单片机的温度测控系统设计硬件子系统
课题的目的是实现一种温度控制系统。通过手动按键设置温度的上下限值，当所测的温度低于或超过温度的限值时，蜂鸣器报警，继电器开始工作，进行升降温过程。系统以STC89C52单片机为核心，采用电源模块、按键模块、DS18B20温度传感器模块、4位共阳数码管显示模块、报警模块和继电器控制模块。主要完成了电源电路、按键电路、温度采集显示电路、报警电路和继电器控制电路的设计。通过实物调试和仿真结果，说明用这种系统对温度进行监测，可达到温度控制的效果。关键词 单片机，温度传感器，温度测控
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 国内研究现状 2
1.3 国外研究现状 2
1.4 温室技术发展趋势 3
1.5 工作安排 4
2 系统方案 5
2.1 主控制器模块选择 5
2.1.1 CPLD主控制器 5
2.1.2 单片机主控制器 6
2.2 显示模块选择 6
2.2.1 LCD液晶显示 6
2.2.2 数码管显示 7
2.3 温度传感器选择 7
2.3.1 铂热电阻传感器 7
2.3.2 DS18B20传感器 8
2.4 按键方式选择 9
2.4.1 矩阵式键盘 9
2.4.2 独立式键盘 9
2.5 供电方式选择 10
2.5.1 蓄电池供电 10
2.5.2 干电池供电 10
2.6 实现功能 11
3 温度测控系统的硬件设计 11
3.1 温度测控系统的硬件框图 11
3.2 单片机的选择 12
3.3 控制器模块 14
3.4 电源模块 15
3.5 按键模块 15
3.6 显示模块 16
3.7 温度传感器模块 17
3.8 继电器模块 19
3.9 报警模块 20
4 仿真和调试 21< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 4.1 系统仿真图 21
4.2 硬件调试 24
4.2.1 实物图 24
4.2.2 显示模块测试 24
4.2.3 高温报警测试 26
4.2.4 低温报警测试 26
结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录 硬件原理图 33
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
农业是国家经济支柱不可或缺的部分之一，也是人类生存的粮食来源。虽然我国的土地面积广阔，资源丰富，但是西北地区气候比较干燥，山林众多土地较少，而且土地质量不好、资源匮乏，气候条件复杂多变，这些劣势会极大地制约农作物的生长，也影响农业发展。更何况科学在发展、社会在进步，以前的农作种植方式已经落后，适应不了社会，满足不了人们的要求，经营农业的人也就越来越少。与此同时人们对农产品的需求也在增高，国家必须通过更新技术，改造农业生产方式。未来中国农业的走向，是在农业生产中推广高新技术，发展现代农业和生态农业。采用现代温室控制技术建设温室大棚是适应社会生产的需求。温室大棚的出现，使得农作物能够不受环境温度影响顺利生长。温室大棚就是通过人工为农作物创造一个不随季节变化而变化的温度环境，可以在大棚内培育出一年四季的农作物[1]。
温室控制技术是对农作物生长所需要的外在因素进行调节的，这些因素影响它们健康地生长。采用现代温室监测技术对农业进行实时检测，可以采集温室中的生态环境，如温湿度、光照度[2]。由于我国在这一领域的钻研时间很短，没有太多丰富的经验，技术和配套设备还有些落后，需要引进先进设备，且投资较大，操作人员的素质也普遍较低，因此很难在大生产中取得较大进步。所以我国在农业生产方面一定要改善周围环境条件并且提高生产技术。
二十一世纪以前，智能温室环境监测系统由于缺乏核心技术，功能不完备，没有得到广泛的应用。随着无线传感器网络技术在世界兴起来，快速得到发展。我国从生物领域、计算机领域、测控技术、通信技术等方面，研究基于单片机的智能化温室测控系统并进行实践[3~5]。将之运用在环境监控方面，不仅建立温室智能控制系统，还能提供有力的技术支撑平台。因此，研究温室测控系统对于促进农业发展是非常有价值的，有利于加快推进智能现代化进程。
