蔬菜大棚温度控制系统设计毕业设计论文.doc

钟山职业技术学院 毕业设计（论文）题 目：蔬菜大棚温度控制系统设计 摘 要蔬菜大棚温度自动控制系统由主控制器at89c51单片机、并行口扩展芯片8255、74ls373、a/d转换器0809、温度传感器ds1820、固态继电器、ram6264、掉电保护和led显示器和报警电路等构成，实现对蔬菜大棚温度的检测与控制，从而有效提高蔬菜的产量。文中提出了具体设计方案，讨论了蔬菜大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。关键词：温度传感器 快速检测 a/d转换器 led显示器 报警电路 固态继电器；目 录摘 要i目 录ii1 概述12 蔬菜大棚的系统设计22.1 控制系统整体结构22.2 系统的工作原理23.蔬菜大棚系统的硬件设计33.1 系统主控制器部分设计33.1.1 at89c51的工作原理33.1.2 at89c51的复位电路43.1.3 at89c51的引脚功能43.2 数据存储器的扩展63.3 led显示器103.4 a/d转换接口103.4.1 a/d转换器的基本工作原理及器件简介103.4.2 adc0809与at89c51单片机的接口设计133.5 单总线数字温度传感器ds1820143.5.1ds1820 的主要特性143.5.2ds1820的工作原理144 系统的软件设计164.1 设计方法164.2 主程序的分析与说明165 系统实验应用.175.1实验蔬菜大棚简介.175.1.1实验大棚结构特点.175.1.2实验大棚内温度特点.175.2温度传感器测试实验.185.3显示及报警实验.19结论.20参考文献21iii钟山职业技术学院1 概述想要长出好的蔬菜，蔬菜大棚的温度控制是非常重要的，温室环境测控，即根据植物生长发育的需要，自动调节温室内环境条件的总称。现代化温室，通过传感器技术、微型计算机及单片机技术和人工智能技术，能自动测控温室的环境，其中包括温度、湿度、光照、c02浓度等，使作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的。传统的环境测控管理采用模拟控制仪表和人工管理方法，工作效率低。随着微机技术的发展，逐步采用配置灵活、开放式结构、运算能力较强、高可靠性、完善的开发手段及具有数据处理、统计分析、打印报表等功能的测控系统所代替，取得了较好的经济效益。随着国民经济的迅速增长，现代农业得到长足发展，受控农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室工程已成为工厂化高效农业的一个重要组成部分。支持温室工程的相关技术，如温室环境复杂系统的建模技术与专家决策支持系统、温室环境智能测控技术研究与系统开发、温室环境调配工程技术与设施研究等已成为当前该领域的关键技术和研究热点问题。研究温室环境信息进行模拟、分析、预测，研究开发基于作物成长栽培环境的温室环境多因子智能化综合测控系统，研究高效生产的温室环境综合测控模式与配套设施等将是今后主要研究内容。目前，我国农业正处在从传统农业向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。农业环境控制工程作为农业生物速生、优质、高产手段是农业现代化的标志，农业设施的自动检测与控制是我国急待发展的项目。应用自动控制和电子计算机实现农业生产和管理的自动化，是农业现代化的重要标志之一。 温度监测预警系统是针对蔬菜大棚温度监测而设计，同时也可用于粮食仓储、冷库及烟叶发酵等场合的温度监测。蔬菜大棚作为一个相对封闭的环境，其内部形成了一个小气候环境，良好的空气环境是蔬菜正常生长的重要条件。为了增产、增收，要注意大棚内部的气体、温度和湿度3个重要因素。气体主要是指棚内的二氧化碳的含量。当空气中的二氧化碳浓度提高到0.1%时，可使蔬菜的光合作用速率增加 1 倍以上，增产20%80%；若使二氧化碳浓度降至0.005%时，光合作用几乎停止。蔬菜生长的适宜温度为 2030。大棚内白天增温快，当棚外平均气温为 15时，棚内可达 4050。因此，要适时调节棚内温度，避免高温危害。塑料大棚经常处于密闭状态，蒸发量大大减小，内部湿度一般在80%90%，湿度过大极易导致病虫害的发生。现在对大棚内气体、温度和湿度的有效调节，主要是通过适时的通风来实现。二氧化碳含量过大和湿度过大都会导致温度升高。通过调节温度可以有效地控制二者的浓度。因此，对棚内温度的控制是非常重要的。