毕业设计（论文）-基于单片机的大棚温室自动控制系统设计.doc

北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 目目 录录 目 录.1 摘摘 要要.2.2 第一章第一章 概述.5 第二章第二章自动控制系统的设计自动控制系统的设计. 第三章第三章 比例微积分控制原理比例微积分控制原理. 3.1 比例积分调节器（PI). 3.2 PID 调节器. 第四章第四章 可控硅及其工作原理可控硅及其工作原理. 4.1 可控硅结构. 4.2 可控硅特性. 4.3 单相可控硅整流电路. 第五章第五章 温度传感器温度传感器. 51 铂电阻. 52 热敏电阻. 5.3 热电偶. 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 5.4 半导体 PN 结温度传感器. 第六章第六章 数摸转换原理数摸转换原理. 6.1 分辨率与量化误差. 6.2 梢度. 6.3 转投时间和转换速率. 6.4 接 g 时注意的问题. 第七章第七章 具体方案设计具体方案设计. 71 实施方案及分析. 72 单元电路设计. 第八章第八章 工作原理与编程工作原理与编程. 致谢致谢. . 参考文献参考文献 . 摘要摘要 本设计为一闭环控制系统，由 89C51 单片机，A/D 转换电路， 温度检测电路，湿度检测电路、控制系统组成。温度检测电路将 检测到的温度转换成电压，该模拟电压经 ADC0809 转换后，进 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 入 89C51 单片机，单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风 扇或电炉驱动电路，当棚内温度在设定范围内时，单片机不对风 扇或电炉发出动作。实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气 湿度的检测，监控，并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行 实时处理，使大棚环境得到了良好的控制。 该设计还具有对温度的实时显示功能，对棚内环境温度的预 设功能。 第一章第一章 概述概述 大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型。其 主要功能是采用电路来自动控制室内的温度，以利于植物的 生长。温室的性能指标： 1温室的透光性能 温室是采光建筑，因而透光率是评价温室透光性能的一项 最基本指标。透光率是指透进温室内的光照量与室外光照量 的百分比。温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室 骨架阴影率的影响，而且随着不同季节太阳辐射角度的不同， 温室的透光率也在随时变化。温室透光率的高低就成为作物 生长和选择种植作物品种的直接影响因素。一般，连栋塑料 温室在 50%60%，玻璃温室的透光率在 60%70%，日光温 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 室可达到 70%以上。 2温室的保温性能 加温耗能是温室冬季运行的主要障碍。提高温室的保温性 能，降低能耗，是提高温室生产效益的最直接手段。温室的 保温比是衡量温室保温性能的一项基本指标。温室保温比是 指热阻较小的温室透光材料覆盖面积与热阻较大的温室围护 结构覆盖面积同地面积之和的比。保温比越大，说明温室的 保温性能越好。 3温室的耐久性 温室建设必须要考虑其耐久性。温室耐久性受温室材料耐 老化性能、温室主体结构的承载能力等因素的影响。透光材 料的耐久性除了自身的强度外，还表现在材料透光率随着时 间的延长而不断衰减，而透光率的衰减程度是影响透光材料 使用寿命的决定性因素。一般钢结构温室使用寿命在 15 年以 上。要求设计风、雪荷载用 25 年一遇最大荷载；竹木结构简 易温室使用寿命 510 年，设计风、雪荷载用 15 年一遇最大 荷载。 由于温室运行长期处于高温、高湿环境下，构件的表面防 腐就成为影响温室使用寿命的重要因素之一。钢结构温室， 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 受力主体结构一般采用薄壁型钢，自身抗腐蚀能力较差，在 温室中采用必须用热浸镀锌表面防腐处理，镀层厚度达到 150200 微米以上，可保证 15 年的使用寿命。对于木结构或 钢筋焊接桁架结构温室，必须保证每年作一次表面防腐处理。 