基于PLC的温室大棚控制毕业设计

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1、毕业设计论文题 目 基于PLC的温室大棚控制 系 院专 业班 级学生姓名学 号指导教师职 称 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承当。作者签名: 二一二年六月毕业设计论文使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计论文的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印

2、刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计论文；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览效劳系统，公布设计论文的局部或全部内容，允许他人依法合理使用。保密论文在解密后遵守此规定作者签名: 二一二年 六 月 基于PLC的温室大棚摘 要 讨论了在温室控制中引入PLC技术构成分布式控制系统的方法，详细介绍了系统的特点、组成、硬件设计、实时动态监控系统及通信问题。分布式的控制结构，使各子系统相对独立，管理与控制功能分开，易于实现群控化管理，提高了系统的可靠性，且易于扩展。系统本钱低廉，性能稳定，通用良好，符合中国国情，具有广泛的应用前景。关键词：PLC；传感器；控制器；程序设计

3、；温室大棚 The Green House Design for PLCAbstract Automation is the inevitable trend of development for the future, not only the work and life. The programmable controller is referred to as PLC, PLC reliability, environmental adaptability, versatile, easy to use, simple maintenance, PLC application is ra

4、pidly expanding. The early PLC, where the relay can be used. PLC today can almost be said to those who need to control the system will need to PLC. The design is to write the PLC program by setting greenhouse control, reduce labor, increase production efficiency, automate!Key words: PLC; sensors; co

5、ntrollers; program design 目 录第一章 绪论1.1 课题背景.41.2 课题研究的意义.41.3 温室环境的主要特点.41.4 课题的主要研究工作.51.5 PLC的现状.5第二章 基于PLC设计的整体方案2.1硬件整体设计方案.62.2软件整体设计方案.6第三章 系统设计3.1 设计的总体目标.63.2 设计的控制原那么.73.3 设计的控制方案.73.4 控制系统硬件组成.73.4、1 PLC的选择.83.4、2 PLC机型和容量的选择步骤与原那么.83.5 传感器的选择.113.6 信息采集系统.123.7 执行机构.14第四章 软件局部4.1 梯形图4.2 指

6、令表结论 参考文献 谢词第一章 绪论 前言智能温室系统是近年来逐步开展起来的一种资源节约型高效设施农业技术，它是在普通日光温室的根底上，结合现代化计算机自控技术、智能传感器技术等高科技手段开展起来的。自上世纪90年代以来，我国农业工程技术人员在吸收兴旺国家科技温室生产技术的根底上，对温室内温度、湿度、CO2浓度等环境因子的控制技术的研究，研发了我国自己的智能温室控制系统。 “工厂化农业关键技术研究与示范现代大型温室标准化栽培技术体系研究与产业化示范被列为国家重点科技攻关内容并成功结题。为了推广温室技术，国家农委强调在每一个地区都要建立温室示范工程。因此，智能温室控制技术有巨大的市场空间。山东省

7、处于中国的中部，占据重要的位置，是全国的蔬菜种植地，研究温室的智能控制是很有意义的。 近年来，农业作为国家优先开展产业正受到各级政府的高度重视，增加农民的收入是我们国家当前的根本国策，农业现代化是我们追求的目标，基于计算机和自动化技术的智能温室是农业现代化的一个标志。智能温室控制系统将实现对农业生产的标准管理。通过控制器实时监测温室内温度、湿度，与普通简单温度湿度测量相比，更准确可靠。人们能够通过这些监测手段实时准确地了解情况，完成相关设备的调节，防止了监测误差和监测滞后带来的损失。智能温室将自动化技术引进了农业生产，为农业科研活动提供了有利的科学手段。通过参数设置及自动数据记录，为农艺工作者

8、完成相关农艺科研，了解不同生产条件对作物的生长、品质影响及生产方法的改良都提供了简便、准确的手段。非线性系统。温室内部的气候处于热平衡混沌状态。大量随机的、不确定的因素使得对其精确建模比拟困难。分布参数系统。由于温室面积比拟大，造成温室内部各个物理量的分布是不均匀的。比方温度，温室内部各点温度都不一样，四周一般都比拟低，顶部和底部的温度也有一定的差异，其值的大小依赖于空间位置和气流方向等因素，在温室中气候分布是缓慢变化的。时变系统。作物在生长周期的不同阶段，其光合作用能力、吸热散热能力等均有差异。因而，温室系统是一个参数随着时间变化的动态系统。时延系统。对与外界所施加的作用，温室系统并不立即响

