毕业设计（论文）基于AT89C51单片机的蔬菜大棚温室温度自动控制系统设计

1、河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 1 页 共 41 页 摘摘 要要 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业 的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要 组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行 检测和控制。本系统以 at89c51 单片机为控制核心，利用温度传感器 ad590 对蔬菜 大棚内的温度进行实时采集与控制，实现温室温度的自动控制。本系统由单片机系 统模块、温度采集模块、加热模块、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。 可以通过按键设定温室的温度值，采集的温度和设定的温度通过 led 数

2、码管显示。 当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热，以达到设定值；反之，开 启降温风扇，以快速达到降温效果。通过该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、 可靠地检测与控制，从而保证大棚内作物在最佳的温度条件下生长，提高质量和产 量。 关键词：单片机；温度传感器；温度显示；键盘输入；温室 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 2 页 共 41 页 abstract development of chinas agricultural must take this path of modern agriculture, with the rapid growth of the nation

3、al economy, agricultural technology of research and application takes more and more attention, especially in greenhouses which have become an important part of effective agriculture. one of the important parts of modern agricultural production is some important parameters for detection and control.

4、this system takes the at89c51 single chip as the control core, using the temperature sensor ad590 to carry on real-time gathering and controlling to the greenhouse of vegetables, so it can realizes auto-control to the greenhouses temperature. this system contains the miniature single chip system mod

5、ule, the temperature gathering module, the heater module, the drop-temperature module, the key pressed module and the display module. the gathering temperature or the setting temperature is displayed through the seven-seg led. it can be established new temperature value in the greenhouse through pre

6、ssing buttons, when this temperature value is higher than the gathering temperature value, then makes the heater work in order to achieve the defined value; otherwise, the heater knocks off, and opens the ventilator as fast as to achieve the supposed temperature. it will be effective and reliable to

7、 exam and control the temperature of the greenhouse by using this system, thus guarantee the crop growing fine under the best temperature condition, and enhances the crops quality and output. key words: single chip，temperature sensor， temperature control，temperature display， keyboard entry，greenhous

8、e 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 3 页 共 41 页 目录 摘摘 要要.1 abstic.2 第第 1 章绪论章绪论.5 1.1 课题背景及意义.5 1.2 国内外温室控制技术发展概况.6 1.3 本文的主要工作.7 第第 2 章温室控制系统的总体设计章温室控制系统的总体设计.9 2.1 温室环境因子.9 2.2 控制系统设计要求.9 2.3 控制系统总体设计.10 第第 3 章章 温室控制系统硬件设计温室控制系统硬件设计.12 3.1 基于 at89c51 的单片机系统.12 3.1.1 时钟脉冲.13 3.1.2 复位电路.13 3.2 温度采集模块.13 3.2.1 温度转换

9、器 adc0804 的功能.15 3.3 显示模块.17 3.3.1 译码 ic 7447.17 3.3.2 七段 led 数码管.18 3.4 键盘扫描.19 3.4.1 键盘.20 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 4 页 共 41 页 3.4.2 键盘扫描芯片.20 3.5 wp 型温室加热器.21 3.6 降温模块.21 第第 4 章章 软件设计软件设计.24 4.1 主程序.24 4.2 定时器 t0 中断.26 4.3 显示模块.28 4.4 按键扫描.29 第第 5 章章 测试分析测试分析.31 结束语结束语.32 参考文献参考文献.33 致致 谢谢.34 附附 录录.36

10、 附录1系统电路图.36 附录2 源程序代码.36 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 5 页 共 41 页 第第 1 章绪章绪 论论 1.1 课题背景及意义课题背景及意义 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业 的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要 组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行 检测和控制。例如：空气的温度。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发 育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本 保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环

11、境条件，使作物达 到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业 生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系 到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定 的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多 数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免 的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失， 结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为 了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业

12、的发展，必 须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度，使大棚内形 成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。 目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高 生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价 比的迅速提高，使得这种要求变为可能。当前农业温室大棚大多是中、 小规模， 要在大棚内引人自 动化控制系统，改变全部人工管理的方式，就要考虑系统的成 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 6 页 共 41 页 本，因此，针对这种状况，结合郊区农户的需要， 设计了一套低成本的温度自动 控制系

