基于单片机的温室大棚环境参数监控系统设计与研究.doc
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1、 本科毕业论文(设计)题目:基于单片机的温室大棚环境参数监控系统设计与研究 姓 名: 学 号: 专 业: 电子信息工程 院 系: 电子通信工程学院 指导老师: 职称学位: 助教硕士 完成时间: 2014年5月 教务处制安徽新华学院本科毕业论文(设计)独创承诺书本人按照毕业论文(设计)进度计划积极开展实验(调查)研究活动,实事求是地做好实验(调查)记录,所呈交的毕业论文(设计)是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中特别加以标注引用参考文献资料外,论文(设计)中所有数据均为自己研究成果,不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论
2、文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文(设计)作者签名: 日期: 基于单片机的温室大棚环境参数监控系统设计与研究摘 要现如今,我国的经济水平和社会地位都在不断的进步和提高,人们对生活质量的要求也越来越高。因而,很多人希望在一年四季内都能品尝到优质新鲜的蔬菜,这一需求促进了温室大棚的发展和进步。良好的温室大棚需要有一套科学和先进的管理方法才能更好的运用好温室栽培这一高效技术,更需要有一个能够对温室大棚环境参数进行实时检测的监控系统。这种系统可以检测温室大棚内的温度和湿度,确保大棚内的蔬菜生活在优良舒适的环境内。本课题就是运用AT89C51单片机设计和实现了这种监控系统,它将单片机的相关应用具体化和
3、实际化了,体现了单片机的一种实际意义。此系统是温室大棚环境参数监控系统,它的功能是将温室大棚内的温度和湿度进行检测并显示出来。AM2301是系统中的温湿度传感器,它是通过AT89C51单片机进行检测温度和湿度的数值,并经过一系列的运算处理将数值在1602液晶屏上显示出来。检测的数值会和之前设置的标准温湿度范围进行比较,判断是否在这范围内,倘若不在这个标准的范围内,系统就会对此结果执行相应的报警程序。关键词:AT89C51;AM2301;1602液晶显示屏;温湿度控制系统;报警Design and Research of Greenhouse Environmental Monitoring S
4、ystem Based on Single Chip MicrocomputerAbstractNowadays, our countrys economic level and social status are continuous progressed and improved, people has higher requirement for the quality of life. Therefore, more and more people wish can enjoy high quality fresh vegetables at all seasons, so green
5、houses have make great development and progress. Good greenhouses needs a set of scientific and advanced management methods that can manage using efficient technology of good greenhouse cultivation better, and we need a monitoring system that can test greenhouse environmentals parameters in real tim
6、e. This system can detect the temperature and wetness inside the greenhouse greenhouses and ensure the vegetables have a comfortable environment.This topic is designed and implemented the monitoring system by AT89C51, it will be to embody and pragmatize the function of MCU, and it showed the meaning
7、 in our life. The system is the greenhouses environmental parameters monitoring system, its function is to detect the temperature and humidity inside the greenhouse and show it. AM2301 is a sensor to detect temperature and wetness in the system, it is test temperature and value of wetness by AT89C51
