远端温度控制系统的设计开题报告.doc

本科毕业设计开题报告 题 目： 远端温度控制系统的设计 专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电气09-12 姓 名： 赵杨 学 号 23 指导教师： 李满 教师职称： 副教授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目温度控制系统的设计来源工程实际1、 研究目的和意义温度控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用。随着经济和社会的快速发展，人们的生活水平也在不断的提高，对农产品的需求量也越来越大。农用大棚为解决我国城乡居民菜篮子问题，促进农民增收和推进农业结构调整发挥了重要作用。温室种植已在农业生产中占有重要地位。而传统的温室种植是在大温室棚内悬挂温度计，工人根据读取的温度值调节大棚内的温度；而湿度控制只能根据工人的经验判断是否需要进行灌溉。这种靠人工控制温湿度的方式，既耗费人力又不精确，传统的温湿度调节措施表现出极大地局限性。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度控制系统。 建造先进温室有利于解决靠天吃饭的问题，防止恶劣天气，排除季节因素给生物创造出一个适宜的生长环境，消除对作物生长不利的环境因素来促进生物生长，使其部分或完全克服外界气候的制约，从而缩短作物的生长周期，提高作物的产量，获得一定的经济效益。现代传感器技术、计算机技术、自动化技术和通信技术的发展为现代温室控制框架提供了多种方案。在二十一世纪未来一段时间内，中国人口将持续增长，而可耕地面积却在逐年减少。所以，研究如何用较少的土地去解决相对较多人口的温饱问题，是具有重要的战略意义的。2、国内外发展情况(文献综述)世界各国的现代温室已于二十世纪六十年代逐步完善并快速发展起来，第二次世界大战以后，各国致力于自身的经济发展。随着经济的快速恢复和发展，人们的生活质量有了大幅度的提高，生活必需品的多样化要求也有了提高，因而对生产温室的需求逐年上升。随着科学技术的进步和科技水平的提高，农业的工业化进程加快了，设施农业应运而生，在全球迅速崛起，并形成资金、技术和劳动力密集型的高新技术产业，成为当今社会最具有活力的产业之一。社会的需求和经济技术的支持，使现代温室快速发展。近代温室的发展经历了改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室三个阶段，并且至今各阶段类型的温室仍保持并存。现代温室主题骨架由经过热镀锌防锈处理的型钢材组成，具有相应的抗风雪等的载荷能力；采用玻璃、塑料薄膜、硬质材料、PC板等透光材料覆盖及相应的卡槽、卡簧、铝合金等型材紧固、镶嵌构件，具有透光和保温的性能；配备有遮阳、降温、加温、通风换气等配套设备和栽陪床、灌溉施肥、照明补光等栽培设施；此外，还有环境调控的控制设备等，形成完整成套的技术和设施设备。计算机、自动控制、机械等技术在温室环境控制以及管理等多方面的广泛应用，温室技术发生了翻天覆地的变化，其中以欧洲的荷兰、法国和西班牙，中东的以色列，北美洲的加拿大和美国最为突出。目前，世界各国对温室的研究与应用主要涉及到以下方面：（1）节约技术的使用能有效的降低能源，降低成本，有利于资源的可持续发展；（2）环境控制计算机模拟模型、作物生长发育规律模拟模型研究向实用化方向发展，温室符合环境优化控制研究一直是各国温室技术研究的核心；（3）现在工业技术、生物技术、图像处理技术、核技术及因特网技术等高新技术应用于温室方面的研究。在荷兰、美国、日本等许多发达国家日趋活跃；（4）基础理论研究如温室光能利用、作物生长与温室环境关系等方面在发达国家受到重视；（5）温室框架结构及覆盖材料研究开发向多功能、系列化发展； 我国的农业工程技术人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中温度、湿度、光照等单因子控制技术的研究，并逐步形成既适宜我国经济发展水平又能满足不同生态气候条件要求的温室控制系统。温度和湿度在工农业生产中都是需要被控制的参数，在被控过程中，两者已经不再是相互独立的、而是相互关联的参数，它们需要在系统集成中综合考虑。利用单片机对温度、湿度进行控制以满足生产的要求，这以成为系统集成化的必要需求。事实证明，利用单片机对温度、湿度进行控制，具有控温、控湿精度高、功能强大、价格低廉、体积小、简单方便等优势，能很好的满足生产过程的要求。3、研究/设计的目标：设计要求：采用51单片机对温度采集 测量范围：-30C到30C 测量误差：0.5C设计指标:（1）选择主控芯片，考虑经济性可靠性；（2）采用RS485总线（3）数据显示：LCD显示 指示灯（4）DS18B20温度传感器（5）温度25C蜂鸣器报警（6）温度15C 阀门打开 (7) 温度-20C加热器工作4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：（1）系统的总体设计本系统的电路设计方框图如图1所示，它由三部分组成:1控制部分主芯片采用单片机AT89S51；2显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；3温度采集部分采用DS18B20温度传感器；4采用蜂鸣器报警；5通过指示灯的变化来判断 (2)主控芯片的选择单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。(3) 显示部分显示电路采用3位共阳LED数码管。(4) 温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。AT89S51单片机指示灯RS485LCDDS18B20蜂鸣器DS18B20电磁阀 DS18B20加热器收发模块风扇a. DS18B20的性能特点如下：1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2) 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3) 无须外部器件；4) 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；5) 零待机功耗；6) 温度以3位数字显示；7) 用户可定义报警设置；8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9) 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。b. DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚5、系统软件设计的整体思想一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与S51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。MCS51指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且MCS51指令系统有丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是MCS51指令系统主要的优点之一。对于要求反应灵敏与控制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的程序（初始化子程序、写程序和读程序）等。主程序的功能是：启动DS18B20测量温度，将测量值与给定值进行比较，若测得温度小于设定值，则进入加热阶段，置P1.1为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.1为高电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。当测得温度大于设定值，则进入降温阶段，则置P1.2为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.2为高电平断开，关闭风扇，等待下一次。6、时间进程：序号设计各阶段名称日期备注（1）开题答辩、准备正式进入设计阶段第1周第5周 （2）温度控制系统的研究第6周第7周 （3）搜集材料第8周第12周（4）系统硬件系统和软件系统的设计 第13周第14周（5）相关电路图绘制第15周（6）完成毕业设计说明书及其它相关资料第16周第18周7、参考文献：1彭桂兰,张学军,张新东. 温室环境计算机测控技术的研究现状和发展趋势J .现代化农业,20122.李广弟.单片机基础M.北京航空航天大学出版社，20093蔡菲娜.单片微型计算机原理与应用M.杭州：浙江大学出版社，20114郭强. 液晶显示应用技术M. 北京：电子工业出版社，20115吕泉. 现代传感器原理及应用M. 北京：清华大学出版社，20106杨文龙. 单片机原理及应用M. 西安：西安电子科技大学出版社，20087Nichols EA, Nichols JC .Communications for minicomputers .New York: McGraw Hill,20098刘瑞星,胡健等.Protel DXP 实用教程机械工业出版社，20079蔡美琴,张为民等.MCS-51系列单片机系统及其应用高等教育出版社，200410李相白,李建春.温室数据采集器误差分析及校正J.现代科学