第二章第二章 比例微积分控制原理比例微积分控制原理 3 31 1 比例积分调节器比例积分调节器(PD)(PD) 比例调节器具有误差，为解决此问题，可引入积分 (Inte6raI)环节，其方块图见图 433l 比例微分调节器对 误差的任何变化，都产生一个控制作用比，阻止误差的变化。 c 变化越快，pd 越大，输出校正量也越大。它有助于减少超 调，克服振荡，使系统趋于稳定；同时加快系统的响应速度， 减小调整时间，从而改善了系统的动态特性。它的缺点是抗 干扰能力变差。 3 32 2 PIDPID 调节器调节器 积分器能消除镕差，提高精度，但使系统的响应速度 变慢、稳定性变环。微分器能增加稳定性，加快响应速度。 比例器为基本环节。三者合用，选择适当的参数，可实现稳 定的控制。 图 437 为 PID 调节器的方块图。 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 第三章第三章 自动控制系统的设计自动控制系统的设计 自动控制系统的各个环节的特性一般是给定的，如机械、 气动、电动、液压等设备。在设计自动控制系统时，采用加 入“个专门用来校正(补偿)系统特性的环节(校正环节)， 来改变系统特性，使其符合给定的特性要求。实现该环节的 装置，称为校正装置或调节器。设计自动控制系统主要招校 正装置的设计。由于开习；系统一船达不到控制的要求，因 而自动控制系统均采用闭环(反馈)控制方法。在采用串联校 正时。 自动控制系统的设计步骤 给出系统所要求的特性(期望特性)。 由控制目的、静态特性等要求来选择系统各元件 (如电护、电动机等)。 对该系统进行系统特性分析，并与系统的期望特 性进行比较，由比较的结果来求取校正装置的特性。 检验由此设计出的系统所具有的特性，若不满足， 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 则更新修改校正装置的特队直至校合要求为 d：具体的设计 方法有时域法、频率法和根轨迹法。 时域法即按前面介绍的 方法对系统进行分析，选择适当的校正装 2，定性、稳态误 差、超调量、过渡时间等的要求。频率法即分析系统的频率 特性，选择适当的校正装置以改变其对数频率特性的形状， 以满足对系统稳态误差、相位裕量和截止频率的要求。所谓 频率特性，是在正弦量输入下，系统的输出稳态分量与输入 稳态分量的复数比，邱 o(J。)表示。只要将传递函数中的 用加替代，就可得到系统的频率特性。由于酸(JQ)是以复 致形式表示，故其幅值可表示为称为幅位频率特性。 其相角可表示为按系统的频率特性，可分析系统的稳定 性、过渡特性和稳态误差。根轨迹法即分析闭环传递函数的 根的轨迹，然后选择适应的校正装置，以满足对系统稳定竹、 稳态误差和动态响应等的要求。 由于难以求解高阶特征方程，故在分析特征方程的根与 方程中参数的关系时，采用很的轨迹的方法。即按特征方程 式的根(它们为复致)所必须满足的增益条件和相位条件并列 用根轨迹的特性来作出根的轨迹。 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 第四章第四章 可控硅及其工作原理可控硅及其工作原理 可控硅为大功率直流元件(SCR)，硫氏 4 41 1 可控硅结构可控硅结构 可控硅由 P1H1PaN2 四层半导体材料制成，可用 P1N1P2 和 NlP2N2 两个三极管等效。阳极 A、控制极 o、阴极 K 达三 个电极，其结构如图 329 所示。除了一班的单向可控桂外， 现在还有双向可控桂(YRIAC)，它等价于两个单向可控桂并联， 可双向导通。 4 42 2 可控硅特性可控硅特性 当照极电位高于阴极电乎，控制极电流 18 增大到一定值 (触发电流)时，可控硅由截止转为导通，一旦导通以后，Ig 即使为 o，可控桂仍保持导通，直至阳极电位小于等于阴极 电位为止，即阳极电流小于维持电流时可控桂才由导通变为 截止。 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 4 43 3 单相可控硅整流电路单相可控硅整流电路 图 330 是一个最简单的单相半波可控整流电趴在 uAxo 且 Ig 大于触发电流时 scR导通，负载(电热丝)上才 有电流流过，输出波形为部分半波交流电 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 第五章第五章 温度传感器温度传感器 温度传溉器将温度信号变换成电阻或电压信哥，它有多种 类型，各种温度传感器变换特性和适用范用也不相同。 5 51 1 铂电阻铂电阻 铂是一种贵金属，铂在氧化性介质中的物理化学性能稳 定，尤其是耐氧化的能力 6，此外它容易提纯、工艺简单， 可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔，有较高的电阻牢，是一 种理想的热电阻材料，铂电阻具有精度高、稳定性好、性能 可靠等优点。