13、统。 目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了 提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件 性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。 1.2 国内外温室控制技术发展概况国内外温室控制技术发展概况 温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季 变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可 在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促 进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环 境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。 国外对

14、温室环境控制技术研究较早，始于 20 世纪 70 年代。先是采用模拟式的 组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80 年代末出现了分布式控制系 统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界 各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、 无人化的方向发展。 从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展 阶段: （1）手动控制。 这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系 统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管 理的执行机构，他们是温室环境控制的核心

15、。通过对温室内外的气候状况和对作物 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 7 页 共 41 页 生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。 种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效 的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂 化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。 （2）自动控制。 这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据 传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因子的控制过 程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技

16、术 实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。通过改变温室环境设 定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状 况的改变难以及时做出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自 主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。 （3）智能化控制。 这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知识、 技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究 开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、 自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由

17、 此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业 专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。 1.3 本文的主要工作本文的主要工作 温室是观赏植物栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类观赏花卉对温度及 湿度等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、 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 8 页 共 41 页 良好的生存环境，以提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。随着 现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。该系统可自动控制加热、降温 、通风。根据需要，通过按键将温度信息输入 mcu，根据情况可随时调节环境。温 室环境

18、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。 本文将使用 8051 型单片机对温度及湿度控制的基本原理实例化，利用现有资源设 计一个实时控制温室大棚温度的控制系统。目的是通过这次毕业设计，让我们将课 本知识与实践相结合，更加深刻的理解自动控制的运作模式及意义，也能够将所学 知识和技能更多的运用于生活和工作中，学以致用。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 9 页 共 41 页 第第 2 章温室控制系统的总体设计章温室控制系统的总体设计 本系统要控制的对象为这样一个规模的温室。温室结构的参数为：屋脊高 5.2m，檐高 3m，单跨度 6.5m，长为 20m，地面面积为 13

19、0 平方米3。要实现的目标 是，使薄膜温室的温度保持在 2030之间，在这个区域内温度值是可设定的。 2.1 温室环境因子温室环境因子 作物的生长发育及产品的最终形成，其产量与质量一方面取决于作物本身的遗 传特性，另一方面取则决于外部环境条件。在实际生产中，一方面通过育种技术来 获得具有新遗传性的品种，另一方面要通过先进的栽培技术及适宜的环境条件来控 制其生长和发育。 温室内气温、地温对作物的光合作用、呼吸作用、根系的生长和水分、养分的 吸收有着显著的影响，因此影响作物生长发育的环境条件中，以温度最为敏感，也 最为重要，对温室环境控制的研究也是最先从温度控制开始的。不同种类的作物对 温度的要求

20、是不同的，同一作物在不同发育阶段对温度的要求亦有所不同，而且在 同一发育期阶段内对温度的要求也会随着昼夜变化而呈周期性地变化。一般说来在 白天作物进行光合作用需要的温度较高，晚上维持呼吸作用所需的温度要低一些。 另外温室内的气温要受到太阳辐射强度和室外气温变化的影响，在温室环境自动控 制系统的研制中应该考虑到这种情况。作物生长发育适宜的温度，随种类、品种、 生育阶段及生理活动的变化而变化。为了增加光合产物的生成，抑制不必要的呼吸 消耗，在一天中，随着光照强度的变化，实行变温管理是一种很有效的管理方法。 2.2 控制系统设计要求控制系统设计要求 本系统以温室温度为主要控制参数，进行控制系统的设计

21、，主要完成以下功能。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 10 页 共 41 页 1. 实现对温室温度参数的实时采集，测量空间多点温度：根据测量空间或设 备的实际需要，由多路温度传感器对关键温度敏感点进行测量，由单片机对各路数 据进行循环检测、数据处理、存储，实现温度的智能、多空间点的测量。 2. 显示报警功能：实现超数据的及时报警。温度检测范围：20-30c，检测精 度0.5 c。 3. 存储一定时间的温室环境参数值。 由于单片机对温室环境的检测是一个连续不断的过程，单片机数据存储器的容 量需足够大，能够存储数天的数据。需要保存一组由室内、外环境参数及其本组数 据采集时间组成的一条测控记

