单片机的温室温度测控系统设计(附件)
农业是一个国家发展最基本的保障。近几年，随着科技的进步，经济的发展，人口的增长以及人民对饮食要求的不断提高，使得温室大棚的使用率急剧增长。为了保证农作物的产量以及口感，其生长环境的温度控制显的尤为重要。本文就针对这一需求设计了一种基于单片机的温室温度监测和控制的智能系统，系统由STC89C52单片机，DS18B20温度传感器，USB转串口线，上位PC机组成，实现在PC机上对作物生长环境温度的监测与控制。本系统成本低、配置灵活、扩展性好。此次设计的温度控制系统是通过串口线直连的方式连接上位PC机与下位机，方式比较单一，传输距离也有一定的限制。在实际应用中，也可以根据当时的情况，使用wifi转串口模块，以此增加数据传输距离，同时也可以在系统中加入服务器，扩展到广域网的远程监控。综上所述本课题设计的系统具有一定的推广价值和应用前景。关键词 温室大棚，温度监控，STC89C52单片机，DS18B20
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 国内外发展概况 1
2 温度控制系统方案论证 3
2.1 控制系统选择 3
2.2 温控方案选择 4
2.3 显示方案选择 5
3 温度控制系统硬件设计 5
3.1 单片机的选型 5
3.2 系统设计的框架 8
3.3 单片机系统 8
3.4 温度传感器电路 9
3.5 数码管显示电路 14
3.6 温度报警电路 14
3.7 电源模块电路 15
3.8 串口电路 16
4 单片机温度控制系统软件设计 17
4.1 创建KEIL工程文件 17
4.2 测控系统主程序 18
4.3 读温度值模块 20
4.4 计算温度子程序 23
4.5 数码管驱动模块 24
5 上位PC机设计 24
5.1 模块设计 24
5.2 界面设计 25
6 系统功能调试 26 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6.1 正常运行 28
6.2 温度阈值设置 29
6.3 温度超限报警 30
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附 录 37
1 绪论
1.1 研究背景和意义
计算机控制系统近些年来频繁的应用于工业控制，它将信息技术与自动控制原理糅合进计算机技术中，使得计算机控制系统可以适应不同工业生产过程。目前为了满足人们对生活质量的追求，科研人员将单片机应用于温度采集与监测系统，加上控制技术与微机测量的迅速发展崛起，大大提高了人民生产生活等各个领域对温度的控制水平。让人们对温度的感知更加简单明了，对温度的控制更加得心应手。摆脱之前只能通过读温度计得出温度的传统观念，进入一个科技化，智能化的温度控制层面。
对于温室大棚的温度控制技术，我国的研究起步较晚，从二十世纪八十年代开始，科研人员对于温室大棚中的二氧化碳浓度、温湿度、光照等环境因素进行探索研究，对于国外的研究成果取其精华、去其槽粕，最终得出结论，使用科学的方法控制生长环境对农作物的生长发育时间及产量有很大的影响。温度作为温室环境控制的重要因素，是非常重要的物理量。人们生产生活中对于温度的控制非常广泛，在农业中温度更是农作物产量的决定性因素，不同农作物对于温度的要求也不同，比如，小麦、青稞、马铃薯、甜菜等都属于喜凉作物，要求积温少，无霜期短，可以忍耐冬春低温；玉米，谷子，高粱等属于喜温作物，要求积温大，无霜期长；还有香蕉、甘蔗等属于喜热作物。早期，通过种植者自身的经验来判断调节作物生长环境温度，但劳动强度大，可靠性差。近年来，由于国产化技术的不断进步，国外大型现代化温控设备的不断引进，使温室控制技术的得到了完善。
1.2 研究现状
中国作为世界第一人口大国，粮食的需求量十分庞大，这就需要大力发展农业。农业作为我国的第一产业，想要提高需要走现代化农业的道路。上个世纪七十年代以后，国民经济迅速增长，对粮食的需求也日益增长，对于农业的应用技术的研究也被迅速提上议程。我国幅员辽阔，当前偏远农村和山区使用温室大棚种植农作物栽培时，大多数还是靠经验，可靠性、精确度较差，也缺乏标准化的生产管理。因此，想要进一步提高 我国现代化农业发展，必须突破这一瓶颈。
