基于DS18B20的蔬菜大棚多点测温系统设计 精品.docx
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基于DS18B20的蔬菜大棚多点测温系统设计 精品.docx
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基于DS18B20的蔬菜大棚多点测温系统设计精品
石家庄铁道大学四方学院毕业设计
基于DS18B20的蔬菜大棚多点测温系统设计
TheDesignof
VegetableGreenhouseMulti-pointTemperatureMeasurementSystemBasedonDS18B20
完成日期2012年5月15日
毕业设计成绩单
学生姓名
学号
班级
专业
毕业设计题目
基于DS18B20的蔬菜大棚多点测温系统设计
指导教师姓名
刘成群
指导教师职称
工程师
评定成绩
指导教师
得分
评阅人
得分
答辩小组组长
得分
成绩:
院长(主任)签字:
年月日
毕业设计任务书
题目
基于DS18B20的蔬菜大棚多点测温系统设计
学生姓名
学号
班级
专业
承担指导任务单位
电气工程系
导师
姓名
刘成群
导师
职称
工程师
一、基本要求
用数字温度传感器18B20实现10点以上环境温度检测,单片机分析各点数据,显示出各温度点数值,并能实现温度超限报警。
此系统可应用于对环境温度检测要求比较高的场合,如家庭温度检测,粮仓温度检测、蔬菜大棚等。
要求做出实物。
二、技术参数和要求
1)系统供电电压:
DC5V。
2)检测精度:
1度。
3)将18B20的信号线连在一起,用单片机的一个I/O口实现所有器件的读,实现真正的一线传感器。
4)四个数码管(两位显示地点编号,两位显示温度),三个指示灯(报警灯,设定指示灯,工作状态灯),四个按键。
5)工作状态。
1.间隔3秒循环显示各点温度,工作状态灯闪烁。
2.固定显示某点温度,工作状态灯常亮。
6)可以设定各点报警温度值。
7)某一个地点产生报警后,报警灯闪烁,蜂鸣器响,数码显示报警地点编号和温度,若是有多点报警则间隔2秒循环显示。
三、系统结构
整体可分为五部分:
单片机、传感器、按键、数码管、声光报警。
1)单片机负责温度数据采集并进行分析处理。
2)按键决定系统的工作状态。
3)数码管显示部分,负责显示数据。
4)声光报警温度超限时给予报警。
四、应收集的资料及参考文献
1)裴清华.基于AT89C51单片机的蔬菜大棚控制系统[J];计算机与现代化;2010年01期
2)高峰.单片微型计算机原理与接口技术[M].科学出版社,2007-4.104~131.
3)包敬海;樊东红;陆安山;龚文锋.基于DS18B20的多点体温检测系统的研究[J];自动化与仪表;2010年02期
五、进度计划
第1周:
收集资料,完成开题报告。
第2周——第3周:
方案设计。
第4周——第8周:
系统设计、制作设计电路图。
第8周:
中期检查。
第9周——第12周:
系统调试,撰写论文。
第13周——第14周:
撰写论文,审核,定稿。
第15周——第16周:
答辩环节。
教研室主任签字
时 间
年 月日
毕业设计开题报告
题 目
基于DS18B20的蔬菜大棚多点测温系统设计
学生姓名
学号
班级
专业
一、课题背景
近年来,随着我国农业科技的发展,蔬菜大棚技术得到了广泛的普及应用,温室大棚数量日渐增多。
对于这些蔬菜大棚来说,温度是衡量温室大棚的重要指标,它直接影响到栽培作物的生长和产量。
为了实现蔬菜大棚生产优质、高产,加强温室内的温度的检测是十分有必要的,但是传统的方法是用双金属式测量计等测试器材进行测量,通过人工进行检测,对不符合温度要求的大棚进行升温和降温等工作。
这种人工测试方法费时费力、效率低,且测量的温度误差大,随机性大。
现在,随着农业产业规模的提高,对于数量较多的大棚,传统的控制措施就显现出很大的局限性。
因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温度测量仪。
该设计即是针对这一问题,设计出了能够实现温度自动检测、显示、上下限报警等多功能的温度检测系统。
它以先进的技术和现代化设施,人为控制作物生长的环境条件,使作物生长不受自然气候的影响,做到常年工厂化,进行高效率,高产值和高效益的生产。
二、国内外研究现状
从国内外蔬菜大棚温度检测技术的发展状况来看,蔬菜大棚温度检测技术大致经历了2个发展阶段:
