毕业设计-温室大棚温度湿度自动控制系统设计

题目：温室大棚温度湿度自动控制系统设计

烟台南山学院毕业论文（设计）任务书论文题目温室大棚温度湿度自动控制系统设计院部计算机与电气自动化专业自动化班级08自动化本科1班毕业论文（设计）的要求在此系统中，温湿度传感器获得所测环境中的检测温湿度信号，信号处理和放大后，由A/D转换器转换成数字信号进入单片机内部，显示于LED显示器上。单片机将给定的温湿度安全范围与测量的温湿度相比较，若测量温湿度在给定的温湿度安全范围则表明所测环境温湿度正常，各工作器件可在此环境中继续工作；若测量温湿度不在给定的温湿度安全范围内，则相应报警系统工作，发出报警，说明所测环境温湿度需要调整。同时此系统设有看门狗电路模块，可以起到程序正常运行的作用。毕业论文（设计）的内容与技术参数蔬菜大棚温湿度湿度自动控制系统由主控制器AT89C51单片机、并行口扩展芯片8255、74LS373、A/D转换器0809、湿度传感器、温湿度传感器DS1820、固态继电器、RAM6264、掉电保护和LED显示器和报警电路等构成，实现对蔬菜大棚温湿度的检测与控制，从而有效提高蔬菜的产量。内容：（1）安全温湿度范围为-30—50°C，最小区分度为1°C,标准温湿度W1°C。（2）温湿度控制的静态误差W1°C。（3）用十进制数码管显示所测环境温湿度。（4）由于单片机无操作系统，若程序出现异常无法正常工作，故本系统采用了一个硬件看门狗来监视程序运行。毕业论文（设计）工作计划2011.11看关于单片机原理的书籍；2011.12看关于温湿度传感器和信号处理器的有关书籍；2012.01看有关显示电路，看门狗电路和报警电路的书籍；2012.02看有关汇编及C语言编程的书籍;2012.02制定开题报告；2012.03开始编写论文：a编写所用到的各种元器件的原理和简单介绍b完成主题设计思路完成电路图设计；2012.04编写主程序；2012.04完成设计总结接受任务日期2011年11月25日要求完成日期2012年4月15日学生（签名）2011年11月25日指导教师（签名）年月日院长（主任）（签名）年月日摘要温室大棚温度湿度自动控制系统由主控制器AT89C51单片机、并行口扩展芯片8255、74LS373、A/D转换器0809、湿度传感器、温湿度传感器DS1820、RAM6264存储器、掉电保护、LED显示器和报警电路等构成，实现对温室大棚温湿度的检测与控制，从而有效提高温室的产量。本文基于AT89C51的温室大棚温度湿度控制系统设计，讨论了温室大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。可广泛应用温室塑料大棚、物资仓库、食品加工、热处理、冶金以及其他行业的温湿度检测及显示、报警等。该系统由于使用集成温湿度传感器DS1820和性价比较高的单片机AT89C51,具有系统性能稳定可靠、功耗低、成本低、测量准确、传输距离远、维护简单等优点，在其他实际工作中，有一定的实用和参考价值。关键词：AT89C51单片机；温湿度传感器；A/D转换器；LED显示器；报警电路AbstractVegetablescanopytemperatureandhumidityautomaticcontrolsystemconsistsofthemaincontrollerAT89C51single-chip,parallelportexpansionchip8255,74LS373andA/Dconverter0809,humiditysensor,thetemperaturesensor,solid-staterelay,theDS1820RAM6264,powerfailsafeguardandledsdisplayandalarmcircuit,etc.Toachievethevegetablegreenhousetemperatureandhumiditytestingandcontrol,toimprovethevegetable'sproduction.Inthispaper,thespecificdesign,discussedthedetectionofvegetablegreenhouse'stemperatureandhumidityandcircuitcontrolprinciple,carriedoutafeasibilitydemonstration.Schematicdiagramisgiventogetherwithsourcecodeandprocedures.TheuseoftheMCUandtheadvantagesofdigitalcontrolsystem,allaspectsofthesystemperformanceissignificantlyimproved.Keywords:temperatureandhumiditysensors;Humiditysensors;Rapiddetection;A/Dconverter;TheLEDdisplay;Alarmcircuit;Solidstaterelays.TOC\o"1-5"\h\z1绪论1\o"CurrentDocument"1.1课题背景1\o"CurrentDocument"总体要求1\o"CurrentDocument"具体要求1\o"CurrentDocument"1.4设计思路1\o"CurrentDocument"1.5温室大棚计算机控制的概况1\o"CurrentDocument"2系统组成与工作原理3\o"CurrentDocument"2.1系统的硬件总体结构框图3\o"CurrentDocument"2.2系统的工作原理3\o"CurrentDocument"3系统主要硬件电路模块设计4\o"CurrentDocument"AT89C51单片机结构组成4\o"CurrentDocument"AT89C51的复位电路5\o"CurrentDocument"3.3数据存储器的扩展6\o"CurrentDocument"3.4八路温湿度采集电路8\o"CurrentDocument"3.5八路温湿度选择电路9\o"CurrentDocument"3.6单路温湿度处理电路9\o"CurrentDocument"3.7A/D转换电路10\o"CurrentDocument"3.8电源稳压电路11\o"CurrentDocument"3.9声光报警电路12\o"CurrentDocument"3.10看门狗电路12\o"CurrentDocument"3.11显示电路13\o"CurrentDocument"3.12数字温湿度传感器DS1820和湿度检测电路15\o"CurrentDocument"DS1820的主要特性15\o"CurrentDocument"DS1820内部结构15\o"CurrentDocument"DS1820