土壤温度湿度控制系统软件设计 2

《土壤温度湿度控制系统软件设计 2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土壤温度湿度控制系统软件设计 2（38页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、毕业设计（论文）题目：土壤温度湿度控制系统软件设计学生姓名：XXX学号：0001班级： 06自动化（电气工程）专业（全称）：XXX指导教师：XXX2010年6月土壤温度湿度控制系统设计摘要土壤温湿度数据采集与调节系统，通常采用单片机8031和数字温度、湿度传感器来 实现，整个系统虽然成本低，但体积大、通讯距离受限，本文介绍一种以AT89C51为核心 的数据采集与调节系统,其传感器选用AD590和湿敏电容进行温湿度测量，它们精度高、 线形优良，并使整个系统体积大大减小,其内部总线采用的是CAN总线的形式，大大增强 了系统的通讯能力，具有很高的性价比和通用性好。本文是通过对农作物（例如蘑菇）种植中

2、土壤温湿度的采集和调节作为研究的，温 度的控制是成为制约整个系统中，蘑菇生长率的最大问题。温湿度控制得当，很大程度 上可以提高整个系统的效率，达到与经济效益相辅相成的地步。而且，在农业越来越重 要的今天，温湿度传感器在温湿度控制调节系统中的作用已经成了不可或缺的地位了。 单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用，温、湿度则是系统测量、控制和保持因素。关键词：单片机AT89C51；传感器；ADC0809 A/D转换器THE SOILS TEMPERATURE AND MOISTURECONTROL SYSTEM DESIGNABSTRACTProper temperature and humidi

3、ty control, to a large extent can increase the efficiency of the entire system to achieve complementary and cost-effective level. Moreover, the poultry industry today, more and more important, temperature and humidity sensors in the incubator system has become an indispensable role in the status. Si

4、ngle-chip in the detection and control system has been widely used, temperature and humidity is a system of measurement, control and maintain the factors. In this paper, AT89C51 microcontroller based on the temperature and humidity testing and control program, the use of platinum resistance sensor,

5、HS1101 humidity sensor, with ADC0809A / D converter, simulate the operation of the entire system. Obtain an optimal temperature range, so that poultry hatching optimize hatching rate, which is the subject of the results you want. Detection of temperature and humidity in accordance with the appropria

6、te choice of parameters of a group of temperature-controlled program, the pursuit of the whole design is simple and easy to understand, and to give readers a look at the whole system will be able to know the operation, but also allow beginners to conduct similar studies .Key words： single-chip micro

7、computer AT89C51; platinum resistance temperature sensor; ADC0809 A / D converter目录前言61 土壤温度湿度检测与控制对农业经济作物生长的意义61. 1温度湿度对农业经济作物生长的影响71.2温度传感器、湿度传感器的结构和温度湿度检测工作原理82 土壤温度湿度参数系统及设计112.1总体设计叙述112.2硬件电路设计142. 2. 1温度传感器选择142. 2. 2湿度传感器选择142. 2. 3单片机系统设计152. 2. 4 DAC电路设计182. 2. 5温度控制方案及控制电路设计182. 2. 6湿度控制方

8、案202.2.7 土壤温湿度设计总电路233软件结构设计243.1系统工作流程图243.2主程序设计263.3A/D转换子程序273.4数字滤波子程序283.5键盘输入子程序（查表法）293.6显示子程序353.7温湿度控制系统：384系统测量误差分析及使用注意事项404.1系统测量误差分析40424.2系统使用注意事项41总结致谢43参考文献441前言随着我国国民经济和科学技术的发展，人民生活水平日益提高，生产环境需要改 良，冬季农作物市场日渐扩大，尤其是北方地区在寒冷的冬季,仅靠南菜北调长途运输， 不仅成本高，而且延误了蔬菜的最佳食用期；按照作物需水要求和水源供水状况，有计 划地控制温度以

9、及引、蓄、配、灌，合理组织用水，以控制、调节土壤温湿度来满足作 物的生长要求，是作用生长管理工作的中心内容。需要及时地掌握作物的生长规律，各发 育期的需水量和适宜的生长温度,而这些最根本的是土壤的含水量。所以依靠农业科技， 大力推广塑料大棚种植农作物，是农作物种植的一个必然发展趋势。现在大多数农民还 是沿用人工值守的方法来看管农作物大棚，浪费了大量的人力物力，而且农作物大棚的 温湿度控制并不理想，往往因为温湿度控制不当造成作物的减产，从而给菜农带来了极 大的损失。近年来，我国的设施农业得到了较大的发展，温室大棚种植技术已突破了传统的农 作物种植受地域自然环境等诸多因素的限制，对农业生产有重大意

