智能大棚管理系统设计毕业设计(编辑修改稿)

智能大棚管理系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

信息，利用数据总线将传感器 检测到的 信息送给 51 单片机，再通过诺基亚 5110 液晶显示。 当系统报警时单片机 可向 外设发出 处理 ，控制 散热 风机、 加热电路、抽水 水泵、等设备进行降温 、加温 除湿 、加湿、遮光和 补光等动作。 保证 了 大棚内作物的生长环境。 单片机 也可以通过 相应的 指令来启动现场监测 系统 的声光报警装置，通知大棚管理人员采取措施 以 确保大棚内 作物 的 生长环境。 本系统主控芯 介绍 （ 1） 本系统主控芯片 51 单片机的硬件结构 MCS51 单片机的片内结构如图 4 所示。 MCS– 51 单片机是在一个有限的芯片上集成控制应用所必须的单元。 图 4 片内结构图 智能大棚管理系统 7 下面对各功能部件作进一步的说明 :  微处理器 (CPU) MCS 51 单片机中有 1 个 8 位的微处理器。 它 与通用的微处理器基本 完全 相同，同样 也 包括了运算器和控制器两大部分。 仅仅 增加了面向控制的处理功能，不 但 可处理字节数据， 而且 可以进行位变量的处理。 比 如 :位处理、查表、状态检测、中断处理等。  数据存储器 (RAM) 片内为 128 个字节 (52 子系列的为 256 个字节 )。  程序存储器 ( ROMlEPROM) 8051 为 4K 字节 ROM。 8751 则为 4K 字节 EPROM。  中断系统 具有 5 个中断源， 2 级中断优先权。  定时器 /计数器 片内有 2 个 16 位的定时器 /计数器，具有四种工作方 式。 在单片机的应用中，往往需要精确的定时，或对外部事件进行计数。  串行口 全双工的串行口， 一共 具有四种工作 模式。 可用来进行串行通讯，扩展并 I/ O 口，甚至 还 与多个单片机相连 来 构成多机系统。 从而使单片机的功能 变地 更强且应用 地 更广。  P1 口、 P2 口、 P3 口、 P4 口为 4 个并行 8 位 IO 口。  特殊功能寄存器 (SFR)。 共有 21 个，用于对片内各功能部件进行管理、控制、监视。 实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的 RAM 区。 （ 2） 本系统主控芯片 51 单片机的结构 MCS 51 单片机存储器采用的是哈佛 (Har vard) 结构。 即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开。 程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式和控制系统。 这种结构对于 面向控制 的实际 的 应用 中 变地 极为方便、有 用。 在 805118751 单 片机中，在片内集成了一定容量的程序存储器和数据存储器及众多的特殊功能寄存器。 还具有极强的外部存储器的扩展能力，寻址能力分别可达 64 邸，寻址和操作简单方便。 MCS 51 的存储器空间可划分为如下 5 类 :  程序存储器 单片机系统能够按照一定的 顺序 进行工作。 主要是 因为 程序存储器中存放了经调试确定 正确的应用程序和表格之类 固有 常数。 程序实际上是一串二进制码，程序存储器可以分为片内和片外两部分。 由于无内部程序存储器，所以只能外扩程序存储器来存放程序。 智能大棚管理系统 8  内部数据存储器 MCS 51 单片机内部有 128 个字 节的随机存取存储器 RAM ； 作为用户的数据寄存器，它能满足大多数控制型应用场合的需要 ； 用作处理问题的数据缓冲器。  特殊功能寄存器 (SFR Special Function Register) 特殊功能寄存器反映了 MCS 51 单片机的状态，实际上是 MCS 51 单片机各功能部件的状态及控制寄存器。 例如，前面提到的 PSW 程序状态字寄存器，就是一个特殊功能寄存器。 掌握理解好 SFR ，对于掌握 MCS 51 单片机是十分重要的。 SFR 综合的、实际的反映了整个单片机基本系统内部的工作状态及工作方式。 在单片机中设置SFR ，为程序设计提供了不少方便，这一点在读者研究了 MCS 51 单片机指令系统后体会将会更深刻。  