铂电阻的温度测量范围在200一十 850左 右，在小于?oo时，非线性误差小于 o喇，它的电阻值月 和温度 f 之间的关系可以近似地表示为： 只A6 十 B A，B 为常数。A 为热敏系数(AR)。 铂电阻的阻值比较小，常用的有 PLlo 和 Ptloo，它们在 o的阻值分别为 109 和 looQ，温医阻值换算关系如表 3 2 所示。铂电阻是一种高性能的金属热电阻，相应地价格较 责，在被测温度较高精度也要求高的微机温度控制系统中， 广泛地用铂电阻作热电阻传感器。然而在精度要求不高测量 温度较低的场合可以用另一种金属热电阻一一铜电阻作热传 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 感器。饲电阻可用来测量一 50 宅一十 1io的温度，在该范 围内铜电阻和温度基本呈线性关系：只。及。(1 十。f)， 温度系数。!42ixlo”e”428X10”。铜电阻 的缺点是电阻率小，一定阳值的钢电阻体积比铂电极大，温 度超过 loo时容易氧化。 5 52 2 热敏电阻热敏电阻 热敬电阻是一种半导体热电阻，按半导体电阻随温度变 化的典型特性，热敏电阻有三种灸型；负温度系数热敏电阻 (NTC)、正温度系数热敏电阻(PTC)和临界温度电阻器(CTR)， 5 53 3 热电偶热电偶 两种不同的导体(或半导体)A、B 组成闭合回路(见图 3 14)时，当 A、B 相接的两个接点温度不同时，则在回路中产 生一个热电动势，这种现象称作热电效应。达两种不同导体 (或半导体)的组合称为热电娟。每根单独的导体(或半导体) 称为热电权。两个接点中一端称为工作端(亦称测量端或热端)， 如 t 端，另一瑞称为自由淌(亦称冷端)如 to 缩。 5 54 4 半导体半导体 PNPN 结温度传感器结温度传感器 这种传感器是利用半导体二极管的 PN 结正向压降随温度 升高而下降的特性制成的，传输特性为非线性，灵敏度约为 一 9ny，测量温度范围为“40“们 50，它的价格低， 但需使用恒压源馈电。 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 第六章第六章 数摸转换原理数摸转换原理 6 61 1 分辨率与量化误差分辨率与量化误差 AD 转换器的分辨率是指转换器所能感受到的模拟输入 的最小变化值。通常定义为满刻度电压值与 2之比值。也 可以用 1L5D 对应满量程的百分数来表示，或者用 ppm 来表示， 1lo。ppm。例如 ADC0809 的位数为 8 位，则该转换器的 输出数据可以用 2个二进制数进行量化。如用百分数来表 示，其分辨率为： 12“loo12looo39 又如 5G14433 双积分 AD 转换器，输出是为 3 位半 BCD 码的转换器 1999，用百分数表示其分辨率为： 11999l oo005 实际上，无论是 AD 转换器还是 DA 转换器，当其位 数确定以后，分辨率就已确定，分辨率只是一个设计参数， 它不能提供有关精度和线性度的任何信息。依分辨率的高低， AD 转换器可分为三种类型：低分辨串为 38 位、中分辨 率为 912 位、高分辨率为 13 位以上。一般分辨率越高，其 价格也就越高。员化误差是由于 AD 转换器的分辨率有限所 引起的误差，其大小通常规定为土 12LsB。因此，系统设 计者必须选择具有足够分辨串的转换器，才能将这种“数字 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 化的噪声”降低到可接受的值 6 62 2 梢度梢度 AD 的转换精度是反映实际 AD 转换器在量化值上与一 个理想 AD 转换器的差值，可表示成绝对误差和相对误差。 绝对误差的大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。 实际上对应于同一个数宁量输出，其模拟量输入并不是一个 固定的值，而是有个范围。绝对误差包括增益误差、零点 误差和非线性误差等。相对误差是指绝对误差与满到度值之 比，一般用百分数()来表示。对 AD 转换器也常用 ppm(百万分之一)或最小有效位的当量 LSB 来表尔： 1ISB12“满刻度值。 6 63 3 转投时间和转换速率转投时间和转换速率 AD 转换器完成一次转换所需的时间叫转换时间。而转 换速率是转换时间的倒数。AD 转换器按转换速度可分为三 类。 (1)低速：以双积分转换方式多见，其转换时间较长，一 般要大于 40 一 50ms。但由于双积分式 AD 转换器外接器件 少，使用十分方便，而且具有极高的性能价格比，因此在一 些非快速的 AD 转换通道中仍 J泛使用，如用于智能仪器 仪表等。 (2)中速：转换方式多为逐次退近式等。逐次逼近式 AD 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 转换器是目前种类最多、数星最大、应用最广的 AD 转换器 件。逐次逼近式 AD 转换器又有单片集成与混合集成两种集 成电路形式，后者的丰要性能指标均高于前者。这类器件的 转换时间在 1200 冲之间，常用的多在几微秒到几十微秒之 间，如 ADC0808D809 为 100PsAD E 74A 为 25Fs 等。它们 常用于一般自动控制。 (3)高速：转换方式为并行或串并行。转换时间员短的为 全并行式 AD 转换器如用双极型或 cM(s 工艺制作的高 速全并行式 AD 转换器的转换时间为 20 一 50ns。并行式 AD 转换技术在实践 L 不易实现，所以长期以来并未获得实 际使用。随着集成电路技术的发展，一些厂家已开始生产出 单片集成化的低分辨车并行式 AD 转换器。由于其组成复杂， 价格昂贵，因此目前又出现了种串、并行 AD 转换方案进 行折衷，以简化电路，但速度有所下降。 在选择 AD 转换芯片时，除，L 述几点应认真考虑外的 要求、AD 的转换路数及电源的种类和功耗等。 6 64 4 接口时注意的问题接口时注意的问题 一般而言，任何型号的 AD 芯片都可以与微机(或单片 机)连接使用，但对设计者来说、应该掌握所选 AD 电路的 特点及性能技术指标，对不同的 AD 转换器采用不同的接口 电路。 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 在设计单片微机与 AD 转换器的接口对，要注意掌握下 述几点方法。 (1)模拟端输入信号的连接 AD 转换器的模拟量信号大都为标难信号 o 一 5v 或 o 一 1Dv，但有些 AD 转换器的输入极性除单极性外，也可 以是双极性，用户可通过改变外接线路来改变量程，使用时 注意查阅有关 AD 转换器的使用手册。另外，在模拟输入通 道中除了单通道输入外，还有多通道输入方式。在微机系 统中，多通道插入可采用两种方法是采用单路模拟输入 的 AD 芯片，在模拟量输入端加接多路开关；另一种是采用 带有多路开关的 AD 转换器。 (2)输出数字量引脚的连接 AD 转换器数字量输出引脚与单片微机的连接方法与其 内部结构有关。对于那些没有的出锁存器的 AD 转换器来说， 一般要通过锁存器或 Io 接口与单片机相连，常用的接口及 锁存器有 8155、8255b 8243、74L5273、74LS373 等。当 AD 转换器内部含出锁存器时，可直接与单片机相连。有时 为了增加控制功能，也采用 Io 接口连接。另外，根据位数 的不同，AD 转换器与单片机数据总线的连接方法也不同。 对于 8 位的 AD 转换器，其数字始出可与 8 仗单片机数据总 线直接相连，或者从某个 IO 口(如 PI n)输入。但对于那 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 些高于 8 位的 AD 转换器，如 10 位、12 位或 16 位等，其 连接就不那么简单了，应该分步读出。在读取数字量时，通 常用单片机的控制信号而和地址译码信号来控制由不同的地 址信号来分步读取全部数据。 (3)AD 转换器的启动方式 无论选择什么样的 AD 转换芯片，当其与微机连接好了 之后，都必须由微机在片选信号选中的基础上，发出启动该 芯片所需的信号。芯片不同，启动的方式也不同。有的需要 电平触发，有的需要脉冲触发。 所谓电平触发就是在 AD 转换器的启动引脚上加上一个 要求的电平。当电平加上以后，AD 转换立刻开始，而且在 转换过程中必须保持这一电平，否则将停止转换。在这种 启动方式下，CPU 控制必须通过寄存器保持一段时间，一般 采用 D 触发器、锁存器或并行 IO 接口等来实现。如 AD570、AD571、AD572 都属电平控制转换电路。脉冲启动转 换芯片，只要在启动转换输入引脚加一个启动脉冲即可。如 ADC0809AD574 等都属于这一类芯片，一般用 W/R 及地址译 码器的输出了 i 经过一定的逻辑电路进行控制。 (4)判断 AD 转换结束及读取数据 CPR 发出启动信号后，AD 转换器开始转换，当转换结 束时，AD 转换器芯片内含朗转换结束触发器置位，输出一 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 个转换结束标志信号，通知单片机，AD 转换已完成，可以 进行读数操作，单片微机判断 AD 转换结束否通常有下列四 种方法： 1程序查询方式 将 AD 转换器的转换结束信号经子龙门送到 CPU 的数据 总线或 IO 接口的某一位上，当单片机发出启动转换信号后， 即开始查询 AD 转换是否结束，没有结束则继续查询，直到 有结束信号时，方可读取转换结果。