大棚温湿度检测与控制系统设计和实现机械制造专业.docx

大棚温湿度检测与控制系统设计 摘要 随着农业技术的迅猛发展，当前我国出现了越来越多的温室，对于温室效应，人们对其要求逐渐变得全面而严谨。要以生产效率最大化为目标，也就意味着要不断加强自动化的程度。但是，对于过去传统的蔬菜温室，所采用的管理模式为人工亲自操作，其温室的检测与控制必需由人来完成，如需要有人去观测放置在温室里的温度计，才能掌握其温度状况。关于此类模式，不仅浪费时间和人力资源，还无法获得良好的检测和控制效果，信息反馈和处理既不准确也不快速，其导致的结果便是无法保证棚户的经济利益。因为传统温室的管理模式未尽人意，同时要以“高效、科学”作为农业生产原则，以促进我国农业进步为目标，本人认为当务之急是研发制造出一种低成本、易操作、自动化程度高的装置，从而优化无人监测的温室管理模式，改善其管理效率和生产水平。 关键词：温度 质量 自动化 控制 Abstract: Now that the number of greenhouse is increasing, the demand for greenhouse effect is also more stringent. In order to improve production efficiency, automation is also required more and more. Traditional greenhouses can only be manually detected and controlled. Thermometers are hung inside the house, and the way to view thermometers is based on the past. This method is time-consuming, laborious and costly, with low accuracy and manipulation. It is easy to bring huge losses to the shacks. The traditional way is time-consuming and laborious, which makes it difficult for people to be satisfied. Therefore, in order to improve the rapid development of our agriculture and improve the scientific accuracy of agricultural research, I think it is necessary to study and develop a device with low price, high automation and convenient operation to improve the management efficiency of unmanned automation. Improve the quality of production. Key word：temperature quality automation control 目录 目录 前言 1对设计的整体概述 1.1系统设计背景 1.2 设计的目的与意义 1.3国内外的发展状况 1.4存在的问题 1.5本文的主要设计工作 2系统总体方案设计 2.1系统总框设计 2.2传感器的选择 3系统硬件设计 3.1单片机模块 3.1.1单片机的选择 3.1.2单片机最小系统 3.2温湿度采集模块 3.21温度传感器的选用 3.3液晶显示模块 3.3.1 LCD1602概述 3.3.2 LCD1602基本参数及引脚功能 3.4报警 3.5控制 3.6阀值 4系统软件程序的设计 4.1软件程序设计 4.2仿真软件介绍 4.2.1 Proteus简介 4.2.2 Keil C51 编译器简介 4.3整体下载与调试 4.3.1 USB转串口驱动安装 4.3.2下载程序 4.3.3调试 5系统总体设计 总结 致谢 参考文献 附录1 附录2 前言 进入21世纪后，科学技术水平迈上了新的台阶，世界上各个国家也重点关注温湿度检测与控制系统的研发工作。监控参数之所以是农业生产过程里的关键要素，主要是由于其随处可见。在今天，国外存在一些被称为绿色家庭的目标，智能控制系统的应用领域，可是其花费高昂，家庭温室这一理念无法让更多的普通人使用。目前，我们所处的境遇是，如何研究制造出一种贴近百姓且性能优越的温度控制系统，使其可以真正的推广应用到中国的相关领域。温室现代化是人类社会经济向前进步的必经之路。本文以温湿度检测与控制系统为例，从而研究设计了一种温湿度检测的系统。该种温室温湿度检测与控制系统的电路硬件设计包括以下几个部分：STC89C52单片机、DHT11传感器、LCD显示1602型和模拟调节部分；其温湿度显示和阀值设置是借由相关软件编程，把数据导入微控制器。 1对设计的整体概述 1.1系统设计背景 本次设计里，使用STC89C52单片机来进行环境温湿度测控系统的相关设计，其设计主体分为:环境温湿度的感应和检测；假如温湿度超出正常值，报警灯发出报警信号，同时启动相关设备（继电器等控制系统）；加湿设备运行后，由单片机系统评价异常情况是否解决，若问题解决，则停止报警。本文设计的温湿度测控系统具有价格低廉、简单易行、准确度高和自动化程度高等优点。不论是工业测控领域，还是机电一体化领域，STC控制芯片均有重要的地位。该种单片机的操作难度低，可在短时间内就能掌握其使用，且自动化程度高，由此可以看出其优势之大。 