本文介绍的分布式单总线蔬菜大棚温度监测预警系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温度，通过对温度的良好控制，有效地提高蔬菜的产量。2 蔬菜大棚的系统设计2.1 控制系统整体结构1、温度传感器 温度传感器的作用是采集大棚内的温度，并进行判断和显示。由于智能温度传感器ds18b20既能对温度进行测量，又能设定所需要控制的温度，并对温度值能够把二进制转换成十进制，所以本设计系统中选用智能温度传感器ds18b20。信息经过单线接口送入ds18b20或从ds18b20送出，传感器和数字转换电路都被集成在一起，每个ds18b20在出厂时都已给定了唯一的64位序列号，并且ds18b20只有一个数据输入/输出口，因此，多个ds 18b20可以并联到3或2根线上，cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20进行通信，而它们只需简单的通信协议就能加以识别，这样就节省了大量的引线和逻辑电路。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。用户还可自设定非易失性温度报警上下限值，并可用报警搜索命令识别温度超限的ds18620。由于该温度计采用数字输出形式，故不需要a/d转换器。2、单片机控制系统 本系统中的单片机选用at89s51做控制器。主要功能是:实现对数字量的采集，并把采集来的数据在lcd液晶显示器上进行显示;可以通过键盘设置参数，可以进行声光报警;可以通过按键来完成手动/自动控制方式的切换;可以通过串行接口把采集到的数据和控制信息传送至上位机，可以接收上位机命令实现参数设置;可以进行输出控制。2.2 系统的工作原理采用单总线技术设计的温度监测系统。整个系统以at89s51单片机为主机，其他设备为从设备。单片机通过rs-485总线与pc机通讯。pc机作上位机进行实时监控管理，控制器选用max813l组成上电复位和看门狗电路。该系统只要一条双绞线(一根为信号线，一根为地线)从单片机拉向监控现场，然后将各种监控对象(传感器)挂接在一根总线上就可以了。本系统通过单总线可以挂接很多个智能温度传感器ds18b20，用于温室大棚内不同地方的温度测量和控制。图中只画出了一个监控现场的配置，其布线接头与通常电话线路使用的一样，插入和拔出都很方便。该温度测控系统的工作原理就是进行计算机编程和单片机编程，使智能温度传感器ds18b20正常工作，去检测大棚内实际的温度，并由数字显示电路显示出当时的温度值。如果采集的温度值高于上限报警温度，系统将发出报警，并同时起动制冷设备，把温度降下来，当温度降到一定的程度，即低于上限复位值时，立即关闭制冷设备，使制冷设备停止工作。当采集的温度值低于下限报警温度值时，系统又发出报警，并同时起动制热设备，使大棚内的温度上升，当温度上升到一定的程度，即高于下限复位值时，立即关闭制热设备，使制热设备停止工作，从而使温室大棚的温度值维持在一定的范围内。3.蔬菜大棚系统的硬件设计3.1 系统主控制器部分设计3.1.1 at89c51的工作原理 1 cpu的结构 cpu是单片机内部的核心部分，是单片机的指挥和执行机构，它决定了单片机的主要功能特性。从功能上看，cpu包括两个基本部分：运算器和控制器。下面说明控制器和运算器。 1）运算器 运算器包括算术逻辑运算部件alu、累加器accc、b寄存器、暂存寄存器tmp1和tmp2、程序状态寄存器psw、bcd码运算调整电路等。 2）时钟电路at89c51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为xtal1，输出端为xtal2。在txal1和xtal2两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激振荡器，如图2-1所示。电容器c1和c2通常都取30pf左右，选用不同的电容量对振荡频率有微调作用。但石英晶体本身的标定频率才是单片机振荡频率的决定因素。其振荡频率范围是112mhz。图3-1 时钟电路本设计考虑系统的独立完整性，选用内部时钟方式，石英震荡频率选用12mhz，ale信号频率为2mhz。2 i/o口结构：at89c51单片机有4个8位并行i/o接口，记作p0、p1、p2和p3，每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。