基于單片機的溫室監控系統設計論文-資料下載頁

　　

【正文】 寫數據 數據顯示判斷是否超過閥值？ Y 控制 N 結束 圖44 DS18B20子程序框圖 DS18B20子程序框圖如圖43所示，程序開始初始化DS18B20各出口參數，讀取狀態，寫入命令、數據，讀出溫度并顯示。程序根據鍵盤輸入的閥值判斷當前檢測的溫度是否超過閥值，如果超過閥值，控制外圍器件工作，如果沒有超過閥值，就返回程序。 二氧化碳濃度傳感器6004程序設計 二氧化碳濃度傳感器6004程序如圖45所示： 開始 初始化 讀狀態6004是否預熱完畢？ 采樣濃度顯示判斷是否超過閥值？ 控制 N Y 結束 圖45 CO2二氧化碳濃度傳感器6004程序框圖 二氧化碳濃度傳感器6004程序如圖45所示，程序開始對傳感器進行初始化， 讀取傳感器的狀態并判斷傳感器是否預熱完畢，當檢測到預熱完畢后采集溫室環境的CO2濃度并轉化為LCD1602能顯示的數據并顯示在LCD1602上。根據鍵盤輸入的閥值判斷當前的濃度是否超過閥值，如果超過閥值就控制外圍器件開啟和停止。 上/下位機程序設計 上位機程序結構圖如圖46所示,下位機程序結構圖如圖47所示, 開始 開始 發送準備接受信號等待 N N 結束是否結束信號？接受數據幀下位機是否準備好？ 結束是否發送完畢？發送數據幀上位機是否準備好？ Y Y N N Y Y 圖46 上位機程序結構圖 圖47 下位機程序結構圖 上/下位機程序結構圖如圖447所示，程序開始時，上位機發送準備接受數據命令，如果下位機準備好，接受下位機發來的數據幀；下位機一旦接受到上位機發來的準備好命令后，開始發送數據幀，當發完結束后，發送結束指令。5. 系統調試 本設計中系統調試分為硬件調試、軟件調試、軟硬件整體調試三部分。硬件調試中結合Proteus仿真軟件對硬件部分進行調試，軟件部分用Keil C51對程序部分進行調試，軟硬件整體調試部分中將程序下載到硬件電路中進行調試。 硬件調試 利用仿真軟件對單片機最小系統部分和外圍器件進行仿真，確定電路圖的可工作性。Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術，它與其他軟件最大的不同也是最大的優勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。以下是利用仿真軟件對單片機部分的仿真圖，當開始運行后，LCD1602顯示開機動畫，如圖51所示。 圖51 仿真圖在實際的硬件中我們按照焊接一部分調試一部分的原則，焊接和調試整個硬件部分。在本設計中一共有三組電源，單片機最小系統有一組+5v電源，控制板中有兩組電源分別是+5v和+12v電源，按照設計要求，+5v的電壓需要輸入電壓9V, +12V的輸入電壓為15V。按照電路圖焊接好電路后，用萬用表檢測電路的通斷情況，檢測無誤后上電測試。實際測試結果為，+，+，滿足設計的要求。繼續焊接其他硬件部分，焊接完畢后用萬用表測試電路的通斷，確定線路之間是否連通。檢查完畢后上電測試，測試各節點電壓是否為設計需求，各芯片以及元器件是否發燙，經檢查和測試，硬件電路滿足設計要求，能夠正常運行。如圖52所示，是單片機的晶振波形圖，設計中采用的12M晶振 圖52 單片機的晶振波形圖如圖53所示，為濕度采集模塊中的555振蕩電路輸出波形。 圖53濕度采集模塊中的555震蕩電路輸出波形如圖54所示，為555振蕩電路輸出波形經過方波整形后的波形圖。 圖54 555振蕩電路輸出波形經過方波整形后的波形圖 軟件調試 利用Keil C51 軟件來編寫和編譯程序，在軟件中編寫好程序后，進行編譯連接，選擇菜單ProjectBuild target，對當前工程進行連接，如果當前文件已修改，軟件會先對該文件進行編譯，然后再連接以產生目標代碼； 編譯過程中的信息將出現在輸出窗口中的Build頁中。如果源程序中有語法錯誤，會有錯誤報告出現，雙擊該行，可以定位到出錯的位置。修改直至編譯通過。 成功編譯、連接后，可以通過軟件對程序進行調試，按Ctrl+F5或者使用菜單DebugStart/Stop Debug Session即可進入調試狀態，在調試過程中使用單步執行、設置斷點、運行到當前光標處等方法，調試程序是否按照預先設計執行。 通過硬件調試和軟件調試后，將軟件下載到硬件中，調試運行。利用STC_ISP單片機下載編程燒錄軟件和PL2303下載器將程序下載到單片機中，上電運行，檢查硬件的運行情況是否符合程序設計要求。 在調試過程中我們對程序進行分模塊調試，先調試顯示模塊，在程序中屏蔽到其余的模塊，只運行LCD1602的程序 看硬件中LCD1602是否按照程序設計顯示開機動畫，按照這個方法對其余的模塊進行調試。將所有模塊調試完畢后將整體的程序下載到單片機中進行運行和調試。進過調試后程序和硬件符合整體設計要求。 