9、应，而是经过一段时间的延迟才响应。比方，在温室加热系统中，对系统加热，热量传到温室的各个局部需要经过很长一段时间的延迟，温度才会有所提高。多变量耦合系统。温室系统是一个多输入多输出系统，系统各变量之间并不是相互独立，各个子系统的控制回路彼此耦合在一起，对控制任一目标的控制都会影响其他目标的变化。 1.4、1研究内容和方法1根据影响植物生长的因素，选择作物环境条件的实时检测系统和智能温室控制系统两局部。自动检测系统包括：温度、湿度、CO2浓度等传感器与变送器。智能控制系统包括：通风机控制、喷灌控制、锅炉加热鼓风机的控制、CO2释放器电磁阀的控制等。2根据检测和控制的对象，采用PID控制算法建立温

10、室温度参数控制系统的数学模型，使用MATLAB进行仿真测试。3研制基于PLC的温室智能控制系统4开发智能温室组态监控界面。1.4、2要解决的关键问题1采用PID控制算法建立温室温度参数的数学模型2室内温度、湿度、CO2浓度等环境条件的自动检测和控制技术。3开发功能完善、本钱低、可靠性高和扩展性好的温室自动系统的硬件和软件系统，为温室生产普及创造条件1.5 PLC的现状目前 PLC 数值模拟研究不仅在工作而且在生活中也有广泛应用，本节将从工作中运料中介绍。PLC以后会覆盖各个领域，会让更多危险领域实现无人操作。可编程控制器 PLC对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编

11、程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。1可靠性高，抗干扰能力强 2配套齐全，功能完善，适用性强3易学易用，深受工程技术人员欢送 4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 5 体积小，重量轻，能耗低第二章 基于PLC设计的整体法案 采用上位机计算机和下位机西门子PLC组成分布式智能温室控制系统的硬件局部，即两级监控系统。上位机控制系统负责对温室进进行监控和参数的设定。下级以PLC为核心的控制单元，负责温度参数的信息采集、系统逻辑运算并对调控设备进行控制。 系统的软件包括上位机监控软件和下位机系统软件。上

12、位机监控软件的编制采用MCGS组态软件。下位机系统那么采用西门子的Step7编程软件来开发。系统软件不仅可以完成上位机和下位机的通信和可以满足用户对温室环境数据的实时查询和监测。尽可能满足操作简单、界面友好、通用性和适应性强的软件开发原那么。第三章 系统设计 温室控制系统就是依据室内外装设的温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器等采集和观测的温室内的温室内外的温度、湿度、二氧化碳的浓度等环境参数信息，通过控制设备对温室保温被、通风窗、喷滴灌等驱动、执行机构的控制，对温室环境气候和灌溉施肥进行调节控制以到达栽培作物生长发育的需要，为作物生长发育提供最适宜的生态环境，以大幅度提高作物的产量和品质。

13、总体结构示意图如下:1以时间为基准的变温管理：根据一天中时间的变化实行变温管理，根据作物的生长需要将一天分成四个时间段，四个时间段中根据不同的控温要求对温室进行控制。一天中四个时间段的分段方法用户可以灵活的更改，而且四个时间段中的温度设定值用户也可以设定修改。2以种植的作物为基准：可能每个阶段用户种植的作物不同，所需的环境参数也不同，每个阶段的各个参数都可以依据作物所需的生长环境进行灵活的设定。本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对温室的控制，提高设备运行的可靠性。在运行的时候可以通过按钮对这两种控制方式进行切换。1手动控制模式 手动控制简单可靠，由继电器、接触器、按钮、限位开关等电

14、气元件组成。2自动控制模式 通过传感器对环境因子进行监测，并对其设定上限和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发出信号自动对驱动设备进行开启和关闭，从而使温室环境因子控制在设定的范围内。可以大大节约劳动力，降低劳动者的劳动强度。3.4 控制系统的硬件组成 用安装有组态软件的计算机作为上位机，进行环境各因子的长期监控，PLC作为下位机，当各个参数变化时对各个执行机构进行相应的控制。3.4、1 PLC的选择(1) PLC在工业控制中应用多年，属于大批量生产的产品，其在生产、调试、应用、效劳等方面都有一套完备的标准，所以产品质量稳定、可靠性高。采用PLC本钱虽然比单片机高，但是考虑到稳定性、可维护性