1.2 设计的目的与意义 随着中国经济的迅猛发展，关于农业技术发展的探讨也逐渐受到重视。我国农业应当追求符合新时代需求的生产模式。因此，设施农业仍然是我国农业发展的重中之重。当前，现代农业生产模式的关键要素是指如何检控农业生产环境的相关参数，如温湿度、土壤湿度、氧气浓度等参数。关于种植农作物时，其生长所需的能量很大程度上取决于大棚环境。为了实现“优质、高效、高产”目标，也就是更好的把握作物的生长过程，这需要我们能够对其实时监测，并对收集的信息进行处理研究。在过去的农业模式中，对于如何测控温湿度的手段，只能由农民亲自使用相关测量仪器进行检测，人为使用调节温湿度的设备来进行控制。此类模式显而易见的缺点是，人工读数必然存在较大误差，进而导致检测准确度差和应急操作不及时，浪费了时间和人力资源。尽管我国已经从国外进口了相关先进设备，但是由于花费巨大，无法普及，导致仅局部地区能够使用。假如想提高我国农业生产的自动化程度，首先要做的便是方法和系统的变革，研发出先进的检测手段以及温室自动监控系统，该系统能够采集可信度和精确度都高的数据。建立中央监控室，将有利于IPC监控环境参数并分析作物生长规律。检控此类参数，将有利于优化作物的生长，并有助于加快我国温室现代化建设的进程和改善其经济效益。近些年来，随着微控制器的升级以及IVC技术的推广，检测温室参数的要求日益提高。本设计主要是研发一种精度高、性能优越、价位较低、可靠性强的温室监测系统。 1.3国内外的发展状况 当前，科学发展日新月异，其中农业科技更是进步巨大，温室已然变成现代高产经济农业的重中之重。在未来，农业的发展趋势必然是专业化与自动化。现代智能跟踪控制系统作为一款室内环境管理科学系统，其最大的优点在于智能化。该系统拥有高端的传感仪器，从而保证控制操作的准确度。关于科学信息技术于农业生产上的应用，最大的体现便是智能检测控制体系的使用。该体系借由软硬件共同编制了相应的指令来进行管理，从而减少了大量的人为操作，这种自动化的管理模式逐渐在现代农业生产中占据主流地位。这种自动化的生产管理模式，表明了农业向现代化发展，而想要推进现代化进程，则不可避免的要使用电子计算机与自动控制技术。随着近些年电子信息技术水平的提升，温室大棚的管理模式将会发生巨变，这对于农业生产的变革同样意义非凡。 目前，基本上只有像美国这样的发达国家才推广应用了现代智能检测系统，在中国鲜有使用，中国在这方面显然处于落后的地位。虽然该系统有在我国局部地区有所使用，但是管理经验少、技术水平低限制了经济收益，还有高额的成本，这些因素都阻碍了其在我国的推广。根据我国现阶段的实际情况，想要使智能温室控制系统在我国农业生产中普遍推广，则必须对自动测控系统进行优化，包括加强智能化程度、简化操作方式、降低成本，这样才能适应我国农民的实际需求。 现在，我国对于温室测控系统的研发尚处于起步阶段。同时，该系统的质量保证不仅取决于技术水平，还依赖于政府的监管水平，这些都与发达国家相差甚远。实际上，作物的生长是由多种环境因素所共同影响和制约，这些因素包括温湿度与CO2浓度等。上述情况也是迫切需要研发出一款性价比高、适应我国国情的监测系统的原因。围绕“温室监测系统的设计与实施”该课题，本文查阅了众多文献和有关资料，分析了当前主要推广的温室环境参数检测的手段与仪器，然后指出其存在的严重不足之处： （1）许多设备功能不完善而且价格贵。这些设备只能在一个时刻检测一个参数，所以如果要检测多组参数时，只能通过增加仪器数量来解决，这无疑加大了操作难度。不具备多站点监测与实时操作，必然导致效率低效、人力物力与时间的浪费。 （2）由于核心技术均掌握在国外手中，引进需花费高昂的专利费用，这提高了生产成本，销售价格也随之上涨，这无疑阻碍了一般厂商和农民购买的积极性。 （3）国内没有制定统一标准，这同样阻碍了国内该行业的进步。 1.4存在的问题 关于过去温湿度测控系统的设计，一般都使用模拟技术。使用热电阻、热电偶等模拟部件制作传感器。此外，该系统不得不添加补偿电路，这导致安装变得更加麻烦，同时也增加了成本，另一方面，微处理器的识别与处理还要先进行A/D转换，其中便会产生误差甚至是错误，像信号调理电路或测量时产生的误差等，最终导致该系统的测控稳定性。科学技术的日新月异，现代化农业也受此影响，这类测控系统同样逐渐变得更加功能完善、性能优越。其中，普及大棚的使用，便应有相应的先进仪器来实时测控棚内温湿度等情况，以达到自动化管理的目标。但是，该领域所使用的测控系统仍没有脱离传统，始终是模拟温度传感器、A/D转换器、多路模拟开关和单片机。这类系统若想将传感器收集的数据传输至采集卡中，便不得不在棚内布设许多测温电缆，如此以来，不仅花费高昂，而且由于模拟信号抗干扰能力差，所以在测量时必然会产生大的误差。 1.5本文的主要设计工作 本文的温湿度测控系统，单片机是STC系列，传感器是DHT11，价格都相对低廉。其具体分为软、硬件设计。其中，硬件由以下几块组成，分别是单片机、报警装置、显示、调节装置以及传感器。显示装置主要包括DHT11和LCD1602。这种电路不复杂、稳定性好、运行快、易调整，存在实际使用价值，在现代化农业中推广使用的难度较小。 本设计的一大优势在于：温湿度的相关参数，如上限值与预置值，能由下位机的按键输入，温湿度传感器采集到的数据能由非电量参数转为电量信号，然后进一步处理后传输至单片机，由其对数据进行读取并再传输至缓冲区，LCD1602可以始终显示该数据，此外对比预置值并分析；之后，根据分析结果指示执行机构，借由继电器操作相关设备（排风扇等），从而调整棚内的温湿度始终保持在合适范围里。 2系统总体方案设计 2.1系统总框设计 系统的设计包括以下几种模块：信息采集、分析处理