1.人工测量阶段:
在人工测量阶段,主要采用两种测量方法。
第一种是原始的检测方法,生产一线的种植者是蔬菜大棚温度检测系统的传感器,他们通过对蔬菜大棚内外的气候状况和对作物的生长状况进行观测,凭借长期积累的经验和直觉推测及判断,手动调节蔬菜大棚内的环境。
种植者凭借自己的经验和直觉对蔬菜的生长环境温度进行测量,是传统农业的生产方式。
这种测量方法劳动生产率较低、误差较大,不符合工业化农业的生产需要,而且对种植者的素质要求较高。
第二种是传统的检测方式,采用双金属式测量计等测试器材进行测量,人工检测。
双金属温度计的缺点为测温范围较小、精度相对不高,从而误差较大,而且这种测试方法费时费力,效率低。
不符合工业化农业生产的需要。
2.自动测量阶段:
在自动测量阶段,种植者输入蔬菜大棚的生产作物所需环境的目的参数,单片机根据传感器实际的测量值与事先设定的目标进行比较,以决定蔬菜大棚环境温度的测量,并进行报警,相应的控制机构进行加热、降温等动作。
自动控制的蔬菜大棚温度检测技术,实现了生产的自动化,适合规模化种植,劳动生产率得到了提高。
通过改变温室环境设定的目标值,可以自动的进行温室内环境气候调节。
使作物处在最佳的生产状态。
在自动测温系统中,单片机多点温度测控系统,具有测量精度高、稳定性好、配置灵活、成本低廉、容易扩展、传输距离远且抗干扰性强等特点。
符合工业化农业生产的需要。
本设计采用的是DS18B20温度传感器进行温度测量,DS18B20是一款性能优异的智能集成数字式传感器,体积小、功耗低、性能高、抗干扰能力强、使用简单。
恰恰符合了工业化农业生产的需要可大规模推广,实际应用意义更加广泛。
三、所要进行的主要工作和所采用的方法、手段
1.主要工作:
1)资料收集:
查阅与本课题相关的中英文文献资料。
2)单片机、温度传感器型号的确定
电路图的设计
单片机主程序的编写
3)用protel画出原理图、PCB版图,焊接电路
4)完成系统设计,然后对电路的各个部分进行相关调试,并进行测试
2.采用的方法、手段
本文是选用AT89C51单片机与DS18B20组成的蔬菜大棚多点测温系统。
AT89C51是一款高性能、兼容性强、程序编写灵活性强、价格低廉的一款单片机,符合本文设计的要求。
DS18B20数字式温度传感器,每个DS18B20都有一个唯一的64位ROM序列号,通过查询此序列号,就可以区分不同的器件,从而实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的,确保在应用时能被唯一标识,以实现对对象的准确控制。
DS18B20的温度测量范围为-55℃~+125℃,测量精度为1℃。
能将被测量的温度直接转化成串行数字信号,通过单片机,将温度显示到数码管上,并可实现温度上下限报警。
还可通过按键对温度上下进行设置,实现温度上下限可变的蔬菜大棚温度检测系统。
四、预期目标
系统完成后可以通过温度传感器DS18B20对大棚的多位置温度进行测量,通过单片机AT89C51对采集到的数据进行处理,用数字温度传感器18B20实现10点以上环境温度检测,单片机分析个点数据,显示出各温度点数值,且能实现温度超限报警,并做出实物。
指导教师签字
时间
年 月日
摘 要
温度是影响蔬菜大棚内作物生长的重要因素,温度过高或过低,都会影响蔬菜的生长。
传统的温度控制是用温度计来测量,并根据此温度人工来调节其温度。
但仅靠人工控制既耗人力,又容易发生差错。
为此,现代的蔬菜大棚管理中通常需要温度自动检测控制系统,对蔬菜大棚内的温度进行实时检测控制,以使蔬菜大棚内的作物保持在最佳的生长状态。
本文介绍了基于AT89C51单片机和10个DS18B20传感器的蔬菜大棚多点测温系统。
其中DS18B20为温度采集模块,AT89C51单片机作为主要控制器,并配合数码管显示电路,按键控制电路,温度上下限调整电路,声光报警等电路实现10点单总线多点温度的检测、显示、温度上下限可调的温度检测系统。
通过按键对单片机的工作状态进行控制,确定其工作在测温状态、报警状态、还是设定状态。
按键设定温度上下限,以适应不同种类、不同生长时期作物生长所需最适温度的要求。
在系统设计过程中充分考虑性价比,选用价格低、微功耗、性能稳定的元器件。
该温度测量仪具有连接点数多,传输距离远,扩展方便,便于构成采集系统及价格低廉等优点,非常适用于多点蔬菜大棚的温度检测,能够方便准确地显示蔬菜大棚内的温度,且省时省力。