1.3 国内外发展概况
自二十世纪七十年代以来，国外就开始注重利用环境技术对温室环境进行研究。起初是通过模拟式的组合仪表，收集温室的现场信息，经过分析然后下达进一步的指示、记录并且适当的进行控制。二十世纪八十年代末分布式的控制系统的提出相比较之前的模拟式又有了新的进步。二十一世纪之后，将数据采集和控制技术相组合并融入计算机技术，研制出了更高端的综合控制系统。当前，温室大棚环境控制技术发展相当迅速，在一些科技高度发达的发达国家甚至已经在实现自动化控制的基础上，更上一层楼向着更加节省劳动力生产成本，提高生产效率的无人化进步发展。
以下三个阶段可以代表国内外温室控制技术的发展历程：
(1)手动控制。 最初对于温室技术的控制手段最主要的还是手动控制，完全依靠人力来执行，人既是感知机构又是执行机构，缺乏真正意义上的控制系统也没有真正的执行机构。此时温室环境控制的核心就是在生产一线的劳动者，也就是种植者，他们通过自己长期以来积累的经验结合当地的环境与作物的最佳生长环境，通过直觉推测等方式，对温室环境温度进行判断并且通过燃烧秸秆或者人工搭建遮阳棚等方式手动调节温室环境温度。这一方式得益于传统农业的生产规律，是传统农业种植时的一般做法，有效性高，反应迅速而且直接，没有很多的技术含量但是生产效率比较低，适合偏远山区，但是不符合现代化农业生产的需要，对极端天气与病虫害的抵御能力较弱，对生产一线种植者的经验要求和体力要求很高。
(2)自动控制。这种控制技术较手动控制来说，更为先进，引入了传感器和计算机系统。种植者依然是控制系统中不可或缺的角色，但是由于计算机的自动控制功能，可以实现生产自动化，种植者不需要仅仅凭借直觉和经验来判断和调节温度，更加快捷方便，温度读数准确也适用于远程遥控，种植者工作量大大减轻。种植者只需要把想要调节到的温度参数输入控制系统，计算机会通过温度传感器得到当前的实时温度并把它与设定的温度值进行比较，如果不在设定的温度范围内，系统会根据当时的情况发出警告，通知种植者并启动相应的执行机构进行相应的动作，比如通风、加热、降温等等。当前我国三分之二的现代化温室都采用这种方式，包括从国外引进的各种控制设备，因为它适合大规模的农业生产，能够有效提高劳动生产率，一定程度上降低生产成本，提高收益。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 国内外发展概况 1
2 温度控制系统方案论证 3
2.1 控制系统选择 3
2.2 温控方案选择 4
2.3 显示方案选择 5
3 温度控制系统硬件设计 5
3.1 单片机的选型 5
3.2 系统设计的框架 8
3.3 单片机系统 8
3.4 温度传感器电路 9
3.5 数码管显示电路 14
3.6 温度报警电路 14
3.7 电源模块电路 15
3.8 串口电路 16
4 单片机温度控制系统软件设计 17
4.1 创建KEIL工程文件 17
4.2 测控系统主程序 18
4.3 读温度值模块 20
4.4 计算温度子程序 23
4.5 数码管驱动模块 24
5 上位PC机设计 24
5.1 模块设计 24
5.2 界面设计 25
6 系统功能调试 26 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6.1 正常运行 28
6.2 温度阈值设置 29
6.3 温度超限报警 30
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附 录 37
1 绪论
1.1 研究背景和意义
计算机控制系统近些年来频繁的应用于工业控制，它将信息技术与自动控制原理糅合进计算机技术中，使得计算机控制系统可以适应不同工业生产过程。目前为了满足人们对生活质量的追求，科研人员将单片机应用于温度采集与监测系统，加上控制技术与微机测量的迅速发展崛起，大大提高了人民生产生活等各个领域对温度的控制水平。让人们对温度的感知更加简单明了，对温度的控制更加得心应手。摆脱之前只能通过读温度计得出温度的传统观念，进入一个科技化，智能化的温度控制层面。
