大棚温湿度自动控制系统设计本科毕业设计论文

大棚温湿度自动控制系统设计本科毕业设计论文内容摘要：

用 TLP5214,它是 Toshiba公司生产的四路光耦 ,由单片机直接驱动。 51 单片机 P0 口所能承受的灌电流最大 ,可以达到 26mA。 输出系统中的继电器最多同时有两个工作 ,控制温度的一个 ,控制湿度的一个。 如果设置光耦的发光二极管的电流为 10mA,那么两个发光二极管同时导通时单片机的灌电流为 20mA,小于26mA,符合要求。 所以把 P0 口的引脚接到光耦 TLP5214 输入测的发光二极管阴极。 继电器选用 5V 的 ,驱动继电器需要大约 100mA 的电流 ,也就是说驱动继电器的三极管的集电极电流为 Ic100mA。 三极管选用直流放大系数为 100 的 9013,根据 Icβ Ib,可计算得三极管基极电流 Ib1mA,而 ,又由于光耦中的光电三极管的集电极、发射极饱和压降 ,所以基极的限流电阻上的压降为(5VcesVbe4V,4V/ ,由于没有标称值为 4KΩ的电阻 ,所以选择 Ω的。 还应该注意到的一点是 ,光耦有一个参数叫电流传输比 (CTR),CTRIo/IF,及输出端电流的最大值比上输入端的电流 ,体现了光耦输出电流的能力。 如果输入端的电流为 20mA,电流传输比为 50%的话 ,那么输入端电流 Io 最大只能为 10mA。 在这 里 ,TLP5214 的电流传输比为 50%,输出端我们刚才算出的电流 IoIb1mA,所以输入端电流 IF最小为 2mA,由于电流很小时光耦处于死区 ,因此要选大点 ,这里选择 IF10mA。 于是 ,光耦输入端阳极上的限流电阻为 ,这里选择标称值为 470Ω的电阻。 此外 ,这里用的继电器是普通的电磁继电器。 通过对电磁继电器和固态继电器进行比较 ,虽然固态继电器具有无触电、动作速度快、使用寿命长等特点 ,但是本设计中的继电器只在温湿度超过限定值时才动作 ,动作频率低 ,而且固态继电器的价格比电磁继电器 高得多 ,所以综合考虑选择电磁继电器 SRD 一 05VDC 一SLC。 电源的设计 图 电源电路 电源电路是整个系统中非常重要的一部分 ,本设计中主要用到直流 5V 电源。 要得到 5V 的直流电源 ,要经过降压、整流、滤波、稳压四个环节。 由于最后的稳压环节 ,LM7805要得到 5V的直流输出 ,输入与输出要有一定的压差 ,根据 LM7805 的数据手册 ,需要有 10V 的输入 ,因此在降压环节把 220V 的电压降为 10V。 然后用桥式整流电路把交流电整流为直流电 ,此时的直流电只是方向不变 ,但仍按正弦方式变化 ,是脉动的直流电。 因此需要滤波电路将纹波滤掉。 C8 和 C2 都用来滤波 ,但是作用是不一样的。 C8 是大电容 ,用电解电容 ,它的作用是低频滤波 ,通过充电放电 ,从而削峰填谷 ,使电压的脉动成分减少 ,电压基本保持稳定。 而 C2 是小电容 ,所以对于高频信号容抗很小 ,相当于短路 ,从而滤掉高频信号。 需要注意的是 ,470uF 的大电容可以滤低频 ,为什么不能滤高频 ,还要单独加一个 的小电容来滤高频 ?从理论上来说大电容应该高频、低频都可以 ,但是由于制造工艺的原因 ,电解电容的容值做得很大时 ,它就不再是一个单纯的电容了 ,它等效于一个电容串联一个电 感。 在频率较低时 ,电感 Ljwl 较小 ,可以忽略不计 ,但是当频率很高时 ,感抗就很大 ,相当于断路 ,所以此时这个 470uF 的大电容不能滤掉高频信号 ,必须单独加一个小电容。 小电容容值小 ,因此就不存在感抗的问题。 滤波完以后 ,电压的脉动成分已经下降了很多 ,但是仍有起伏 ,所以最后还需加上一个三端集成稳压器 ,这里选用 LM7805,它能将电压稳定在 5V。 并联在LM7805 两端的二极管起保护作用 ,避免在短路等情况下 LM7805 输出端的电压比输入端高 ,从而烧坏 LM7805。 三端集成稳压器后面又接了一大一小两个电容 ,再次进行滤波 ,使电压更稳定。 按键电路设计图 按键电路图 键盘分为编码式和非编码式键盘。 其中 ,非编码式键盘又包括矩阵式键盘和独立式键盘。 矩阵式键盘较为复杂 ,一般用于按键数目较多 ,而单片机可用的 I/O口又比较有限时。 本控制系统中只需要用到 5 个按键 ,数目较少 ,并且可用的 I/O口充足 ,故采用独立式键盘 ,一个按键对应一个单片机的 I/O 口管脚。 本设计中总共用到 5 个按键式开关 ,他们用来改变设定的温湿度上下限数值。 从 S0 到 S4,分别控制进入温度上下限设置、进入湿度上下限设置、数值加、数值减、确认并退出。 