22、录。本控制系统保存一条测控记录需要 30 个字节的 存储单元。32k 外部数据存储器中的 0300h7fffh 为测试数据存储区，共计 32000 个字节，最多可以存储 1066 条记录。如果每隔 lo 分钟存储一条记录，则一天需要 存储 144 条记录。扩展 32k 数据存储器可以存储 7 天的数据。完全可以满足本控制 系统的需要。 4. 能够根据季节、地区和作物的不同，设置不同的控制参数。 操作人员可以根据不同的季节、地区和作物，来设置不同的环境控制参数，以 满足不同的需要达到最佳效益。 5. 自动调节温室内的环境参数。 当强电柜的转换开关都放在“自动”档位时，控制系统能够完全自动的控制温

23、 室内温度调节机构，将温室内温度调节到操作人员设定的参数值附近。 2.3 控制系统总体设计控制系统总体设计 系统原理框图如图 1 所示，温室温度自动控制系统总体电路图见附录一。本系 统由单片机系统模块、温度采集模块、wp 型温室加热器、降温模块、按键以及显 示模块六个部分组成。通过按键设定温度值，设定的温度值和采集的温度值都可以 通过 led 数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热， 以达到设定值；反之，开启降温风扇，以快速达到降温效果。该系统对温度的控制 范围在 2030，温度控制的误差小于等于 0.5。通过使用该系统，对蔬菜 大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制,保

24、证大棚内作物在最佳的温度条件下生 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 11 页 共 41 页 长，提高质量和产量。 图 1 系统原理框图 温度采集 键盘扫描 降温模块 wp 型温室加热器 at89c51 控制系统 显示 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 12 页 共 41 页 第第 3 章章 温室控制系统硬件设计温室控制系统硬件设计 该系统分为六个模块，分别是单片机系统模块、温度采集模块、显示模块、键 盘扫描模块、加热模块和降温模块。现分别介绍如下： 3. 1 基于基于 at89c51 的单片机系统的单片机系统 本系统采用 atmel 公司所生产的 mcs51 系列中的 at89c5

25、1 单片机4。 主芯片的功能： at89c51 单片机系统如图 2 所示： 图 2 单片机系统 这个系统由两部分组成，现介绍如下： at89c51 的内容： 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 13 页 共 41 页 3.1.1 时钟脉冲时钟脉冲 at89c51 内部已具备振荡电路，只要在接地引脚上面的两个引脚（即 19、18 脚）连接简单的石英晶体即可。at89c51 的时钟频率为 12mhz。 3.1.2 复位电路复位电路 at89c51 的复位引脚（reset）5为第 9 脚，当此引脚连接高电平超过 2 个机器 周期（一个机器周期为 6 个时钟脉冲） ，即可产生复位的动作。以 12m

26、hz 的时钟脉 冲为例，每个时钟脉冲 1us,两个机器周期为 12us,因此，在第 9 脚上连接一个 12us 以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。对于上电复位，复位引脚上串接了一个 电容，当复位引脚接 +5 伏电压时，电容相当于短路，经过一段时间（在这段时间 内完成复位）后，电容处于充电状态，相当于断开。还有一种是手动复位,它的接法 是在 at89c51 复位引脚所串连的电容上并联接一个按钮开关。当按钮没按下时， 电容处于充电状态；当按钮按下时，电容对复位引脚放电，从而在这个引脚上产生 高电平，达到复位的目的。 3.2 温度采集模块温度采集模块 本系统的温度采集和转换电路原理图如图 3 所

27、示，它的工作过程为：系统通过 ad5906采集外界的温度参数，并通过三个放大器的作用将温度转化为电流模拟量； 此模拟量通过 adc08047的转化变成数字量，以便单片机辨认接收。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 14 页 共 41 页 图 3 ad590 温度传感器工作的系统结构电路图 根据电路图，说明各个器件的功能如下： 温度传感器 ad590 的功能： 如上图 3 所示： opa1：以 0为标准，调节可变电阻 r10 使其输出电压为 2.73 伏特。 opa2：减 2.73 伏特，并反相。 opa3：放大 5 倍并反相。 例如：ad590 输出电压为 1.5 伏特，则其温度为：1.