10、义。但目前我国温室 大棚的温度、湿度测量和设备的操作大多还是由人工来完成，当温室较大时，操作人员 的劳动强度很大。然而，温度、湿度控制系统式以单片机控制为核心的温度、湿度检测 元件，初步实现了温室大棚的自动化管理，大大降低了工人的劳动强度。土壤温度和湿度等是重要的土壤信息，是经济作物（例如蘑菇）生长的重要生态因 素，进行土壤温度、湿度的测定，掌握土壤温度、湿度变化的规律，对农作物生长状况 的监测和预报具有重要意义。温度、湿度的测量在仓储管理、工业生产制造、智能化建筑、科学研究、节水农业 灌溉、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、及日常生活中被广泛应 用。温度、湿度传感器在数字式温

11、度、湿度测控领域有着广泛的应用前景。同时这种传 感器也代表了传感器技术的发展方向。本课题是采用温度、湿度传感器，应用单片机技术，根据经济作物（例如蘑菇）的 种植条件，使用新型传感器对土壤温湿度、湿度参数进行检测、数据处理、等显示功能。 并对土壤温度、湿度参数进行自动调节。课题的主要内容是选用温度、湿度传感器、多 点参数测试，温湿度设定及超温报警、AD转换、数字显示、温湿度控制、单片机程序设 计等。2大棚土壤温度湿度检测与控制的意义及原理智能化控制系统应用到大棚种植上，利用最先进的生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过微

12、机进行数据分析，由微机对棚内的水帘、风机、遮阳板等 设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。（1）比较人工的控制来说，智能控制最大的好处就是能够相对恒定的控制大 棚内部的环境，对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成 生产损失。（2）相对生产来说，将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都有极大的提高，对于不同的种植品种而言，提高产量与质量相 对不同，对于档次较高的经济作物来说，生产效率可以提高30%以上。（3）相对运行成本来的核算，对于有一定规模的种植企业来说，极大的降低 了劳动力成本，设备的投入与运行，可以完全由节约下来的劳动力成本中核算出 来，

13、使用时间越长，光节约的劳动力成本就是一笔巨大的利润。1.1温度湿度对农业经济作物生长的影响为了说明课题的任务，以蘑菇种植为例分析大棚土壤的温度、湿度：蘑菇种植所需要的条件有温度，湿度，通风，光照等。（一）温度条件在环境温度得到控制的前提下（如2426C），蘑菇栽培时不同温型的品种，在不同 的生长发育阶段，对温度的要求不同，蘑菇发菌阶段除注意环境温湿度变化外，更要注 意温度、湿度的检测，后者一般较前者要高，而栽培中往往容易忽视。出菇期间，要保 持菇场内温度、湿度相对稳定，长菇时温度、湿度变化急剧，对菇体正常发育不利。塑料薄膜具有保温性。覆盖薄膜后，大棚内的浊度将随着外界气温的升高而 升高，随着外

14、界气温下降而下降。并存在着明显的季节变化和较大的昼夜温差。 越是低温期温差越大。一般在寒季大棚内日 增温可达3-6C，阴天或夜间增温能 力仅1 2C。春暖时节棚内和露地的温差逐渐加大，增温可达6- 15 C。外界气温升高时，棚肉增温相对加大，最高可达 20 C以上。在高温季节棚内可产生50 C 以上的高温。因此大棚的主要生产季节为春、夏、秋季。通过此控制系统可使棚 温保持在15 - 30 C的生长适温。二、湿度蘑菇所需水份主要来自培养料和覆土层，其次是空气湿度。蘑菇培养料在堆制发酵 期间，含水量应调节在60%70%之间，播种时培养料含水量应控制在60%左右，产菇期 培养料含水量应控制在62%6

15、5%。覆土层的含水量一般控制在18%22%。湿度过低菌 床容易失水，菇盖会产生磷片，菌柄会出现空心，即空心菇现象。湿度过高，菌床易发 生病害，菇体会出现锈斑，红根等症状。薄膜的气密性较强，因此在覆盖后棚内土壤水分蒸发和作物蒸腾造成棚内空 气高温，如不进行通风，棚内相对湿度很高。当棚温升高时，相对湿度降低，棚 温降低相对湿度升高。棚内相对湿度达到饱和时，提高棚温可以降低湿度，由于棚内空气温度大，土壤的蒸发量小，因此在冬春寒季要减少灌水量。但是，大棚 内温度升高，或温度过高时需要通风，又会造成湿度下降，加速作物的蒸腾，致 使植物体内缺水蒸腾速度下降，或造成生理失调。因此，棚内必须按作物的要求， 保