采用这种方法的程序设 计比较简单，且实时性也比较强、是单片机系统中应用较多 的一种方法。 2DDF 方式 将 AD 转换器的转换结束信号接至单片机的中断请求信 号端，单片机发出启动转换信号后，继续执行主程序，当 AD 转换结束时，向单片机提出中断申请单片机响应中断 后，在中断服务子程序中读取转换结果。这种方法能使 AD 转换器与单片机并行工作，因而大大节省了 CPU 的时间，常 用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统中。 3软件延时方式 单片机向 AD 发出启动转换信号后，即调用软件延时程 序，延时时间的长短取决于 AD 转换器完成转换所需要的时 间，延时结束后方可读取转换结果。为了确保转换完成，一 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 般将延时时间延长于 AD 转换时间。这种方法可靠性比较 高不用增加硬件连线，但要占用 CPU 的大量时间，多用在 CPU 处理任务比较少的系统小。 4等待方式 在 AD 转换期间，设法产生一个等待信号，暂停 CPU 工 作，使之处于等待状态。只有当 AD 转换结束后，才使 CPU 继续工作，并读取转换结果。这种方法也不利于发挥 CPU 的 效率。 AD 转换完成后，如何从 AD 转换器读取数据，要根 据 AD 转换器的结构特点而定。若转换器的片内具有可控的 三态门或接口逻辑时，AD 的数据输出可直接挂到单片机的 数据总线上，而无须附加逻辑接口电路，并在转换结束时， 利用而信号(只要通过一条指令 MOVX A，DPTE)，打开三态 门，待数据读入 CPU。对于片内输出寄存器无可控的三态门 或接口逻辑的 AD 转换器，则必须经 Io 通道或输入缓冲 电路才能与单片机连接。 (5)参考电源的连接 AD 转换器中参考电源的作用是提供其内部 DA 转换 器的标准电源，它直接关系到 AD 转换的精度，因而对该电 源的要求比较高，一般要求由稳压电源供电。不同的 AD 转 换器，参考电源的提供方法也不 样。通常 8 位 AD 转换器 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 采用外电源供电，如 ADc0809、AD7574 等。但对于精度要求 比较高的 12 位 AD 转换器，如 AD574A、ADC80 等，一般在 AD 芯片内部设有精密参考电源，不必另外加电源。 在一些单、双极性均可使用的 AD 转换器中，参考电平 常常有两个引脚：VRAF+，和 VRAF-根据模拟量输入信号的极 性不同，这两个参考电源引脚的接法也不同。若模拟量信号 为单极性时，vnspt，端接模拟地，vnzpt、端接参考电源正 端；当模拟量信号为双极性时，则 vnspt，接参考电源的正 端，vnzpt，接参考电源负端。 下面以较为常用的 ADC0809 为例介绍其接口方法。 A 比 D809 是 8 位 AD 转换芯片，由单一十 5V 电源供电。 片内带有锁存功能的 8 路模拟多路开关，可以对 8 路。一 5v 的模拟输入电压信号分时进行转换，转换时间为 100ys 左右； 片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、高阻抗斩波稳定 比较器、256R 电阻 T 型网络和网状电子开关以及逐次退近寄 存器，采用逐次逼近技术实现 AD 转换；其内部无时钟电路， 时钟 fcm 须由外部提供，典型时钟频率为 640kH， ；输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接与单片机数据总线相连。此外， 通过适当的外接电路，ADC0809 可以对 0-5v 的双极性模拟 信号进行转换。 由此可见，当这些信号有效时，P27 应置为低电乎。 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 ADC0809 的时钟信号一般由 8031 的 ALE 端取得，如果 ALE 信号频率过高，应分频后再送人转换器。例如当 803l 的 品振频率选择 6MHz 时，AL 正端的频率约为 lMHz，故需采用 二分频后才能与 0809 的 C 工 K 端连接，分频器一般用 74LS74D 触发器实现，因 107 中选用了分频电路。 图 108 为 ADC08080809 的时序图。从时序图可以看 出，在启动 ADC08080809 后，EOC 约在 10Us 后才变为低电 乎，编程时要注意这一点。 