基于Proteus的温室大棚温湿度采集系统设计及仿真_孙万麟.pdf

*新疆维吾尔自治区创新环境（人才、基地）建设专项项目（2020Q122）；教育部产学研协同育人项目（202102658029）基于 Proteus 的温室大棚温湿度采集系统设计及仿真*孙万麟（昌吉学院物理系，新疆 昌吉831100）Design and Simulation of Greenhouse Temperatureand Humidity Acquisition System Based on Proteus摘要：为了有效提高茄子温室大棚的生产数量和质量，采用Proteus软件设计及仿真了一个以AT89C52单片机作为主控器的温湿度采集系统。该系统以温湿度参数作为主要研究对象，选取DHT11传感器作为温湿度数据采集器件，LCD1602作为输出显示器件，独立式按键作为温湿度阈值设置器件，发光二极管作为报警信号指示灯，若采集的温湿度在阈值范围内则绿色指示灯点亮，但超出或低于阈值时红色指示灯点亮，并发出报警声进行提示。在系统正常运行基础上，通过查看虚拟寄存器窗口对该系统设计正确性进行了验证性分析。关键词：温湿度采集系统；Proteus；AT89C52Abstract:In order to effectively improve the production quantity and quality of eggplant greenhouse,this paper usesProteus software to design and simulate the temperature and humidity acquisition system with AT89C52 microcontroller asthe main controller.The system takes temperature and humidity parameters as the main research object,selectes DHT11sensor as temperature and humidity data acquisition device,LCD1602 as output display device,independent key as tem-perature and humidity threshold setting device,LED as alarm signal indicator,if the temperature and humidity collectedwithin the threshold range,the green indicator light would be on.However,when the threshold is exceeded or below,thered indicator light would be on and an alarm sound would be issued to prompt.Based on the normal operation of the sys-tem,this paper verifies the correctness of the system design by viewing the virtual register window.Keywords:temperature and humidity acquisition system,Proteus,AT89C52随着计算机以及单片机技术的飞速发展，农业自动化控制技术应用越来越普及，采用多种软件联合设计系统实现对温室大棚温湿度等环境参数进行实时监控，以确保蔬菜在适宜环境生长等1-2。目前，工科领域应用最为广泛的仿真软件当属Proteus和Keil，Proteus软件是仿真单片机及其外围器件的最佳工具，而Keil软件则以其良好的代码兼容性深受众多使用者喜爱，如今将多种软件联合仿真已经成为主流3-4，已有许多学者将Proteus和Keil联合起来进行各类控制系统设计及其仿真，并且有许多高校已建立虚拟实验室进行辅助实践教学5-7。鉴于此，本文将电路设计仿真软件Proteus与单片机程序开发工具Keil相结合，采用两软件联合仿真技术，设计及其仿真一个以单片机作为主控器的数据采集系统。1Keil与Proteus联调本文将Keil与Proteus联合起来进行系统仿真8-14，其调试流程如图1所示。在图1中，虚线框部分就是Keil与Proteus联合调试，即采用Keil作为软件调试界面，采用Proteus作为硬件仿真和调试界面，两者结合实现联合调试仿真，可以单步、全速运行。2数据采集电路设计本文采用Proteus软件绘制数据采集电路图，如图2所示，该系统以AT89C52单片机作为主控器，并主要配有DHT11传感器作为温湿度数据采集器件，LCD1602液晶显示屏作为输出显示器件，3个独立式按键作为温湿度阈值设置器件，2个发光二极管作为报警信号指示灯，2个发光二极管作为正常工作指示灯。图2中指示灯报警电路是由2个红色发光二极管和2个绿色发光二极管与单片机构成，分别是D1、D2和D3、D4，若DHT11传感器采集的温度和湿度高于或者低于设定的阈值，发光二极管就会发出红色灯光，警示异常；若DHT11传感器采集的温度和湿度在阈值内，发光二极管就会发出绿色灯光，以示正常。D1、D2、D3和D4发光二极管具体功能为：D1指示灯亮表示温度异常，D2指示灯亮表示湿度异常，D3指示灯亮表示温度正常，D4指示灯亮表示湿度正常。图2中按键设置电路是由K1、K2和K3三个独立式按键分别与单片机P1.5、P1.6和P1.7相连接构成，其中K1为设置键，若按K1一次，在LCD上会显示阈值设置界面，并出现Temp（温度）下限设置提示，若按K1两次，则出现Temp上限设置提图1联合调试流程基于Proteus的温室大棚温湿度采集系统设计及仿真138工业控制计算机2023年第36卷第1期示，若按K1三次，出现Humi（湿度）下限设置提示，若按K1四次，出现Humi上限设置提示，若按K1五次，则返回显示实时温度和湿度值；K2为减1键，每按一次K2阈值减1；K3为加1键，每按一次K3键阈值加1。