16、持适宜的湿度。三、空气蘑菇播种前必须彻底排除发酵料中的二氧化碳和其它废气。菌丝体生长期间二氧化 碳还会自然积累，其生长期间二氧化碳浓度以0.1%0.5%为宜。发菌期间，空气湿度 要求在60%70%，不得超过75%。出菇期间空气湿度应提高到90%左右较为理想。蘑菇 由于生长湿度高，呼吸作用旺盛，湿度大，为了满足其生长所需要的氧气和防止杂菌的 产生，必须特别注意培养环境的通风换气。塑料膜封闭性强，棚内空气与外界空气交换受到阻碍，土壤蒸发和叶面蒸腾 的水气难以发散。大棚内空气湿度过大，不仅直接影响蔬菜的光合作用和对矿质 营养的吸收，而且还有利于病菌抱子的发芽和侵染。因此，要进行通风换气，促 进棚内高

17、湿空气与外界低湿空气相交换，可以有效地降低棚内的相对湿度。棚内 地热线加温，也可降低相对湿度。通过以上操作，我们需要模拟农作物种植出最佳的土壤参数。1. 2温度传感器、湿度传感器的结构和温度湿度检测工作原理1.2.1温度传感器的选择：DS18B20简介：DS18B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数指示器件的温度。DS1820的特性如下：(1) 单线接口：仅需一根口线与MCU连接(2) 测温范围为-55 C75 C,精度为0.5 C(3) 用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的(4) 报警搜索命令可识别哪片DS1820超温度限铂电阻温度传感器简介：通过研究发现，金属铂(Pt)的电阻值随

18、温 度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特 性制成的传感器称为铂电阻温度传感器。铂电阻温度传感器特性如下：(1) 测温范围在-200C63OC(2) 精度咼(3) 价格昂贵经过对比，最后选用铂电阻温度传感器作为本系统的温度传感器。AD590也是很不 错的温度传感器，但是铂电阻温度传感器在0到50的时候，相对温度是非常平衡的， 很适合本系统。1.2.2湿度传感器的选择：电容式湿敏传感器HS1101,在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测 空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常 有两种方法：一是将该湿敏电容置于运方与租蓉组成的

19、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A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555 振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集 电容式湿度传感器的感湿机理是当基于电极间的感湿材料吸附环境中的水分时，其介电 常数也随之变化。特点如下：(1) 全互换性在标准环境下不需校正长时间饱和下快速脱湿。(2) 可以自动化焊接，包括波峰焊或水浸高可靠性与长时间稳定性。(3) 专利的固态聚合物结构。(4) 可用于线性电压或频输出回炉。(5) 快速反应时间。1.2.3温度、湿度控制系统的工作原理：温室温度、湿度控制系统上电工作后，先初始化，然后通过键

20、盘输入温度及湿度的 初值，单片机系统将用户设置的初值保存在芯片中，并且显示设置参数。单片机进入主 程序后，开始以查询的方式检测温度、湿度传感器的温度、湿度状态，通过控制算法， 并将相应的数值通过液晶显示器显示输出。当温室内的温度（或湿度）小于设置的初值 时，单片机将通过控制输出接口使加温设备（或加湿设备）开始工作；当温室内的温度 （或湿度）大于或等于设置的初值时，单片机将通过控制输出接口使加温设备（或加湿 设备）停止工作。1. 3系统方案设计1.3.1温度、湿度控制系统方案选择方案一：模糊控制解耦方法模糊控制的基本思想史利用计算机来实现人的控制经验，而这些经验多是用语言表 达的具有相当模糊性的

21、控制规则。模糊控制器获得巨大成功的主要原因在于它具有如下 一些突出特点：1模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则，出发点是现场 操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模 型，因而使得控制机理和策略易于接受设计简单，便于应用。2.由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些 数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。3基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致 较大差异：但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的 模糊连接，容易找到折中的选择，使控制

22、效果优于常规控制器。温湿度联控是一个多变量控制系统对象，温度和湿度控制之间相互影响且动态特性 差异较大，特别是温度和湿度的相关性较强，易产生耦合现象，所以必须对系统的温度 和湿度进行解耦解耦控制。解耦控制有两种方法，串级控制和分程方法。温湿度控制是 一种非线性的，后的时变的复杂过程。且温度与湿度之间存在交叉耦合，即温度控制会 引起湿度变化，湿度控制会引起温度变化，采用传统的PID控制是不适宜的。现有的研 究和实践表明，对于无法取得精确数学模型或数学模型相当粗糙的系统，采用模糊控制 可以获得令人满意的控制效果。结论：这个模糊控制解耦方法，的确可以准确的控制整个系统的温度稳定性，对于 大棚蔬菜种植

