基于单片机的动物居室温湿度监控系统

广西大学毕业论文 基于单片机的动物居室温湿度监控系统摘 要居室温湿度控制系统是以居室内的温湿度为输入量，以居室的调温和排湿装置(风机、步进电机、排气扇等)为控制对象，在单片机控制系统上用模糊控制的方法使居室中温湿度的变化满足居住需求，达到提高动物居室生活要求目的。针对温湿度变化的非线性和相互耦合现象，本文设计了基于单片机和模糊控制技术的动物居室温湿度自动控制系统。本论文的工作重点主要有以下几个方面：第一，设计和实现了以Atmega16为核心的单片机系统，配有键盘、显示和干湿温度采集处理的控制系统，设计了基于GAL的步进电机驱动控制电路、基于1-wier总线的干湿温度多点采集电路、I2C总线器件AT24C02工艺参数存储等外围电路，可实现信号采集、数据显示、键盘控制、数据计算、排湿装置控制、调温装置控制等功能。详细介绍了硬件电路设计和软件程序设计，并针对单片机系统的硬件和软件介绍了一些工程上实用的抗干扰技术；第二，针对干湿温度变化的非线性和相互耦合现象，具体研究了居室温湿度变化的规律，设计了基于模糊控制技术的模糊控制器并制定了模糊控制查询表。关键词：温湿控制 模糊控制 Atmega16 GAL SHT11AbstractAccording to the temperature and humidity of warm room and temperature-control and humidity-control device (such as fan stepping motor , exhaust fan and so on ) , the temperature and humidity control system for warm room , which uses fuzzy control based on MCU control system , can satisfy the process requirement of temperature and humidity chance in warm room , improve quality of living room. According to the temperature and humidity nonlinear variation and coupling phenomena, I designed the control system based on MCU and fuzzy control.The main focus of this paper are the following aspects: Firstly，the MCU control system，with keyboard input LED display and temperature-humidity collecting , with the core of atmega16 is designed. What is more，pulse distributor of stepping motor with GAL, multi-temperature-humidity collecting circuit based on 1-wire bus and the processing parameter memory circuit with I2C bus interface device AT24C02 and so on designed for this system which has the function of signal collecting data displaying, keyboard controlling , data computing , temperature-control device controlling , humidity-control device controlling and so on . The hardware design and software design are described in detail. And some practical hardware and software reliability measures of MCU system are introduced. Secondly, according to the temperature and humidity nonlinear variation and coupling phenomena in warm room, I study the temperature and humidity characteristic of warm room, and design the fuzzy controller and fuzzy control polling list.Keywords: temperature-humidity control fuzzy control Atmega16 GAL SHT11目录摘 要1Abstract2目录3第一章 绪论51.1课题背景介绍51.2 论文研究的目的与意义51.3 系统设计简介51.3.1 设计要求51.3.2 功能简介6第二章 系统分析72.1 系统设计原则72.2 可行性分析72.3 系统硬件总体设计以及说明8第三章 模糊控制理论93.1 空气温湿度解耦理论依据93.2模糊控制特点103.3模糊控制的基本原理103.4模糊控制系统的组成113.5本温室温湿度模糊解耦控制算法的实现123.5.1温湿度模糊解耦器设计123.5.2清晰化处理173.5.3温湿度模糊控制20第四章 系统的设计与实现234.1系统硬件方案234.2单片机芯片的选用244.3电源转换电路的设计254.4键盘控制电路设计254.5显示电路设计264.6步进电机驱动控制电路设计274.6.1步进电机控制原理284.6.2 GAL脉冲分配器304.6.4 步进电机驱动控制电路314.7传感器模块的设计与实现324.7.1 温湿度传感器的选择324.7.2 SHT11(温湿度传感器)传感器描述334.7.3 SHT11工作时序344.7.4 SHT11与单片机的连接354.7.5湿度线性补偿和温度补偿364.7.6 温度值输出374.7.7露点计算374.8 参数存储电路设计384.8.1 总线384.8.2参数存储芯片AT24C02404.9通信接口及声光报警电路41第五章 系统的软件设计与实现435.1初始化程序435.2 按键处理模块445.3 显示模块455.4 模糊控制模块465.5 温湿度测量模块47第六章 系统抗干扰技术496.1 硬件抗干扰技术496.2 软件抗干扰技术50第七章 系统仿真51总结54参考文献55致谢58第一章 绪论1.1课题背景介绍温湿度的测控在工农业生产、日常生活及科学研究中有着广泛的应用，诸如农业生产中蔬菜大棚内温湿度测控，粮仓中的温湿度测控以及发电厂，电力部门等都需要温湿度测控。由于常用的温湿度传感器的非线性输出，使温湿度的测量方法和手段相对比较复杂，也给电路的调试增加了难度；为此，采用一体化集成温湿度传感器有利于提高测控系统的抗干扰能力和可靠性。1.2 论文研究的目的与意义目的：对基于Atmega16单片机的温湿度监控系统进行研究和设计，能够对周围环境的温度和湿度进行实时测量；实现基于Atmega16单片机的温湿度监控系统的软、硬件设计。其意义：1、基于Atmega16单片机的温湿度监控系统可以为一些对温度、湿度比较敏感的场合提供准确的温度、湿度信息，还可以用于粮库、机房等场所。能够创造一定的社会经济效益。2、通过对温湿度监控系统的设计来学习并掌握有关单片机的知识和传感器通信技术以及数码管的显示原理，达到进一步巩固平时所学的专业知识。3、将所学的理论知识和实践相结合，为以后在此基础上结合相关领域设计产品和改进某些产品性能具有很好的实践意义。1.3 系统设计简介1.3.1 设计要求 1、能对输入的温湿度传感器信号进行检测。 2、能判断检测的信号是否越界，在设计程序过程中，考虑到检测的信号在低于或高于设定温湿度的范围时应做些什么。 3、通过监控主机或 PC来实时查看当前温度和湿度值 ，并可在监控主或 PC 上设置报警参数以便实时监控环境温度和湿度值。 4、温度测量范围：-40123.8， 精度： +0.4； 湿度测量范围：0%RH100%RH， 精度： + 3%RH； 响应时间：t 95 %RH) 环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHT11温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。 图4-10 SHT11内部结构框图微处理器是通过二线串行数字接口与 SHT11 进行通信的。通信协议与通用的总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I/O口模拟该通信序。微处理器对SHT11的控制是通过5个 5位命令代码来实现的，命令代码的含义如下表所列。表4-2 SHT11命令代码命令代码含义00011测量温度00101测量湿度00111读内部状态寄存器0011