每一条i/o线都能独立地用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器（即特殊功能寄存器p0p3），一个输出驱动器和输入缓冲器，作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲，但是这四个通道的功能完全不同。3 程序存储器及数据存储器1）程序存储器对at89c51芯片来说，片内有4k字节rom/eprom，片外可扩展60k字节eprom，片内和片外程序存储器统一编址。在程序存储器中，有6个地址单元被保留用于某些特定的地址，如下表2-1所示。2）数据存储器at89c51数据存储器空间也分为内片和外片两大部分，即片内数据存储器ram和片外数据存储器ram。如何区别片内、片外ram空间呢？片内数据存储器最大可以寻址256个单元，片外最大可扩展64k字节ram，并且片内使用的是mov指令，片外64k rom空间专门为movx指令所用。4 定时器at89c51单片机的内部有两个16位可变成定时器0（t0）和定时器1（t1），它们都有定时或是事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。表3-1 at89c51的复位、中断入口地址 入口地址 说明 0000h复位后，pc=0000h 0003h外部中断 入口 000bh定时器t0溢出中断入口 0013h外部中断 入口 001bh 定时器t1溢出中断口 0023h串行口中断入口它们具有计数和定时两种工作方式以及四种工作模式。定时器t0具有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。t1具有方式0、方式1和方式2三种工作方式。5 中断系统at89c51单片机有五个中断请求源。其中，两个外部中断源；两个片内定时器/计数器（t0、t1）的溢出中断源te0和tf1；一个片内串行口接受或发送中断源ri或ti。这些中断请求分别由单片机的特殊功能寄存器tcon和scon的相应位锁存。当几个中断源同时向cpu请求中断，要求cpu提供服务的时候，就存在cpu优先响应哪一个中断请求，于是一些微处理器和单片机规定了每个中断源的优先级别。3.1.2 at89c51的复位电路at89c51单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位两种方式。本设计采用上电复位电路，所谓上电复位，是指单片机只要一上电，便自动地进入复位状态。在通电瞬间，电容c通过电阻r充电，rst端出现正脉冲，用以复位。3.1.3 at89c51的引脚功能at89c51的40条引脚中，有2条专用于主电源的引脚，4条控制和其他电源复用的引脚，32条输入/输出引脚。如图2-3所示，下面介绍主要引脚的名称和功能：1）主电源引脚vcc和vssvcc：接+5v电源。vss：接电源地。2）时钟电路引脚xtal1和xtal2xtal1：接外部晶体的一端。在单片机内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在采用外部时钟电路时，对于hmos单片机上，此引脚必须接地；对at89c51单片机，此引脚作为驱动端。xtal2：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。若采用外部时钟电路时，对于hmos单片机上，该引脚输入外部时钟脉冲；对at89c51单片机，此引脚应悬空。图3-2 复位电路图3-3 at89c51主要引脚图3）控制信号引脚rst/、ale/、和/rst/：复位/备用电源输入端。单片机商店后，只要在该引脚上输入24个振荡周期（2个机器周期）宽度以上的高电平就会使单片机复位；若在rst与vcc之间接一个10f的电容，而在rst与vss之间接一个8.2k的下拉电阻，则可实现单片机上电自动复位。4）输入/输出（i/o）引脚p0、p1、p2和p3p0.0p0.7：p0口是一个8位双向i/o端口。在访问片外存储器时，它分时提供低8位地址和作8位双向数据总线。在eorom编程时，从p0口输入指令字节；在验证程序时，则输出指令字节（验证时，要接上拉电阻）。p0口能以吸收电流的方式驱动8个lsttl负载。p1.0p1.7：p1是8位准双向i/o端口。在eprom编程和程序验证时，它输入低8位地址。p1口能驱动4个lsttl负载。p2.0p2.7：p2是8位准双向i/o端口。在cpu访问外部存储器时，它输出高8位地址，在对eprom编程和程序检验时，它输入高8位地址。p2口可驱动4个lsttl负载。