能有效保证蔬菜的正常生长,为蔬菜的生长提供稳定的环境场所。
关键词:
温度 DS18B20 单总线多点 蔬菜大棚
Abstract
Temperatureisanimportantfactortoaffectcropgrowthinthevegetablegreenhouse.Thetemperaturewillaffectthegrowthofvegetableswhenitistoohighortoolow.Traditionaltemperaturecontrolwithathermometertomeasurethemanualistoadjustthetemperatureaccordingtothistemperature.However,merelyrelyingonthemanualcontrolnotonlywastethelaborforcebutalsopronetoerror.Tothisend,modernvegetablegreenhousemanagementusuallyrequiresautomatictemperaturecontrolsystemisdetected.Thereal-timedetectionandcontroloftemperatureinthevegetablegreenhousewillkeepthevegetablegreenhousecropsmaintaininganoptimalgrowthstate.
Thispaperintroducesthevegetablegreenhousesmulti-pointtemperaturemeasurementsystembasedonAT89C51microcontroller,Clanguage,and10DS18B20sensor.DS18B20isthetemperatureacquisitionmodule.AT89C51microcontrollerasthemaincontrollerwiththedisplaycircuitanddigitalkeycontrolcircuit,thelowerlimitonthetemperatureadjustmentcircuit,soundandlightalarmcircuitisthesystem.Thetemperaturedetectionsystemcanrealizethe10pointstemperaturedetection,displayandadjustmentbyasinglebus.Thekeyscontroltheworkingstatusofthemicrocontrollertodetermineitsworkinthetemperaturestatus,alarmstatus,orsetthestate.Thebuttonsistosetthetemperaturelowerlimittoaccommodatethetypesofdifferentgrowthstagesofcropgrowthandtheoptimumtemperaturerequired.Fullyconsideringthecost-effectiveinthesystemdesignprocessIselectedlowprice,micro-powerconsumptionandstableperformancecomponents.Thetemperaturegaugehasanumberofconnectionpoints,thetransmissiondistance;theexpansionisconvenient,easytoformacollectionsystemandtheadvantagesoflowprices.Thesystemisidealformulti-pointtemperatureofthevegetablegreenhousesdetection.Itcaneasilyandaccuratelyshowsthetemperatureinsidethevegetablegreenhouses.What’smore,Iteffectivelyguaranteethenormalgrowthofvegetablesandprovideastableenvironmentforthegrowthofvegetablesplaces.