15、等综合因素，采用PLC比单片机具有较高的性价比。(2) PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑3.4、2 PLC机型和容量的选择步骤与原那么PLC机型选择的根本原那么是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最正确的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： 一合理的结构型式 PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的廉价，且体积相对较小，一般用于系统|来源|考试|大|一级建造师|工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在IO点数、输入点数与输出点数的比

16、例、IO模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。 二安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。 集中式不需要设置驱动远程IO硬件，系统反响快、本钱低；远程IO式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程IO电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。三相应的功能步骤 一般小型低档PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。 对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的

17、系统，可选用能带AD和DA转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC. 对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC.但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。四响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，那么应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速IO处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。 上位机计算机串行通信接口下位机PLC输

18、入模块A/D模块输出模块限位开关手动开关模拟变送电路模拟传感器继电器模块执行机构卷帘机限位卷帘机鼓风机通风机抽水机温度湿度卷帘机鼓风机通风机抽水机五系统可靠性的要求 对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。PLC的容量包括IO点数和用户存储容量两个方面。一IO点数的选择PLC平均的IO点的价格还比拟高，因此应该合理选用PLC的IO点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少，但必须留有一定的裕量。通常IO点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%15%的裕量来确定。二存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与P

19、LC系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25%之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。PLC的IO点数的多少，在很大程序上反映了PLC系统的功能要求，因此可在IO点数确定的根底上，按下式估算存储容量后，再加20%30%的裕量。存储容量字节开关量IO点数8模拟量IO通道数32另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。I/O点数的估计设备说明数量 设备说明数量总自动/手动切换开关1 电源指示灯1卷帘机自动/手动切换开关1 通风机1补气自动/手动切换开关1 灌溉水泵1通风机自动/手动切换

20、开关1 补气电磁阀1补气自动/手动开关1 卷帘机2喷灌泵自动/手动开关1 鼓风机1备用4备用3共计14共计103.5 传感器的选择1根据测量对象与测量环境确定传感器的类型：要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为适宜，那么需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。2根据灵敏度的选择传感器

21、： 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号比拟大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，那么应选择灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，那么要求传感器的交叉灵敏度越小越好。3根据频率响应特性选择传感器： 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率传感器范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器总有定响

22、应延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。4根据线性关系范围选择传感器：传感器的线形关系是指输出与输入的比例关系。以理论上讲，在线性关系范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，那么其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。5根据稳定性选择传感器：传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须

23、要有较强的环境适应能力。 在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择适宜的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。6根据精度选择传感器：精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比 较廉价和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是

24、为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。综上所述,本系统选择的传感器如下： 温度：AD590 湿度：AL2O3 CO2：6004光照：3DU33 3.6、1温度采集1温度传感器AD590根本知识AD590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55150，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1，其电流增加1uA。 AD590温度与电流的关系如下表所示： 摄氏温度0102030405060100AD590电流UA313.2经10k电压(v)2温度检测电路的设计温度检测电路如图，其中运算放大器A1接成电压跟随器形式，以增加信号的输

25、入阻抗。运放A2的作用是把绝对温标转化为摄氏温标，给A2的同相输入端一个恒定的电压，此电压放大到2.732V。这样，A1与A2输出端之间的电压即为转化成的摄氏温标。 3.6、2 湿度采集国内市场上出现了不少国内外湿度传感器产品，电容式元件较为多见。电容式湿度传感器的动态范围大，动态响应快，几乎没有零漂，结构简单，适应性强。基于以上原因，本设计选AL2O3湿度传感器,本传感器属于电容型的高分子材料制成的湿敏元件。他具有线性度好、滞后性小以及能在较寒冷的环境中使用等优点，其主要的特性参数为：工作环境温度：-3080度相对湿度测量范围：0100RH测量精度：4RH湿度检测电路如图，湿度检测电路由湿度