的工作原理16\o"CurrentDocument"DS1820使用中注意事项17\o"CurrentDocument"湿度检测电路17\o"CurrentDocument"4系统的软件设计18\o"CurrentDocument"4.1主程序模块设计18\o"CurrentDocument"4.2数据采集模块设计18\o"CurrentDocument"4.3数据处理模块设计19\o"CurrentDocument"4.4报警模块设计20\o"CurrentDocument"4.5显示模块设计20\o"CurrentDocument"结束语21\o"CurrentDocument"致谢22\o"CurrentDocument"参考文献23附录24#1.1课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种结构：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，程序存储器和数据存储器共用一个存储器空间的结构，称为“冯•诺依曼”结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为“哈佛”结构，目前的单片机采用此种结构较多。本文介绍的分布式单总线温室大棚温湿度湿度自动控制系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温湿度，通过对温湿度的良好控制，有效地提高温室的产量。1.2总体要求在此系统中，温度传感器获得所测环境中的检测温度信号，信号处理和放大后，由A/D转换器转换成数字信号进入单片机内部，显示于LED显示器上。单片机将给定的温度安全范围与测量的温度相比较，若测量温度在给定的温度安全范围则表明所测环境温度正常，各工作器件可在此环境中继续工作；若测量温度不在给定的温度安全范围内，则相应报警系统工作，发出报警，说明所测环境温度需要调整。同时此系统设有看门狗电路模块，可以防止程序在运行过程中“跑飞”，保证系统运行的稳定、可靠。1.3具体要求本方案中整个系统由温度采集电路，温度选择电路，温度处理电路，A/D转换电路，单片机处理电路，声光报警电路，看门狗电路，显示电路等组成，软件选用汇编语言编程。内容：安全温度范围为-30—50°C，最小区分度为1°C，标准温度W1°C。温度控制的静态误差W1°C。用十进制数码管动态显示所测环境温度。由于单片机无操作系统，若程序出现异常无法正常工作，故本系统采用了一个硬件看门狗来防止程序“跑飞”，保证系统运行的稳定、可靠。1.4设计思路本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制温度传感器经过处理的信号，把信号通过单总线传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制对象正常的目的。1.5温室大棚计算机控制的概况现代化温室，通过传感器技术、微型计算机及单片机技术和人工智能技术，能自动测控温室的环境，其中包括温湿度、湿度、光照、浓度等，使作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的。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，控制环境条件，达到作物优质、高产、高效盼栽培目的。随着微机技术的发展，逐步采用配置灵活、开放式结构、运算能力较强、高可靠性、完善的开发手段及具有数据处理、统计分析、打印报表等功能的测控系统所代替，取得了较好的经济效益。随着国民经济的迅速增长，现代农业得到长足发展，受控农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室工程已成为工厂化高效农业的一个重要组成部分。支持温室工程的相关技术，如温室环境复杂系统的建模技术与专家决策支持系统、温室环境智能测控技术研究与系统开发、温室环境调配工程技术与设施研究等已成为当前该领域的关键技术和研究热点问题。研究温室环境信息进行模拟、分析、预测，研究开发基于作物成长栽培环境的温室环境多因子智能化综合测控系统，研究高效生产的温室环境综合测控模式与配套设施等将是今后主要研究内容。目前，我国农业正处在从传统农业向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。农业环境控制工程作为农业生物速生、优质、高产手段是农业现代化的标志，农业设施的自动检测与控制是我国急待发展的项目。应用自动控制和电子计算机实现农业生产和管理的自动化，是农业现代化的重要标志之一。近年来电子技术和信息技术的飞速发展，带来了温室控制与管理技术方面的一场革命，随着“设施农业”、“虚拟农业”等新名称的出现，“设施园艺”、“虚拟温室”的概念也应运而生。温室计算机控制与管理系统正在不断吸收自动控制和信息管理领域新的理论和方法，结合温室作物种植的特点，不断创新，逐步完善，从而使温室种植业实现真正意义上的现代化、产业化。国内外温室计算机控制技术的发展状况计算机的发展最早可以追溯到上个世纪的40年代，但将计算机用于环境控制则开始于20世纪60年代。20世纪80年代初诞生了第一批温室控制计算机，此后温室计算机控制及管理技术便率先在发达国家得到广泛应用，后来各发展中国家也都纷纷引进、开发出适合自己的系统。这在给各国带来巨大的经济效益的同时，也极大地推动了各国农业的现代化进程。本文温湿度自动控制系统是针对温室大棚温湿度控制而设计，也可用于粮食仓储、冷库及烟叶发酵等场合的温湿度控制。塑料大棚是开发日光资源、充分利用太阳光能的主要形式之一，能避光、增产、保湿，为温室生长创造一个良好环境。温室大棚作为一个相对封闭的环境，其内部形成了一个小气候环境，良好的空气环境是温室正常生长的重要条件。为了增产、增收，要注意大棚内部的气体、温湿度和湿度3个重要因素。气体主要是指棚内的二氧化碳的含量。当空气中的二氧化碳浓度提高到0.1%时，可使温室的光合作用速率增加1倍以上，增产20%-80%；若使二氧化碳浓度降至0.005%时，光合作用几乎停止。温室生长的适宜温湿度为20°C-30°C。大棚内白天增温快，当棚外平均气温为15°C时，棚内可达40C-50C。因此，要适时调节棚内温湿度，避免高温危害。塑料大棚经常处于密闭状态，蒸发量大大减小，内部湿度一般在80%-90%，湿度过大极易导致病虫害的发生。现在对大棚内气体、温湿度和湿度的有效调节，主要是通过适时的通风来实现。二氧化碳含量过大和湿度过大都会导致温湿度升高。通过调节温湿度可以有效地控制二者的浓度。本文介绍的分布式单总线温室大棚温湿度自动控制系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温湿度，通过对温湿度的良好控制，有效地提高温室的产量。

