基于单片机的螺旋藻生长棚智能控制毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的螺旋藻生长棚智能控制毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是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。 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，通过对检测 数据分析，结合作物生长规律，控制环境条件，使作物达到优质、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作用。 大棚内的温度、湿度等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。 国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。 而当今大多数对大棚温度、湿度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。 因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理的调节大棚内各个物理参数，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质的重要环节。 4 选题目的和意义 螺旋藻是一类低等植物，属于蓝藻门，颤藻科。 它们与细菌一样，细胞内没有真正的细胞核，所以又称蓝细菌。 蓝藻的细胞结构原始，且非常简单，是地球上最早出现的光合生物 ,在这个星球上已生存了 35亿年。 它生长于水体中，在显微镜下可见其形态为螺旋丝状，故而得名。 螺旋藻还有很高的蛋白质。 近几十年来，科学家发现螺旋藻是人类迄今为止所发现的最优秀的纯天然蛋白质食品源，蛋白质含量高达 60～ 70%，相当于小麦的 6倍，猪肉的 4倍，鱼肉的 3倍，鸡蛋的 5倍，干酪的 倍，且消化吸收率高达 95%以上。 其次，其中维生素及矿物质含量也极为丰富。 包括维生素 B维生素 B维生素 B维生素 B1维生素 E、维生素 K等，并含锌、铁、钾、钙、镁、磷、硒、碘等微量元素，其生物锌、铁比例基本与人体生理需要一致，最容易被人体吸收，能快速改善小 孩厌食症，提高食欲。 其类胡萝卜素含量是胡萝卜的 15 倍，维生素 B12含量是猪肝的 4 倍，铁含量是菠菜的 23 倍，是铁含量最丰富的食物。 再次螺旋藻有着很好的食疗功效和药理作用。 螺旋藻中含有大量的γ 亚麻酸，这是一种人体必需的不饱和脂肪酸，是健脑益智、清除血脂、调节血压、降低胆固醇的理想物质。 螺旋藻中的螺旋藻多糖具有抗辐射损伤和改善放、化疗引起的副反应作用，因此对肿瘤患者是食疗佳品。 螺旋藻中叶绿素含量极为丰富，是普通蔬菜含量的 10 倍以上，对促进人体消化，中和血液中毒素及改善过敏体质，消除内脏炎症等 都有积极作用。 螺旋藻还有日常保健 抗疲劳 抗衰老 抗辐射 治疗体质差 抵抗力差 营养不良瘦弱 等功效。 总之螺旋藻有着众多不可代替的优越性，它不仅有着很多食疗功效，药理作用，而且也因为有着全面而又均衡的营养流行于世界，成为最佳的健康保养食品，越来越受到人们的青睐和喜爱。 但是世界天然能够自然生长螺旋藻的只有三大湖泊，非洲的乍得湖、墨西哥的 TEXCOCO湖、中国云南丽江程海海湖。 经过多年宣传，现在知名度很高，但实际仅剩程海湖还在保持生产，另两个湖几乎干枯。 因此丽江程海湖是中国唯一出产 天然螺旋藻的地区，此外国内各地区的螺旋藻都是人工养殖的，而且生产的质量也参差不齐。 而对螺旋藻生长环境，既其生长条件的研究，及在其培养过程中各种生长条件的测量和控制是提高其质量的关键所在，因此对其智能生长棚的测控系统进行设计有重大的现实意义。 5 第二章 控制系统总体介绍 硬件总体结构 大棚的控制系统上电后，用户首先进行对 PH 值检测部分的校核，单片机系统将用户校核的初值保存在 EEPROM中。 单片机进入主程序后，开始以查询的方式检测温湿度传感器 DS18B20的温度状态，及不断读取 ADC0804转 换器的数据，并将相应的数值通过液晶显示器显示输出。 当温度超出设定范围时，单片机将通过控制输出口使执行设备进行调节同时会发出报警，其总体框图如下。 由上图可以看出，本设计大致有七个部分组成，其中包括温度测量部分、制冷和加热部分、培养液 PH 值检测电路、 A/D 转换、报警、显示部分、再加上核心器件单片机。 在本系统中主要用到的器件和电路有： STC89C52 单片机、 DS18B20 温度传感器、玻璃电极、继电器和 M4QA045 电机、数码管显示模块等器件，设计了温度报警电路、信号放大电路 、电热器驱动电路等。 本设计除除硬件外还编写了对应于硬件电路的软件部分。 传统的温度测量方法是通过一定的测试仪器人工逐点进行检测，这种方法费时费力，效率低且测量误差大。 本文设计的可控装置具有自动巡检测控的功能，并且对检测的数据进行显示、报警、调节等。 显示部分 A/D 转换 报警部分 培养液 PH 只检测电路 单片机 温度测量 制冷和加热部分 图 21 6 本次设计的内容和功能概述 设计的功能介绍 本文介绍了一种基于单片机为基础的螺旋藻生长环境的智能测控系统，并阐述了它的构成，系统的基本原理、硬件组成及相应 的软件设计。 本次设计重点介绍了 DS18B20型数字温度传感器的工作原理，以及培养液的 PH测量方法，给出了以 DS18B20和单片机为核心设计螺旋藻生长棚智能测控系统的硬件及软件设计，该系统智能化高、控制准确、测量精度高、性能良好、对提高螺旋藻的生产效益有着积极的推进作用。 系统设计的内容及实现原理 （ 1）系统设计目标 用单片机对螺旋藻生长棚的温度及其培养液的 PH 值进行实时检测和控制，以解决在其培养过程中对温度的及时控制问题；用十进制数码显示实际温度值 PH 值，方便人工监视同时设计了报 警电路；系统能自动调节温度，以保持设定的温度基本保持不变，达到自动控制的目的。 系统的温度最小区分度为 1摄氏度。 在环境温度变化时，温度控制的静态误差小于等于。 （ 2）系统设计的出发点 在达到对温度的检测和控制的基础上，达到一定的测控精度，并尽量使系统的可靠性高、稳定性好、性价比高、速度快、使用灵活、实现容易、便于扩充。 （ 3）设计原理 本设计采用 STC89C52单片机应用系统来实现设计要求，因 STC89C52 在片内含 8KB的 EEPROM,不需要外扩展存储器，可使系统整体结构简单。 利用 STC89C52串口输出工作方式，使 STC89C52 的利用率大大提高，外部电路得以简化。 STC89C52 可直接对键盘进行扫描读数，可直接用串 /并转换摸块 74HC573驱动 LED显示温度值。 因其利用率高，负载重，后向电路只需加一块同向驱动器即可正常工作。 在串行传输数据时，频率可达到 1MHZ，对温度的显示完全达到控制精度要求。 设计原则 （ 1）实用性。 本系统主要采用单片机自动控制螺旋藻生长棚内的温度和其培养液的 PH值，使用对象是基层管理人员，具有管理方便、操作简单、维护及维修容易的特点。 （ 2）经济性。 资金投入过大则管理单位难以承受，成本回收时间长；投入过小则无法实现所要求的功能。 因此，本系统设计将在保证系统功能的基础上尽可能降低成本。 （ 3）科学性。 本系统进行自动化管理的目的是采用先进技术和管理模式，解决在传统种植中的生产小率低、投入人力资源过多、温度和各参数测量不及时而造成不必要的损失等问题。 因此，本系统在设计过程中，采用先进技术、管理模式和优良的设备，使系统既具有较高的可靠性、开放性和可扩充性，又具有操作简便、易于管理的特点。 7 第三章 硬件电路的设计 单片机概述 计算机的发展概况 （ 1）计算机的诞生 第一台计算机的诞生是由宾夕法尼亚大学莫奇利和埃克特领导的研究小组， 于 1946 年 2 月 14 日研制成功的。 它由 17468 个电子管、 6 万个电阻器、 1 万个电容器和 6千个开关组成，重达 30 吨，占地 160平方米，耗电 174 千 瓦，耗资 45 万美元。 这台计算机每秒只能运行 5千次加法运算，仅相当于一个电子数字积分计算机（ ENIAC即 埃尼阿克 ）。 第一台计算机诞生至今已过去 50多年了，在这期间，计算机以惊人的速度发展着，首先是晶体管取代了电子管，继而是 微电子技术的发展，使得计算机处理器和存贮器上的元件越做越小，数量越来越多，计算机的运算速度和存贮容量迅速增加。 1994年 12 月，美国 Intel公司宣布研制成功世界上最快的超级计算机，它每秒可进行 3280亿次加法运算（是第一台电子计算机的 6600万倍）。 如果让人完成它一秒钟进行的运算量的话，需要一个人昼夜不停地计算一万多年。 当年的 埃尼阿克 和现在的计算机相比，还不如一些高级袖珍计算器，但它的诞生为人类开辟了一个崭新的信息时 代，使得人类社会发生了巨大的变化。 1996年 2月 14 日，在世界上 第一台电子计算机问世 50周年之际，美国副总统戈尔再次启动了这台计算机，以纪念信息时代的到来。 （ 2）计算机的发展 1）第一代计算机（ 19461958) 电子管为基本电子器件；使用机器语言和汇编语言；主要应用于国防和科学计算；运算速度每秒几千次至几万次。 2）第二代计算机 (19581964) 晶体管为主要器件；软件上出现了操作系统和算法语言；运算速度每秒几万次至几十万次。 3）第三代计算机 (19641971) 普遍采用集成电路；体积缩小；运算速度每秒几十万次至几百万次。 4）第四代计算机 (1971 ) 以大规模集成电路为主要器件；运算速度每秒几百万次至上亿次。 5）我国计算机发展历史 从 1953 年开始研究，到 1958 年研制出了我国第一台计算机 在 1982 年我国研制出了运算速度 1亿次的银河 I、 II 型等小型系列机。 在不久的未来，第五代计算机可能会应用于生物技术、纳米技术和量子技术等先进技术。 （ 3）计算机的分类 8 电子计算机从总体上说可分为两大类：电子模拟计算机和电子数字计算机；电子模拟计算机由于精度的理解能力都有限，所以应用范围小。 电子数字计算机则与模拟计算机不同，它是以近似 于人类的“思维过程”来进行工作的，目前已得到了广泛的普及与应用。 单片机的发展概况 单片机是一种集成在 电路 芯片，是采用 超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、 只读存储器 ROM、多种 I/O口和中断系统、定时器 /计时器 等功能（可能还包括显示驱动电路、 脉宽调制 电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。 为使单片机能自动完成 某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件 —— 存储器中。 存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器 PC（包含在 CPU 中），在开始执行程序时，给 PC 赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令， PC 在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是 2或 3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。 将 8位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段 （ 1）第一阶段（ 19761978）：单片机的控索阶段。 以 Intel公司的 MCS – 48为代表。 MCS – 48 的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有 Motorola 、 Zilog 等，都取得了满意的效果。 这就是 SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 （ 2）第二阶段（ 19781982）单片机的完善阶段。 Intel公司在 MCS – 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列 MCS –。