26、传感器、振荡电路、整流电路、输出放大电路等组成。振荡电路为RC桥式振荡电路，传感器特性的线性补偿由R1,R2完成，D1,D2,D3用于输入保护，A1,A2，为运算放大器，A2电压跟随器。当环境湿度发生变化时，传感器的电容也随着变化，这种变化反响到振荡电路提供的正弦信号，通过电压跟随器输出电压值。3.6、3CO2浓度的采集在二氧化碳浓度测量上采用响应速度快、测量精度高、技术成熟的红外二氧化碳气体传感器6004，并配合了一系列有效的补偿措施。为了增加系统的通用性、灵活性，本系统硬、软件都采用了模块化结构，根据应用场合不同而选用不同的配置。该系统可广泛地应用于诸如温室大棚、蔬菜储藏以及其它农业生产和

27、科研领域，并且由于系统的灵活性和模块化，可以方便地满足其它场合的需要。光照传感器系统设计根据温室内作物对光照强度的要求，光照传感器应该反响灵敏、精度高。本电路设计选用光照传感器器件光敏三极管3DU33作为感光元器件。光照传感器是利用光电子产生的电流来测量光照度的，通过放大电路的放大后输出适宜的电压或电流信号。 1单相异步电动机 它有主绕组A1-A2，副绕组B1-B2+电容C组成。分布特点：在空空间互差90。设流过主绕组的电流为I，流过副绕组的电流为IB。一般情况下，工作绕组的匝数多，电感大，是感性负载，那么IA在相位上滞后电源电压。那么我们要实现反转，只要让IB滞后于IA 90(或者换句话说，

28、让IA超前IB 90)。要实现这个很简单，只要IB翻转180(或者IA翻转180)就能实现了。起动绕组中串有电容，适中选取电容值，就可以使起动绕组为容性负载，那么IB在相位是超前电源电压。只要我们选择适宜的电容，就可以使IB超过IA 90。那么如何实现IB翻转180(或者IA翻转180)呢？我们从它的接线图上可以看出，实际上主绕组同副绕组是接在同一个电源上的，也就是说他们的电压是同相位的。那要是我们把主绕组的L接A1 N接A2换一下，改成L接A2 N接A1，副绕组不变，维持L接B1 N接B2。那么主绕组的电压和副绕组的电压就有180的相位差，也就是说主绕组的电流也翻转了180。这时我们就实现了

29、IB滞后于IA90(或者换句话说，让IA超前IB 90)。旋转磁场的方向为逆时针。实现了反转。 用接触器控制的，单相电机正反转在KM1的下方红线和粉线互换，或者蓝线和黄线互换，电机就可以反转了KM1和KM2的二次线路就用三相电机的普通正反转互锁电路就行了卷帘机电机的功率的选择应该和温室的温度紧密关联，我们计算了一下，我们的保温装置的重量是1kg/m2,总重量应该是1000N左右，所以我们选择1500KW的电机。电磁阀的选择我们选择上海正一自动化仪表ZCGC燃气快速切断电磁阀其特性如下：工作介质：天然气，煤气环境温度：2050度 介质温度：60度公称通经：25、32、40、50、65、80、10

30、0、125、150200 、250、300、350、400、450、500、600mm电源电压：AC220V DC24V功耗ACVA：90 150 DCW：70 1202鼓风机鼓风机的选择较简单，选通用的单相电机控制的鼓风机即可。3通风机的选择 通风机的选择也较简单，选择普通的单相电机的通风机即可。第四章 软件局部毕业设计论文基于单片机的温室大棚自动控制系统【摘要】本系统由单片机STC89C52、温度检测电路、湿度检测电路、光照度检测电路、键盘扫描电路、时钟电路、传感器电路以及继电器控制电路等局部组成。系统采用STC89C52单片机，功能强、功耗低、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等特点。

31、论文完成了以STC89C52单片机为核心对空气温度、土壤湿度、光照度进行数据的采集、处理、显示等系统的根本框图、工作原理和继电器控制的设计的阐述。该系统对植物生长过程中的土壤湿度、环境温度、光照度进行了实时地、连续地检测、直观地显示并进行自动地控制。克服了传统的人工测量方法不能进行连续测量的弊端，节省了工作量，并防止了人为的疏漏或错误造成的不必要的损失。【关键词】单片机、湿敏传感器、数字温度传感器、光敏电阻、继电器控制。目录1.绪论3选题背景3国内外的开展现状3课题内容、目的及思路3设计过程及工艺要求32.方案的比拟和选择42.1湿度传感器的选择4温度传感器的选择5光照度传感器的选择63系统的

