温室智能控制系统大学毕业设计(编辑修改稿)

温室智能控制系统大学毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

强度有积极的作用。 因此在全世界范围内得到了广泛的应用。 我国由于受经济发展、科技水平、农产品结构等诸多因素的影响，长期以来缺乏设施农业方面的基础研究与战略发展研究，在技术理论、生产发展与市场引导、宏观政策等方面均存在很多的空白，因此温室产业的发展也受到了一定的限制。 我们的研究成果较少，制约了温室企业技术和质量方面的创新。 使我国温室企业在与国外温室企业的竞河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 5 争中，从一开始就处于劣势。 目 前我国问世的环境控制水平总体上仍然较低，不能完全满足作物栽培的要求。 因此，应通过对温室的结构、材料、环境控制技术、再生能源综合利用技术、补充光源、环境控制的仪器设备及自动控制的计算机软件系统等方面做进一步的研究和开发，尽快提高我国温室生产的水平。 河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 6 2系统设计 系统的预期目标 本论文采用单片机为执行器（核心器件），通过温度检测电路，湿度检测电路，光强检测电路，控制系统，报警电路，显示电路等部分形成了大棚温湿度测控系统。 该系统能够对大棚或室内的温度、湿度进行自动检测和控制，不仅具有控制方便、简单灵活等特点，而且可以大大提高被控制温度、湿度的技术指标，从而能够大大提高作物的质量和产量。 其预期实现目标功能如下： 温度控制：根据使用大棚的具体面积均匀分布温度传感器，借以实现对温度的精准监测。 每个测温模块由温度传感器组成，在每个模块里采集该传感器所属区域的实时温度传回主控单片机，经由主控 模块的单片机处理数据判断是否符合所需温度：符合则不动作，继续监测；假若温度过低则由主控单片机发出命令启动报警电路同时经由驱动电路启动补温模块即电热丝；如果经判断温度过高则发出命令启动报警电路同时经由驱动电路启动降温设备即温室棚棚顶和侧壁上的电动窗，同时启动侧壁的风扇以便于空气流通加快降温速度。 当以上两种措施实施的继续监测温度送回主机判断，符合温度设置值测发出命令停止。 湿度控制：根据使用大棚的具体面积均匀分布湿度度传感器，借以实现对湿度的精准监测。 每个湿度监测模块由湿度传感器构成，用以监测器所属区域的实时 湿度。 然后把监测到的数据传回主机，经由主控模块的单片机处理数据判断是否符合所需湿度，若果符合则不动作，继续监测；假若湿度过低则发出命令启动报警电路并同时经由启动电路启动埋在土地中的喷水装置对该域增区加湿度。 光强控制：光强监测模块由光敏电阻组成，监测到实时的光照强度参数后传入主机进行数据判断，正常的话不动作继续监测，假若光照强度过低则启动报警电路，同时单片机发出命令到继电器然后启动补光设备即照明灯；假若光照强度过高则由单片机发出命令由电机的驱动电路放下安装在棚顶的遮光网。 人机交互设计：显示屏上不仅可以显示 时间，而且还可以通过按键实时设定被监测温度的上下限、被监测湿度和被监测光照强度的下限值。 这样不仅可以实现人机交互控制，还可以根据作物的不同生长阶段，对温度、湿度和光照强度的不同需要进行针对性河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 7 的设定，更可以保证作物健康生长。 系统设计 思路 本设计包括 硬件部分与软件部分 两个部分， 硬件部分包括 检测子部分和控制子部分。 硬件部分总体系统结构示意图如图 21 所示；软件部分见本论文第四章。 系统整体框图如图 21 所示。 设 定 初 值温 度 检 测湿 度 采 样光 强 采 样显 示 电 路温 度 控 制 电 路湿 度 控 制 电 路光 强 控 制 电 路单片机 图 21 系统总框图 本设计硬件组成部分中， 检测 子 部分主要由温度传感器、湿度传感器和光敏电阻 ；控制 子 部分主要 包括 动作电路、报警电路、显示电路和按键。 其中， 动作电路包括升温电路、降温电路、增加湿度电路、减小湿度电路、补光电路和减弱光强电路。 检测 子 部分 将从现场采集的温度、湿度、光强等参数实时发送至控制子部分的 单片机， 单片机对传回的数据、通过按键设定的各设定值进行相应的处理，以确定大棚内温度实时状态、湿度实时状态、光强实时状态：当温度、湿度或者光强发生异常状态时，单片机控制报警电路报警，同时控制动作电路进行相应动作，以实现对温度、湿度以及光强的实时调节。 另外，本系统还可以显示实时温度、实时湿度、实时光强 由主机来控制各个调节电路的动作与否，并且将数据进行显示。 本系统有效实现了大棚内温度、湿度、光强的自动实时监测与控制。 