本设计中 的键盘是低电平有效。 未按键时 ,上拉电阻保证了单片机的 I/O 口是确定的高电平。 当某个键按下时 ,I/O 口变为低电平。 串口通信电路 串口通信可分为同步通信和异步通信 ,在单片机的应用系统中 ,主要是采用异步串行通信。 在设计通信接口时 ,应该采用标准接口 ,这样才能够方便而又准确的把单片机和外设有机的连接起来 ,从而能形成一个测控系统 ,目前异步串口通信标准有 RS 一 23 RS 一 42 RS 一 485 标准。 其中 ,RS 一 232 是 PC 机与通信工业中使用最早的一种串行接口标准。 在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应 用。 要让单片机和 PC 机通过串口进行通信 ,需要进行电平转换 ,因为尽管单片机有串行通信的功能 ,但单片机提供的TTL 电平和 RS232 的电平不一样。 TTL 电平中 ,电压小于 为低电平 ,高于 为高电平。 而 RS232 电平是负逻辑电平 ,电压在 3V~15V 时为高电平 ,电压在3V~15V 时为低电平 ,因此要通过 232 这种电平转换芯片进行转换。 232 是 IM 公司专为 RS232 标准串口设计的单电源电平转换芯片 ,使用 +5V电源供电。 适用于终端设备和数据通信设备间的接口 ,对于双向通信 ,只需要使用串行输入 RXD(引脚 2),串行输出 TXD(引脚 3)和地线 GND(引脚 5)。 其电路连接如图 所示。 图 串口通信电路 232 芯片内部有一个电源电压变换器 ,能够把输入的 +5V 电压变换为 RS232输出电平所需的 +10V 电压 ,采用此芯片接口的串行通信系统值需要接 +5V 电压即可。 232 芯片中有两组电平转换的引脚 ,我们这里只需使用其中一组。 打头的字母“ T”表示 TTL 电平 ,“ R”表示 RS232 电平。 R1IN 和 R2IN 表示输入 RS232 电平 ,因此与电脑的串口相连。 T1IN和 T2IN表示输入 TTL电平 ,因此与单片机相连。 所以 ,引脚 T1IN、 T2IN、 R1OUT、 R2OUT 为接 TTL?CMOS 电平的引脚 ,引脚 T1OUT、T2OUT、 R1IN、 R2IN 为接 RS232 电平的引脚。 232 芯片专门为电脑的 RS232 标准串口设计的接口电路 ,使用 +5v 单电源供电。 232 就是用来进行电平转换的 ,该器件包含 2 驱动器、 2 接收器和一个电压发生器电路提供 EIA/TIA232E 电 平。 可以分别接单片机的串行通信口。 232 是一种双组驱动器 /接收器 ,片内含有一个电容性电压发生器以便在单 5V 电源供电时提供 EIA/TIA232E 电平。 元件清单 本次设计需要用到的元器件如下表所示 : 表 所需元件列表 元件 型号 个数 单片机 STC89C52RC 1 显示屏 LCD1602 1 温湿度传感器 SHT10 1 芯片底座 DIP40 1 光耦 TLP5214 1 排针 10 针 10 杜邦线 20 二极管 1N4007 4 三极管 9012 1 三极管 9013 4 电阻 10K 2 电阻 9 电阻 1K 1 电阻 470 4 电位器 15K 1 瓷片电容 1uF 5 瓷片电容 1 点解电容 10uF 1 瓷片电容 30pF 2 电平转换芯片 232 1 串口母头 DB9 1 电平转换芯片 232 1 USB 母座 1 晶振 12MHz 1 自锁开关 6*6*5 1 按键开关 6*6*5 6 蜂鸣器 1 继电器 SRD 一 05VDC 一 SLC 4 关键器件的介绍 STC89C52RC STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超 强抗干扰的单片机 ,指令代码完全兼容传统 8051 单片机 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以任意选择。 ① STC89C52RC 的主要性能参数 (1)增强型 8051单片机 ,6时钟 /机器周期和 12时钟 /机器周期可以任意选择 ,指令代码与传统 8051 单片机是兼容的。 (2)通用 I/O口 (32个 ):P1/P2/P3是准双向口 /弱上拉 ,P0口是漏极开路输出 ,作为总线扩展用时 ,不用加上拉电阻 ,作为 I/O 口用时 ,需加上拉电阻。 (3)ISP(在线编程 )/IAP(在应用可编程 ):可通过串口下载程序 ,不需要使用专门的下载器 ,非常方便快捷。 (4)内含 8KB 的程序存储器 ,1000 次写 ?擦写周期。