位地址空间 MCS 51 单片机的一个很大优点在于它具有一个功能很强的位处理机。 在 MCS 51 单片机的指令系统中，有一个位处理指令的子集，使用这些指令，所处理的数据仅为一位二进制数 (0 或 1)。 在 MCS 51 单片机内 部一 共 具 有 211 个可寻址位。  外部数据寄存器 当 MCS 51 单片机的片内 RAM 不够用时，可在片外扩充数据存储器。 MCS 51 单片机给用户提供了可寻址 64K 字节的外扩 RAM 的能力，至于扩多少 RAM ，则根据用户实际需要来定。  外部时钟方式 外部的时钟源直接接到 XTA 口端，直接输入到片内的时钟发生器上。 时钟 电路 图 如图 5 所示。 由于 XTA 口的逻辑电平不是 1，故建议外接一个 lO K 的上拉电阻。 图 5 时钟电路图  控制器 控制器是单片机的指挥控制部件。 控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件。 从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。 单片机执行指令是在控制器的的控制下进行的。 控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器 、指令寄存器 IR 等。 还有 指令译码器、条件转移逻辑电路。 智能大棚管理系统 9  程序计数器 PC{Pro 伊 m Counter) 程序计数器 PC 是控制部件中最基本的寄存器。 是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。 然后程序存储器按此地址输出指令字节。 同时程序计数器本身自动加 1。 读完本条指令 ； PC 指向下一条指令在程序存储器中的地址。  程序计数器的基本工作方式有以下几种 : 程序计数器自动加 1，这是最基本的工作方式，这也是为何该寄存器被称为计数器的原因。 在执行调用子程序指令或响应中断时，单片机自动完成如下的 操作 : PC 的现行值，即下一条将要执行的指令的地址，即断点值，自动送人堆拢。 将子程序的人口地址或中断向量的地址送人 PC ，程序流向发生变化，执行子程序或中断子程序。 子程序或中断子程序执行完毕，遇到返回指令 R 或 RETI 时，将楼顶的断点值弹到程序计数器 PC 中，程序的流程又返回到原来的地方，继续执行。 3 信号采集分析部分设计 温度检测控制部分设计 对于智能大棚管理系统来说温度检测显得非常重要， 温度传感器 采集温度将温度数据提取出来通过信号处理函数 让 外设作出相应的反应并将温度数据送至显示函数显示。 其主要 过程是通过温度传感器器将温度采集出来，由单片机判断，当温度低于键盘所设定的温度时，单片机驱动继电器从而控制风扇旋旋转来降温，当温度低于键盘所设温度时，单片机驱动继电器从而控制加热丝加热。 温度检测控制部分 实验框图 如 图 6 所示。 图 6 温度部分实验框图 继电器 风扇 加热丝 温传感器 键盘 主控芯片 AT89C52 显示器 智能大棚管理系统 10 测温方案的选择 方案一： 热敏电阻。 热敏电阻 属于热敏器件由半导体材料构成 ，它测量温度 的原理是把电阻随温度变化的关系转换为电压随温度变化的关系。 再把热敏电阻电压 模拟量转化为 数字量 ，然后通过软件方法 通过特定公示 计算得到温度 数值 值，再进行显示 等 处理。 它的阻值与温度变化 并非有线性的 关系。 故 稳定性和互换性 相比 较差。 因此使用中是 必须 要进行线性化 的 处理的 ，这样就比较麻烦。 线性化处理 尽管可以解决 热敏电阻的特性曲线 的问题 ，但比较复杂 困难。 方案二： DS18B20 温度传感器。 DS18B20 与单片机 只有一根线连接 ，它只定义了一根信号线。 总 线上的每个器件都能够在合适的时间驱动 DS18B20。 相当于把单片机的地址 总 线、数据 总 线、控制 总 线、合为一根信号线对外进行数据 处理和 交换。 并且，它不再 把模拟量转 化为数字量 ，直接测得为数字量，简化了许多工作量，电路也 变地 简单可靠 了许 多。 综合上述，为了 设计方便从 简化电路，经济实惠， 自动测量 等方面考虑 ， 我们 采用方案 二。 