2系统组成与工作原理2.1系统的硬件总体结构框图本系统为一个全自动的温室大棚温湿度巡回检测与控制系统，由以下几部分组成：AT89C51单片机，温湿度传感器，8255并行口电路A/D转换器变送器，驱动电路报警和显示电路组成，其接口部分包括单片机外扩展的数据存储器6264—片和地址锁存器74LS373,系统的组成如图2.1.1所示：数据存储器驱动设备湿度变送器湿度传感器温度传感器数据存储器驱动设备湿度变送器湿度传感器温度传感器图2.1.1系统硬件总体结构框图文中按模块分别对各单元电路进行电路设计，然后进行硬件电路集成。单片机是控制系统的核心部分。八通道温湿度传感器由八选一模拟选择开关循环选通，被选中的温湿度传感器信号由信号处理及放大电路进行处理之后送入A/D转换器，再由单片机控制A/D转换器进行温湿度数据的采集，而后对温湿度原始数据进行处理，根据处理结果驱动声光报警电路和执行数码管。看门狗采用硬件看门狗电路，防止程序在运行过程中“跑飞”保证系统运行的稳定、可靠。2.2系统的工作原理在应用程序的作用下，首先对8255进行初始化，设定工作方式0。PA口、PB口、PC口均为输出口，PA口、PB口为显示输出，PC口为报警和相关设备驱动口。由于工艺决定,进入大棚之前已经将湿度控制在安全限以内，测量过程是“先测温湿度后测湿度”，首先对温湿度进行采样，每一个温湿度点采样5次，计算平均值作为采样值送入显示和存储的相应单元进行存储和传感器的编号和温湿度的显示，然后判断温湿度是否超过设定温湿度，如果温湿度超标则报警，并根据传感器的位置判断启动通风设备还是加热设备，如果不超标就继续检测下一个点的温湿度，直到整个大棚的多个点温湿度全部测试完成，然后计算和显示大棚的平均温湿度，最后对8个点的湿度进行测量并且显示。湿度也是按照每个点测量5次然后取平均值的方法计算，来减少干扰因素带来的误差，8个点的湿度测量完成后计算并显示大棚的平均湿度。同样与设定的湿度值比较如果超标就报警，并启动风扇进行通风处理。然后系统返回再进行温湿度和湿度的巡回测量和显示。

3系统主要硬件电路模块设计AT89C51单片机结构组成根据系统的功能需求，选择目前市场上性价比较高的AT89C51单片机（见图2-4）作为该系统的控制核心。1、CPU的结构CPU是单片机内部的核心部分，是单片机的指挥和执行机构，它决定了单片机的主要功能特性。从功能上看，CPU包括两个基本部分：运算器和控制器。下面说明控制器和运算器。1）运算器运算器包括算术逻辑运算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暂存寄存器TMP1和TMP2、程序状态寄存器PSW、BCD码运算调整电路等。2）控制器控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID等。2、时钟电路1C1石英晶本XTAL1MCS--51XTAL2AT89C51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。在TXAL1和XTAL2两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激振荡器，如图3.1所示。电容器C1和C2通常都取30pF1C1石英晶本XTAL1MCS--51XTAL2C2图3.1时钟电路本设计考虑系统的独立完整性，选用内部时钟方式，石英震荡频率选用12MHZ，ALE信号频率为2MHZ。3、I/O口结构：AT89C51单片机有4个8位并行I/O接口，记作PO、P1、P2和P3,每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器（即特殊功能寄存器P0〜P3），一个输出驱动器和输入缓冲器，作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲，但是这四个通道的功能完全不同。4、程序存储器及数据存储器1）程序存储器对AT89C51芯片来说，片内有4K字节ROM/EPROM，片外可扩展60K字节EPROM，片内和片外程序存储器统一编址。在程序存储器中，有6个地址单元被保留用于某些特定的地址，如下表3.1所示。