对于温室大棚的温度控制技术，我国的研究起步较晚，从二十世纪八十年代开始，科研人员对于温室大棚中的二氧化碳浓度、温湿度、光照等环境因素进行探索研究，对于国外的研究成果取其精华、去其槽粕，最终得出结论，使用科学的方法控制生长环境对农作物的生长发育时间及产量有很大的影响。温度作为温室环境控制的重要因素，是非常重要的物理量。人们生产生活中对于温度的控制非常广泛，在农业中温度更是农作物产量的决定性因素，不同农作物对于温度的要求也不同，比如，小麦、青稞、马铃薯、甜菜等都属于喜凉作物，要求积温少，无霜期短，可以忍耐冬春低温；玉米，谷子，高粱等属于喜温作物，要求积温大，无霜期长；还有香蕉、甘蔗等属于喜热作物。早期，通过种植者自身的经验来判断调节作物生长环境温度，但劳动强度大，可靠性差。近年来，由于国产化技术的不断进步，国外大型现代化温控设备的不断引进，使温室控制技术的得到了完善。
1.2 研究现状
中国作为世界第一人口大国，粮食的需求量十分庞大，这就需要大力发展农业。农业作为我国的第一产业，想要提高需要走现代化农业的道路。上个世纪七十年代以后，国民经济迅速增长，对粮食的需求也日益增长，对于农业的应用技术的研究也被迅速提上议程。我国幅员辽阔，当前偏远农村和山区使用温室大棚种植农作物栽培时，大多数还是靠经验，可靠性、精确度较差，也缺乏标准化的生产管理。因此，想要进一步提高 我国现代化农业发展，必须突破这一瓶颈。
1.3 国内外发展概况
自二十世纪七十年代以来，国外就开始注重利用环境技术对温室环境进行研究。起初是通过模拟式的组合仪表，收集温室的现场信息，经过分析然后下达进一步的指示、记录并且适当的进行控制。二十世纪八十年代末分布式的控制系统的提出相比较之前的模拟式又有了新的进步。二十一世纪之后，将数据采集和控制技术相组合并融入计算机技术，研制出了更高端的综合控制系统。当前，温室大棚环境控制技术发展相当迅速，在一些科技高度发达的发达国家甚至已经在实现自动化控制的基础上，更上一层楼向着更加节省劳动力生产成本，提高生产效率的无人化进步发展。
以下三个阶段可以代表国内外温室控制技术的发展历程：
(1)手动控制。 最初对于温室技术的控制手段最主要的还是手动控制，完全依靠人力来执行，人既是感知机构又是执行机构，缺乏真正意义上的控制系统也没有真正的执行机构。此时温室环境控制的核心就是在生产一线的劳动者，也就是种植者，他们通过自己长期以来积累的经验结合当地的环境与作物的最佳生长环境，通过直觉推测等方式，对温室环境温度进行判断并且通过燃烧秸秆或者人工搭建遮阳棚等方式手动调节温室环境温度。这一方式得益于传统农业的生产规律，是传统农业种植时的一般做法，有效性高，反应迅速而且直接，没有很多的技术含量但是生产效率比较低，适合偏远山区，但是不符合现代化农业生产的需要，对极端天气与病虫害的抵御能力较弱，对生产一线种植者的经验要求和体力要求很高。
(2)自动控制。这种控制技术较手动控制来说，更为先进，引入了传感器和计算机系统。种植者依然是控制系统中不可或缺的角色，但是由于计算机的自动控制功能，可以实现生产自动化，种植者不需要仅仅凭借直觉和经验来判断和调节温度，更加快捷方便，温度读数准确也适用于远程遥控，种植者工作量大大减轻。种植者只需要把想要调节到的温度参数输入控制系统，计算机会通过温度传感器得到当前的实时温度并把它与设定的温度值进行比较，如果不在设定的温度范围内，系统会根据当时的情况发出警告，通知种植者并启动相应的执行机构进行相应的动作，比如通风、加热、降温等等。当前我国三分之二的现代化温室都采用这种方式，包括从国外引进的各种控制设备，因为它适合大规模的农业生产，能够有效提高劳动生产率，一定程度上降低生产成本，提高收益。
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