p3.0p3.7：p3是8位准双向i/o端口。它是一个复用功能口，作为第一功能使用时，为普通i/o口，其功能和操作方法与p1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如下表。p3口的每一条条引脚均可以独立的定义为第一功能的输入输出或第二功能。p3口能驱动4个lsttl负载。表3-2 功能表 口线 第二功能 p3.0rxd（串行口输入） p3.1txd（串行口输出） p3.2（外部中断0输入） p3.3（外部中断1输入） p3.4t0（定时器0的外部输入） p3.5t1（定时器1的外部输入） p3.6（外部数据存储器“写”信号输出） p3.7（外部数据存储器“写”信号输出）3.2 数据存储器的扩展at89c51片内喊有28字节的数据存储器ram，主要用工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器。对于简单的测控系统，用它存放运算的中间结果，容量是够用的。但是对于大量数据采集处理系统，则需要在片外扩展ram。由于本设计采用大量温湿度传感器，所以一片at89c51芯片是不够用的，所以要对at89c51的数据存储器进行扩展，因此，选用6264数据存储器一片。6264可以直接和存储器的地址线并联，数据地址线也同样可以并联连接。6264的写选通信号信号连接到at89c51的上，读选通信号连接到at89c51的上，这样单片机就能把程序采集来的数据。经过变换最终转换成数字温度量存放到6264中，也可以6264中读取数据7，具体的连接如下图2-4所示：8255a中的控制寄存器很少，所以初始化程序设计简单。对于方式0，如果不要设定c口的联络信号，则只需要设置方式控制字；如果要设定c口的某些位为联络信号，则只需设置c口的位置/复位控制字。对于方式1和方式2，因为都要用到控制信号，所以必须设置两个控制字，即设置方式选择控制字和c口复位控制字。8255有40个引脚，下面根据功能分类说明。图3-4 at89c51与地址6264的连接1） 数据线数据线有d7d0，pa7pa0，pb7pb0，pc7pc0，均为双向三态，其中d7d0与cpu数据总线相连，用于传递cpu与8255之间的命令和数据；pa7pa0，pb7pb0，pc7pc0，分别与a、b、c三个端口相对应，用于8255a与外设之间的传送数据。2） 寻址线寻址线、和，用于选择8255的三个端口和控制寄存器。：片选信号，输入，低电平有效。有效时表示选中本片。和：输入，通常与系统地址总县的和对应相连。当有效时，和的四种组合00、01、10、11分别选择a、b、c、口和控制寄存器，所以一片8255a共有4个i/o地址。3） 控制线：读信号，输入，低电平有效。当为低电平时，表示cpu对8255a进行读操作。：写信号，输入，低电平有效。当为低电平时，表示cpu对8255a进行写操作。reset：复位信号，输入，高电平有效。当reset为高电平时， 8255a内部所有寄存器清零。各端口都自动设置为输入方式，24条i/o引脚均为高租态8。4） 电源和地线采用单一+5v电源。8255a的控制信号和传输动作之间的关系如表2-3所示表3-3 8255的控制信号和传输动作对应关系 传输说明0 0 00 0 10 1 00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 1 10 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 11 1a口数据数据总线b口数据数据总线c口数据数据总线数据从数据总线a口数据从数据总线b口数据从数据总线c口数据从数据总线控制寄存器进入高阻态非法进入高阻态 8255a的引脚信号如图3-5所示：图3-5 8255a引脚at89c51和8255a的接口：8255a可以直接与mcs-51总线接口，其接口电路如图2-6所示图2-7中，8255a的片选信号及口地址选择线a0、a1分别由at89c51的p2.7和p0.1、p0.0经地址锁存后提供，所以，8255a的a口、b口、c口及控制口的地址分别为6000h、6001h、6002h、6003h。8255a的、分别与at89c51的、相连，8255a的reset与at89c51的rst相连。都接到at89c51的复位电路上。