23、来说，可以做到准确的提生长率，模糊控制的特点就是：它不需要建立被 控对象的数学模型，系统的鲁棒性强，适合于非线性，时变，及后系统的控制。因此， 对智能种植系统采用模糊控制室非常合适的。但是现在本课题讨论的大棚蔬菜（蘑菇） 种植系统是要实用性强，操作简单，便于操作，而且可以同样准确做到提高农作物（蘑 菇）生长率的提高，所以这么一个方案就要被舍弃。方案二：单片机温度控制系统是以单片机AT89C51为控制核心。整个系统硬件部分 包括温湿度传感器，温度检测系统、信号放大系统、A/D转换、单片机、I/O设备、控 制执行系统等。结论：这种方案同样可以做到模拟出农作物（蘑菇）种植温度的最佳条件，也可以 极大

24、的减少系统的操作性，恰恰适合本课题所要求的简单，但是实用，所以就选定第二 种方案为本系统的设计方案。132温度湿度传感器布局：、为温度传感器，（1）、（2）、（3 ）为湿度传感器。在一个大棚中必须安装多个温度传感器和多个湿度传感器。传感器太少，测量不能反应整个大 棚的温度、湿度情况，但是，也不能放置太多，如果传感器放置太多增加成本，也增加了控制难度。2. 土壤温度湿度参数系统及设计2. 1总体设计叙述2.1.1蘑菇大棚特点及监控要求分析塑料大棚种植蘑菇是反季节种植,外界环境的变化与正常蘑菇生长发育所处自然环 境的变化相反;同时，塑料大棚本身调节环境因素的能力有限，必然导致蘑菇生长发育与 环境因

25、素以及大棚内环境因素之间的矛盾难以调和,给生产带来诸多问题。塑料大棚环 境的主要特点是：塑料大棚的半封闭式结构不利于人工检测棚内各个点的温湿度。 塑料大棚的半封闭式结构决定了棚内湿度大，湿度过大极易导致病虫害发生。棚内环 多变、复杂，光照不足、温度低，同时还存在温差过大等问题,温度过高过低或温差大都不 利于蘑菇生长。蘑菇大棚在温湿度控制上属于复杂的非线性，大延迟系统，简单的控制 算法无法达到理想效果。由以上特点得出，蘑菇大棚监控系统必须对温湿度能检测控制 并显示给菜农，由于大棚的系统特点，传统的控制算法不能满足对温湿度的控制要求，因 此改进了传统控制算法，采用传统PID与模糊控制相结合的方法构

26、建了蘑菇大棚温湿度 智能控制系统。2.1.2系统结构及主要功能AT89C51单片机作为控制系统的核心部分，主要完成以下功能(1) 根据采集到的温度和温差值查表得湿度值，根据农作物所需而设定的温、湿度值控 制受控对象系统中加热器和加湿器的启停。温度控制精度为土 014C，湿度控制精度土 5%RH;(2) 响应键盘输入，修改用户设定的温湿度上限值。蘑菇大棚智能监控系统结构如图1所示,主要包括传感器电路、数码管显示、键盘电 路、及串口通信几个部分。2.1.3温湿度检测及控制根据温度条件，温度传感器检测出温度信号，温度传感器的测量范围在一20C+ 60C,可以采用半导体温度传感器(例如AD590)产生

27、电信号，信号放大后经ADC转 换、单片机处理送出显示和控制信号。湿度检测原理与温度检测相同，在此不再重复。单片机温度、湿度控制系统是以单片机为控制核心。整个系统硬件部分包括温度、 湿度检测系统、信号放大系统、A/D转换、单片机、I/O设备、控制执行系统等。单片机温度、湿度控制系统框图如下所示：图2温度、湿度控制系统框图温度、湿度传感器将温度、湿度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单 片机可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送入A/D转换器转换成数字信号 再送入单片机。为进一步提高测量精度，在单片机中对采样后的信号再进行数字滤波。 单片机将检测到的温度、湿度信息与设定值进行比较，

28、如果不相符，数字调节程序根据 给定值与测得值的差值按控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。如 果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度；如果检测值低于设定值，则启 动加热系统，提高环境温度，达到控制温度的目的。由于土壤温度和湿度参数变化很缓 慢，因此系统可以采用开环控制。该系统通过多点温湿度传感器（最多可接8路温度和湿度传感器）采集大棚内各个位 置的温度和湿度,采集的实时温湿度通过4位数码管显示,以便菜农了解大棚内环境情况, 同时系统根据温湿度的变化情况经模糊PID控制算法决定是否进行加热或开启风门。通 过键盘电路可以设置不同的温湿度参数（可以进行分段设置，比如白天25