如圖54 LCD開機動畫顯示界面 圖54 LCD開機動畫界面 6測試方案與測試結果分析 表61 測試所用儀器儀器名稱型號用途溫度計測試溫度萬用表DT9205/DT9205A測試電壓、檢查通斷示波器UTD2102CEL觀察波形、分析結果 連接好電路，檢測有無電氣連接錯誤，確定無誤之后，給系統上電； 將程序下載到系統中并啟動程序，觀測各部分運行情況，利用儀器檢測參數； 將各種參數指標測試并記錄下來，進行比較分析，得出每次設計研究結果。 在本設計中將部分功能用實際電路實現，由于測試設備有限，這里就溫度采集做測試和對比，通過LCD1602顯示濕度和時間以及通過鍵盤設置閥值。 在設計中采用的溫度傳感器為DS18B20，它的測溫范圍為55～+125℃，并且在10～＋85℃精度為177。5℃。由于測試環境的限制，在本設計中對溫度采集模塊測試正溫度，利用一標準溫度計作為參考目標，分別在室內和水缸兩種環境中測試，以2分鐘的時間間隔記錄數據。記錄數據表如表663所示。室內測試結果如表62所示： 表62 室內溫度測試結果類別時間12345678910111213141516溫度計系統水缸測試結果如表63所示： 表63 水缸溫度測試結果類別時間12345678910111213141516溫度計系統 如圖61 LCD1602參數顯示界面 圖61 LCD 參數顯示界面 如圖62 溫度閥值設定界面 圖62 溫度閥值設定界面 如圖63 濕度閥值設定界面 圖63 濕度閥值設定界面 如圖64 LCD調時設定界面 圖64 LCD調時設定界面 在過程中我們利用鍵盤輸入濕度、溫度的閥值分別為70%、28℃，測試環境的濕度為60%，溫度為29℃。當設置完成后系統自動將現在環境參數與設置閥值相對比，加濕和降溫繼電器工作，其指示燈亮如圖65所示。 圖65 加濕和降溫繼電器工作指示燈 測試結果及分析 7結論溫室監控系統主要是監測溫室環境的溫度、濕度、光照，C02濃度，通過有效的控制措施和方法來調節溫室內的溫度、濕度、光照、C02濃度等環境參數，創造出適合作物生長的合適溫室生態環境(該環境是按不同作物生長的要求進行統籌優化后制定的)，即根據作物不同生長階段的需求制定出檢測標準，通過對溫室環境的實時檢測，將測得的參數進行比較后自動調整溫室各個控制設備狀態，以使各項環境參數符合既定要求。在本設計中我們采用STC12C5A60S2單片機為主處理芯片，利用各種傳感器采集溫室環境因子參數，通過鍵盤的輸入設定各環境參數的閥值并通過LCD1602實時顯示環境參數，利用繼電器控制外圍器件的停止和啟動，使得各項環境參數符合既定要求。在本設計中除了采用LCD1602實時顯示當前環境參數外，利用上位機將環境參數實時傳送到PC機中，可以實現遠程監測以及控制。在本設計中比較困難的是將所有的傳感器以及顯示、鍵盤、上下位機整合在一起；在處理速度上受到比較大的制約；在資源比較少的情況下去合理的安排有限的空間。進過測試后，基本上達到了設計的要求，能夠采集溫室環境參數并且能夠實時的顯示到LCD1602上，能夠通過鍵盤輸入閥值并且自動控制外圍器件的狀態使得溫室環境參數達到既定的要求。通過本次設計的研究，整合了四年的學習知識，雖然在研究的過程中遇到了很多的困難和難題，但是自己也收獲了很多。在鞏固專業知識的基礎上更全面的了解了一個作品的設計過程。在整個設計過程中的知識以及經歷將會給自己以后的工作增加更多的經驗。 8 總結與體會 本設計是基于單片機的溫室監控系統研究，經過幾個月的查閱資料、方案設計、確定方案、單元電路的設計、程序設計、調試和運行后，基本完成了設計的要求。在實際測試中達到了設計要求，但是設計的部分電路仍要提高，部分程序需要繼續優化，部分功能需要改進。畢業設計是大學最后一門課，也算是結束自己學校生活的最后一門考試。在長達幾個月的時間里經歷過許多，有成功有失敗，有挫折有歡笑。在這樣復雜的設計中，我學到了許多，鞏固了自己的專業知識，知道了怎樣將理論知識付諸于實踐中，同時也明白理論知識與實際存在著差距。在設計過程中面對著個復雜的工程，告訴自己需要有條理的安排，在陳老師的建議下對設計部分安排了合理時間。從確定題目到查閱資料，從提出方案設計到方案設計，從單元電路設計到整體調試，每個階段都告訴自己要穩扎穩打的進行，通過合理的安排自己的進度，使得自己在畢業設計過程中面臨再多的困難也心平氣和。在設計的過程中也感受到自己在專業知識的不足，大學四年學的東西確實太多太多，怎樣將理論知識付諸于實踐中，這也是需要我認真思考的問題。經過這次畢業設計讓我明白，作為電子專業的一名學生即將走上工作崗位，需要深刻的認識到，在當今飛速發展的時代，電子產品以及技術更新的相當的快，我們需要緊跟發展的步伐掌握最新的技術和發展方向。更重要的是需要將理論知識和實踐聯系在一起，對于產品的設計僅僅停留在理論知識是完全不夠的，就像在設計中遇到的問題一樣，理論設計中的數據在實際的電路中是有差距的，測試的結果和理論結果存在著一定差距。所以即將走上工作崗位的我們，需要在實踐上多下功夫，