表3.1AT89C51的复位、中断入口地址入口地址说明0000H复位后，PC=0000H0003H外部中断入口000BH定时器T0溢出中断入口0013H外部中断入口001BH定时器T1溢出中断口0023H串行口中断入口2)数据存储器AT89C51数据存储器空间也分为内片和外片两大部分，即片内数据存储器RAM和片外数据存储器RAM。如何区别片内、片外RAM空间呢？片内数据存储器最大可以寻址256个单元，片外最大可扩展64K字节RAM,并且片内使用的是MOV指令，片外64KROM空间专门为MOVX指令所用。5、定时器AT89C51单片机的内部有两个16位可变成定时器0(TO)和定时器1(T1)，它们都有定时或是事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。它们具有计数和定时两种工作方式以及四种工作模式。定时器TO具有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三种工作方式。6、中断系统AT89C51单片机有五个中断请求源。其中，两个外部中断源；两个片内定时器/计数器(TO、T1)的溢出中断源TEO和TF1；—个片内串行口接受或发送中断源RI或TI。这些中断请求分别由单片机的特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。当几个中断源同时向CPU请求中断，要求CPU提供服务的时候，就存在CPU优先响应哪一个中断请求，于是一些微处理器和单片机规定了每个中断源的优先级别。3.2AT89C51的复位电路AT89C51单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位两种方式。本设计采用上电复位电路，电路图如图3.2所示。所谓上电复位，是指单片机只要一上电，便自动地进入复位状态。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲,用以复位。10KO〒ci100pFC210〒ci100pFC210uFRESETC310uF图3.2复位电路3.3数据存储器的扩展AT89C51片内还有28字节的数据存储器RAM,主要用工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器。对于简单的测控系统，用它存放运算的中间结果，容量是够用的。但是对于大量数据采集处理系统，则需要在片外扩展RAM。由于本设计采用大量温湿度传感器，所以一片AT89C51芯片是不够用的，所以要对AT89C51的数据存储器进行扩展，因此，选用RAM6264数据存储器一片。6264可以直接和存储器的地址线并联，数据地址线也同样可以并联连接。6264的写选通信号WE连接到AT89C51的WR上，读选通信号OE连接到AT89C51的RD上,这样单片机就能把程序采集来的数据。经过变换最终转换成数字温湿度量存放到6264中，也可以从6264中读取数据，具体的连接如下图3.3所示：8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序设计简单。对于方式0如果不要设定C口的联络信号，则只需要设置方式控制字；如果要设定C口的某些位为联络信号，则只需设置C口的位置/复位控制字。对于方式1和方式2,因为都要用到控制信号，所以必须设置两个控制字，即设置方式选择控制字和C口复位控制字。8255有40个引脚，下面根据功能分类说明。VO3GNDVO4VO2VO5VO1VO6VO0VO7A0OE1A1A1A2OEA3A11A4A9A5A8A6OE2A7WEA12VCCNCAL0OEA11A9A86264A12A2/A3/A4■/A5/8DVO3GNDVO4VO2VO5VO1VO6VO0VO7A0OE1A1A1A2OEA3A11A4A9A5A8A6OE2A7WEA12VCCNCAL0OEA11A9A86264A12A2/A3/A4■/A5/8D7D8Q6D7Q5D6Q4D5Q3D4Q2D3Q1D2Q1QCOCA1225JQ9.392211PSENWRALE/PRDTXDRXDRESETX2X1P27P26EA/VPP25P24T0P23T1P22P21INT0P20INTI'P07P17P06P16P05P15P04P14P03P13P02P12P01P11/TP00P10/T29—G30Q17OE1110918L92&273126L415218765432I0^332P7\33P6\34P5X35P4\36P3\37P2、38P1X39PO图3.3AT89C51与地址6264的连接1）数据线数据线有D7〜D0，PA7〜PA0,PB7〜PB0,PC7〜PC0，均为双向三态，其中D7〜D0与CPU数据总线相连，用于传递CPU与8255之间的命令和数据；PA7〜PA0,PB7〜PB0,PC7〜PC0,分别与A、B、C三个端口相对应，用于8255A与外设之间的传送数据。2）寻址线寻址线CS、A和A，用于选择8255的三个端口和控制寄存器。10CS:片选信号，输入，低电平有效。有效时表示选中本片。A和A:输入，通常与系统地址总县的A和A对应相连。当CS有效时，A和A的四种组合00、01、10、11分别选择A、B、C、口和控制寄存器，所以一片8255A1共有4个I/O地址。

3）控制线RD：读信号，输入低电平有效。当RD为低电平时，表示CPU对8255A进行读操作。WR:写信号，输入低电平有效。当WR为低电平时，表示CPU对8255A进行写操作。RESET:复位信号，输入，高电平有效。当RESET为高电平时，8255A内部所有寄存器清零。各端口都自动设置为输入方式，24条I/O引脚均为高租态[8]4）电源和地线采用单一+5V电源。8255A的控制信号和传输动作之间的关系如表3.2所示表3.28255的控制信号和传输动作对应关系CSA1A0RDWR传输说明00001A口数据f数据总线00101B口数据f数据总线01001C口数据f数据总线00010数据从数据总线fA口00110数据从数据总线fB口01010数据从数据总线fC口01110数据从数据总线f控制寄存器1XXXXD〜D进入高阻态01101070XX11非法D0〜D7进入高阻态8255A的引脚信号如图3.4所示:PA3PA4PA2PA5PA1PA6PA0PA7RDWRCSRESETGNDD0A1D1A0D2PC7D38255APC6D4PC5D5PC4D6PC0D7PC1VCCPC2PB7PC3PB6PB0PB5PB1PB4PB2PB3图3.48255A引脚图AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接与MCS-51总线接口，其接口电路如图3.5所示

图3.4中，8255A的片选信号CS及口地址选择线AO、A1分别由AT89C51的P2.7和PO.l、P0.0经地址锁存后提供，所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分别为6000H、6001H、6002H、6003H。8255A的CS、WR分别与AT89C51的RD、WR相连，8255A的RESET与AT89C51的RST相连。都接到AT89C51的复位电路上。对8255初始化的程序如下：MOVA，#80H；置方式控制字方式0MOVDPTR，#6003H；指向8255口地址MOVX@DPTRA本设计采用8255的A口B口连接LED显示器，用C口进行报警和相应设备的启动,所以PA口PB口PC口的地址分别为6000H，6001H和6002H。PA3PA4PA2PA5PA1PA6PA0PA7RDWRCSRESETGNDD0A1D1A0D2PA3PA4PA2PA5PA1PA6PA0PA7RDWRCSRESETGNDD0A1D1A0D2PC78255AD；PC6PC5D5PC4D6PC0D7PC1VCCPC2PB7PC3PB6PB0PB5PB1PB4PB2PB3RDW，R勺—A42-—A1—A2-—A3—A4/A7A6A5A4AAA18D7D8Q6D7Q5D6Q4D5Q3D4Q2D3Q1D2Q1Q-COCP^-8-P^43011丄丄1010co厶2/26CU25242322.2133P6331634P534P535P436P3crr>c丄COP1P0PSENALE/PTXDRXDWRRDRESETX2X1P27—P26EA/VPP25P24T0P23T1P22P21INT0P20INT1P07P17P06P16P05P15P04P14P03P13P02P12P01P11/TP00P10/T29OO―16WRO―17RD■9RESET318———7———6———5———4—O3□乙——1—图3.58255A和AT89C51的连接3.4八路温湿度采集电路本系统中采用八路温湿度采集，即在所测环境中放八个温湿度传感器，其电路图如图3.6所示。

