基于C51单片机的大棚温度自动调控系统的设计

1基于C51单片机的大棚温度自动调控系统的设计【摘要】本系统是一个自动测温控温系统。主要采用ATB9C51单片机，以及温度传感器DS18B20，将采集到的实时温度通过串口向单片机进行传输，对温度进行实时监测，并将通过键盘设定的适合大棚植物生长最佳的温度。最后将测得的结果发送到数码管显示出来。该系统对所测得的温度值进行分析，自动驱动相应的降温或加热设备，以达到对温度智能控制。在实际运用中我们就能够免除温度过高或过低给我们带来的经济损失。1前言11、系统的运用和实际意义在随着农业现代化的发展，名贵蔬菜栽培工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。温室是植物栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类名贵蔬菜对温度生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，根据市场的供求关系，提早或延迟最佳食用期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施栽培高新技术的体现。随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现温室环境调节。12、系统设计任务及要求121、设计任务设计一个基于单片机可以自动监控、调控大棚内温度的智能系统。设计后的温度检测系统，通过外部设备控制设置温度，并能直接显示出来设置温度和当前温度。若温度没达到设定的温度，系统都能够自动的调节温度，当温度低于设定温度值时启动加热设备，当温度高于设定温度值时启动降温设备，使得菜棚可以控制有利于植物生长的最佳温度，实现智能恒温控制。122、设计要求（1）通过按键可以任意设置大棚内的温度。（2）能检测当前大棚内的实时温度。（3）能用数码管显示调节设置的温度值，和当前实时的温度值。（4）能智能调节大棚内的温度，使当前温度等于设置的温度值。（5）调节后的大棚内的温度与按键设置的温度，正负误差不能大于1度。（6）温度显示的最小精度为1度，升温、降温阶段的温度控制精度要求为1度，保温阶段温度控制精度为1度。（7）智能系统的温度的加热，散热系统。分别为电炉丝加热，开启风扇和打开大棚门窗通风散热。2、系统结构设计221系统框架本设计系统包括温度传感器，键盘输入控制模块，输出控制模块，温度显示模块和温度调节驱动电路五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控。系统由51系列单片机AT89C51、按键、DS18B20温度采集、数码管显示，电源，电动机散热，灯泡加热模块等部分构成。单片机部分包括时钟电路、复位电路；按键部分能够实现对温度的调整设定。四个按键的功能分别为加10度、加1度、减10度、减1度。温度采集部分包括温度传感器、BCD码转换。经软件处理后送至7段共阴数码管显示。电源部分共输出5V电压给各个芯片提供电源。22系统功能方框图21单片机DS18B20温度采集键盘预设温度数码管显示自动调节温度电源继电器控制21系统功能方框图23系统功能说明（1）能够用数码管同时显示测量的温度和预设的温度，显示位数4位，分别预设温度的十位，个位测量温度的十位，个位。（2）可以手动通过按键设置温度（3）超出温度设定值时启动降温设备（电动机自制的电风扇），温度低于设定值时启动加热设备（电灯泡）温度相等的时候把两继电器都关了。3、DS18B20功能介绍为了简化电路，经济实惠，自动测量等方面考虑，本系统采用DS18B20温度传感器来测量系统温度，DS18B20与单片机是单总线连接方式，它只定义了一根信号线，总线上的每个器件都能够在合适的时间驱动它，相当于把单片机的地址线、数据线、控制线、合为一根信号线对外进行数据交换，并且，它不再经A/D转换成数字量，直接测得为数字量，简化了许多工作量，电路也简单可靠的多。下面介绍温度传感器DS18B20的使用说明。31DS18B20简介（1）独特的单线接口方式DS18B20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。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围330业55V。（4）测温范围55125。固有测温分辨率为05。（5）通过编程可实现912位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，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。业32DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图31所示。164B闪速ROM的结构如下图32开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。2非易市失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限。3高速暂存存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如下图33低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即是来设置分辨率，如434所示（DS18B20出厂时被设置为12位）。由图34可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如下图35所示。其中温度信息（第1，2字节）、TH和TL值第3，4字节、第68字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。图35当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1，2字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以00625/LSB形式表示。温度值格式如下图36对应的温度计算当符号位S0时，直接将二进制位转换为十进制；当S1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。图37是对应的一部分温度值。DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较，若TTH或TR4时C0散热MOV02H,R5测量的温度低位MOVA,R7测量的温度低位预设的温度低位CJNEA,02H,CHA1不相等转移TINGCLRP25温度相等时都不开CLRP24MOVP0,0FH20LCALLHH跳转到扫秒程序CHA1JCJIAREN1C0加热系统打开MOVP0,0FFHSETBP25散热系统打开CLRP24LCALLHHJIAREN1SETBP24加热系统打开CLRP25MOVP0,00HHHLCALLSAOMIAO键盘扫描模块SAOMIAOCLRCMOVC,P20取存在P20的信号JCL1C1跳转下个键盘再次扫描、LCALLYSC0有信号时延时一段时间MOVC,P20键盘消抖再测一次；JNCJIA10C0说明有信号调用加10子程序，没有信号就继续扫描其他键盘L1CLRCMOVC,P21取存在P21的信号JCL2C1跳转下个键盘再次扫描、LCALLYSC0有信号时延时一段时间MOVC,P21键盘消抖再测一次；JNCJIA1C0说明有信号调用加1子程序，没有信号就继续扫描其他键盘L2CLRCMOVC,P23取存在P22的信号JCL3C1跳转下个键盘再次扫描、LCALLYSC0有信号时延时一段时间MOVC,P23键盘消抖再测一次；JNCJIAN10C0说明有信号调用减10子程序，没有信号就继续扫描其他键盘L3CLRCMOVC,P22取存在P23的信号JCL4C1跳转下个键盘再次扫描、LCALLYSC0有信号时延时一段时间MOVC,P22键盘消抖再测一次；JNCJIAN1C0说明有信号调用减1子程序，没有信号就继续扫描其他键盘MOVP0,0EEH21DJNZR7,SAOMIAO在键盘扫描程序中扫描30次L4LCALLLOOP数码管加减子程序模块JIA1INCR5对继存器R5加1CJNER5,0AH,GO当R5不等于10时转移MOVR5,00HR5为10时变为0JIA10INCR4对继存器R4加1CJNER4,0AH,GO当R4不等于10时转移MOVR4,00HR4为10时变为0MOVP0,0FEHAJMPLOOPJIAN1DECR5对继存器R5减1CJNER5,00H,GO当R5不等于0时转移MOVR5,