基于STC89C52R单片机实现的蔬菜大棚温度控制系统设计.doc

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1、沧州师范学院毕业设计（论文）基于STC89C52R单片机实现的蔬菜大棚温度控制系统设计学员姓名： 指导导师： 年 级： 专 业： 学 号： 2013 年 11月毕业设计（论文）任务书题目基于STC89C52R单片机的蔬菜大棚温度控制系统设计专业 学生姓名 所在系 导师 导师 一、设计（论文）内容设计的主要内容为：利用单片机STC89C52R实现温室大棚温度的智能控制，使室温温度能够控制在作物最佳生长温度20-25度之间。2. 通过对单片机STC89C52R的编程,由温度传感器DS18B20对温度进行测量,最后把测量到的温度送LED数码管显示。如果超过上下限温度，则控制蜂鸣器报警且令继电器对温度

2、进行实时控制。3. 四位数码管能够保持不间断显示室温，最高位为符号位，如果温度为正，则不显示；如果温度为负，则显示负号；第2-3位显示温度的整数部分，并在第三位上显示小数点；第四位显示小数部分。二、主要技术指标(或研究目标)1. 测温范围：01002测温分辨力：=13. 测温准确度：=0.54. 测温点数：可以扩展到8点5. 温度显示：采用个7段段数码管6. 温限可进行灵活设定 三、设计（或研究）的内容设计的主要内容为：如何利用单片机STC89C52R实现温室大棚温度的智能控制，使室温温度能够控制在作物最佳生长温度20-25度之间。2. 怎样通过对单片机STC89S52R的编程,由温度传感器D

3、S18B20对温度进行测量,最后把测量到的温度送LED数码管显示；3.如果室温超过上下限温度，则控制蜂鸣器报警且令继电器对温度进行实时控制。指导教师签字时间年 月 日目 录摘 要关 键 词 第1章 绪论 1.1 温室大棚 1.2 课题研究的目的意义 第2章 系统方案设计 2.1 温度控制系统设计方框图 2.2 方案论证 2.3 模块分组第3章 电路设计 3.1 传感器电路设计 3.1.1 温度传感器选择3.1.2 DS18B20单线数字温度传感器简介3.1.3 DS18B20性能特点3.1.4 DS18B20的引脚介绍3.1.5 连接方式3.2 报警电路设计 3.2.1 蜂鸣器3.2.2 连接

4、方式3.2.3 报警器的启动3.3 其他电路设计 3.3.1 单片机的选择3.3.2 其他电路第4章 程序设计 第5章 总结 致谢参考文献 摘 要：本设计主要是针对于冬天粮食蔬菜的生产,采用STC80C52R单片机实现的蔬菜大棚温度控制系。该控制器以单片机为控制核心,结合外围信号采集电路、键盘扫描电路、LCD显示电路、报警电路和继电器控制电路，实现了蔬菜大棚的的智能控制。本文介绍AT89C52单片机结合DS18B20温度控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和AD转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要

5、用于各种场合。关 键 词：STC80C52R单片机；温度控制系统；温室大棚；粮食生产毕业设计题：目基于STC89C52R单片机实现的蔬菜大棚温度控制系统设计xx级xxxxx专业学生xxx指导教师xxxxxxx第1章绪论1.1 温室温室(greenhouse) 又称暖房。能透光、保温（或加温），用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室的种类多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条件等又可分为很多种类，如玻璃温室、塑料温室；单栋温室、连栋温室；单屋面温室、双屋面温室；加温温室、不加温温室等。温室结构应密封保温

6、，但又应便于通风降温。现代化温室中具有控制温湿度、光照等条件的设备，用电脑自动控制创造植物所需的最佳环境条件12 课题研究的目的意义随着时代的进步，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、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。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。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

7、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。而使用温度传感器检测，电子自动化的调控温度，可以大幅度降低劳动强度，测控精度可靠，测控及时，节约劳动力，解放人力资源。第2章 系统方案设计2.1蔬菜温度控制系统设计方框图晶振电路检测电路DS18B20AT89C52复位电路报警及控制电路数码管显示电路键盘电路系统硬件电路框图如图2.1所示蔬菜温度控制装置由单片机最小系统、LCD液晶显示电路、键盘电路、报警电路、温度传感器、继电器控制等七部分组成。系统工作原理：将温度传感器采集的数据输入单片机，单片机将得到的数据分别与键盘预先设定的上限温度和下限温度比较，如果数据大于上限温度