图中M1A至M1H分别为8个传感器，他们分别放到所测环境的8个不同位置，由AD590的性质不难得出0至7端口输出电压U=10mV,然后0至7端口再接到温湿度选择电OUT路中即可。3.5八路温湿度选择电路本系统中八路温湿度需要巡回检测，故采用一个八路模拟选择开关CD4051,其电路图如下图3.7所示。VCCM216151413M2161514131211109图3.7八路温湿度选择电路图中引脚框中0-7为8个传感器信号输入端，通过A、B、C三个端口的模拟组合决定某一刻某一个端口被选通，其中AA、BB、CC分别接AT89C51的Pl.4、Pl.5、P1.6端口，其中3口OUT为信号输出口，OUT端口接信号的处理及放大电路。3.6单路温湿度处理电路本系统单路温湿度处理电路如图3.8所示。+5V-5VAR1JUbOP07R4z10K：^dFTAR2-5VR5z10K+5VOP07R7.U20KR8+5V-5VAR1JUbOP07R4z10K：^dFTAR2-5VR5z10K+5VOP07R7.U20KR85KR9■■UfJgR103KR6：10K+5ViN0OP07-5V+5V~-5V+5V~图3.8+5V_单路温湿度处理电路如图，AD590串连一个10K电阻再接地，即可产生10x(273.2+t)°C毫伏电压，这个电压先经一个运放AR1(0P07)所组成的缓冲器，以避免负载效应。U=10x(273.2+btC)mV；中间的运放AR2(OP07)组成一个减法器。为了将采集的电压A/D转换成温湿度更接近人的思维角度，通过这个减法器将电压减掉2.732V。U=U=1.366V；cdTOC\o"1-5"\h\zU=-(U-2U)=-(U-2.732)V；再加上最后一个运放AR3(OP07)组成一个反相器，使最ebdb后输出电压每增加0.01V，即表示温湿度增加1C。U=U=0.3V，U=-U=0.6+fghe0.011；例如，实际空气温湿度为20C,即t二20；U=2.732V；U=0.8。单片机将此bh电压进行A/D转换和单片机处理，转换后就为20,无需再将结果标定成温湿度，其中A/D转换的算法在后续介绍。3.7A/D转换电路A/D转换器的种类繁多、特性各异。在设计数据采集系统、测控系统和智能仪器仪表时，应选择性能合适、性能价格比高的A/D转换器芯片。本设计选择的A/D转换器芯片为ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D转换CMOS器件，在过程控制和机床控制等应用中，能对多路模拟信号进行分时采集和A/D转换,输出数字信号通过三态缓冲器，可直接与微处理器的数据总线相连接。ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口方式有：查询方式、中断方式和等待延时方式。采用中断方式不浪费CPU的等待时间，但是如果A/D转换时间较短，也可以用程序查询方式和等待查询延时方式。下面介绍两种最常用的方式：查询方式和中断方式。1）查询方式ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口如图3.9所示：D触发图3.9ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口电路由于ADC0809具有三态输出数据锁存器，其8位数据输出端可以与数据总线相连。地址选通端ADDA、ADDB、ADDC分别与AT89C51地址总线的低三位A、A、A相连，用于选0——_2通IN~IN中的某一个通道。由于ALE和START连在一起，ALE二START二WR+P2.7，ADC080907在锁存通道地址的同时启动A/D转换。在读取A/D转换结果时。OE=RD+P2.7产生的正脉冲信号用于打开三态输出锁存器。ADC0809的EOC信号与AT89C51的P1.0相连，作为A/D转换是否结束的状态信号供T89C51查询。采用查询方式分别对8路模拟信号顺序采样，并依次把A/D转换结果转存到数据存储区，其采样转换程序如下：MOVTEMPL0，#08H；设置通道个数MOVR1，2AH；置数据区首地址MOVDPTR，#5000H；指向通道0START：MOVX@DPTR，A；启动A/D转换MOVR3，#32；设置延时时间LOOP100：DJNZR3，LOOP100；延时完成？TEST：NBP3.3，TEST；标志位为1?不为等待