对8255初始化的程序如下：mov a ，#80h ；置方式控制字 方式0mov dptr，#6003h 指向8255口地址movx dptr a本设计采用8255的a口b口连接led显示器，用c口进行报警和相应设备的启动，所以pa口pb口pc口的地址分别为6000h，6001h和6002h。图3-6 8255a和at89c51的连接3.3 led显示器 led显示器的结构 led显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。其外形结构如图2-7所示，由图可见它由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合来显示出09、a、b、c、d、e、f以及小数点“.”等字符。 图3-7 led显示器的结构表3-4列出七段led显示器（共阴极）显示的数字、字符和对应的段码关系。共阳极显示器的段码与共阴极显示器的段码是逻辑非的关系，所以对表3-4中的共阴极显示器的段码求反，即可得到共阳极显示器的段码。led显示器的显示方法本设计显示需要使用2855和7位共阳极显示器的接口电路。8255的a作为位扫描口，经反向驱动器75452接显示器公共阴极；b口作为段数据口，经同相驱动器7407接显示器的各个阳极。表3-4 数字对应的段码表示字符 dp g f e d c b a段码（h）0123456789abcdefp.空格0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 1 1 10 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 0 0 10 1 0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 3f065b 4f666d7d077f6f777c395e7971738000对于6位显示器，在at89c51ram存储器中设置7个显示缓冲单元70h76h，分别存放7位显示器的显示数据。8255的 a 口扫描输出总是只有1位高电平，即7位显示器中仅有1位公共阳极为高电平，其他位为低电平8255的b口输出相应位然后对其他6位巡回显示，如果小数点位固定可以通过对指定位进行置位或者清零来实现。3.4 a/d转换接口3.4.1 a/d转换器的基本工作原理及器件简介a/d转换器的种类繁多、特性各异。在设计数据采集系统、测控系统和智能仪器仪表时，应选择性能合适、性能价格比高的a/d转换器芯片。本设计选择的a/d转换器芯片为adc0809。adc0809是8路8位逐次逼近型a/d转换cmos器件，在过程控制和机床控制等应用中，能对多路模拟信号进行分时采集和a/d转换，输出数字信号通过三态缓冲器，可直接与微处理器的数据总线相连接。adc0809的内部结构原理图如图3-8所示，芯片的主要组成部分是一个8位逐次比较型a/d转换器。为了实现8路模拟信号的分时采集，片内设置了带有锁存功能的8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存和图3-8 adc0809原理图译码电路，可对8路05v的输出模拟电压进行分时转换，转换后的数据送入三态输出数据锁存器。adc0809的主要特性如下：（1） 分辨率为8位。（2） 最大不可调误差小于。（3） 可锁存三态输出，能与8位为处理器接口。（4） 输出与ttl兼容。（5） 不必进行零点和满度调整。（6） 单电源供电，供电电压为5v。（7） 转换速率取决于芯片的时钟频率，时钟频率范围是：101280khz。当时钟频率选为500 khz时，对应的转换时间为128s。adc0809芯片的引脚如图3-9所示，引脚功能说明如下；：8路模拟信号输入端。：8位数字量输出端。start：启动控制输入端，高电平有效，用于启动adc0809内部的a/d转换过程。ale：地址锁存控制输入端。ale端可与start端接在一起，通过软件输入一个正脉冲，可立即启动a/d转换。clk：时钟信号输入端。adda（addb、addc）：8路模拟选通开关的3位地址选通输入端；其地址码与输入通路的对应关系如表3-5所示。图3-9 adc0809内部结构图：供电电源输入端。（+）：参考电压正端。（）：参考电压负端。表3-5 地址和通道的对应关系地址码addc addb adda对应的输入通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 in0 in1 in2 in3 in4 in5 in6 1 1 1 in73.4.2 adc0809与at89c51单片机的接口设计adc0809与单片机at89c51的硬件接口方式有：查询方式、中断方式和等待延时方式。