32、总体设计6确定系统任务6系统的组成和工作原理6元件的特性93.3.1 STC89C52特点9特点104.电路设计10湿度测量电路10温度测量电路11光照度测量电路12数据显示电路12复位电路13键盘电路13继电器控制电路145.软件设计14主程序流程图145.2.参数测量子程序流程图165.3.键盘扫描子程序流程166.总结18参考文献18附录1 电子元器件明细表21附录2：系统总体电路图22附录3：实物图23附录4：系统源代码25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、湿度、光照强度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。温室环境与生物的生长、发育

33、、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、科学化的根本保证，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，使作物到达优质、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，所以对大棚内的温度、湿度与光照强度等参数的控制就显的非常重要了。传统的方法是用毛发湿度表、酒精温度计等进行人工测量，再对不符合的温度、湿度、光照度通过在温室大棚进行灌溉、降温、遮光等控制操作1来调节，这种人工测控的方法费时费力、效率低、且无法保证测量的连续性，测量的误差大、随机性大，随意性强。为了克服以上几点缺乏，我们需要一种造价低廉，使用方便且测量准确的自动

34、测控系统。国外的温室设施己经开展到比拟完备的程度，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，不利于在我国广泛地推广，而当今在我国大多数地方对大棚温度、湿度、二氧化碳含量，光照强度的检测与控制都采用人工管理，存在着测控精度低、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本钱，浪费了人力资源，而且很难到达预期的效果。本系统主要针对温室大棚内温度、湿度，光照强度研制了单片机控制的温室大棚自动控制系统,综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求三个方面因素之后，最终确定以STC89C52单片机为控制核心，选用性价比比拟高的传感器，实现对温湿度

35、的精确测量与准确控制，同时又具有价格低等优点，便于在我国推广。1.3课题内容、目的及思路本系统主要采用STC89c52单片机作为系统的控制核心，由温室内的空气温度传感器、土壤湿度传感器、光照度传感器采集数据，经过模数转换后送入单片机，由单片机根据采集的数据做出相应的控制，例如控制继电器的开合，使换气风扇、滴灌设备、遮阳幕等设备的启动或停止，到达控制温室各项参数的目的。同时在外接的LCD液晶上显示实时参数 ，便于观察。外接的键盘可以设定系统控制的温度值，以满足不同条件下对温度的不同要求。 在本系统中为了保证对温度、湿度和光照度的检测的实时性和准确性，采用了数字温度传感器DS18B20来检测温度。

36、采用湿度传感器HS1101来检测土壤湿度。采用光敏电阻检测光照度。最后通过单片机STC89C52处理后显示在1602液晶显示屏上，并通过控制继电器的开合控制相应的调节部件对植物的生长环境的各项参数进行调节，以到达适合植物生长的环境条件。 本系统的根本功能有：检测空气温度、土壤湿度、环境光照度。显示以上各项参数并自动调节。单片机作为控制核心，要有被检测信号输入，由单片机处理。如何准确确实定外围环境的各项参数就显的非常重要。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始信号进行准确可靠的捕捉和转换，系统就无法实现要求的各项功能。工业生产过程中的自动化的测量和控制，大局

37、部主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各项参量，使系统工作在最正确的状态下。测量土壤湿度的方法有很多种，其原理是根据某种物质从其周围的土壤中吸收水分后引起的物理或化学的性质的变化，间接的获得土壤的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸水后的介电常数、电阻率和体积发生的变化进行湿度的测量。方案一：采用HOS-201湿敏传感器2。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量范围为0%100%RH，工作温度为050，阻抗在75%RH(25)时为1M。这种传感器主要用于开关的传感器，不能在宽频域内检测湿度。这种传感器只