MOVXA，@DPTR；取出A/D转换值MOV@R1，A；送入数据区INCR1;指针加1CJNER1，#2FH，START；判断数据区满？2）中断方式ADC0809作为AT89C51单片机的一个外部扩展并行口I/O口，口地址取决于所连接的中断口，选通通道取决于地址地位，中断方式的主要特点是将转换完成信号接在单片机的中断口上，转换完成A/D转换器发出信号单片机把它当作一个中断来处理。所以本设计中A/D转换器连接成查询方式。3.8电源稳压电路电源稳压电路是常用的变压整流电路，技术相对成熟，成本较低。变压器输入端为220V/50HZ交流电，经过变压器变压获得9V交流电，然后再由桥式整流电路和滤波电路处理，得到约等9V直流电，最后经过直流稳压电路CW7805处理，最终得到+5V的直流电，即可作为此系统的电源，具体电路如图3.10所示：图3.10电源稳压电路根据要求，首先用集成稳压器设计一个固定输出+5V的直流稳压电源，通过查阅常用电子元器件实用手册可知CW7805集成稳压器输出+5V，CW7805的输入电压为7〜30V，又由于次级线圈的电压一般比最终输出的稳压至少高3V，故可均取输入电压为9V设计。即交流输入电压U经整流和滤波后变成9V。则有变压后电压2TOC\o"1-5"\h\zU9ix0.9二9VnU二x2V=20V210.9于是选择变压器原绕组与副绕组的匝数比（变压比）。NU22011（变压比）。1=—0==-NU201功率p功率p二UI-20W，21所以可以选用GET-12变压器。电路中整流二极管所承受的最大反向电压U=迈xU=28.2V。RM1所以应选择反向击穿电压U>56.4V的整流二极管（按最大反向工作电压的二倍选RM取U）。故可以选择1N4001二极管（最大反向工作电压100V，最大正向整流电流1.0A）RM搭建整流桥。VD和VD可选用抗击穿能力较强的发光二极管用于短路时保护三端集成稳压12器，还可以起到指示作用。电容的容抗一般大于几千欧，为了防止电容被击穿，我们取X=1000，根据公式C

Xc=Xc=得到防止低频干扰的电容1C二二31.8471x10-6沁32卩F2x兀x50x100故可取C=47RF4根据三端集成稳压器的规格可以确定C=0.33rF,c=0.33rF。根据23RC>(3〜52,R厶二500得5T5x—C>2二1000RFiRL故，C可取反向击穿电压为1000RF的电解电容滤波电容。13.9声光报警电路当某一通道的温湿度测量值超出预先设定的上、下限报警值或系统运行出现故障时，系统发出声光报警以提醒用户注意。报警电路中光报警采用发光二极管，声报警采用蜂鸣器来设计，其硬件电路如图3.11所示。图3.11声光报警电路蜂鸣器电路中，晶体管起开关作用，P1.7输出低电平时，管脚输出电压经过1K限流电阻分压后，到达晶体管基极的电压为使得晶体管发射结正偏，集电结反偏，晶体管导通，蜂鸣器上电而产生声响。3.10看门狗电路由于单片机无操作系统，如果程序出现异常情况（如出现死循环）就无法正常运行，因此，本系统采用了一个硬件看门狗来监视程序的运行。美信公司的MAX706P，具有“看门狗”、主电源检测的功能。单片机通过1/0引脚给WD（看门狗输入）脚正脉冲，如果两次1脉冲时间间隔不大于1.6S，则WD（看门狗输出）脚一直为高电平，说明微机程序运行正0常。当两次发出正脉冲的时间间隔大于1.6S时，“看门狗”便使WD引脚变为低电平，，0将WD脚与MR相连，可使RESET脚（与单片机的RST相连）产生高电平的复位脉冲，使程序0能从头重新开始执行，起到监视程序运行的作用。看门狗电路如图3.12所示。

8765图3.12看门狗电路注：图中MAX706P的REST端接单片机的RST端，wd1端接P2.4端口。3.11显示电路hgfedcbaLED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。其外形结构如图3.13所示，由图可见它由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合来显示出0-9、A、B、C、D、E、F以及小数点“•”等字符。hgfedcba图3.13LED显示器的结构表3.3列出七段LED显示器（共阴极）显示的数字、字符和对应的段码关系。共阳极显示器的段码与共阴极显示器的段码是逻辑非的关系，所以对表2-4中的共阴极显示器的段码求反，即可得到共阳极显示器的段码。LED显示器的显示方法本设计显示需要使用2855和7位共阳极显示器的接口电路。8255的A作为位扫描口，经反向驱动器75452接显示器公共阴极；B口作为段数据口，经同相驱动器7407接显示器的各个阳极。

表3.3数字对应的段码表示字符DPgfedcba段码（H）0001111113F100000110062010110115B3010011114F401100110665011011016D6011111017D700000111078011111117F9011011116FA0111011177b011111007Cc0011100139d010111105EE0111100179F0111000171P01110011731000000080空格0000000000对于6位显示器，在AT89C51RAM存储器中设置7个显示缓冲单元70H~76H,分别存放7位显示器的显示数据。8255的A口扫描输出总是只有1位高电平，即7位显示器中仅有1位公共阳极为高电平，其他位为低电平8255的B口输出相应位然后对其他6位巡回显示，如果小数点位固定可以通过对指定位进行置位或者清零来实现。本系统采用74LS245做驱动数码管的电路，可以保证数码管的供电，数码管7SEG-MAX4动态显示4位数字，74LS245芯片及数码管7SEG-MAX4前已做了详细介绍，这里不再说明。这里着重说明一下数码管显示数字的含义，数码管显示数字为4位，其4位数从左向右数的含义为：第一个数码管显示的是传感器的通道号，第二个数码管显示“-”号或者当温湿度高于100°C时显示百位数字，第三个数码管和第四个数码管依次显示所测温湿度数字,例如若是数码管显示为6-15，则其含义为6代表第6个传感器，“-”代表温湿度为零下，-15代表零下15C,即其总体含义为第六个温湿度传感器的位置检测的温湿度为零下15C；若是数码管显示为8030，则其含义为第八个传感器的位置检测位置的温湿度为30C。其硬件电路如图3.14所示。19VCCA0B0A1B1A2B2A3B3A4B4A5B519VCCA0B0A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5A6B6A7B7——CEDIY蜂■6■7■8■974LS24574LS24518171615141312卄图3.14显示电路A3.12数字温湿度传感器DS1820和湿度检测电路DS1820的主要特性DS1820有下列主要特性：1）只需一根I/O线就能完成通信；2）多个分散的DS1820可以共用一线进行通信；3）不需外部元器件；4）可以通过数据线供电；5）检测温度范围为-55〜+125°C，精度在0.5度6）用9bit数字量来表示温度；7）每次将温度转换成数字量需200ms；8）可定义一个不变化的温度设置为报警温度；9）有PR35T和SSOP两种封装型式。DS1820内部结构电源检测存储器控制逻辑DS1820内部结构框图如图3.15所示。电源检测存储器控制逻辑64bitROM和单线接口图3.15DS1820内部结构图由图3.15可知，DS1820由以下几部分组成：1）64位激光只读存贮器。在这里存放着每个DS1820的唯一的序号，开始8位是产品类型的编号（DS1820为10H），接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码这也是多个DS1820可以采用一线进行通信的原因。2）温度传感器。它是将温度转化为数字量的关键部分。