29、C晚上20 C） 或查看各个点的温湿度。当采集来的环境参数值超过设定的上下限值时,报警电路进行 报警提示农业人员可以随时查询采集值和报警信息。2.2硬件电路设计2. 2. 3单片机系统设计单片机温度控制系统是以AT89C51单片机为控制核心。整个系统硬件部分包括温度 检测系统、信号放大系统、A/D转换、单片机、I/O设备、控制执行系统等。本系统的单片机米用AT89C51其是一种带4节闪烁可编程可擦除只读存储器的低 电压,高性能MOS8位微处理器（俗称单片机），单片机的可擦除只存储器可以反复擦除 100次。该器件采用ATME密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS 一 5 l 指令集和输

30、出管脚相兼容。本系统的扩展电路采用的是Intel公司生产的可编程输入输 出接El芯片8255，它具有3个并行I/O El,分别称为PAE1、PBE1、PCE1,其中PCEl又分为 高四位El和低四位El,它们都是通过软件编程来改变I/O 口的工作方式，8255可与 AT89CS51 直接接口。AT89C51单片机作为控制系统的核心部分,主要完成以下功能：（1）根据采集到的温度和温差值查表得湿度值，根据用户设定的温、湿度值控制受控 对象系统中加热器和加湿器的启停。温度控制精度为土 014C,湿度控制精度土 5%RH;（2）响应键盘输入，修改用户设定的温湿度上限值。2345678910111213

31、14151617181920393837363534333231302928272625242322211图3AT89C5LVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7 EA/VPP40N76 5 4321O SEP2.P2.P2.P2.P2.玖P2.P2. P2.2.3.1 AT89C51的外部结构管脚如下：P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTAZPDRXDP3.0TXDP3.1DTOP3.2R4T1P3.3 TO P3.4 T1P3.5WP3.6RDP3.7XTAL2VSSXTAL118脚（P0.0P0.7）： P0 口 8位双向

32、I/O 口线，又可以作为外部DB总线和外 部低8位AB总线使用。1017 脚（P1.0 P1.7）： P1 口 8 位双向 I/O 口线。2128脚（P2.0P2.7）： P2 口 8位双向I/O 口线，又可以作为外部高8位AB 总线使用。3239脚（P3.7P3.0）： P3 口 8位双向I/O 口线，又可以作为第二功能口使用。30脚ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0 口输出的低8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定 频率输出的正脉冲，因此，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。29脚PSEN :外部程序存储器读选通信号。在

33、读外部ROM时，PSEN有效（低电 平），以实现外部ROM单元的读操作。31脚EA :访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在 外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并 可延至外部程序存储器。9脚RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有 效，用以完成单片机的复位初始化操作。19脚XTAL1和18脚XTAL2:外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引 线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。20脚VSS：地线。40 脚 VCC： +5 V 电源。8051XTAL1晶振XT

34、AL2至内部时钟电路图4时钟振荡电路LC1C2在MCS-51芯片内部有一个高增益相反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其 输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微 调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的 时钟电路，如图所示。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后， 才成为单片机的时钟脉冲信号。请读者特别注意时钟脉冲与 振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误。使用振荡频率为的6MH一般电容C1和C2取3OpF左右，晶体的振荡频率范围是 1.2MHZ12 MHZ。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也 高，单片机运行速度

35、也就快。MCS-51在通常应用情况下， 或 12MHZ。单片机复位的条件是：必须使RST/VpD或RST引脚（9）加上持续二个机器周期（即 24个振荡周期）的高电平。例如：若时钟频率为12MHZ，每机器周期为1us，则只需 2us以上时间的高电平。在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。（a）为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RST端的电位与VCC 相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。只要保证RST为高电平的时间大 于2个机器周期，便能正常复位。vcc(b)为按键复位电路。该电路除 具有上电复位功能外，若要复位， 只需按图2.17 (b)中的RESET

36、键, 此时电源VCC经电阻R1、R2分 压，在RST端产生一个复位高电 平。22uFj1KVCCMCS-51RESETVSS(a)上电复位电路(b)按键复位电路在这里我们选用按键复位电路，因为这样可以手动的对系统进行操作。3.软件结构设计本系统软件主要采用模块化设计。程序主要模块包括主程序、A/D转换程序、温 度测量子程序、显示程序、键盘处理程序等部分组成。软件设计是温度控制系统设计的主要内容和重点。我们应该根据系统功能要求，以 系统硬件电路为基础进行系统的软件设计。为了使设计出来的软件功能明确、阅读、调 试方便、可靠性好，我们一般采用结构化的程序设计方法。结构化的程序设计包括三方 面的工作：