28、5/5（opa3） +2.732（opa2=3.032 伏特； 3.032/10k=303.2 微安培； 303.2-273.2=30 微安培30。 注意：adc0804 的 vref=2.56v。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 15 页 共 41 页 表 1 各温度与 3 个 opa 及 adc0804 的输入与输出关系 温度值opa1opa2opa3adc vinadc 输出值 0 2.732v0v0v0v00h 10 2.832v-0.1v0.5v0.5v19h 20 2.932v-0.2v1v1v32h 30 3.032v-0.3v1.5v1.5v4bh 40 3.132v-

29、0.4v2v2v64h 50 3.232v-0.5v2.5v2.5v7dh 60 3.332v-0.6v3v3v96h 70 3.432v-0.7v3.5v3.5vafh 80 3.532v-0.8v4v4vc8h 90 3.632v-0.9v4.5v4.5ve1h 100 3.732v-1v5v5vfah 3.2.1 ad 转换器转换器 adc0804 的功能的功能 图 4 adc0804 （1）如图 4 所示，所谓 a/d 转换器就是模拟/数字转换器，是将输入的模拟信号转 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 16 页 共 41 页 换成数字信号。信号输入端的信号可以是传感器或是转换器的

30、输出，而 adc 输出的 数字信号可以提供给微处理器，以便更广泛地应用。 （2）adc0804 电压输入与数字输出关系如下表 2 所示： 表 2 adc0804 电压输入与数字输出关系 与满刻度的比率相对电压值 vref=2.56 伏十六进制二进制码 二 高四位字节低四位字节高四位字节电压低四位字节电压 f111115/1615/2564.8000.300 e111014/1614/2564.4800.280 d110113/1613/2564.0600.260 c110012/1612/2563.8400.240 b101111/1611/2563.5200.220 a101010/1610

31、/2563.2000.200 910019/169/2562.8800.180 810008/168/2562.5600.160 701117/167/2562.2400.140 601106/166/2561.9200.120 501015/165/2561.6000.100 401004/164/2561.2800.080 300113/163/2560.9600.060 200102/162/2560.6400.040 100011/161/2560.3200.020 0000000 例如：vin=3v，由上表可知 2.880+0.120=3v，为 10010110b=96h。 （3）a

32、d590 产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为 4v30v，检 测的温度范围为-55+150，它有非常好的线性输出性能，温度每增加 1， 其电流增加 1 微安培。当摄氏温度为 0时，ad590 的电流为 273.2 微安培，经 10 千欧姆电阻后其电压为 2.732 伏特。余者依上述方法类推。 （4）利用 ad590 以及接口电路把温度转换成模拟电压，经由 adc0804 转换成数字 信号后传送给 at89c51 处理。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 17 页 共 41 页 （5）温度采集和 ad590 温度传感器工作的系统结构电路图为图 3.2。 3.3 显示模块显示模

33、块 译码 ic 及温度显示的电路图如图 5 所示。显示部分的工作原理是，它将温度 转换的数字量，即温度值，经由 at89c51 的 p1 口由两个译码 ic 输出并分别送入两 个七段数码管显示8，这两个 led 都是共阳极的。 图 5 译码 ic 及温度显示 3.3.1 译码译码 ic 7447 bcd 码转换成 7 段 led 数码管的译码驱动 ic，如图 6 所示，首推 7447 系列， 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 18 页 共 41 页 包括 7446、7449、74ls499。其中的 7446 及 7447 输出低电平驱动的显示码，用以 推动共阳极 7 段 led 数码管；

34、而 7448 及 74ls49 输出高电平驱动显示码，用以推 动共阴极 7 段 led 数码管，7446、7447 与 7448 的引脚相同（双并排 16pins） 。 7447 引脚说明： 1、d、c、b、a：bcd 码输入引脚。 2、a、b、c、g：7 段数码管输出引脚。 3、/lt：本引脚为测试引脚，当接高电平时，所连接的 7 段 led 数码管全亮。 正常显示下应接低电平。 4、/rbi：本引脚为涟波淹没输入引脚，正常显示下应接低电平。 5、/bi 和/rbo：本引脚为淹没输入或涟波淹没输出引脚，正常显示下应接低电 平。 图 6 译码 ic 7447 3.3.2 七段七段 led 数码

35、管数码管 7 段 led 数码管是利用 7 个 led 组合而成的显示设备，可以显示 0 到 9 共 10 个数字。当要显示多个数码管，可分别驱动每个数码管；当要利用人类的视觉暂留 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 19 页 共 41 页 现象，则可以采用快速扫描的方式，只要一组驱动电路即可达到显示多个数码管的 目的。 一般来说，7 段 led 数码管可分为共阳极和共阴极两种，共阳极就是把所有 led 的阳极连接到共同的接点 com，而每个 led 的阴极分别为 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小数点） ；同样的，共阴极就是把所有 led 的阴极连 接到共同的接点 com，而每个