科学技术在进步的同时，我们发现温度测控在很多地方得到广泛使用，如交通工具、工业生产等，给社会带来极大的便利。智能化的单片机温度测温仪方案被提出，并很快地占领工程实践技术研究空间[6]。传统的温度测控系统选用的器件电路很复杂，所以制作过程进度缓慢。这给使用者保管配件和维修仪器增加了难度。模拟仪器内部过于简单，虽然能快速有效地显示，但是功能不全难以实现很多功能。例如在冬天的温室大棚内，培育蔬菜花草等等，最后因为温度过低冻坏，难以收获新鲜蔬菜；工厂里的锅炉炼钢，如果不能准确控制锅炉的温度，将会造成严重的经济损失和人员伤害。
综合以上不利因素，随着科学技术进步，传统的控制系统已经落后，必须进行创新，设计出新的控制系统。
1.2 国内研究现状
相比于发达国家而言，我国温室技术的起步非常晚。二十世纪七十年代末，我国向西方国家引进学习技术，开始研究温室控制技术。至八十年代末，我国初步形成温室控制技术体系。在九十年代初期，为了很好地控制温室，Windows操作系统应运而生。九十年代后期，毛罕平设计的硬件和软件系统[7]，可以控制温室温度和光照，此系统在全国内都很出名，影响极深；基于“gcsi型智能温室自动控制系统”是由河南省农业科学院研发的[8]。由于大力对农业投入科学技术和资金，温室产业进入高速发展模式，科技水平得到提高，逐渐从单体化向规模化、科技化方向发展。
步入二十一世纪后，我国把工作重心用于启动相关科研项目上，培养科学人员出国学习先进的温室微机技术和科学管理方法，将其应用到实际生活中。温室自动测控技术通过这种方式迅速得到发展，农业生产水平也得到提高。2001年，中国农业大学响应国家的号召，花费两年多的时间致力于温室控制的研究。至2003年，通过多次试验和技术攻克，中国农业大学研制出基于单片机的温度控制系统[9]。现在国家温室测控技术有了很大地提升，基本上实现从简单借鉴吸收国外技术，并向自主创新、全方位应用过渡。我国还不能研制开发基于单片机控制的多种参数控制系统，与国外相比较，缺乏丰富的试验和经验，相关技术有待提升。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 国内研究现状 2
1.3 国外研究现状 2
1.4 温室技术发展趋势 3
1.5 工作安排 4
2 系统方案 5
2.1 主控制器模块选择 5
2.1.1 CPLD主控制器 5
2.1.2 单片机主控制器 6
2.2 显示模块选择 6
2.2.1 LCD液晶显示 6
2.2.2 数码管显示 7
2.3 温度传感器选择 7
2.3.1 铂热电阻传感器 7
2.3.2 DS18B20传感器 8
2.4 按键方式选择 9
2.4.1 矩阵式键盘 9
2.4.2 独立式键盘 9
2.5 供电方式选择 10
2.5.1 蓄电池供电 10
2.5.2 干电池供电 10
2.6 实现功能 11
3 温度测控系统的硬件设计 11
3.1 温度测控系统的硬件框图 11
3.2 单片机的选择 12
3.3 控制器模块 14
3.4 电源模块 15
3.5 按键模块 15
3.6 显示模块 16
3.7 温度传感器模块 17
3.8 继电器模块 19
3.9 报警模块 20
4 仿真和调试 21< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 4.1 系统仿真图 21
4.2 硬件调试 24
4.2.1 实物图 24
4.2.2 显示模块测试 24
4.2.3 高温报警测试 26
4.2.4 低温报警测试 26
结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录 硬件原理图 33
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