采用中断方式不浪费cpu的等待时间，但是如果a/d转换时间较短，也可以用程序查询方式和等待查询延时方式。下面介绍两种最常用的方式：查询方式和中断方式。1） 查询方式adc0809与单片机at89c51的硬件接口如图3-10所示：图3-10 adc0809与单片机at89c51的硬件接口电路由于adc0809具有三态输出数据锁存器，其8位数据输出端可以与数据总线相连。地址选通端adda、addb、addc分别与at89c51地址总线的低三位、相连，用于选通中的某一个通道。由于ale和start连在一起，ale=start=，adc0809在锁存通道地址的同时启动a/d转换。在读取a/d转换结果时。oe=产生的正脉冲信号用于打开三态输出锁存器。adc0809的eoc信号与at89c51的p1.0相连，作为a/d转换是否结束的状态信号供t89c51查询。采用查询方式分别对8路模拟信号顺序采样，并依次把a/d转换结果转存到数据存储区，其采样转换程序如下：mov templ0 ，#08h ；设置通道个数mov r1 ，2ah ；置数据区首地址mov dptr ，#5000h ；指向通道0start： movx dptr ， a ；启动a/d转换 mov r3 ， #32 ；设置延时时间loop100：djnz r3 ，loop100 ；延时完成？test： nb p3.3 ，test ；标志位为1？不为等待 movx a ，dptr ；取出a/d转换值 mov r1 ， a ；送入数据区 inc r1 ；指针加1 cjne r1 ，#2fh， start；判断数据区满？2） 中断方式adc0809作为at89c51单片机的一个外部扩展并行口i/o口，口地址取决于所连接的中断口，选通通道取决于地址地位，中断方式的主要特点是将转换完成信号接在单片机的中断口上，转换完成a/d转换器发出信号单片机把它当作一个中断来处理。所以本设计中a/d转换器连接成查询方式。3.5 单总线数字温度传感器ds18203.5.1ds1820 的主要特性 ds1820 有下列主要特性 : 1）只需一根 i/ o 线就能完成通信 ; 2）多个分散的 ds1820 可以共用一线进行通信; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通过数据线供电 ; 5）检测温度范围为 - 55 + 125c ,精度在0. 5度 ; 6）用 9bit 数字量来表示温度 ; 7）每次将温度转换成数字量需 200ms ; 8）可定义一个不变化的温度设置为报警温度; 9）有 pr35 t 和 ssop 两种封装型式。3.5.2ds1820的工作原理 ds1820的引脚排列如图3-11所示。i/o位数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。是可供选用的外部+5v电源端，不用时需接地。gnd为地，nc为空脚。图3-11 ds1820的引脚图ds1820测量温度时使用特有的温度测量技术，其测量温度框图如图3-12所示。内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以冲过门电路，而当达到某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。什么记性你怎么26smjxnzm126图3-12 ds1820测温原理框图4 系统的软件设计4.1 设计方法本温度控制系统在设计过程中，遵循的是稳定化、高效化、简单化、小型化的特点，最大限度提高系统的性价比。应用软件采用模块化的程序设计方法，这种条理清晰的设计方法免去一部分软件的重复编程，然后组合成符合要求的应用程序，因此本应用软件分为两大部分：主程序和子程序设计。4.2 主程序的分析与说明主程序是调控系统的神经中枢，它被rom中，系统上电复位后执行一个跳转指令条通过中断区就开始执行主程序。5 系统实验应用5. 1实验蔬菜大棚简介 本系统选用位于寿光市高科技蔬菜示范园内的蔬菜大棚为实验对象。该部分大棚为寿光市政府出资建设，承包给附近农村的大棚蔬菜种植户管理，种植的都是一般的经济作物。5.1.1实验大棚结构特点 这部分大棚为寿光最新型的第六代钢架冬暖塑料大棚，剖面图如图4-1所示。 图5-1大棚剖面图 在结构上，此大棚具有以下特点:(1)棚长90米，棚脊高4米，南北跨度11米，每间4. 5米。