第七章第七章 具体方案设计具体方案设计 7 71 1 实施方案及分析实施方案及分析 实现以上功能有三种方案，每一种方案分析如下： 1方案一： 工作原理：当温度低于设定的温度时，AD590 温度传感器 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 输出电流经电流电压变换及放大电路触发可控硅导通，使电 炉家温装置工作，当温度回到正常温度范围内时，AD590 输 出的电流转换成电压不足以使可控硅电路 1 导通，电炉加温 装置停止加温。湿度检测电路工作原理类似。 2方案二: 工作原理:KC-100 的第一脚为信号输入端,外接温度湿度 传感器.当大棚内温度上升到设定温度时，KC-100 自动识别 使第三脚自动输出高电位，使 VT9013 导通，驱动电路驱动降 温装置风扇开启，达到降温效果。温敏电阻时刻检测棚内温 度，当温度恢复到设定温度时，KC-100 输出低电位，VT9013 截止，通风装置关闭。湿敏电路工作原理类似。 3方案三： 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 工作原理：温度检测电路将检测到的温度转换成电压，该 模拟电压经 ADC0809 转换后，由 INT0 中断口进入 89C51 单片 机，单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉 驱动电路，并将室温送显。当棚内温度在设定范围内时，单 片机仅实时显示温度。湿度控制类似。 方案比较与方案选择： 方案一与方案二完全由全硬件实现，能实现对某一恒定 温度点温度上下变动的自动控制，但可调温度范围窄。方案 三为软硬件综合电路，单片机能实时监控温度、湿度，并能 对相应的变化作出适当的控制调整，还能对温度湿度进行显 示。 所以我们选择方案三。 7 72 2 单元电路设计单元电路设计 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 1单片机和 A/D 通道电路： 图一 温度传感器检测到的数据经 AD0809 的 27 脚送单片机 89C51，单片机把采集到的数据与 ROM 中所设的数据相比较， 发出控制指令。当检测到的温度在允许温度范围内时，加温 装置，降温装置均不动作。当温度上升或降低到允许范围外 时，单片机相应控制端口输出高电平，驱动控制装置。单片 机 ROM 中设置有报警极限温度，当温度到达极限温度值时， 单片机 14 脚输出使三极管 TT1 导通，蜂鸣器报警。 2温度检测电路： 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 图二 由 PN 节构成的温度传感器，随温度的变化阻值发生改变。 把它接入桥电路，通过桥电路输出压差经 741 的放大输入 AD0809。 风扇、电炉控制电路： 图三 上图是电炉加温原理图。工作原理如下：单片机 P1.7 口 输出，使三极管导通，光耦 4N35 工作将直流地与市网交流地 隔离，可控硅被触发导通电炉回路。加热装置开始工作。风 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 扇降温装置与电炉加温装置原理类似，不同之处在于可控硅 被继电器代替。 显示电路：由 MAX7219 直接驱动 LED 显示。 整机电路（见附页） 3测试方法 为了模拟温室环境，我们采用 200W 灯泡加热，12V/0.2A 轴流风机降温。将温度计，大功率灯泡，风扇和温度传感器 置于密闭的纸箱中，当密闭空间的温度低于设定温度时，电 灯亮，模拟加热，当加热到上限温度时，电灯灭，停止模拟 加热；当密室温度高于设定温度范围，风扇开，开始降温， 直到设定温度范围内。如果降温过度，系统会自动启动加温 装置。 (升温装置一摄氏度需要 2S，降温装置降温一摄氏度需 20S。) 4讨论 基本功能基本实现，显示电路装入系统后没能实现对温 度的实时显示功能。 在前期制作过程中，由于布线没注意高频线与数据线的 隔离，造成 A/D 通道采集的数据受到严重干扰，致使数据不 能正确进入单片机 ROM.此外,软件方面,在寄存器的分配上存 在一些混乱.我们将在以后的电路设计中注意这些问题，提高 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 硬件设计的效率。 