3软件设计本文采用Keil软件进行数据采集系统源程序编译和调试，首先对LCD1602初始化，然后通过按键模块设置温度和湿度上下限阈值，通过DHT11传感器对温湿度数据采集及处理，并将实时温度和湿度显示在LCD屏上，同时将采集的温度和湿度与设置阈值进行比较，判断是否异常并发出警示信号。主程序设计流程如图3所示，LCD1602温湿度显示子程序流程如图4所示。图3主程序流程图图4显示子程序流程图温湿度阈值按键设置子程序流程如图5所示：图5按键设置子程序流程图4仿真及其分析4.1仿真本文以茄子温室最佳生长温度（2030）作为温度（Temp）上下限值，以茄子温室最佳生长湿度（60%65%）作为湿度（Humi）上下限值。若传感器DHT11某时刻采集的温度是28，湿度是61%，如图6所示，与设置阈值比较，此时刻温度和湿度均在阈值范围内，且能够直观看到D3与D4绿色指示灯点亮，表示此刻温度值和湿度值都是正常状态。图6系统正常运行图若传感器DHT11某时刻采集的温度是31，湿度是66%，与设置阈值比较，此时刻温度和湿度均超出阈值上限，且能够直观看到D1与D2红色指示灯点亮，表示此刻温度值和湿度值都是异常状态，提醒用户及时检修电路。4.2系统验证性分析系统仿真运行时，可以通过单片机RAM寄存器窗口查看系统数据。本文采用3个独立按键对温度和湿度上下限值阈值进行设置，温度阈值范围为2030，湿度阈值范围为60%65%，4个阈值十进制数“20”“30”“60”和“65”转换为十六进制数分别为“14”“1E”“3C”和“41”，在系统运行时，即系统显示温图2系统电路图139（上接第135页）7结束语根据局机关的实际情况和具体需求完成了政务督办系统的设计、开发与实现，本文主要介绍了主要系统功能和数据库结构。虽然系统范围只限于市级局机关，但是对于市级其他单位具有借鉴价值，为下一步全市政务督办协同办公提供了很好的范本。局政务督办系统上线后，省、市文件、局领导批示的重点工作任务均通过督办系统全流程电子化办理，交办方和承办方用户均可实时掌握事项办理节点，并严格按照1、3、7、1、0的时限进行反馈与跟踪催办、督办，倒逼各项工作见人见事、见根见果、抓细抓小、抓紧抓实，提高了局内部工作效率，有力促进了各项工作任务的落实。参考文献1王玉庆.基于Java的图书查询系统设计与实现J.信息与电脑（理论版），2021，33（2）：138-1402肖伟，赵善仁，王颖，等.办公自动化系统中政务督查子系统的建设与应用J.国土资源信息化，2012（3）：20-243刘春.党政督查系统电子政务建设范式研究以青海省为例J.管理观察，2017（25）：84-864梁小丹.党政办公室督查及电子督查系统的应用研究D.广州：暨南大学，2019收稿日期：2022-06-23（上接第137页）由表1与表2对比可知，当输送4个物料时，表1需要16 s，表2需要6 s，效率提高了1.7倍；当输送8个物料时，表1需要32 s，表2需要10 s，效率提高了2.2倍；当输送12个物料时，表1需要48 s，表2需要14 s，效率提高了2.4倍；当输送16个物料时，表1需要64 s，表2需要18 s，效率提升了2.6倍。由此可知，当需要输送的物料越多，效率提高越明显，当需要输送的货物多到一定程度时，效率提升近3倍。5结束语本文提出一种新型物料输送方法，该方法能够成倍提高物料输送效率。为了验证该方法的正确性，搭建了一套物料输送系统样机。经过测试，该方法是切实可行的。该方法的硬件结构简单，易于大规模工程实施；软件算法上，可将其分成首端输送设备、中间输送设备、末尾输送设备三大部分，并可分别对其程序进行模块化、标准化，以实现大规模工程实施；可将每一台设备上的工位物料信息显示在HMI人机界面上，以实现对物料信息的实时跟踪。本方法可供各大物流自动化设备制造商参考，特别针对提高仓储物流设备的物料输送效率，具有较大的借鉴价值。参考文献1席志鹏，李旭，陈中显.基于PLC的物料输送机程序设计方法研究J.机械工程与自动化，2022（3）：169-1712刘雪林，王荣县.用于滴灌带生产的混合物料输送系统设计与应用J.工业仪表与自动化装置，2022（2）：21-263殷学兵，查显太，邓颖富.粉状物料输送入库自动取样装置的应用J.中国水泥，2021（12）：96-974卫晓东，梅佳，熊鹏，刘达，等.输电线路检修用物料输送装置研究J.电力安全技术，2021，23（7）：37-405王龙.基于PLC控制自动化立体仓储系统设计J.电子技术与软件工程，2021（1）：116-1176罗素晖，曾志坚，周博俊.汽车钣金车间自动化立体仓储系统设计J.机电工程技术，2020，49（8）：187-190收稿日期：2022-06-28湿度阈值上下限，查看单片机RAM寄存器窗口，窗口数据如图7所示，可直观看到存储在单片机中4个阈值编码与实际LCD显示编码相同，表明此部分设计正确。系统运行时，即DHT11传感器此刻采集的温度和湿度分别为28和61%，十进制数“28”和“61”转换为十六进制数分别为“1C”和“3D”，查看单片机RAM寄存器窗口，窗口数据如图8所示，可直观看到存储在单片机中2个编码与实际LCD显示编码相同，表明此部分设计正确。图7单片机RAM图8单片机RAM5结束语本文采用Proteus软件设计及仿真了一个以AT89C52单片机作为主控器的温湿度采集系统。仿真表明，该系统LCD能够实时显示DHT11传感器采集的温湿度，证实本系统设计正确、可行。参考文献1谢波，侯海良.基于LabVIEW与单片机的温湿度检测系统研究J.岳阳职业技术学院学报，2019，34（4）：63-662袁小平，李子旋，陈烨，等.基于Proteus的电子技术综合设计