36、led 的阳极分别为 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小数 点） 。 3.4 键盘键盘扫描扫描 图 7 是键盘扫描的电路图，其中 7492210是键盘扫描 ic。键盘扫描电路的原理 是，将键盘接在一个键盘扫描 ic 74922 上，当在键盘上按下键时，相关的键码将通 过 74922 的 a、b、c、d 口线传递给 at89c51 单片机。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 20 页 共 41 页 图 7 键盘扫描电路 3.4.1 键盘键盘 本键盘采用电话式键盘，其结构如图 8 所示。键盘是接在键盘扫描 ic 74922（上图 7 所示）上面的，键盘的输入通过 74922 的 x1x

37、4 和 y1y4 输入。 x1 x2 x3 图 8 电话式键盘 但鉴于键盘扫描 ic 为 4*4 形式，以下键盘编码每行后面都有 0ffh，以配合硬 123 456 789 *0# y1 y2 y3 y4 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 21 页 共 41 页 件使用。 按键及分别对应的键盘编码如表 3 所示： 表 3 键盘编码 按键123456 对应编码01h02h03h04h05h06h 按键789*0# 对应编码07h08h09h0ah00hobh 3.4.2 键盘扫描芯片键盘扫描芯片 键盘扫描芯片 74922 的图形如图 7 所示。键盘扫描 ic 74922 的工作过程是这样

38、的：x1x4 接键盘的行，y1y4 接键盘的列，按键信息由这几个口输入， 由 a、b、c、d 四个口输出到 p3 口的低四位，再通过 p1 口经过译码 ic 显示在 led 上。键盘扫描芯片不断查询是否有按键输入，当查询到有按键时，da 置 1， 同时执行相应的程序，比较温度是否超出上、下限，进而决定是加热还是降温。 3.5 wp 型温室加热器型温室加热器 如图 3.6 所示，在 at89c51 的 p2.1 口上接一个继电器，将 ad590 加热器接在 此继电器上。需要提高温度时，单片机控制 p2.1 口，使之置 1，进而控制加热器加 热。 传统的空气对流加热系统，通过反复循环，重复加热冷空

39、气，加热空气时自上 而下，先加热温室的上层，然而地板处在最后，所以很难加热，因此十分耗费能量。 wp 型温室加热器是从下至上进行加热的。温室中的物体和地面由表面吸收热量， 同时又向四周的空气辐射，从而保持整个空间很暖和，这种方式，可以节约能量并 减少运行费用。wp 型温室加热器具有如下特点： 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 22 页 共 41 页 (1) 高效节能。本产品消耗的能量比锅炉供暖减少 25%，比传统煤炉降低 40%以上, 从而大大降低了加热运行成本。 (2) 传热效率高。产品由于采用了高科技热超导技术，升温速度特别快。 (3) 投资成本低廉。与传统的利用锅炉干燥方式相比，省

40、去了专用锅炉房、水处理、 水分析、管道、阀门、换热器等设施，投资减少近一半，因而价格便宜。 (4) 本产品结构简单、操作方便、安全可靠、使用寿命长。wp 型温室加热器特别 适合寒冷地区各类蔬菜温室大棚、花房、家禽动物养殖场等需要加热保温的场所。 在温室加热器充分保证棚温室适宜温度后，选择附加值高的蔬菜、花卉必将切实提 高广大用户的经济效益。 3.6 降温模块降温模块 如图 3.6 所示，在 at89c51 的 p2.2 口上接一个继电器将降温风扇接在此继电 器上。需要降温时，单片机控制 p2.2 口，使之置 1，进而控制降温风扇降温。 当室内温度较高需要降温时，就要用到降温模块了。在此处的温室