37、自顶向下的设计、模块化编程和结构化编程。除此之外，有时还需要加强软 件抗干扰设计，以提高程序的可靠性。我们就是以上述的思想为指导，来进行本系统软 件设计的。本系统软件设计主要是单片机系统软件设计。在程序的编写过程中，考虑到 可移植性和以后功能的升级，以及调试的方便性，采用模块化设计。31主程序设计主程序框图数据采集终端服务子程序图温度、湿度控制系统的工作原理：温室温度、湿度控制系统上电工作后，先初始化，然后通过键盘输入温度及湿度的 初值，单片机系统将用户设置的初值保存在芯片中，并且显示设置参数。完成初始化后， 进入参数设置，设置按键初始值。把按钮回车值送到31H；按钮温度设置值送到32H, 这

38、个按钮每按一次，温度值加1;按钮湿度设置值送到33H，这个按钮每按一次，湿度 值加1；按钮减少值送到34H,这个按钮按一次，再按温度或湿度设置按钮，则温度或 湿度值会相应减1。设置温度初值并把它送到40H,设置湿度初值并把它送到41H。单 片机进入主程序后，开始以查询的方式检测温度、湿度传感器的温度、湿度状态，然后 会跳到子程序一数据采集中断服务程序，先设置地址，把通道数0送到00H后，启动 ADC，等待转换，知道转换结束后，再把数据送到主程序的显示存储起来，送存后，通 道数+1后再重复执行该程序，直到通道数=7，且8个数值已送给主程序显示后就返回。 通过控制算法，并将相应的数值通过液晶显示器

39、显示输出。设置每隔一分钟开一次中断， 并实时显示土壤的温度、湿度。最后设置温度、湿度范围，当温室内的温度（或湿度） 小于设置的初值时，单片机将通过控制输出接口使加温设备（或加湿设备）开始工作； 当温室内的温度（或湿度）大于或等于设置的初值时，单片机将通过控制输出接口使加 温设备（或加湿设备）停止工作。控制的软件由主程序和T0中断处理程序组成，系统中设定时器T0为工作方式1,定 时周期为125ms, 8次定时器中断就为1 s。为了提高控制的抗干扰性能，考虑到实际的温 度和湿度变化是连续和平缓的,采用分段定值平滑滤波算法处理每次测得的温度和湿度 值，以防突发干扰使测得值波动很大，加热和排风电路频繁

40、关启，系统工作不稳定。分段定 值平滑滤波算法即将每次采得的数据和过去确定的若干次采得值求平均,以该值作为有 效值投入使用，此方法不适于数据变化剧烈的场合。控制仪中采用两个环形队列,每次中 断采样一次温湿度的值，分别放入环形队列中,每存入1个新数据便自动除去1个老数据。 环形队列的地址为40H4FH共16个单元，温湿度各占8个单元。为了有效防止显示上 闪烁现象，每秒刷新1次显示器。处理后温湿值，当需要加热器加热还是加热器停止.或符 合排风扇启动/停止条件时，微处理器将作出相应控制和处理。由于系统中有看门狗监视 电路，所以在编程时应该注意，传统的等待按键释放的方法容易造成看门狗定时器超时而 产生复

41、位信号。下面的方法可较好的解决这个问题，即保证当按键按下后不论按下多长时 间只响应1次，保证看门狗定时器即使超时也不产生复位信号。在TO中断处理程序中， 每次中断均要检测键是否按下。若无按下有两种情况，一是系统中确实无键按下（此时键 按下标志为0），处于监控状态;二是键按下后被释放（此时键按下标志为1）。这时要清键 按下标志，以便主程序进行下一轮的键按下检测。控制软件采用模块化设计,主要有主程 序模块、数据采集（温湿度信号）与温湿度判断模块、设定键处理模块。主程序模块完成 的主要功能为:系统初始化、温湿度采集、设备的启停控制和扫描设。3. 2 A/D转换子程序A/D转换后得到的是数字量的数据，

42、这些数据应传送给单片机进行处理。数据传送 的关键问题是如何确认A/D转换完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。设置一个8路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式采样数据，并依次存放在外部RAM的A0HA7H单元中。采集完一遍以后即停止米集。其数据米样的初始化程序和中断服务程序如下：初始化程序：MOV R0，#A0H;设立数据存储区指针MOV R2，#08H;8路计数值SETB IT1;边沿触发万式SETB EA;CPU开中断SETB EX1;允许外部中断1中断MOV DPTR,#FEFOH；送入口地址并指向IN0LOOP:MOV X DPTR， A；启动A/D转换HERE:SJMP

