機,，就要有一個環節來銜接,這個環節就是所謂的功率驅動。繼電器驅動就是一個典型的、簡單的功率驅動環節。在這里,繼電器驅動含有兩個意思：一是對繼電器進行驅動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件；還有就是繼電器去驅動其他負載,比如繼電器可以驅動中間繼電器，可以直接驅動接觸器，所以，繼電器驅動就是單片機與其他大功率負載接口[11]。本設計采用的繼電器控制電路如圖47：圖47 繼電器控制電路圖圖中的三極管起開關的作用，當單片機輸出高電平時，三極管導通，繼電器吸合。單片機輸出低電平時，繼電器斷開。二極管起保護作用，防止繼電器產生的感應電動勢燒壞三極管或繼電器。系統的程序設計包括以下幾個方面：（1）鍵盤掃描[12]。（2）各項參數的采集。（3）各項參數在液晶上的顯示。（4）各項參數的繼電器控制。 主程序的流程如圖51圖51 主程序流程圖 當單片機上電后，主程序開始運行，程序以開始初始化各參數的設置和端口定義后，清各標志位和LCD1602的顯示，然后進行鍵盤掃描，再利用各傳感器進行數據的采集，將采集的數據和設置好的參數進行對比，如果對比結果顯示需要調節，啟動相應的繼電器控制電路對溫室中需要調節的參數進行調節并顯示在LCD1602上，如果比較結果顯示不需要調節，則不啟動繼電器控制電路，直接顯示參數，然后對鍵盤進行循環掃描。 參數測量子程序流程如圖52圖52 參數測量子程序流程圖子程序開始先聲明變量和調用的函數后，調用顯示函數，啟動模數轉換器ADC0804進行模數轉換，轉化如果未完成，單片機進行等待。當轉換完成后，單片機讀取轉換后的數據，然后循環調用顯示函數和進行模數轉換。 鍵盤掃描子程序流程如圖53圖53 鍵盤掃描流程圖 鍵盤掃描子程序一開始先掃描按鍵，判斷是否有按鍵被按下，確定有按鍵被按下時判斷被按下的是哪個按鍵，如果是按鍵S1，系統將進入設置模式，這時按鍵S2和S3被啟用，進入那個參數的設置取決于按鍵S1被按下的次數，S1被按下一次，進行溫度值設置，S1被按下兩次，進行濕度值設置，S1被按下三次，進行光照度設置，當按下第四次，返