DS18B20 的接口如图 7 所示。 图 7 DS18B20接口图 温度传感器的 使用 DS18B20 内部结构主要由 64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器 这 四部分组成。 DS18B20 的管脚排列如 图 8 所示 : DQ 为数字信号输入 /输出端； GND 为电源地； VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时 接地）。 图 8 DS18B20 管脚排列图 智能大棚管理系统 11 （ 1） DS1820 使用中注意事项 在用 DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 在 DS1820 测温程序设计中，向 DS1820 发出温度转换命令后，程序总要等待 DS1820的返回信号，一旦某个 DS1820 接触不好或断线，当程序读该 DS1820 时，将没有返回信号，程序进入死循环。 这一点在进行 DS1820 硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 （ 2） DS18B20 的时序 由于 DS18B20 采用的是单总线协议方式 工作地。 就是 在一根数据线实现数据的双向传输。 而对 89C52 单片机来说， 并没有总线接口，因此，我们必须采用编程的方法来模拟单总线通讯。 温度检测 控制 部分的 组成 和实现 智能大棚管理系统的温度检测控制系统由单片机电源电路、温度传感器 DS18B继电器电路、散热风扇、加热电阻丝、诺基亚 5110 液晶显示和主控芯片（ AT89C52）组成。 通过以上的分析我们已经选择了采用以单总线为工作方式的 ds18b20作为温度检测的传感器。 通过温度传感器检测温度，将检测 到的温度与键盘所设温度做比较，当我们检测到的温度高于我们设定的温度时 ，单片机将作出反应，发出低电平，通过 I0 口将信号传送给继电器，继电器和散热风扇相连，通过电源和单片机控制的信号从而使继电器工作模式切换，从而让散热风扇旋转使空气流动来达到降低温度的目的；当温度传感器检测出来的温度低于键盘设定的温度时，单片机通过分析，通过 IO 口输出一个低电平从而控制继电器，继电器和加热电路（由加热丝和电源电路组成）相连，继电器切换模式后电源电路导通从而加热电路开始工作 从而使环境中的温度升高。 温度检测控制部分 实验结果如图 9 所 示 ，程序流程如图 10 所示。 图 9 温度部分实验结果图 智能大棚管理系统 12 图 10 温度控制程序流程图 湿度检测控制部分的设计 湿度检测主要是空气湿度和土壤湿度的检测 ，在本系中空气湿度是用 DHT1 而土壤湿度用土壤传感器。 都是通过控制继电器从而控制抽水电机来控制抽水泵作出调节。 具体过程为：温湿度传感器检测空气中的温度和湿度，当湿度低于键盘设定的温度值时，通过单片机控制继电器从而控制喷头进行喷水，当湿度满足时，自动停止喷水； 当湿度过大时通过单片机控制继电器从而控制电热丝加热从而调节湿度。 由土壤湿度传感器检测土壤的湿度，当土壤湿度不过时通过抽水电机控制抽水电机进行抽水，这样就可以控制土壤湿度。 因为传感器是时时检测的所以不存在湿度过量的问题，所以没有湿度过大的调节部分。 不管是抽水电机还是喷头在达到适 当值时都会停止工作，通过程序控制实DS18B20 测温程序 显示温度数据 温度是否高于设置 定 值 打开降温系统 打开加热 系统 是 温度相等 是 否 否 键盘扫描 键盘设置值与实际温 度值比较 A 智能大棚管理系统 13 现。 智能大棚管理系统湿度检测控制部分的设计框图如图 11 所示。 图 11 湿度检测控制部分的设计框图 湿 度检测 控制部分分析 智能大棚管理系统的 温度检测控制系统 由单片机电源电路、温 湿度 度传感器 DHT1继电器电路 、 抽水电机 、 喷头，键盘、加热电阻丝 、诺基亚 5110 液晶显示和主控芯片（ AT89C52）组成。 通过以上的分析我们已经选择了采用以单总线为工作 方式的 ds18b20作为温度检测的传感器。 通过温湿度传感器检测温湿度，将检测到的温度与键盘所设湿度做比较，当我们检测到的湿度高于我们设定的湿度时，单片机将。