43、HERE;等待中断中断服务程序：MOV X A， DPTR;采样数据MOV X R0，A;存数INC DPTR;指向下一个模拟通道INC R0;指向数据存储区下一个单兀DJNZ R2， INT1；8路未转换完，则继续CLR EA;已转换完，则关中断CLR EX1；禁止外部中断1中断RE TI;从中断返回INT1:MOV X DPTR, A;再次启动 A/D 转换RETI；从中断返回3. 4数字滤波子程序采样过程完成后,要对采样所得的数据进行数字滤波。数字滤波程序用于滤掉来自 控制现场对采样值的干扰，数字滤波的算法很多，这里采用中值滤波。中值滤波原理很 简单,就是对采样过程中的n个（一般是3个）

44、采样值进行比较，取中间值放入指定的存 储单元。3.5键盘输入子程序（查表法）#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit BEEP = P2J;/蜂鸣器驱动线uchar key;unsigned char code disp_code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88, 0x83,0xc6,0xal,0x86,0x8e,0xbf;unsigned char code key_code=0xee,0xde,0xbe,0

45、x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d, 0xeb,0xdb,0xbb,0x7b,0xe7,0xd7,0xb7,0x77 ;/*延时子函数*/ void delayms(uint ms)uchar t;while(ms-)for(t = 0; t 120; t +);/*X*0.14MS延时子函数*/ void delayO(uchar x)uchar i;while(x)for (i = 0; i13; i+) ;/* 蜂鸣器驱动子函数*/ void beep()uchar i;for (i=0;i180;i+)delay0(5);BEEP二！BEEP;BEEP=1;delayms(

46、250);/BEEP取反/关闭蜂鸣器/延时/*键盘扫描子函数 */ uchar keyscan()uchar scanl,scan2,keycode,j;scanl二Pl;if(scan1&OxfO)!=OxfO)delayms(30);/判键是否按下/延时30msscanl二Pl;if(scan1&0xf0)!=0xfO)/二次判键是否按下P1=0x0f;scan2=P1;keycode二scan1|scan2;for(j=0;j=15;j+)/组合成键编码if(keycode= key_codej) /查表得键值key=j;retu rn(key);else P1=0xff;return

47、(16);/* 判键是否按下子函数*/ void keydown()Pl=0xf0;if(P1&0xf0)!=0xf0)keyscan();P0=disp_codekey;beep(); /* 主函数 */ main()P0 = 0xbf;/数码管显示-P3 = 0x7f;P1 = 0xff;while(l)keydown();3.6显示子程序LED1 EQU08HLED2 EQU 09HLED3 EQU 0AHLED4 EQU 0BHORG 0000HLJMP START ；转入主程序ORG 0010HSTART:MOV SP,#60HMOV DPTR,#TABLEMOV R0,#00HMO

48、V Rl,#00HMAIN:MOV LED1,#1MOV LED2,#2MOV LED3,#3MOV LED4,#4SCAN:INC ROCJNE RO,#1OO,SCAN_1MOV RO,#OOHMOV A,LED1MOV B,AMOV A,LED2MOV LED1,AMOV A,LED3MOV LED2,AMOV A,LED4MOV LED3,AMOV A,BMOV LED4,ASCAN_1:MOV A,LED1MOVC A,A+DPTRMOV PO,ACLR P3.7LCALL DELAY1MSSETB P3.7MOV A,LED2MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACLR P3.

49、6LCALL DELAY1MSSETB P3.6MOV A,LED3MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACLR P3.5LCALL DELAY1MSSETB P3.5MOV A,LED4MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACLR P3.4LCALL DELAY1MSSETB P3.4LJMP SCANDELAY1MS:MOV R4,#2DELAY10MSA:MOV R5,#247DJNZ R5,$DJNZ R4,DELAY10MSARETTABLE:DB11000000B ;0DB11111001B ;1DB10100100B ;2DB10110000B ;3DB10011001B

50、 ;4DB10010010B ;5DB10000010B ;6DB11111000B ;7DB10000000B ;8DB10010000B ;9DB10001000B ;ADB10000011B ;bDB11000110B ;CDB 10100001B ;dDB10000110B;EDB10001110B;FDB11110111B7DB11111111B7END3.7温湿度控制系统软件设计主要完成对温湿度传感器在单位时间内的频率测量。软件设计采用端口扫 描方式，间隔30s开始测量，测量时间为1S。统计单位时间内脉冲的个数，与表3对照, 确定温湿度值的范围，并将温湿度值通过LCD显示。为了保证

51、测量精度，可以取3次以 上测量数据，求平均值后，作为最终送显示数据。微处理器工作晶体选用12. 000MHz。程序代码采用嵌入式C语言编写，经在ADS1. 2编译环境中进行编译后，移植到微处 理器内执行。软件主要测量代码如下，并给出了详细注释。DoI0DIR0=10DIR0IR 0&OXOfffffbf：/ p0. 6设置成输入d0 /读IO 口寄存器 if(I0PIN0&(10x06)=0x00000000)break：/检测0电平 while(1)；Do if(I0PIN0&(16033)&(fdat6186)&(fdat6330)&(fdat6468)&(fdat6600)&(fdat6