38、限于一定范围内使用时具有良好的线性度。方案二：采用HS1100/HS1101湿度传感器3。HS1100/HS1101湿度传感器，在电路结构上等效于一个电容器，其电容量随着土壤湿度的增大而增大，不需要校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应，专利设计的固态聚合物结构由顶端接触HS1100和侧面接触HS1101两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路。综合比拟方案一和方案二，方案一虽然满足精度和测量温度的要求，但是只是限定于一定的范围内使用时具有良好的线性度。因此，我们选择方案二作为本设计的湿度传感器。20 40 60 80 100 相对湿度% 200 190 180 170 电

39、容F图2-1：HS1101湿度电容响应曲线湿度传感器HS1101的特点：相对湿度在1%100%RH范围内：电容量有16pf变到200pf，其误差不大于。由此可以看出HS1101具有测量精度高，反响速度高的优点，其湿度电容响应曲线如图2-1：HS1101的一些常用参数如表2-1：表2-1：HS1101常用参数参数符号参数值单位工作温度Ta-40100储存温度Tstg-40125供电电压Vs10Vac湿度范围RH0100%RH焊接时间=260t10S 方案一：采用AD590温度传感器4。AD590温度传感器是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590性能描述：测量范围在-50- +1

40、50，满刻度范围误差为，当电源电压在510V之间，稳定度为1时，误差只有 。AD590为电流型传感器温度每变化1其电流变化1uA在35和95时输出电流分别为308.2uA 和368.2uA 。方案二：采用DS18B20温度传感器5。美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换局部，外围电路简单，本钱低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18820,便于多点测量且易于扩展。

41、综合比拟方案一和方案二，两方案都可以满足设计所要求的精度温度要求，但方案一的后续电路复杂，需要经过放大，数模转换等步骤，增加了设计的复杂度和本钱，并需要占用单片机较多的I/O口。方案二的后续电路简单，占用的I/O口数量少，为整体设计留出了足够的I/O口资源。故我们采用方案二作为本系统的温度传感器。DS18B20的温度值格式如表2-2：表2-2 DS18B20的温度值格式位7位6位5位4位3位2位1位0低字节232221202-12-22-32-4位15位14位13位12位11位10位9位8高字节SSSSS262524DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达

42、，其中S为符号位。例如125的数字输出为07D0H 正温度直接把16进制数转成10进制即得到温度值 ;-55的数字输出为 FC90H。负温度 把得到的16进制数 取反后1再转成10进制数。数字输出格式如表2-3：表2-3 DS18B20的数字输出格式表温度数字输出(二进制)数字输出(十六进制)+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h0000 0001 1001 00010191h0000 0000 1010 001000A2h0000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h1

43、111 1111 1111 1000FFF8h1111 1111 0101 1110FF5Eh1111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90h方案一：采用光照度传感器M124749，该光照度传感器采用先进的电路模块技术开发变送器，用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号，体积小，安装方便，线性度好，传输距离长，抗干扰能力强，量程可调。但价格昂贵，性价比不高，且不易购置。方案二：采用光敏电阻。光敏电阻的工作原理是当有光线照射时，电阻内原本处于稳定状态的电子受到激发，成为自由电子，所以光线越强，产生的自由电子也就越多，电阻就会越小。

44、光敏电阻的优点有内部的光电效应和电极无关光电二极管才有关，即可以使用直流电源。灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关，价格低廉，性价比高。比拟以上两个方案，方案一虽然具有更好的设计精度和线性度，但性价比不如光敏电阻好。方案二具有较高的性价比且同时也能满足系统的设计要求，故采用光敏电阻作为光照度传感器。3系统的总体设计本设计的要求是以STC89C52为控制核心，以HS1101湿度传感器、DS18B20、光敏电阻完成对温室大棚内的各项参数进行测量，并将数据输入到单片机中，有单片机根据所编写的程序，通过继电器控制电路控制相应的设备到达自动调控温室大棚内各项参数的目的，同时将通过各种传感器测的数据实

45、时地显示在液晶屏上。系统可通过按键人为地设定适宜的参数，便于根据不同的植被的环境中使用。硬件系统主要有信号采集、信号分析、信号处理三个局部组成。（1） 信号采集 由HS1101、DS18B20、光敏电阻组成。（2） 信号分析 由单片机STC89C52根本系统组成。（3） 信号处理 由并行口LCD液晶显示屏和继电器控制电路组成。硬件系统的原理方框图如图3-1：图3-1 硬件系统的原理图图3-2 土壤湿度控制流程图土壤湿度控制局部流程如图3-2:单片机通过湿度传感器检测土壤的湿度，假设土壤的湿度过低，单片机就翻开滴灌设备的电磁阀一分钟，对作物进行滴灌作业，增加土壤湿度，经过一段时间，单片机再次检测

