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温室大棚温度无线测控系统的设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.62M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1前言
    1.1课题来源
    1.2需求分析
    1.3课题研究内容
    2系统总体设计方案
    2.1系统工作原理
    2.2系统组成
    2.3系统性能指标
    3硬件电路设计
    3.1设计原则
    3.2单片机的选择
    3.3单片机的最小系统设计
    3.4温度传感器的选择
    3.5无线收发模块
    3.6串口通信
    3.6.1 串口的简介及作用
    3.6.2 单片机与PC机的串口通信
    4软件设计
    4.1设计原则
    4.2下位机软件设计
    4.3上位机软件设计
    4.3.1 C++Builder的介绍
    4.3.2关键技术
    5系统调试及结果分析
    5.1硬件电路的调试
    5.1.1仿真
    5.1.2 实际电路调试
    5.2系统可靠性及抗干扰设计
    5.2.1软件可靠性
    5.2.2系统抗干扰设计
    5.3系统实时性
    6总结及问题探索
    6.1总结
    6.2问题探索
    参 考 文 献
    附录一：实物图及PCB
    附录二：中英文翻译
    ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 摘要 随着大棚技术的普及，温室大棚数量的不断增多，对其温度的控制就显得非常重要，而 利用科学技术改善大棚温度监测条件是符合社会主义新农村建设的指导思想的，因此，开发 一种能够实时、准确地处理温度信息的无线测控系统就变得很有必要。 本课题是基于单片机并采用 1-wire 总线技术和无线传输技术，设计一种应用于温室大 棚的温度测控系统。它的原理是利用温度传感器将温室大棚内的温度发给单片机处理，最后 再通过无线传输模块、RS-232 总线将采集的数据传送到计算机，进行温度的显示、处理和 报警。 整个系统设计分为硬件和软件两部分。在硬件方面，对硬件的各个环节都进行了仔细的 分析、选取和设计。系统以单片机 AT89S51 为控制核心，采用温度传感器 DS18B20 进行数据 采集，通过无线收发模块进行无线传输。在无线接收端，利用 LCD 液晶显示模块进行相关数 据显示，并且单片机可通过 RS232 接口与计算机通信，进行温度的检测与控制。在软件方面， 分为下位机软件与上位机软件两部分。下位机软件采用了 C51 高级语言进行程序设计，实现 软件编程的模块化和独立性，具有良好的可测试性和可靠性。上位机软件采用 C++ Builder 作为开发环境，实现与下位机通信、数据处理与显示等功能。 经过软件仿真和硬件实验，本设计实现了对大棚温度的监测和控制，监测距离大于 200m。 【关键词】：温室大棚； AT89S51； DS18B20； 温度监控； 无线传输
    ABSTRACT As the greenhouse technology becomes more and more popular, and the number of the big sheds is on the rise, the control of its temperature becomes very important. Moreover, to keep pace with the modern technology, improving the condition of the monitoring is very necessary, which is fit for the guiding ideology of the socialism new countryside construction. Under this background, developing a wireless monitoring system with real-time performance and accuracy has gained much attention. This subject is put forward based on MCU, the 1-wire technology and wireless transmitting technology, a temperature monitoring system applied in the greenhouse was devised. The working principle of this project is the utilization of the temperature sensors, which transfers the temperature of the sheds to MCU, finally by wireless transmit module, RS232 Bus transmitting the data to the computer, carrying out the temperature’s display, process and alarm. The whole system consists of the hardware and software two parts. For the hardware aspect, this has been made a carefully analysis, collection and design on the every segment of the hardware. The system uses AT89S51 chip as the core of the control, chooses the temperature sensor DS18B20 to collect the data, then through wireless transceiver module transmit it and in the wireless receiver, selects LCD module to display related data, corresponding with the computer through RS232 interface, achieving the monitoring and control of the temperature. In the software, it can be divided into two parts: host computer and slave computer. In the slave computer, using C51 advanced language to program, making it modularized and independent, as well as possessing well testability and reliability. The host computer uses C++Builder as the development environment, implementing the communication, data processing and display with the computer. Through software simulation and hardware experiment, this system successfully completes the wireless monitoring of the hothouses, fulfilling the measure and the control of the greenhouse’s temperature. Key Words: Hothouses; AT89S51; DS18B20; Temperature monitoring; Wireless transmit Module 1