3）DS1820的存贮器。它由高速存贮器RAM和EERAM（高温TH和低温TL报警触发器）组成，数据首先写入高速存贮器RAM中，然后通过复制命令将数据写入EERAM中。高速存贮器RAM由8个字节组成，头两个字节存放检测温度的值,0号（LSB）为存放温度的值，1号（MSB）存放温度值的符号，如果温度为负，则1号存贮器全为1,否则全为0,这也是可用9bit来表示温度的原因。最低位先读出。若LSB最低位为1,则表示为0.5度，求值的方法根据MSB中的值将LSB中的二进制数求补再转换成十进制数除以2即得被测温度的值。表2是温度和数字量的关系。第二和第三字节是从TH和TL中复制的值,当上电被更新;接下来两个字节没用，若读它应全为1；第六和第七字节为计数寄存器;最后一个字节为CRC校验。DS1820的工作原理DS1820的引脚排列如图3.16所示。I/O位数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。U是可供选用的外部+5V电源端，不DD用时需接地。GND为地，NC为空脚。DS1820DS1820NCDS1820NCNCUDD图3.16DS1820的引脚图图3.17DS1820测温原理框图DS1820测量温湿度时使用特有的温湿度测量技术，其测量温湿度框图如图3.17所示。内部计数器对一个受温湿度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以冲过门电路，而当达到某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。图3.17DS1820测温原理框图DS1820使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。2）当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。3）在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温湿度转换命令后,程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环3.12.5湿度检测电路本例中采用8255来实现转换。EL7556由积分电路、基准电路、频率转换电路及频率—电压（F/V）转换电路等组成，积分电路及R1、R2、C1用于产生一定频率的脉冲信号并从5脚送至8脚。调节R2可对该脉冲信号频率进行调整，从而使湿度传感器的线性和灵敏度处于较好状态；基准电路和频率转换电路可将湿度传感器的电容变化转换成频率变化，再经频率一电压转换电路后从9脚输出与频率成线性的电压，然后经C3等滤波后送入A/D转换器，再进行A/D转换以将其转换成数字信号。本设计的湿敏传感器为MXS型电容式湿敏传感器，湿度为76%RH时的电容值为500pF，电容相对变化率为+1.7pF/%。当湿度为0%〜100%RH时，9脚输出的相应信号频率为0〜1000Hz，精度为2%，F/V电路输出的电压为0〜5V。调整时，可先设定湿度为5%RH，然后调节R2,使9脚输出100mV电压即可。主要特性：1）与MCS-51兼容；2）4K字节可编程闪烁存储器；3）寿命：1000写/擦循环；4）数据保留时间：10年综上所述为本系统硬件的设计，其总体电路图见附录4系统的软件设计系统硬件电路设计完成以后，进行系统软件设计。分析系统对软件的要求，然后进行了软件的总体设计，包括程序总体结构设计和对程序进行模块化设计。将系统整体功能划分成多个不同的模块，单独设计、编程、调试，然后将各个模块进行装配联调，组成完整的系统软件。根据系统软件的功能需求，系统应用软件分为主程序、数据采集、数据处理（A/D转换）、报警及显示等五大主要程序模块。4.1主程序模块设计主程序主要将各子模块组织起来成为一个有机的整体，主程序流程图如图4.1所示，主程序见附录三所示图4.1系统主程序流程图4.2数据采集模块设计数据采集模块主要对八路模拟通道选择处理，将结果送到单片机处理。其流程图如图4.2所示。