41、中，降温模 块包含了两个部分： (1) 自然通风 由于这里的温室周围和顶层留了通风窗（侧窗与天窗），故可以采用自然通风 的方式来降温。当室内温度由于日照而提高时，热空气会因密度降低而上浮，由天 窗溢出，而外界空气由侧窗流入造成对流，温度差异愈大时其流速愈快。自然通风 在冬天效果最好，因为此时内外空气的温差最大。由于空气温差，可使屋顶排气孔 成为绝佳的出气口，侧面排气孔则成为绝佳的进气口。当天气很热时，内外的空气 温差就很小，甚至不存在。事实上，当最需要通风的时候往往是自然通风最小的时 候。若通风是外界风所引起，则较温暖的地区，使用自然通风会有较佳的效果。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第

42、 23 页 共 41 页 (2) 机械通风 机械式通风一般指的是使用降温风扇等降温设备将温室内的热空气强制抽出， 同时由于压差而将大气吸入，达到通风的效果。这个方案需要维持适当的气密性， 才能使空气由进气口进，由排气风机出；但是也因为气密而容易有热累积的现象， 是以在设计上需注意通风量的大小，至少其降温效果要优于自然通风，即要比在同 一地点采用侧窗配合天窗的温室的降温效果要好。利用风扇在温室内产生负压的强 行通风方式比自然通风系统可靠，通常将通风率设计为每一分钟一个温室体积(1 ac, air change)的通气风量率。一间 10m x 33m 的温室大约需 700 m3/min 的通气风

43、量率。由kw 马达带动的风机（系统负压为 2.5 厘米水柱）可提供此风量率。若 风扇以平均每天消耗 1 元计算，则业者每月每平方米温室面积的电费应为 1 元。电 费会随季节、作物种类和地理位置的不同而有所差异。由于这种降温方法需要耗电， 相比于自然通风，这是它的缺点。 在这个温室大棚中，运用的是自然通风和机械通风相结合的方式。当需要降温 的幅度不大时，则打开天窗和侧窗，利用自然通风来降温，这样既可达到很好的降 温效果，又节省了开支。而当要降温的幅度偏高或者自然条件下不适合用自然通风 降温时，就采取机械通风的方式来降温。当然，在自然条件允许的条件下，采用自 然通风和机械通风相结合的降温方式可以达

44、到更好的降温效果。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 24 页 共 41 页 第第 4 4 章章 软件设计软件设计 本系统的工作流程是，操作人员可以从键盘上输入要设定的温度值。当此温度值 与当前温度不同时，单片机控制系统采取调节的动作。当设定温度大于测定温度时， 则使加热器工作；当设定温度小于测定温度时，则开启降温风扇。此程序流程包括 4 个部分。第一部分是主程序，它描述的是程序的总体结构；第二部分是定时器 t0 的描 述，它的功能是将实际温度和设定的温度比较，再作出相应的动作；第三部分是键盘 扫描部分；第四部分是显示部分，用于显示温度值（系统总程序见附录 2） 。 4.1 主程序主程序

45、 主程序流程图如图 9 所示： 图 9 主程序流程图 本温度控制系统的主程序流程图，温度控制系统采用温度传感器 ad590 采集温度 y n y n 开始 系统初始化 a/d 转换 判断有无按键？ a/d 转换完成否？ 显示 按键程序 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 25 页 共 41 页 数据，再由 adc0804 模数转换器将温度转化为单片机可以处理的数据。本系统将温度 总体控制在 20到 30之间，并且可以通过键盘输入要设定的温度值，并通过 7 段数 码管显示出来。在整个系统的运行期间，有一个定时器 t0 中断每隔 20ms 扫描一次， 用于当前温度与设定温度的比较，然后发出加温

46、或降温的命令。程序代码如下： org 00h jmp start org 0bh jmp tim0 ;定时器 t0 中断子程序 start: mov tmod,#01h ;选择 timer0，mode1 mov th0,#60 mov tl0,#76 setb tr0 ;启动定时器 t0 mov ie,#82h mov r4,#09h ;(30h)-(38h)寄存器 mov r0,#30h clear: mov r0,#00h ;清除 ram(30h)-(38h) djnz r4,clear mov a,#00h mov dptr,#table1 movc a,a+dptr mov 34h,a

47、 ;(34h)为上限温度-30 度 mov a,#01h mov dptr,#table1 movc a,a+dptr mov 35h,a ;(35h)为下限温度-20 度 mov 36h,#0ffh ;(36h)为存储的旧温度值 start0: movx r0,a ; /wr=0,adc0804 开始转换 wait: jb p3.4,keyin ; p3.4=1 表示有按键，转往按键子程序 jb p2.0,adc ;检测 adc0804 转换完成否？p2.0=1， ; 则完成 jmp wait adc: movx a,r0 ;将转换好的数据送入累加器 mov 37h,a ;温度的比较。将现温