农业是国家经济支柱不可或缺的部分之一，也是人类生存的粮食来源。虽然我国的土地面积广阔，资源丰富，但是西北地区气候比较干燥，山林众多土地较少，而且土地质量不好、资源匮乏，气候条件复杂多变，这些劣势会极大地制约农作物的生长，也影响农业发展。更何况科学在发展、社会在进步，以前的农作种植方式已经落后，适应不了社会，满足不了人们的要求，经营农业的人也就越来越少。与此同时人们对农产品的需求也在增高，国家必须通过更新技术，改造农业生产方式。未来中国农业的走向，是在农业生产中推广高新技术，发展现代农业和生态农业。采用现代温室控制技术建设温室大棚是适应社会生产的需求。温室大棚的出现，使得农作物能够不受环境温度影响顺利生长。温室大棚就是通过人工为农作物创造一个不随季节变化而变化的温度环境，可以在大棚内培育出一年四季的农作物[1]。
温室控制技术是对农作物生长所需要的外在因素进行调节的，这些因素影响它们健康地生长。采用现代温室监测技术对农业进行实时检测，可以采集温室中的生态环境，如温湿度、光照度[2]。由于我国在这一领域的钻研时间很短，没有太多丰富的经验，技术和配套设备还有些落后，需要引进先进设备，且投资较大，操作人员的素质也普遍较低，因此很难在大生产中取得较大进步。所以我国在农业生产方面一定要改善周围环境条件并且提高生产技术。
二十一世纪以前，智能温室环境监测系统由于缺乏核心技术，功能不完备，没有得到广泛的应用。随着无线传感器网络技术在世界兴起来，快速得到发展。我国从生物领域、计算机领域、测控技术、通信技术等方面，研究基于单片机的智能化温室测控系统并进行实践[3~5]。将之运用在环境监控方面，不仅建立温室智能控制系统，还能提供有力的技术支撑平台。因此，研究温室测控系统对于促进农业发展是非常有价值的，有利于加快推进智能现代化进程。
科学技术在进步的同时，我们发现温度测控在很多地方得到广泛使用，如交通工具、工业生产等，给社会带来极大的便利。智能化的单片机温度测温仪方案被提出，并很快地占领工程实践技术研究空间[6]。传统的温度测控系统选用的器件电路很复杂，所以制作过程进度缓慢。这给使用者保管配件和维修仪器增加了难度。模拟仪器内部过于简单，虽然能快速有效地显示，但是功能不全难以实现很多功能。例如在冬天的温室大棚内，培育蔬菜花草等等，最后因为温度过低冻坏，难以收获新鲜蔬菜；工厂里的锅炉炼钢，如果不能准确控制锅炉的温度，将会造成严重的经济损失和人员伤害。
综合以上不利因素，随着科学技术进步，传统的控制系统已经落后，必须进行创新，设计出新的控制系统。
1.2 国内研究现状
相比于发达国家而言，我国温室技术的起步非常晚。二十世纪七十年代末，我国向西方国家引进学习技术，开始研究温室控制技术。至八十年代末，我国初步形成温室控制技术体系。在九十年代初期，为了很好地控制温室，Windows操作系统应运而生。九十年代后期，毛罕平设计的硬件和软件系统[7]，可以控制温室温度和光照，此系统在全国内都很出名，影响极深；基于“gcsi型智能温室自动控制系统”是由河南省农业科学院研发的[8]。由于大力对农业投入科学技术和资金，温室产业进入高速发展模式，科技水平得到提高，逐渐从单体化向规模化、科技化方向发展。
步入二十一世纪后，我国把工作重心用于启动相关科研项目上，培养科学人员出国学习先进的温室微机技术和科学管理方法，将其应用到实际生活中。温室自动测控技术通过这种方式迅速得到发展，农业生产水平也得到提高。2001年，中国农业大学响应国家的号召，花费两年多的时间致力于温室控制的研究。至2003年，通过多次试验和技术攻克，中国农业大学研制出基于单片机的温度控制系统[9]。现在国家温室测控技术有了很大地提升，基本上实现从简单借鉴吸收国外技术，并向自主创新、全方位应用过渡。我国还不能研制开发基于单片机控制的多种参数控制系统，与国外相比较，缺乏丰富的试验和经验，相关技术有待提升。
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