46、土壤湿度，如果湿度过高，就关闭滴灌设备的电磁阀，停止滴灌作业。如果开始检测的土壤湿度在适宜的范围，单片机那么维持现有状态不变。空气温度控制流程如下列图3-3：图3-3空气温度控制流程图单片机通过温度传感器检测温室的空气温度，当空气温度过高时，就通过控制电路，翻开排气扇配合设置在温室大棚顶部的喷雾设备的进行一段时间的温室大棚的降温作业，而当温室温度过低时，那么通过单片机自动关闭降温设备的工作，使温度值到达适宜的范围。 假设一开始检测的光照度在适宜范围，单片机将维持现有状态。光照度控制局部流程如下列图3-4：光照度的控制主要靠遮阳幕的开关，光照度过高时，系统通过关闭大棚顶部的遮阳幕，防止阳光直射作

47、物，减小光照度，及减少强光对作物生长的影响。当光照度过低时，就翻开遮阳幕，增加光照度。如果检测的光照度在适宜范围，单片机将维持现状。图3-4 光照度控制流程图 STC89C52特点(1)它是MCS-51系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051兼容均为Pin-to-Pin，使用时容易掌握； (2)高速(最高时钟频率90 MHz)、低功耗、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强，在系统/在应用可编程(ISP，IAP)，不占用户资源。STC89C526单片机管脚如图3-5：图3-5 STC89C52单片机管脚定义图D0804特点A

48、DC08047为8bit的一路A/D转换器，其输入电压范围在05v，转换速度小于100us，转换精度0.39，满足设计的精度要求。HS1101湿度传感器，在电路中等效于 一个电容器件，其电容量随着所测的土壤湿度增大而增大，如何将电容的变化量准确的转换成单片机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏传感器置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再经过A/D转换成为数字信号；另一种是将该湿敏传感器置于555振荡电路中，将电容值的变化转化为与之成反比的电压频率信号，可直接被单片机所采集3。本系统采用的是测量555输出的振荡的方法，电路如图4-1所示：图4-1 湿

49、度测量电路图此电路为典型的555双稳态电路。HS1101/HS1100作为电容变量接在555的TRIG与THRES两引脚上，引脚7用作电阻R20的短路。等量电容HS1101/HS1100通过R19与R20充电到门限电压约0.67Vcc，通过R19放电到触发电平约0.33Vcc，然后R20通过引脚7短路到地。传感器由不同的电阻R20与R19充放电。电压输出典型参数VCC=5V，25如表4-1表4-1 HS1101湿度传感器电压输出典型参数VCC=5V，25RH0102030405060708090100Vout-因为在本系统中采用了DS18B20数字温度传感器，所以后续电路简单，只需将传感器的数

50、据输入/输出管脚直接接到单片机I/O口，通过单片机的控制DS18B20传感器并实时读取空气温度1。数字温度传感器的测量电路如图4-2所示：图4-2 温度测量电路图系统采用价格低廉的光敏电阻测量光照度，因其没有良好的线性度，所以只能大致的测量。根据光敏电阻在不同的光照下有不同的阻值，经过A/D转换后输入到单片机内进行处理。其与ADC0804的连接电路如图4-3：图4-3 ADC0804与单片机的连接电路图系统采用了LCD1602液晶显示屏8，LCD1602液晶是一款很常用，也很易用的字符液晶。可以显示2行每行16个字符，比照度可调、黄绿色背光。与单片机的链接电路如图4-4：图4-4 LCD160

51、2与单片机的连接电路图4.5复位电路为了确保系统中的电路温度可靠工作，复位电路9是必不可少的局部 ，其第一功能就是低电平复位，低电平复位是在通电瞬间通过充电来实现的。手动复位是指通过接通一按键开关，使单片机进入复位状态。系统上电运行后，如果需要复位，只需通过手动复位就可以实现。本系统使用的复位电路如图4-5所示：图4-5 复位电路图4.6键盘电路本设计采用的键盘扫面电路采用简单的低电平扫描方式，即采用开关的一端与单片机I/O口相连，另一端接地的方式，用单片机检测I/O口是否是低电平来判断键盘是否被按下10。这样的方式可以方便键盘扫描局部的的编程。键盘电路如图4-6：图4-6 键盘电路图4.7继