第八章第八章 工作原理与编程工作原理与编程 ;* ;* 温度控制程序 w.asm * ;*;* ;说明：测试程序在 e6000 版本下通过 * ;*以下为一些伪指令定义*;*; The code meets all ad7416 family timing requirements when executed by an; AT89Cx051 microcontroller with a 6 MHz clock. Code modifications may be; required if a faster clock is substituted. FADDR DATA 24H zdata DATA 28H address DATA 29h ;addr_hi DATA 2Ah ; ;*Microcontroller connections to aad7416 OR AT24C02 serial bus lines. SCL EQU P3.4 SDA EQU P3.5 ;*ad7416presodo* WD_H_KEY EQU P1.6 WD_L_KEY EQU P1.7 H_KEY EQU P3.2 JDQ EQU P1.5 H_DATA DATA 50H ; H_DATA 存放温度报警上限 L_DATA DATA 51H ; L_DATA 存放温度报警上限 W_DATA DATA 52H M_DATA DATA 53H S_H_DATA DATA 59H S_L_DATA DATA 5AH ;M_H DATA 6BH ;M_L DATA 6CH ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP TIME_T0 ORG 0040H TIME_T0:push acc CLR TR0 MOV TH0,#0 MOV TL0,#0 INC 5FH MOV A,5FH XRL A,#20 JZ CLEAR0 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 RET_T0: SETB TR0 pop acc RETI CLEAR0: mov 5fh,#0 MOV A,W_DATA MOV BCD_DATA,A LCALL HEX_BCD MOV 69H,R5 MOV 6AH,R6 MOV 6BH,R7 MOV 6EH,#00h MOV 6DH,#00h MOV 6CH,#00h AJMP RET_T0 ORG 0100H*主程序开始* MAIN:MOV SP,#70H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0 MOV TL0,#0 CLR ET0 CLR TR0 MOV 6EH,#00h MOV 6DH,#00h MOV 6CH,#00h MOV 6BH,#00h MOV 6AH,#00h MOV 69H,#00h MOV 5FH,#00h ;5FH 存放 100MS 单元 MOV H_DATA,#0 MOV L_DATA,#0 MOV S_H_DATA,#0 MOV S_L_DATA,#0 MOV W_DATA,#0 MOV DPTR,#0FB00H MOV A,#03H MOVX DPTR,A ;*read at24c02 from address 00h,01h FADDR SET 90H MOV FADDR,#0A0H MOV address,#00h MOV addr_hi,#00h 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 MOV a,#00h LCALL rd_rand MOV S_H_DATA,A MOV address,#01h MOV addr_hi,#00h MOV a,#00h LCALL rd_rand MOV S_L_DATA,A FADDR SET 91H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 START_1: LCALL AD7416 MOV H_DATA, R7 MOV L_DATA, R6 MOV R0,L_DATA MOV R1,H_DATA LCALL DIV25 MOV W_DATA,R4 MOV A,W_DATA MOV BCD_DATA,A LCALL HEX_BCD MOV 69H,R5 MOV 6AH,R6 MOV 6BH,R7 MOV A,S_DATA LCALL HEX_BCD MOV 69H,A MOV 6AH,B MOV A,M_DATA LCALL HEX_BCD MOV 6BH,A MOV 6CH,B MOV A,H_DATA LCALL HEX_BCD MOV 6DH,A MOV 6EH,B LCALL DIS LCALL KEY MOV FADDR,#0A0H MOV address,#00h MOV addr_hi,#00h MOV a,#00h 