硬件设备的选择方案 本设计主要包括三大部分，如图 21 所示，左边为信号采集部分，主要由各模块传河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 8 感器及其 所在电路构成，包括温度采集、光线采集、湿度采集等三块内容，被称为传感器模块。 中间为主控模块，由单片机 Atmega16 主控模块组成，是本设计的主要处理部分，主要负责各个传感器传来的信号的处理和将各个数值与设定值进行对比处理，如果满足要求，则不做动作，若不满足要求，则进行相应处理。 最右边为动作电路，主要包括显示模块、报警电路、温度过限控制电路、光强过限控制电路。 这三部分组成的一个系统就是本设计的主要内容，通过这个设计，使所要控制的量，如温度、湿度、光强都在一个设定的范围内，能够满足我们的要求。 单片机的选择 方案一： AT89S51 有 4K 的 Flash 程序存储器， 128 字节的 RAM， 32 条 IO 口，中断系统具有 6 个中断源、 5 个终端矢量、 2 个中断优先级的中断结构；串行口是一个全双工的串行通信口。 假若采用 MCS51 系列单片机中的 AT89C51 芯片作为核心器件，其自带的 4K 字节的内部 FLASH EPRAM,能在 3V 的超低压下工作，但运行速度很慢；所有的 I/0 口都是准双向口， I/0 口的驱动能力弱；芯片里面的 P0 口没有上拉电阻如果要输出高电平或者要定义成输入口，一般要外接电阻上拉；芯片不能定义成内部复位方式，只能用外部微 分电路复位；芯片内部没有 RC 振荡，如要芯片正常工作，需要外加振荡源；但是运用于电路设计中时由于不具备 ISP 在线编程技术 , 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏，且功耗比较高，抗干扰能力也不是很强。 方案二：采用 ATmega16 芯片。 该芯片有 16K 字节的系统内可编程 Flash(具有同时读写的能力，即 RWW)， 512 字节 EEPROM， 1K 字节 SRAM， 32 个通用 I/O 口线。 32个通用工作寄存器同样具有 89C51 的功能，且具有在线编程可 擦除技术。 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，由此不会对芯片造成损坏并且是高性能、低功耗， 是 较 51 系列处理速度更快的 8 位 AVR 微处理器。 所以，选择采用 ATmega16 作为本次设计的控制系统 单片机。 方案一：采用 LCD1602 液晶显示器，该显示器是工业字符型液晶显示器，能够显示 32 个字符。 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。 由若干个 57 者 511 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 9 一个点距的间隔，每行之间也有间隔，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。 而此次设计的是一个大棚温湿度测控系统。 这里我们需要将设定的温度值，湿度值，以及采集过来的外界环境里的温度值和湿度值显示出来。 而显然 LCD1602 的显示容量只有两行，可以显示八个汉字，这样无法直接在一屏里面显示温度值和湿度值，需要分多次页数来显示，这样不便于观察温湿度的变化，所以在本次设计中不采用 LCD1602 液晶显示器。 方案二：采用 Nokia5110 显示器 ,可以显示四行汉字， 848 的点阵 LCD，这样可进行比较观察，清晰明了，易于操作，性价比高， LCD1602 可以显示 32 个字符，而 Nokia5110可以显示 15 个汉字， 30 个字符。 接口简单，仅四根 I/O 线即可驱动，速度快，是 LCD1602的 40 倍。 Nokia5110 工作电压 ，正常显示时工作电流 200uA 以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。 因此在本次设计中的显示部分我们选用 Nokia5110 液晶显示。 智能温度传感器 /控制器属于智能化集成温度传感器和控制器。 其主要优点是采用数字化技术，能以数字形式直接输出被测温度值，具有测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、能够远程传输数据、用户可设定温度上、下限、有越限自动报警功能、自带串行总线借口等优点，适配各种微控制器，含微处理器和单片机，是研制和开发具有高性价比的新一代温度测控系统所必不可少的核心器件。 方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D 转换。 