(2)大棚以后墙为承重结构，同时要求具有较好的保温性能，因此，后墙和山墙均采用了复合保温墙体，墙体结构为375mm粘土砖十150mm聚苯乙烯板+375mm粘土砖。(3)覆盖材料为草帘和聚乙烯多功能复合薄膜，聚乙烯多功能复合薄膜为在聚乙烯树脂中加入多种功能性助剂挤压的薄膜，具有保温、耐晒、无滴及长寿等多种功能，采用这种薄膜覆盖，温室、大棚内温度上升快，保温效果好，使用期可达12-18个月。(4)大棚骨架为新型超强无支柱大棚骨架，以普通优质化工原料(轻烧粉氧化镁、氯化镁)、增强加筋材料以及轻质保温材料复合而成，与传统大棚骨架相比，以其高强度、大跨度、无支柱、自重轻、土地利用率高、采光及保温性能好、建造成本低等特点。5.1.2实验大棚内温度特点 温度环境是作物赖以生存和生长的环境因子，温室设施内的气温、地温对作物的光合作用、呼吸作用、光合产物的输送、根系的生长和水分、养分的吸收有着显著的影响。1、蔬菜大棚内温度变化特点大棚内温度环境受到室外环境特别是室外温度和太阳辐射的强烈影响，太阳辐射影响大棚光环境的同时也是构成温室温度环境的主要热量来源之一。此外，室外空气温度、湿度、风速、风向等也是温室温度扰量，室内扰量包括采暖系统、照明及其他设备的散热，作物及土壤散热、散湿等。在这些扰量作用下，温室内的空气始终保持着动态平衡。不加温大棚内气温的变化基本与太阳辐射保持同步。晴天上午随着太阳辐射的逐渐增强，室内气温迅速提高，最快每小时可提高50c-70c，直到下午13: 00-14: 00，室内气温达到最高。午后，随着太阳辐射的减弱，室内气温每小时可降低40c-5 0c。日落后，气温继续下降，但速度明显减慢。室内气温在日出前后达到最低。2、大棚内温度分布大棚内温度的空间公布是不均匀的，受到太阳辐射的不均匀性、采暖系统和降温系统的设备布置位置和室外气象等诸多因素的影响。总体而言，热空气上浮，冷空气下降因此大棚气温上部高于下部，在保温条件下，室内垂直方向的温差可达4-6c.室外风的作用会引起棚内温度分布的不均匀。密闭大棚上风侧温度往往高于下风侧，这是因为在外部风压作用下，棚内中上层空气沿风向移动，导致近地面被加热的空气逆风向移动到上风向，从而带来棚内温度空间分布的不均匀性。针对棚内温度的不均匀性，本系统采用了ds18b20单线数字温度传感器，在一条线上可以接多个温度传感器，能准确采集到棚内不同位置区域的温度值。3、作物对温度的要求 作物的生长发育要求在一定的温度条件下进行，而且只有热量累积到一定的数量以后，才能完成其生育过程并获得产量。在生育期间温度过高或过低，都会给作物带来不利影响，从而造成减产甚至绝产。作物生长发育的适宜温度具有一定的变化范围，既适宜温度范围。作物都有各自的最低温度、最适温度、最高温度“三基点温度”。4、大棚温度调节与控制作物的物质产量总量，是由每天生产的物质生产量累积起来的。温度是作物成长过程中最重要的一个环境因子，温度对物质生产的影响，首先表现在，一昼夜间温度对光合作用、产物输送与呼吸消耗的综合影响。每天温度管理的目的，就是要增加光合作用的产物及促进产物的输送、储存和有效分配，抑制不必要的呼吸消耗。与恒温管理相比，变温管理不仅可以增加产量，而且可以提高产品品质，同时可以节约能源寿光地处我国北方地区，冬季温度较低，目前蔬菜大棚应用较多的保温措施主要有:选用导热性差的透光覆盖塑料膜，改进覆盖塑料膜的安装方法，提高温室密闭性，在塑料薄膜外附加草帘保温层，改变大棚结构形式增加采光量。与保温加温相比，棚内降温是引起研究者更多关注的一个方面。目前寿光蔬菜大棚传统的降温方法主要是观测棚内温度计然后人工自然通风。这不仅浪费人力而且温度调节缓慢容易出现大的偏差。因此对较大规模的大棚蔬菜生产，采用本系统利用单片机为核心的温度自动控制系统来调节棚内温度是完全有必要的。随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制便成为一个十分重要的课题。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低。如果过高，就对大棚进行降温处理;如果过低，就对大棚进行升温处理。这些操作都是在人工情况下进行的，既耗费了大量的人力物力，又容易发生差错。现在，随着国家经济的快速发展，农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。大型温室大棚的建设对温度检测技术也提出了越来越高的要求。5.2温度传感器测试实验本实验采用ds18b20温度传感器对水温进行测量，测量值在lcd上显示，并用测温范