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1、温室大棚控制系统,硬件设计,学生：,学号：,指导老师：,1、选题背景及目的,温室种植在农业生产中占有越来越重要的地位,传统的温室种植自动化程度很低，基本是靠人工控制温湿度、光照的方式，既耗费人力又不精确，因此需要研制一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度、光照控制系统。现代传感器技术、计算机技术、自动化技术和通信技术的发展为现代温室控制框架提供了多种方案。在二十一世纪未来一段时间内，中国人口将持续增长，而可耕地面积却在逐年减少。所以，研究如何用较少的土地去解决相对较多人口的温饱问题，是具有重要的战略意义的。,2、国内外现状,国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式
2、的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全智能化、无人化的方向发展。遥测技术、网络技术、控制局域网等也已逐渐应用于温室的管理与控制中。从国内温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段:手动控制，自动化控制，智能控制。,3、计设要求,设计一个基于单片机的温室大棚环境监测控制系统。（1）温湿度、光照的实时测量及显示。通过传感器对温湿度、光照参数进行采集，单片机对采集到的数据进行处理，由LCD显示屏对当前的温
3、度值、湿度值和光照进行显示。（2）键盘输入。操作人员可根据不同作物不同时期的最适宜生长环境将温度值、湿度值和光照值由键盘设定。便于调节作物在不同生长期所需的最适宜生长环境，以满足不同用户的需求。（3）超限报警功能。报警模块具有两项功能，即为报警灯和声音报警。当采集到的温湿度、光照值与设定值之间存在较大差异时，将及时启动报警装置进行报警。（4）控制功能。当系统报警后，根据报警部分，采取相应措施。如温度过高给大棚通风，温度过低给大棚加热，湿度过低用水泵给大棚灌溉，光照过强大棚关闭遮阳幕，光照过弱大棚开启遮阳幕。,4、硬件设计系统总体框图,5、系统模块介绍,主控模块 采用STC12C5A60S2单片
4、机。STC12C5A60低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S)。,显示模块 采用LCD12864显示屏。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的
5、操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。,温度测量模块 采用DS18B20。DS18B20 数字式温度传感器，体积小，功耗低，抗干扰力强，测温范围-55125，分辨率最大可达0.0625，而且采用3 线制与单片机相连，外围电路简单，支持多点组网功能，多个DS18B20可并联在唯一的3线上。是目前在国内外应用最为普遍的一种集成温度传感器。,湿度测量模块 采用HS1101。HS1101实际上相当于一个可变电容，它将湿度变化转换为电容变化。本设计采用了由NE555 定时器组成的多谐振荡电路，然后通过LM331频压转换电
6、路将频率信号进一步转换为电压信号，通过AD转换可直接被计算机采集,光照测量模块 采用GY-30。数字光强度检测模块GY-30采用ROHM原装BH1750FVI芯片,供电电源3-5v,光照度范围：0-65535lx,传感器内置16bitAD转换器直接数字输出。,键盘模块 本次设计中，采用44矩阵键盘进行温湿度、光照上下限设定以及模式切换。1其中个按键分别被设为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、切换界面、上限设置、下限设置、返回，剩下的两个按键空置。这样，就可以根据不同作物适宜的生长环境直接输入所期望的上下限置，按下确定按键后，系统将根据设定值进行报警控制。,报警模块 本设计采用声光报警电路
7、。温度、湿度、光照任何一个超过设定范围，蜂鸣器均报警。设计选用二极管的亮灭显示温度、湿度或光照是否过限，这样便于观察，可以更加直接的确定是温湿度还是光照报警了发，给工作人员减少了工作量。蜂鸣器报警电路是通过1根口线经驱动器驱动蜂鸣音声,温度控制模块 温度控制模块，我们采用的是三极管驱动，此设计方案电路简单。当采集到的温度值低于下限时，温度报警，单片机给予低电平，加热片工作；当采集到的温度值高于上限时，温度报警，风扇工作，给大棚降温。加热片我们采用的是5V供电，最高温度为60，功率1-2.2w。小风扇我们采用的是5V供电，0.2w的功率。,湿度控制模块 本电路采用常开继电器组成控制电路。当湿度低
8、于设定值时，相应引脚输出低电平，三极管导通，电流经过三极管放大，继电器常开端闭合，水泵工作；当湿度高于设定值时，相应引脚输出高电平，继电器常开端关闭，水泵不工作。图中二极管起保护作用，防止继电器产生的感应电动势烧坏三极管或继电器,光照控制模块 我们此次设计是采用电机的正反转代替温室大棚遮光幕的升降。电机是供5V的直流电机，我们用L289N驱动。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。,6、系统调试,系统调试一般分为三部分，即硬件检查，软件调试，软硬件联机整体调
9、试。在进行硬件调试时一般可以排除硬件焊接过程 在进行系统调试时一般来说分为三个部分，即硬件检查，软件调试和中出现的错焊、虚焊、漏焊等基本问题，也可以排除电子元器件选用不当等设计问题。而软件调试则是整个设计的重中之重，也是核心部分，软件调试主要解决软件编程中出现的各类问题，大到逻辑思路小至语言规范。软硬件联机调试则可以使软硬件互相配合，将二者由两个部分合二为一，使系统成为一个整体，从而实现设计功能。,以下是在电路板调试遇到的问题。问题1：显示电路正常，但是喇叭不能发出正常报警声。问题2：湿度频压转换模块，有频率变化，没有电压变化。问题3：光照喇叭长报警，显示电路不显示数据。问题4：报警电路报警，
10、控制部分没有反应。,7、实验验证,通过两个多月的努力，我们的毕设已完成，该系统初步完成了我们的设计要求，能够实时测量显示温室内的温湿度和光照值，并且能够通过按键设置上下限值，切换主界面、测量界面、设置上下限界面等，当测量值与设定值不相符时，系统会声光报警，并采取相应措施。如当测量温度值低于温度下限时，系统报警，加热片工作，给温室升温，达到设定值时，停止加热；当测量温度值高于温度上限时，系统报警，风扇工作，给温室降温，达到设定值时，停止降温。,8、系统不足与拓展,设计不足：系统设计中未能显示实时信息。在一些比较特殊的场合，有时候需要系统显示出各个时间段，比如，早、中、晚的实时信息。而这个系统没有此项功能。系统设计中，光照控制模块不完善。比如在阴天的时候，就需要提供人工光源，此系统没有设计。系统拓展：(1)本系统可以添加无线模块。可以添加中、短程无线通信模块，使得系统能够在比较恶劣、危险等不适合人到达的地方进行工作，这样就提高了系统的实用性；(2)本系统可以利用单片机的串行口和RS-232总线通信协议将采集的数据传送到主控机，以进行进一步的存档、处理，比如可以绘制时间温湿度、光照曲线。,谢谢观看！,