8、, and show the data by a series of processing on the LCD screen in 1602.Comparing the data with Standard temperature and humidity range that set before, and make a judgement. The system will execute corresponding program of alarm if the data is unnormal.Key Words:AT89C51;AM2301;LCD1602;Temperature a
9、nd Humidity Control System;Alarm目 录1 绪 论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 课题研究的主要内容22 系统总体设计32.1 系统功能设计32.2 系统设计原则32.2.1 可靠性32.2.2 操作维护方便32.2.3 性价比42.3 系统的组成和工作原理42.3.1 系统的组成42.3.2 系统的工作原理53 系统硬件设计63.1 单片机系统设计63.1.1 AT89C51单片机简介63.1.2 AT89C51单片机的引脚介绍73.1.3 时钟电路设计83.1.4 复位电路设计83.2 温湿度采集电路设计93.2.1 AM230
10、1简介93.2.2 AM2301接口电路设计113.3 液晶显示电路设计113.4 光声报警电路设计123.5 按键设置电路设计134 系统软件设计144.1 初始化模块144.2 温湿度检测模块154.3 温度和湿度控制模块154.4 1602液晶显示模块164.5 报警模块165 结 论17致 谢18参考文献19附 录20附录1 整体电路图20附录2 程序代码211 绪 论1.1 课题研究的背景改革开放以后,我国的经济水平在快速的发展,我国的社会地位在不断的进步,生活质量水平的好坏相对很多人来说也变得至关重要。如何在一年四季都能种植和培养出优质新鲜的蔬菜,一直是人们研究的课题方向。而基于单
11、片机的温室大棚环境参数监控系统对解决这些问题有着非常重大的意义1。温室大棚一直都用于植物种植和培育中,但这需要有一套科学的和先进的管理方法才能更好的运用好温室栽培这一高效技术,这样就可用它来监控植物在各个时间段所需要的温度和湿度等一系列环境参数。把温湿度监控系统用在温室大棚中,是将单片机的相关应用具体化和实际化了,体现了单片机的一种实际意义,这种应用随着温室大棚的发展将会十分广泛,它代表了一种智能监控的方法。1.2 课题研究的目的和意义在工业设计、农业生产、国防安全等行业,环境参数的监测都有着非常广泛的实际应用。因为使用的环境不同、采集的参数不同,其系统设计也有着很大不同2。在现代实际生活和发
12、展中这一系统的应用十分广泛,温度和湿度是室温大棚环境检测系统中两个举足轻重的显示和判断指标,需要对温度和湿度进行定期的抽样检测和分析,从而采用合理的方法进行应对。现如今,国内外的温湿度检测器件种类五花八门,而且拥有比较广泛的应用,再加上现代科技不断发展的单片机和大规模集成电路技术,随之产生了可行性比较高、稳定性比较高的单片环境参数采集体系。随着国内外社会的不断发展和进步,很多人对现有所处的生活环境要求变得越来越严格。为了让人们在一年四季都能吃到优质的蔬菜,在培育蔬菜的温室大棚中,对这一点要求尤其严格。运用单片机的温室大棚监控系统的设计,将对大棚中环境的温湿度监控进行具体的设计与实现3。在智能测
13、试器件、工业生产操控、机械统一控制等方面,AT89C51单片机是很好的控制芯片,在很多温湿度监控系统的实际应用也比较常见。用AT89C51单片机实现温湿度实时的自动监控和显示不仅性能良好,而且价格也非常便宜。同时,在学习和应用中,AT89C51单片机也易于掌握。使用这一监控系统,可以对温室大棚内的温湿度变化及时、精确的监控和显示以及更重要的报警功能。在温室大棚当中采用此系统对植物的生活环境进行了时刻的监控,以便能对植物提供更加适宜的环境。1.3 课题研究的主要内容本课题设计的系统是采用高性价比的AT89C51单片机和高准确度AM2301数字温湿度传感器设计,并朝着智能化、低廉化、模块化、迅速化
14、的单片机数据采集系统逼近。本系统要满足以下要求:(1) 能够准确的采集温室大棚中的温度值与湿度值。(2) 根据采集的数据实时的把结果显示出来。(3) 通过之前采集的温湿度参数值,运用合理的方法准确的比较设定值与测出值之间的差别,超出范围时进行报警提示。2 系统总体设计2.1 系统功能设计本系统应具有以下功能:(1) 采集温室大棚里的温度和湿度,用数字显示出温室大棚中的温度和湿度。(2) 运用单片机的功能对采集的温湿度值进行不断检察、数值比较,然后显示所采集的数值。(3) 实现超越正常温湿度参数范围内的及时报警。设定达到的温湿度参数指标如下:(1) 所设温度范围:1030摄氏度,温度检测精度:+