Keywords:
Temperature DS18B20 Multi-pointbyasinglebus Vegetablegreenhouse
第1章绪论
1.1研究的背景及意义
近年来,随着我国农业科技的发展,蔬菜大棚技术得到了广泛的普及应用,温室大棚数量日渐增多。
对于这些蔬菜大棚来说,温度是衡量温室大棚的重要指标,它直接影响到栽培作物的生长和产量。
为了实现大棚蔬菜生产优质、高产,加强温室内的温度检测是十分有必要的,但是传统的方法是用双金属式测量计等测试器材进行测量,通过人工进行检测,对不符合温度要求的大棚进行升温和降温等工作。
这种人工测试方法费时费力、效率低,且测量的温度误差大,随机性大。
现在,随着农业产业规模的提高,对于数量较多的大棚,传统的控制措施就显现出很大的局限性。
因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温度测量仪。
该设计即是针对这一问题,设计出了能够实现温度自动检测、显示、上下限报警等多功能的温度检测系统。
它以先进的技术和现代化设施,人为控制作物生长的环境条件,使作物生长不受自然气候的影响,做到常年工厂化,进行高效率,高产值和高效益的生产。
1.2国内外研究现状
从国内外蔬菜大棚温度检测技术的发展状况来看,蔬菜大棚温度检测技术大致经历了2个发展阶段:
1.2.1人工测量阶段
在人工测量阶段,是温室控制技术发展初期所采取的控制手段,其实并没有真正意义上的控制系统。
主要采用两种测量方法。
第一种是原始的检测方法,生产一线的种植者即是蔬菜大棚温度检测系统的传感器,他们通过对蔬菜大棚内外的气候状况和对作物的生长状况进行观测,凭借长期积累的经验和身体感知推测并判断,并通过手动调节蔬菜大棚内的温度。
种植者凭借自己的经验和直觉对蔬菜的生长环境温度进行测量,是传统农业的生产规律。
这种测量方法劳动生产率较低、误差较大,不符合工业化农业的生产需要,而且对种植者的素质要求较高。
第二种是传统的检测方式,常采用双金属式测量计等测试器材进行测量,人工检测。
双金属温度计等原始温度计的
缺点为测温范围较小、精度相对不高,从而误差较大,而且这种测试方法费时费力,效率低。
不符合工业化农业生产的需要。
1.2.2自动测量阶段
随着科学技术的发展,蔬菜大棚温度检测系统的自动化、智能化程度也在日益增强。
第一种是与单片机组成的温度检测系统,种植者输入蔬菜大棚的生产作物所需环境的目的参数,单片机根据传感器实际的测量值与事先设定的目标进行比较,对蔬菜大棚环境温度测量,并进行报警,相应的控制机构进行加热、降温等动作。
具有测量精度高、稳定性好、配置灵活、成本低廉、容易扩展、传输距离远且抗干扰性强等特点。
但不适宜规模化生产,自动化、智能化有待提高。
第二种,是与计算机组成的自动控制的温度检测系统,通过计算机输入温度控制的目的参数,此目的参数是根据蔬菜大棚内作物的生长状态的最优化目的参数,可以自动的进行温室内环境气候调节,能使植物在每个时间都处在最佳的生产状态。
使种植者能得到优质、高产的作物,也提高了生产的自动化、智能化,但只适用于单个蔬菜大棚温度的控制。
第三种是由上位机下位机组成的组网。
系统能对大棚环境温度进行采集和显示,能通过上位机端远程设定蔬菜的生长期适宜温度,当蔬菜大棚的环境温度参数超过设定的下限值时控制电热棒加热,当温度参数超过设定的上限时,则控制风扇工作降低温度。
每隔一定的时间控制器需要将温度信息发送到上位机,由上位机软件将温度数据存储到数据库中。
管理人员可以随时查询采集过来的温度历史记录,另外一台上位机可控制多个大棚通过改变温室环境设定的目标值,可以自动的进行温室内环境气候调节。
使温度检测控制系统的自动化、智能化程度大大增强,符合农业生产需要,使农业生产朝着越来越先进越来越完备的方向发展。
第2章系统的总体设计
2.1系统的设计要求
用单片机的一个I/O口实现10个DS18B20温度传感器温度的读取,四个数码管显示地点编号及温度,三个指示灯(报警灯,设定指示灯,工作状态灯),由四个按键控制系统的工作状态。
系统处在正常工作状态时,间隔3秒循环显示各点温度,工作状态灯闪烁,固定显示某点温度,工作状态灯常亮。
系统处在报警状态时,报警灯闪烁,蜂鸣器响,数码管显示报警地点编号和温度,若是有多点报警则间隔2秒循环显示。
系统处在设定状态时,可以设定各点报警温度值,系统供电电压DC5V,检测精度1度。
2.2系统的基本组成
此系统可应用于对环境温度检测要求比较高的场合,如家庭温度检测,粮仓温度检测、蔬菜大棚等。
用数字温度传感器DS18B20实现10点以上环境温度检测,单片机分析各点数据,显示出各温度点数值,并能实现温度超限报警。