此设计方案需用 A/D 转换电路，这样一来，就增加了硬件成本，而 且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。 方案二：采用数字式温度传感器 DS18B20,该传感器为数字式传感器。 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯 ,DS18B20 的测温范围 55℃ ~125℃，分辨率最大可达 ℃。 DS18B20 可以直接读出被测温度值。 而且采用 3 线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点，封装成后可应用于多种场合。 使其成为我们在选择温湿度传感器时的首选。 DS18B20 实物图如图 23 所示。 河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 10 图 23 DS18B20 实物图 湿度传感器的选择 方案一：采用 HOS201 湿敏传感器。 HOS201 湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流 1V 以下，频率为 50 KHZ～ 1KHZ，测量湿度范围为 0～ 100%RH，工作温度范围为 0～ 50℃，阻抗在 75%RH（ 25℃）时为 1MΩ。 这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。 然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。 方案二：采用数字式湿度传感器 DHT11,该传感器为数字式传感器，采集湿度的精度是 14 位，端口较少，只需要单片机的一个端口即可驱动，每个 DHT11 传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准，除此之外，单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。 产品为 4 针单排引脚封装，连接方便，传感器比较简单，四条引角中有两条是电源引脚，有两条是输出数据的引脚，只需要给他供上额定电压，然后在输出引脚采集信号就可以了，因此选择了 DHT11 湿度传感器作为此设计传感器的首选。 DHT11 实物图如图 24 所示 图 24 DHT11 实物图 河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 11 光敏电阻 的选择 光照强度的测量选用了常用的光敏电阻。 光敏电阻对于光照敏感度高，光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。 光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（ ~ m）的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它阻值的变化。 通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。 当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子 —空穴对，参与导电，使电路中电流增强。 为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。 光敏电阻实物图如图 25 所示。 图 25 光敏电阻实图 继电器的选择 因为调节电路中需要启动风扇和节能灯等高电压设备，所以要应用到继电器作为高压设备启动开关。 本设计中采用 5 引脚大功率超小型继电器 JQC3FF。 继电器就是通过低电压小电流，控制高电压大电流的设备。 JQC3FF 继电器是一组 常开、一组常闭的。 JQC3FF 继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等构件组成。 在线圈两端加上一定的电压，常闭触点断开，常开触点闭合，接通高压电路。 动力电机的选择 本设计中在大棚的侧壁装有通风散热用的电动窗和风扇，棚顶装有电动窗和卷起遮光薄膜的装置，这些都需要电机为其提供动力 ,风扇的动力电机选择 一般电风扇用的电压为 220V 的单相交流电机；电动窗的动力电机选择 则不用选择太大的电机，同时为了满足动力需求，选择市面上经 常使用的电动窗帘的直流电机即可。 河南理工大学毕业设计（论文）说明 书 12 3 硬件电路设计 硬件是整个系统的工作平台，各种应用功能的实现和软件的运行都是以硬件为基础的，所以硬件设计的合理与否从根本上决定了整个系统的质量。 为了充分发挥单片机的长处，实现尽可能多的功能，使系统达到预期的设计目标，工作得更可靠，操作更具备人机交互性，并且要使整个系统能真正的在实际应用中。