15、0.5摄氏度;(2) 所设湿度范围:20到60%RH,湿度检测精度:+2.5%RH4。2.2 系统设计原则在系统设计当中要遵循一定的设计原则,本次基于单片机的温室大棚监控系统要求在可靠性、操作方法、维修体系、价格与性能等方面具有良好的体现,能够对现实中所遇到的问题简单合理地解决。2.2.1 可靠性在高可靠性的单片机系统的前提下,系统设计的各个环节,可靠性设计准则应该是首要的。为了提高系统的可靠性,通常是从下面几点来研究:高可靠性元件的使用;合理可靠地设计电路板布线以及众多的接地;用一系列措施使供电电源具有抗干扰能力;IN和OUT通道也要具有抗干扰性;软件和硬件的滤波及判断系统的诊断功能。2.2
16、.2 操作维护方便为了减少对运行者相关知识的要求,在软件和硬件系统的设计中,我们要借助运行者的角度考虑操作和维护方便,从而便于系统的不断发展。所以在系统设计中,要增加非人机交换界面,内部植入或简化相应的操作方法。而且系统应对现场故障进行自动诊断和配备,以便可以有效地保证故障定位,最终进行合理的修复5。2.2.3 性价比单片机最大的优势是较高的性价比,此外它还具有小尺寸、低功耗等的特点。性价比是一个单片机应用系统是否被广泛地应用的重要条件。所以我们在设计中,要尽可能地降低设计成本,但这是在保持高性能的基础上。而且要对外围的硬件电路进行合理地简化,并尽可能地用相同性能和运行速度的软件进行替换,使电
17、路更简单,性价比更高。2.3 系统的组成和工作原理2.3.1 系统的组成AT89C51单片机数据显示电路(LCD1602)报警电路(LED发光二极管,蜂鸣器)温湿度检测电路(温湿度传感器AM2301)判断此温室大棚智能监控系统是以AT89C51单片机为控制中心,采用控制系统、通信系统、温湿度检测系统等相关技术,测量元件为AM2301温湿度传感器。在此基础上设计了温湿度检测电路、数据显示电路以及报警电路。图2.1为系统的组成框图,主要电子元器件为:AT89C51单片机,温湿度传感器AM2301,LCD1602显示屏,红色发光二极管LED,蜂鸣器等6。图2.1 系统的组成2.3.2 系统的工作原理
18、本系统在参数采集、数据传输、数据显示、判断报警过程中都要通过AT89C51单片机进行运算,因为AT89C51单片机是此系统的核心。通过数字温湿度传感器AM2301单总线数据采集,通过AT89C51单片机在LCD1602上显示收集的数据。如果采集的参数结果超出设定的标准范围,蜂鸣器就会经行实时的报警,红色LED将会显示提示。此监控系统中的单片机编写是运用C语言,编写相对简单,而且运用了AM2301单总线技术7。温室大棚监控系统是基于AT89C51单片机为中央控制单元,该中心负责系统的操作和控制,从而达到各模块之间的协调工作。单片机把所采集的值合理地处理,并在液晶屏上显示相应的数据8。报警功能是通
19、过LED发光二极管和报警模块进行实现,倘若超过之前设定的范围,系统便会自动报警,这会体现在LED和蜂鸣器上,以此来通知用户采取相对应的措施。系统初始化LCD显示数据温湿度检测报警判断不报警符合不符合系统的工作流程图如图2.2所示。图2.2 系统的工作原理图3 系统硬件设计3.1 单片机系统设计在讨论了总体方案和实施措施后,上述硬件系统设计便可开始,无论是应用系统还是软件系统,它们的基础都是硬件系统,可见硬件系统设计的重要性。在主机的选择中应考虑很多因素,对总体功能、性价比及其运行速度等方面考虑后,选择了51单片机系列中的AT89C51,它不必进行存储扩展,而且符合所有的要求,同时设计上也相对简
20、便。3.1.1 AT89C51单片机简介MCS-51系列单片机最基础的成果是8031/8051/8751(8031/8051/8751是对应的低功耗单片机以及其增强产品8032/8052/8752)。它们具有品种全、兼容性强、性价比高等特点,然而它们却是8位的单片机,同时具有足够齐全丰富的软硬件应用设计内容,在国内外设计人员中都有所认识。在1980年到1990年期间,MCS-51系列单片机是中国设计运用非常普遍的单片机机型9。中央微处理机AT89C51:它是一个消耗功率低、运行性能高的CMOS 8位单片计算机。拥有4K字节的ISP(在一些系统中可以编程成片状)的Flash程序存储器只读反复10
21、00次。使用Atmel高密度不容易丢失的存储器设备、匹配准则、制造技术、一系列MCS-51指令系统和80C51引脚的基本结构,通用8位CPU和ISP闪存存储单元,AT89C51强大的计算机可以为许多嵌入式控制应用系统提供高可比性的解决方案。AT89C51具有以下特点:看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器,2个16位可编程定时计数器,40个引脚,2层中断嵌套中断,32个外部双向输入/输出(I/O)口,2个全双工串行通信口,128字节的RAM,4000字节Bytes Flash片内程序存储器,5个中断优先级10。此外,振荡频率在AT89C51中,也相应地进行了设计和配置。而且运用软件设置合理的省电
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- 基于 单片机 温室 大棚 环境参数 监控 系统 设计 研究
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