系统的基本架构如图2−1所示。
具体电路图见附录B
声光报警
图2-1系统的基本架构
系统各部分的主要作用如下:
单片机:
实施控制的核心单元,采集DS18B20的温度,对数据进行处理,数据处理完毕,通过I/O口输出启动相应的显示电路和报警电路;对按键进行扫描,控制系统的工作状态。
本设计选取的是AT89C51单片机,由于系统不需要特殊的A/D转换、PWM输出等功能,所以AT89C51足以满足系统需求。
按键:
用来控制单片机的工作状态,可控制两种工作状态,温度显示工作状态和对工作状态进行上下限的设置设定状态。
本设计共有四个按键,低电平有效。
开机后循环检测各点的温度,SET(S1)键进入报警温度值设置。
ENTER(S2)键确定退出报警值设置状态,ADD(S3)报警值加,DEC(S4)报警值减。
数码管:
用来显示地址编号和温度,在进行温度上下限设置的时候显示相应的温度上下限。
本设计采用四位八段数码管,共阴极连接。
声光报警电路:
指示系统工作状态,在超限的时候报警灯亮、蜂鸣器发出响声,进行报警。
本设计采用三个发光二极管作为指示灯,分别为报警灯、设定指示灯、工作状态灯,一个蜂鸣器,温度超限时,发出声响进行报警。
2.3系统的工作原理
每个DS18B20芯片有唯一编码,系统首先读取DS18B20的序列号,根据序列号对每一个DS18B20进行编号,在对DS18B20进行温度采集时,首先通过I²C总线对DS18B20进行自身ROM序列号的匹配,系统只对序列号匹配成功的DS18B20进行操作,DS18B20具有A/D转换功能[1]。
只有地址编码完全匹配的DS18B20,将A/D转换完毕的温度值发送给单片机,单片机通过I²C总线接收到DS18B20发送的温度。
单片机判断是否超限,通过I/O口送数码管进行显示并确定是否启动相应的声光报警。
上电开机后单片机进入循环显示各点温度的正常工作状态,通过SET键使单片机进入报警值设定状态,ADD、DEC键可对DS18B20的温度上下限进行调整,ENTER键可确定跳出报警值设定状态,实现温度上下限可变的温度报警系统。
第3章系统的硬件设计
系统硬件主要包括单片机、DS18B20温度采集模块、声光报警模块、按键控制模块、数码管显示模块。
3.1单片机AT89C51
AT89C51美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4KBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及AT89C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。
单片机AT89S51强大的功能可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
图3-1AT89C51引脚图
AT89C51芯片的引脚结构如图3-1所示:
3.1.1功能特性
AT89C51提供以下标准功能:
40个引脚、4KBytesFlash片内程序存储器、128Bytes的随机存取数据存储器(RAM)、32个外部双向输入/输出(I/O)口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、3看门狗(WDT)电路、片内振荡器及时钟电路。
此外,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式,空闲模式,CPU暂停工作,而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。
掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求[2]。
3.1.2管脚说明
P0口:
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,能驱动8个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”时,被定义为高阻输入。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1口:
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
在Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。
部分端口还有第二功能,如表3-2所示:
表3-2P1口部分引脚第
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