48、度值存入 37h clr c 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 26 页 共 41 页 subb a,36h ;现温度值减去旧温度寄存器的值 jc tdown tup: mov a,37h ;将现温度值存入 a clr c subb a,34h ;与上限温度作比较 jnc poff ;c=0 表示比上限温度大，必须停止加热 jmp loop pon: clr p2.1 jmp start0 poff: setb p2.1 ;继电器不动作，即停止加热 jmp loop tdown: mov a,37h ;将现温度值存入 a clr c subb a,35h ;与下限温度作比较 jc pon

49、 ;c=1 表示比下限温度小，须加热 jmp loop loop: mov 36h,37h ;将现温度值存入 36h 中 clr a mov r4,#0ffh ;延迟 djnz r4,$ call l1 ;二-十进制转换程序 mov 21h,#10h ;显示延迟 nov r1,#30h disp1: call disp ;温度值的显示 djnz 21h,disp1 jmp start0 4.2 定时器定时器 t0 中断中断 定时器 t0 中断的工作流程如图 10 所示。当定时器 t0 发生中断时，就将按键输入 的设定的温度值与当前的温度值比较。当输入的温度值大于当前测定的温度值，单片 机就控制

50、加热器加热；当设定的温度值小于当前测定的温度值，就开启降温风扇。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 27 页 共 41 页 图 10 定时器 t0 中断子程序 程序代码如下： tim0: push acc push psw mov th0,#60 ;重设中断时间 mov tl0,#76 mov a,33h cjne a,31h,t ;设定温度的十位是否等于所 ;测温度的十位数 mov a,32h cjne a,30h,t ;设定温度的个位是否等于所 ;测温度的个位数 jmp off ;个位相等，则令加热器停止加热 t: jc off ;设定温度小于现在温度，停止加热 clr p2.1 ;

51、否则加热 return: pop psw pop acc reti n nn y y y 定位 装入初值 比较的十位相同？ 比较的个位相同？ 开启降温风扇 返回 加热器工作 设定温度测定 温度？ 加热器停止工作 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 28 页 共 41 页 off: setb p2.1 ;停止加热 jmp return delay: mov r7,#06 ;显示器扫描时间 d1: mov r6,#248 djnz r6,$ djnz r7,d1 ret 4.3 显示模块显示模块 显示子程序流程图如图 11 所示:（说明：30h 用于暂时存放要显示温度的高四位， 31h 用于暂

52、时存放要显示温度的低四位，38h 用于存放最终要显示在 7 段数码管上的 温度值；d1、d2 分别表示两个 7 段数码管的存储地址。 ） 取（30h）高四位为 d1 取（31h）低四位为 d2 返回 将（38h）的值送 p1 将（30h） 、 （31h）合成为 （38h） 延时 disp 图 11 显示子程序 系统提供温度的显示功能，将温度用两个 7 段数码管显示出来。程序如下： disp: mov a,r1 anl a,#0f0h ;d1 值：取(30h)高 4 位 swap a 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 29 页 共 41 页 mov 38h,a inc r1 mov a,r

53、1 anl a,#0fh ;d2 值：取(31h)低 4 位 swap a orl a,38h ;d1,d2 合成为 8 位 mov p1,a ;送给 7 段数码管显示 call delay ;扫描延迟 ret 4.4 按键扫描按键扫描 按键扫描子程序流程图如图 12 所示: 图 12 按键子程序 将键盘接在一个键盘扫描 ic 74922 上，所按键将被此芯片处理后传送给单片机处 理。工作流程如图 12 所示。如果要设定新的温度值，操作流程为：按“*”要设定的 温度值按“*”，这样就完成了温度的设定。程序代码如下： y y n n 按键是“*”？ 有新的按键？ 是“*”？ 是“#”？ 显示 n

54、 n y y 按键 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 30 页 共 41 页 keyin: jb p3.4,$ ;有按键，放开否？ mov a,p3 ;是则读 74922 的按键值 anl a,#0fh ;取有效的低 4 位 mov dptr,#table ;至 table 取键盘转换码 movc a,a+dptr xrl a,#0ah ;是否按“*”？ jnz start0 ;不是，回到现在温度模式 jb p3.4,keyin1 ;有新的按键否？ mov r1,#32h ;无，设定温度显示地址 call disp ;显示设定温度地址中的值 mov r5,4fh ;几秒钟后无按键则自动解