4.2数据采集模块设计流程图4.3数据处理模块设计数据处理模块主要是针对ADC0809的各个引脚的作用，使其能按事先约定的算法正确运行，并结合单片机正确处理数据。其流程图如图4.3所示。图4.3数据处理模块设计4.4报警模块设计其程序流程图如图4.4所示4.5显示模块设计此程序模块设计主要是对单片机相应的I/O口进行控制，程序比较简单，基本不用流程图表示，故这里省略。图4.4报警模块程序流程图综上所述为本系统软件设计模块，其总体程序清单见附录二。结束语经过半年的设计“温室大棚温湿度检测与控制系统”的设计已经圆满结束，本设计本着最大限度的节省人力物力为基础，方便快捷为目的，加上高效低成本为原则对元件进行了选择，经过半年的设计本系统以较低的成本和优越性得到的广泛的好评，特别是采用了先进的“一总线”器件进行温湿度测量体现了速度快、精度高、测点多、布线少等诸多优点，可以实现温湿度的巡回测量和显示，能对超标的温湿度和湿度及时准确的报警并同时进行自动选择性的调节处理，大大的提高了温室的成活率以及大幅度减轻管理者的负担，使温室种植能获得一种可观的经济收益，是大棚温室种植者的首选产品。半年的设计锻炼了我的分析问题解决问题的能力，虽然本设计已经完成，但其中也难免出现不足和漏洞，希望老师和读者指正。致谢经过半年的资料收集、论证和设计，我的毕业设计已经圆满完成，在此对张楠老师的精心指导表示衷心的感谢，在设计中也帮助进行方案论证并时时督促，特别是在软件设计方面，老师和同学们给我提出了宝贵意见，在此允许我对精心教导我的老师、同学们再次表示衷心的感谢！诚挚地感谢自动化学院院领导对此次毕业设计的组织工作；感谢我的辅导员薛菲老师，感谢她在大学四年期间给予我的帮助和思想上的开导；感谢我的室友，感谢所有和我一起生活，一起学习，同学和朋友，感谢他们给我的生活带来了阳光、自信、知识和甜蜜最后，由衷地感谢我的父母，我的家人，感谢他们一直以来对我的关爱和支持！感谢大学四年所有的自动化老师们，感谢您们精心培养了我，教会了我思考，教会了我许多做人、做事的道理……感谢培育我的母校烟台南山学院！参考文献.武冈U.基于AT89C52单片机的温湿度巡回检测系统设计[J].国外电子元器件，2008(9)：30-32..李红刚，方佳，王强，钱双艳•基于At89C51的八路温湿度巡回检测系统设计[J].热带农业工程2010，34(1)：1-7..李全利.单片机原理与应用技术[M].北京：高等教育出版社2008年.杨少春.传感器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008年.王雪文.传感器原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社2009年..张伟.新编实用集成电路选型手册[M].北京：人民邮电出版社2008年.李朝青.单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社2008年.林捷，杨绪业•模拟电路与数字电路[M].北京：人民邮电出版社2007年.童诗白，华成英•模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社2008年.张毅刚，彭喜元.单片机原理与应用设计[M].北京：电子工业出版社2008年.莫建鹏，於黄忠，麦棣科等.基于集成温湿度传感器AD590的测温电路设计与实现.石从刚.MCS-51单片机原理与应用实验实训教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007..彭伟•单片机C语言程序设计实训100例[M].北京：电子工业出版社，2010..马忠梅•单片机C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008..赵娜，赵冈U,于珍珠等.基于51单片机的温湿度测量系统[J].微计算机信息，2007，23(1)：146-148..狄建雄•自动化类专业毕业设计指南[M].南京：南京大学出版社，2007.附录一系统原理图PA3PA4PA2PA5PA1PA6PAOPA7RDWRCSRESETGNDDOA1D1AOD2PC7D3PC6D4PC5D5PC4D6PCOD7PC1VCCPC2PB7PC3PB6PBOPB5PB1PB4PB2PB3RD—WRA128D7D8Q6D7Q5D6Q4D5Q3D4Q2D3Q1D2Q1Q-eP38\P27\P14\P03\OC74LS3738255AVO3GNDVO4VO2VO5VO1VO6VOO,VO7AOOE1A1A10A1A2OE—OEA3A11A11A4A9A9A5A8,A8A6OE2A7WEA12VCCNC6264吉TC2U1-29—1:1-30—-±i—-10—1—28—-27—-26—A1—A1—A1—A0—A3—8D7D8Q6D7Q5D6Q4D5Q3D4Q2D3Q1D2Q1Q-COCJrAsvZA；VZA12A0PSENWRALE/PRDTXDRXDRESETX2X1P27—P26EA/VPP25P24TOP23T1P22P21INTOP20INT1P07P17P06P16P05P15P04P14P03P13P02P12P01P11/TP00P10/TAT89C511vccP6I7P51474LS37316RESET—P10—P11—P12—P13—P14—P15hP1612345678(b.1234-J6-/shanglaV^ESERXTAL1〒石英体—XTAL2MCS--51IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVREF+GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0

VREF-

——D2ADC0809DS1820DS4adpGNDgdp9Lkkrkkpk0IXUFFOUF

opO1±5VDS5DS6abcdefgdpdpabcdefgdp三kF「—lb「—dpD9一-附录二主程序程序如下：*************************常数定义：*************************IEMPLEOU21HIEMPHEQU22HIEMPLCEQU23HIEMPHCEQU24HIEMPHEADEQU36HTD1EQU40HTD2EQU41HTD3EQU42HTEMPL0EQU2FHTEMPLP1EQU#04HTEMPLP0EQU#80HTEMPD1EQU#02HTEMPD0EQU#80H*****************************工作内存定义*****************************BITSTDATA20HRSBITBITST.1C300BITBITST.2RSTBITBITST.3FENG1BITBITST.4FENG2BITBITST.5K0NG1BITBITST.6KONG2BITBITST.7*****************************引脚定义*****************************TEMPDLNBITP2.6*****************************中断向量区*****************************ORG0000HLJMPSTARTORG0003HRETIQRG000BHRETIORG0013HRETIORG001BH

RETIORG0023HRETI****************************系统初始化****************************ORG100HSTART：MOVSP,#60HCLSMEM：MOVR0,#20HMOVR1,#60HCLSMEM1：MOV@R0,#00HINCR0DJNZR1,CLSMEM1ERRORNOPLJMPSTARTNOP********************************************主程序********************************************MAIN：LCALLINITIALMOVDPTR,#1F00HMOVA,#01HLOOP300：MOVX@DPTR,AMOVR1,#25HMOVTEMPL0,#2FHLOOPNI：LCALLREADTEMPLCALLDELAYISCLALREADTEMP1MOV@R1,TEMPHINCR1MOV@R1CJNER1,#TEMPL0,LOOPN1CLALLSUMDIV5TEMPCLALLALARMTEMPCLALLSAVEDS18B20CLALLCONVTEMP