8、单片机控制报警并接通电机电源（相当于接升温器），如果数据小于下限温度单片机控制报警并接通电机电源（相当于接降温器），整个过程LCD实时显示：上限温度值、下限温度值、实际温度值。22 方案论证网络搜索常用电子元件，组合设计方案如下方案一：ATmega16+pt100方案二：AT89C52+ DS18B20从所学知识面，经济，实用性出发选方案二2.3模块分组与xx、xx、xx设计报警电路与传感器电路第3章 电路设计3.1 传感器电路设计3.1.1 温度传感器选择温度传感器发展至今，已发展出数种分类和型号。常用的有抗震温度传感器TR/02022、工业温度传感器TR/02104、简易直插式热电阻温度传

9、感器,TR/02113、轴瓦用热电阻温度传感器,TR/02112、船舶工业用热电阻温度传感器,TR/02111、插入式热电阻带卡锁连接,TR/02109、空压机用温度传感器：TR/02110、K型热电偶TC-01010通用型热电偶、小巧型热电偶变送器TC-01004、LX-D3红外测温仪、低温常用的是铂电阻，PT100、DS18B20单线数字温度传感器等。考虑实用，经济，设计经费等实际因素，本设计采用DALLAS半导体公司生产的最新单线智能温度传感器DS18B20作温度检测器3.1.2 DS18B20单线数字温度传感器简介DS18B20数字温度传感器采用DS18B20可组网数字温度传感器芯片封

10、装二成，具有耐磨耐碰，体积小使用方便，封装形式多样等优点，适用于各种狭小空间设备数字温度和控制领域3.1.3 DS18B20性能特点 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）； 测温范围为-55-+125，测量分辨率为0.0625； 可以将多个DSl8B20温度传感器挂接在一根总线上，即允许一条信号线上接数十乃至上百个数字 式传感器，每个都有-个在ROM中的64位自己独有的芯片序列号，可实现多点温度的检测。 被测温度用可编程为9位12位AD转换精度的串行输出。 内含64位经过激光修正的只读存储器R

11、OM； 适配各种单片机或系统机； 用户可分别设定各路温度的上、下限； 内含寄生电源，其工作电源既可在远端引入、也可采用寄生电源方式产生。31.4 DS18B20的引脚介绍DS18B20的封装及引脚图如下：a) GND为接地线；b) DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连;c) VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3O55V。 31.5 连接方式图3.4 传感器电路3.2 报警电路设计3.2.1 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁化蜂鸣器两种类型。本系统采用的是电磁式蜂鸣器9。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、

12、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁铁圈，使电磁铁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。蜂鸣器发声原理是电流通过电磁铁圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的。程序中改变单片机引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。另外，改变输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小。3.2.2 连接方式 当温度超过上下限时，蜂鸣器发出报警声响3.2.3 报警器的启动当温度低于35时，蜂鸣器不工作。当检测到的温度高于35时，蜂鸣器发出频率为2HZ的报警声。报警声控制的主程序如下：if(TempH3

13、5) /产生报警信号 Tru=0; mDelay(10); 频率为2HZ Fan=0; mDelay(150); 3.3 其他电路设计3.3.1 单片机的选择单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器叶数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多

14、数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。1、单片机的主要特点有:(1) 具有优异的性能价格比。(2) 集成度高、体积小、可靠性高。(3) 控制功能强。(4) 低电压，低功耗。2、单片机的主要应用领域:(1) 工业控制(2) 仪器仪表(3) 电信技术(4) 办公自动化和计算机外部设备(5) 汽车和节能(6) 制导和导航(7) 商用产品(8) 家用电器因此，在本课题设计的温湿度测控系统中，采用单片机来实现。在单片机选用方面，由于STC89系列单片机与MCS-51系列单片机兼容，所以，本系统中选用STC89C52单片机。AT89C52单片机有4个8位并行I/O接口，记作P0、P1、P2和P3，每个

15、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，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。3.3.2 其他电路键盘电路 因为本设计使用键盘数比较少，只要5个按键就足够了，故可以直接接在端口即可。显示电路设计LCD1602简介字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，引脚定义如表2-1所示： 表 2-1引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10

16、D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/

17、W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2.3.2 LCD1602的指令说明及时序LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令6，如表2-2所示：表2-2 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DL

18、NF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAMDDRAM）10要写的数据内容11CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容 LCD1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。1为高电平、0为低电平。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整

19、体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据

20、。指令11：读数据。电机控制电路设计电机电路利用继电器来控制电机开断第4章 程序设计Keil C 软件概述单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包

21、括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。使用独立的Keil

22、仿真器时，注意事项: *仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 *仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 *仿真芯片的31脚已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。1、安装好了Keil软件以后，我们打开它。2、 我们先新建一个工程文件，点击“Project-NewProject”菜单。3、选择工程文件要存放的路径 ,输入工程文件名 xdch 最后单击保存。4、在弹出的