52、728)&(fdat6853)&(fdat6976)&(fdat7100)&(fdat7224)rhb=00：lhb=fda t%100：/对测量数值取低两位time(1) ；/处理需要等待一段时间，否则lhb=0if(rhb=60)(rhb=70)(rhb=90)lhb=lhb /13：/对低两位数值取个位， else if(rhb=80)lhb=lhb / 1 4；else lhb=lhb / 12； time(l)；rhb二rhb+lhb；/将数据合成一起，送显示fdat=OxOOOOOOOO；/ 清 0,为下次准备4系统测量误差分析及使用注意事项4. 1系统测量误差分析4.1.1控制算

53、法程序控制算法是控制系统的核心部分，是控制系统能否稳定和调节品质是否优良的关 键。控制算法程序主要完成三方面功能:获取系统初始PID参数；运用模糊控制理论 调节PID参数；通过PID算式计算控制量输出。本系统是一个闭环控制的单片机直接控 制系统(DDC),它的工作原理是按照一定的采样周期T去对被控量(温度、湿度)进行采样, 并经过控制算法算出控制量，以此控制量作为输出控制执行器，实现对被控对象的控制， 采用单片机作为控制器核心所构成的自动控制系统,软件算法流程图如图3,闭环温度、 湿度控制程序，由求偏差E和偏差变化率Ec,数据量化算法、增量PID控制算法等程序模 块组成。单片机首先读取数字化的

54、实际转速,并与设定的转速相比较,得出差值,单片机 再根据差值,调用PID程序，计算并输出模拟电压控制变频调速器,调节被控对象电机转 速的大小，同时，寻找最优条件，改变PID参数。e (k)、e ( k -1)分别为当前实际采样值与设定值的误差和上次采样值与设定值 的误差；ec ( k)是当前实际采样值与设定值的误差变化率；KP、KI、KD是系数；u ( k) 是计算输出值。PID的计算公式为：U (K) =V CK-1)-E f D +K,XE (K)+心帀(JO -2 E K-l) 4 庖(K-2)-v( s i)十FpF十舟 mK广尺备T/T (4)式中:KP为比例系数;T为采样周期;TK

55、为积分时间;Td为微分时间。 根据公式进行编程，相应的程序流程如下图：4. 2系统使用注意事项5.总结通过采用这么一个农作物蘑菇大棚智能温湿度控制系统进行控制的实用系统，有效 地解决了传统控制方法对棚内温湿度的控制不足；同时也设计了在Zigbee无线收发模块 的接口，可以实现蔬菜大棚大规模生产和统一管理监控。该系统人机界面良好、操作简 单方便、自动化程度高、稳定可靠，经过实际种植和试验验证，效果良好,有效地降低了 菜农的工作量，保证了大棚蘑菇的生产质量,在广大农村地区有成功模拟出农作物蘑菇 种植生产。通过对温度跟湿度的合理调整，的确可以提高系统的生长率，对于要维持农 作物蘑菇的生长所需要的最适

56、宜温度，理论值不难得出，但是要确切的维持在某个温度 段，在技术性来说，还是有点难度的。该闭环控制系统实现了AT89C51单片机为核心，通过PID算法达到对温度、湿度的 检测及其控制，运行可靠，操作简单,精度高，响应速度快，可以满足温、湿度的控制。同 时，通过LED数码管直观的显示通过控制系统后的温、湿度值，当出现异常现象时，通过 报警装置发出警告,及时得到处理，从而满足现场需要，具有广泛的应用前景。通过本次对系统的控制，发觉利用AT89C51进行数据处理，大大简化了烦琐的计算， 也提高了运算的效率，减少了很多人工计算的人为误差，提高了精确度。同时也方便与 实现数字化，方便通过LED显示测量值，

57、其显示直观明了。同时也提供设置超温报警的 能力，大大提高了现场的安全系数。传感器的探头是一对针状不锈钢柱组成，且容易插 入土壤，对土壤结构影响小。控制系统采用AT89C51与继电器控制电机来实现温湿度的 调节,与同类传统测试系统和现代测试系统相比具有结构简单、体积小、成本低、通用 性好等特点,利于二次开发。没有经过专门训练的人也能很好运用这个土壤温度、湿度 控制系统。6. 致谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我 将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也 收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所 崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师，XXX老师。 我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃， 视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡 目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基 本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导，经由您悉心的点拨，再经思考后的 领悟