55、除 ;设定温度模式 d4: mov r7,#0ffh d3: mov r6,#0ffh d2: jb p3.4,keyin1 djnz r6,d2 djnz r7,d3 djnz r5,d4 jmp start0 keyin1: jb p3.4,$ ;按键放开否？ mov a,p3 ;放开则读 74922 键盘值 anl a,#0fh mov dptr,#table movc a,a+dptr mov 20h,a ;按键值存入(20h) xrl a,#0ah ;是否按“*”？ jz x1 ;是，则温度设定完成 mov a,20h xrl a,#0bh ;#未设定键 jz wait1 mov a

56、,20h ;不是*、#，则为数字键 xch a,32h ;按键值存入(32h)，(33h) xch a,33h 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 31 页 共 41 页 第第 5 章章 测试分析测试分析 通过伟福编译器编译，观察各个寄存器和输出端口的值，发现程序能够完成既 定的各项功能。温室结构的参数为：屋脊高 5.2m，檐高 3m，单跨度 6.5m，长为 20m，地面面积为 130 平方米。这个薄膜温室的特点是： 1. 能在可见光 0.40.7 微米范围内得到最大光照。 2. 薄膜内表面的涂层处理能够有效地解决温室结露。 3. 三层共挤技术使薄膜外层表面形成光滑表面，有效防止灰尘堆积。

57、 4. 采用双层充气膜，可大大提高温室保温性能，节省运行成本。 要求温度的上限为 30，下限为 20。通过对温室运行时的实际观测，摘录 一组数据如表 4 所示： 表 4 测试数据 温度提升区间 () 2022222525272730 所需时间（s）60906090 实际达到的温 度值() 216247272303 绝对误差（）04030203 从运行结果来看，控制后的温度误差范围小于等于 0.5,控制后的温室温度能 够达到作物生长环境的要求。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 32 页 共 41 页 结束语结束语 根据实际生产需要和环境调控的简单实用，作物整个生长周期被分为两个阶段， 即

58、营养生长阶段和生殖生长阶段。在营养生长阶段，采取温度优先的控制策略，减 少能量消耗，降低调控机构的操作运行成本；而在作物的生殖生长阶段，通过有机 结合作物生长模型、温室控制机构的调控效果模型和成本模型，实现经济最优目标 的决策过程。从实际决策的实例来看，采用经济最优目标的策略来进行温室环境调 控，给出最佳的温室环境控制方案，既能保证作物适宜的生长环境条件要求，又能 保证温室经营者的利益。 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 第 33 页 共 41 页 参考文献参考文献 1 张义和，陈敌北，改编：刘丹等 .例说 8051m. 北京：人民邮电出版社，2006，4355. 2 吴金戍，沈庆阳，郭庭吉

59、. 8051 单片机实践与应用m. 北京：清华大学出版社， 2006，6882. 3 陈明荧. 8051 单片机课程设计实训教材m. 北京：清华大学出版社，2005，112135. 4 张友德，赵志英，涂时亮. 单片微型机原理、应用与实验m.上海：复旦大学出版社， 2003，7891. 5 沈庆阳. 单片机实践与应用m. 北京：清华大学出版社，2002，4582. 6 林申茂. 8051 单片机彻底研究m. 北京：人民邮电出版社，2004，145178. 7 沙占友 孟志永 王彦朋. 单片机外围电路设计m. 北京：电子工业出版社， 2006，156214. 8 杨金岩. 8051 单片机数据传

60、输接口扩展技术与实例应用m. 北京：人民邮电出版社， 2005，205231. 9 李伯成. 嵌入式系统可靠性设计嵌入式系统与单片机系列丛书m. 北京：电子工业出 版社，2006，5567. 10 戴佳，苗龙，陈斌. 51 单片机应用系统开发典型实例m. 北京：中国电力出版社， 2005，187204. 11b.k. bose.electrical machinesm.cicem,1995 年 92139 12w.l. brogan. modern control theoryr. prentice hall inc.,1985 年. 156230 13allen-bradley.contro