23、对话框中选择 CPU 厂商及型号。5、选择好STC89C52芯片，接着点击确定，弹出对话框。6、新建一个 C51 文件, 单击左上角的 New File，保存为DS18B20_4.C，（注意后缀名必须为.C），再单击“保存”。7、存好后把此文件加入到工程中方法如下:用鼠标在 Source Group1 上单击右键, 然后再单击 Add Files to Group Source Group 1。8、 选择要加入的文件, 找到 MAIN.C后, 单击 Add, 然后单击 Close。9、在编辑框里输入代码。10、生成 .hex 烧写文件,先单击Options for Target。11、在下图中

24、,我们单击 Output, 选中 Create HEX F，再单击“确定”。以上是Keil软件的基本应用。第5章 总结在美好的大学生活中享受知识乐趣的日子已经接近尾声。毕业设计作为检验我们能否顺利毕业的唯一标准，对衡量我们的专业水准具有重要的意义。为了能使我顺利毕业并作一名合格的社会复合型人才，特此编写毕业设计。编写设计的过程中，对所学的知识进行重新的温习，使我们受益匪浅,对于遇到的问题如：程序语言编写不符合标准，导致调试时不能按设定的方案实现正常的控制。这些老师都给我们极大的指导帮助，通过编写毕业设计提高了我的动手动脑能力，为我今后能更好更快的适应社会奠定了坚实的物质理论基础。虽然因病中途离

25、开过一段时间。在老师的指导下，我们广泛搜集资料，考察实地情况，几个同学进行讨论研究结合所学的知识进行有效的梳理，最终圆满完成此次设计。致 谢本课题在选题及研究过程中得到xxxxxx老师的悉心指导。在设计过程中xx老师多次为我指点迷津，帮助我解决问题。xxxxxx老师严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅使我能更好的完成设计，而且让我能更深层次的理解在实践中所遇到的问题。 在论文完成之际我感谢三年来一直关心我、支持我、帮助我的老师和同学，在这里我要向他们表示最诚挚的感谢和衷心的祝福。参考文献1 李丽荣 张长全 郑建红主编 51单片机应用设计北京理工大学出版社 2 胡学林 主编可编程控制器应用技术高

26、等教育出版社 3 廖常初 主编 PLC基础应用 机械工业出版社4 徐 晋 赵二唯 PLC技术及其在公路交通系统巾的应用5 郭燕萍 李晓波 基于PLC技术的多车道交通灯实验监控装置6 管声启 师红宇、基于可编程控制器城市交通灯智能控制 7 张力胜、PLC控制十字交通灯的设计J 、矿业科学技术。8 李建忠、单片机原理与应用M、西安电子科技大学出版社。9 张进秋 陈永利、可编程控制器原理与应用实例M、机械工程出版社。10 江秀汉 汤 楠、可编程序控制器原理及应用注：部分参考百度文库、百度知道 附录*-名称：基本单片机STC89C52R的大棚温度自控系统-*/#include#includestdio

27、.h#include#include#includelcd1602.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int;/*/* 定义端口 */*/sbit DQ=P13;/ds18b20 端口sbit Fan=P15; /风扇端口sbit Tru=P17;/喇叭的端口sfr dataled=0x80;/显示数据端口/*/* 全局变量 */*/uint temp,i,TempH;uchar flag_get,count,num,minute,second,x;long str6;/*/* 函数声明 */*/void delay1(ucha

28、r MS);unsigned int ReadTemperature(void);void Init_DS18B20(void);unsigned char ReadOneChar(void);void WriteOneChar(unsigned char dat);void delay(unsigned int i);/*/* 延时函数声明 */*/void mDelay(unsigned char j) unsigned int i; for(;j0;j-) for(i=0;i20)&(TempH25)&(TempH30)&(TempH35) /产生报警信号 Tru=0; mDelay(1

29、0); Fan=0; mDelay(150); for(i=1;i4; TempL=temp&0x0F; TempL=TempL*6/10;/小数近似处理 flag_get=0; /*/* 定时器中断 */*/void tim(void) interrupt 1 using 1/中断，用于温度检测间隔TH0=0xef;/定时器重装值TL0=0xf0;num+;if (num=50) num=0; flag_get=1;/标志位有效 second+; if(second=60) second=0; /*/* 延时函数 */*/void delay(unsigned int i)/延时函数 whi

30、le(i-);/*/* 初始化 */*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 delay(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 delay(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 delay(10); x=DQ; /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay(5);/*/* 读一个字节 */*/unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8

31、;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay(5); return(dat);/*/* 写一个字节 */*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(5); DQ = 1; dat=1; delay(5);/*/* 读取温度 */*/unsigned int ReadTemperature(void)unsigned char a=0;unsigned int b=0;unsigned int t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换delay(200);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个