52、电器控制电路单片机是一个弱电器件，一般情况下它们大都工作在5V甚至更低。驱动电流在mA级以下。而要把它用于一些大功率场合，比方控制电动机,显然是不行的.所以，就要有一个环节来衔接,这个环节就是所谓的功率驱动。继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。在这里,继电器驱动含有两个意思：一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件；还有就是继电器去驱动其他负载,比方继电器可以驱动中间继电器，可以直接驱动接触器，所以，继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口11。本设计采用的继电器控制电路如图4-7：图4-7 继电器控制电路图图中的三极管起开关的作用，当单片机输出高电平时，三

53、极管导通，继电器吸合。单片机输出低电平时，继电器断开。二极管起保护作用，防止继电器产生的感应电动势烧坏三极管或继电器。系统的程序设计包括以下几个方面：1键盘扫描12。2各项参数的采集。3各项参数在液晶上的显示。4各项参数的继电器控制。图主程序的流程如图5-1图5-1 主程序流程图当单片机上电后，主程序开始运行，程序以开始初始化各参数的设置和端口定义后，清各标志位和LCD1602的显示，然后进行键盘扫描，再利用各传感器进行数据的采集，将采集的数据和设置好的参数进行比照，如果比照结果显示需要调节，启动相应的继电器控制电路对温室中需要调节的参数进行调节并显示在LCD1602上，如果比拟结果显示不需要

54、调节，那么不启动继电器控制电路，直接显示参数，然后对键盘进行循环扫描。参数测量子程序流程如图5-2图5-2 参数测量子程序流程图子程序开始先声明变量和调用的函数后，调用显示函数，启动模数转换器ADC0804进行模数转换，转化如果未完成，单片机进行等待。当转换完成后，单片机读取转换后的数据，然后循环调用显示函数和进行模数转换。键盘扫描子程序流程如图5-3图5-3 键盘扫描流程图键盘扫描子程序一开始先扫描按键，判断是否有按键被按下，确定有按键被按下时判断被按下的是哪个按键，如果是按键S1，系统将进入设置模式，这时按键S2和S3被启用，进入那个参数的设置取决于按键S1被按下的次数，S1被按下一次，进

55、行温度值设置，S1被按下两次，进行湿度值设置，S1被按下三次，进行光照度设置，当按下第四次，返回正常显示，按键S2和S3被禁用。按键S2和S3作用是调节参数值，每次按下S2，当前设置的参数值就加一。每次按下S3，当前设置的参数值就减一。参考文献1 梅晓榕,柏桂珍,张卯瑞.自动控制元件及线路M.北京:科学出版社,20072 张义和,王敏男,许宏昌,余长春.例说51单片机C语言版M.北京:人民邮电出版社,2021,63 湿度传感器HS1101的原理与应用EB/OL.中国电子科技信息网.4 胡汉才.单片机原理与接口技术M.清华大学出版社,1996.5 黄贤斌,郑筱霞.传感器原理与应用M.北京:高等教

56、育出版社. 成都:电子科技大学出版社,2004,3(2021.1重印)6 何立民.单片机应用系统设计M.北京:北京航天航空出版社.1990,50-4907 刘笃仁,韩保君.传感器原理及应用技术M.机械工业出版社.2003,8 8 1985赵亮.液晶显示模块LCD1602应用J.电子制作,2007(3)9 Guiyun Tian. Foundation and Application of MicrocontrollerM.北京:高等教育出版社10 王勇等.凌阳单片机原理及其毕业设计精选M.科学出版社11 童诗白.模拟电路根底M,北京:高等教育出版社,200112 马忠梅,籍顺心,张凯等.单片机的C语言应用程序设计M.北京航天航空大学出版社,200313 M考夫曼,AH塞得.电子计算手册M.国防科技出版社.14 王毅.单片机器件应用手册M.北京:人民邮电出版社,1994Microcontroller-basedautomatic monitoring and controlof greenhouselight and tempera