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 MOV ZDATA,S_H_DATA LCALL wr_byte MOV address,#01h MOV a,#00h MOV ZDATA,S_L_DATA LCALL wr_byte LCALL CONTROL AJMP START_1 ;*显示子程序* DIS: PUSH ACC MOV DPTR,#0FB00H MOV A,#03H MOVX DPTR,A YLED:MOV R0,#6EH MOV R3,#01H MOV A,R3 YB: MOV DPTR,#0FB01H MOVX DPTR,A INC DPTR MOV A,R0 ADD A,#11H MOVC A,A+PC MOVX DPTR,A LCALL DELL DEC R0 MOV A,R3 JB ACC.5,EEND RL A MOV R3,A SJMP YB NOP NOP EEND:AJMP S_END BD: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH BD1: DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH BD2: DB 39H,5EH,79H,71H,73H,3EH BD3: DB 31H,6EH,1CH,23H,40H,03H S_END:POP ACC RET;*end display* ;*delay program* DELL:MOV R7,#04H DEL:MOV R6,#0E7H NN:DJNZ R6,NN 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 DJNZ R7,DEL RET;* ;*key（按键） program * KEY:CLR tr0 JB WD_H_KEY,L_SET LCALL DELL JB WD_H_KEY,L_SET INC S_H_DATA MOV A,S_H_DATA CJNE A,#7FH,S_DIS MOV S_H_DATA,#00H S_DIS: MOV A,S_H_DATA LCALL HEX_BCD MOV 69H,R5 MOV 6aH,R6 MOV 6BH,R7 MOV A,S_H_DATA LCALL HEX_BCD MOV 69H,A MOV 6AH,B MOV FADDR,#0A0H MOV address,#00h MOV addr_hi,#00h MOV a,#00h MOV ZDATA,S_H_DATA LCALL wr_byte S_REP:LCALL DIS JNB WD_H_KEY,S_REP L_SET:JB WD_L_KEY,SET_END LCALL DELL JB WD_L_KEY,SET_END INC S_L_DATA MOV A,S_L_DATA CJNE A,#7FH,M_DIS MOV S_L_DATA,#00H M_DIS:MOV A,S_L_DATA LCALL HEX_BCD MOV 6cH,R5 MOV 6dH,R6 MOV 6eH,R7 MOV FADDR,#0A0H MOV address,#01h MOV addr_hi,#00h 北京航空航天大学现代远程教育学院 毕业设计 大棚室温自动控制系统 MOV a,#00h MOV ZDATA,S_L_DATA LCALL wr_byte MOV 6BH,A MOV 6CH,B M_REP:LCALL DIS JNB WD_L_KEY,M_REP H_SET:JB H_KEY,SET_END LCALL DELL JB H_KEY,SET_END INC H_DATA MOV A,H_DATA CJNE A,#60,H_DIS MOV H_DATA,#00H H_DIS:MOV A,H_DATA LCALL HEX_BCD MOV 6DH,A MOV 6EH,B H_REP:LCALL DIS JNB H_KEY,H_REP SET_END:SETB tr0 RET;*key（按键） program 结束* ;*CONTROL JDQ* CONTROL:MOV A,W_DATA CJNE A,S_H_DATA,COMPARE1 OPEN1:CLR JDQ AJMP CON_END COMPARE1:JNC OPEN1 MOV A,W_DATA CJNE A,S_L_DATA,COMPARE2 OPEN2:CLR JDQ AJMP CON_END COMPARE2:JC OPEN2 SETB JDQ CON_END:RET RET;*CONTROL JDQ END* *HEX_BCD 转换子程序* IN ACC