    目 录 1 前言 ....................................................................... 1 1.1 课题来源 ................................................................1 1.2 需求分析 ................................................................2 1.3 课题研究内容 ............................................................3 2 系统总体设计方案 .......................................................... 4 2.1 系统工作原理 ...........................................................5 2.2 系统组成 ............................................................... 5 2.3 系统性能指标 ........................................................... 7 3 硬件电路设计 ...............................................................7 3.1 设计原则 ................................................................7 3.2 单片机的选择 ............................................................7 3.3 单片机的最小系统设计 ....................................................8 3.4 温度传感器的选择 ........................................................8 3.5 无线收发模块 ...........................................................11 3.6 串口通信 ...............................................................12 4 软件设计 .................................................................. 14 4.1 设计原则 ...............................................................14 4.2 下位机软件设计 .........................................................14 4.3 上位机软件设计 .........................................................17 5 系统调试及结果分析 .........................................................22 5.1 硬件电路的调试 ....................................................... 22 5.2 系统可靠性及抗干扰设计 ...............................................25 5.3 系统实时性 ............................................................27 6 总结及问题探索 .............................................................28 6.1 总结 ...................................................................28 6.2 问题探索 ...............................................................29 致谢 ........................................................ 错误！未定义书签。 参 考 文 献 ................................................................. 30 附录一：实物图及 PCB .........................................................31 附录二：中英文翻译 .........................................................34 2
    温室大棚温度无线测控系统的设计 1 前言 1.1 课题来源 温室大棚是农业设施的重要组成部分，利用温室大棚栽培蔬菜可以促进其早熟和丰富其 产量，延长蔬菜的供应期，是扩大蔬菜生产、实现周年供应的一种有效途径，是发展"三高" 农业、振兴农村经济的组成部分，是我国农业走向现代化、科学化的标志之一。 尤其对于我国北方地区无霜期短，冬天日夜温差大，而长江流域地区虽然冬季能生产一 些耐寒蔬菜，但种类单调，且若遇冬季寒潮或夏秋暴雨，连绵阴雨等灾害性天气，则早春育 苗和秋冬蔬菜生产都可能会受到较大的损失，影响蔬菜的供应。而利用塑料棚进行蔬菜栽培 可利用保护设备在冬、春、秋进行蔬菜生产，以获得多样化的蔬菜产品。 以下将简要地介绍几种温室大棚。第一种是薄膜温室大棚 2，属于连栋温室中造价比较 低的类型，但由于薄膜老化等原因，薄膜质保 3 年，因此，存在薄膜定期更换的问题。它的 优点是保温性能好，运行成本低；缺点是透光率低。适合种植对光照要求不高的植物品种。 图 1.1 薄膜温室 第二种玻璃温室，它是源于早期引进的荷兰 VENLO 温室，由于荷兰属于寡日照地区，对 透光要求高，因此，玻璃的高透光性非常适合于高光作物的种植。另外，玻璃温室的外型美 观，通透性强，因此，非常适合于建造花卉市场。 1
    图 1.2 玻璃温室 在 2009 年 4 月 14 日，辽宁省成功研制出了“内保温组装式温室”。它一种新的温室类 型，具有环保、造价低、可移动等特点，推广价值大。 温室大棚测控系统是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。通过对监测数据的 分析,结合作物生长规律,控制环境条件,使作物在不适宜生长的反季节中,可获得比室外生 长更优的环境条件,从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。 单片机是专为工业测量与控制而设计，具有集成度高、可靠性高、性价比高的优势，它 给人们带来的方便也是不可否定的，采用它制成的监测控制系统非常之多。但人们对它的要 求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入 手，一切向着数字化控制，智能化控制的方向发展。 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、工 业数据采集系统、身份识别、小型无线数据终端、安全防火系统、无线 232 数据通信、数字 音频、图像传输等领域中。应用无线技术能够改善监测大棚温度的条件。 1.2 需求分析 （1）国内外大棚温度控制技术的发展 国外采用多数是一种全自控的喷滴灌温室大棚控制系统，它不需要人的看管。比较人工 的控制来说，这种智能自控温室最大的好处就是能够相对恒定的控制温室内部的环境，对于 对环境要求比较高的植物来说，更能避免因人为因素而造成生产损失。 北京的一家公司研制开发了一种应用于温室大棚的环测温控系统 3。它是采用 PLC 与各 式的侦测器连线，管理人员需要在现场监控，温室的温度、湿度及亮度侦测器与 PLC 连结， MA8-6 透过 RS-232 与 PLC 连结，使用图型化界面来设定与 PLC 之间的资料的交换格式，透 过 GPRS 与 Internet 将相关数据资料传送到中央控制中心。中央控制中心的监控主机经由 RS-232 与 MA8-1 连结，当回传资料值超出或低于设定临界值时，监控主机将报警资料经由 短消息系统传送给相关管理人员，管理人员可以及早采取措施解决问题。 2
    （2）结论 图 1.3 环测温控系统 本系统设计和国外的先进设备相比还是存在一定的差距，与上述的环测温控系统相比， 本设计最大的特点是采用无线传输技术，管理人员不需要留在现场也能监测到大棚的温度情 况。而且使用数字温度传感器，这样硬件电路简单，调试起来也方便，还节省成本，测量和 控制的目标都能实现。 1.3 课题研究内容 本课题的任务是设计一个大棚温度无线测控系统，对温室大棚的温度进行监测和控制。 本文将详细地介绍利用单片机制成的测温模块的软硬件设计和无线传输模块的具体应用，并 给出温度传感器接口的软件设计方案以及上位机界面的设计方案。 测量 温度 电脑 大棚的温度信息 单片机 显示信息 数码管 显示 通 过 串 口 把 数据发送 电信号 无线发 射模块 温度 电平转换 无线接 收模块 RS232 接口 图 1.4 大棚温度无线测控系统的信息流图 3
    2 系统总体设计方案 本系统主要针对温室内温度，设计了以 PC 机为上位机,单片机为下位机的温室大棚的温 度无线测控系统。综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求这三个方面之后,最终确定下 位机以 AT89S51 单片机为控制核心,选用性价比比较高的传感器 DS18B20，实现对温度精确 测量与准确控制。当单片机检测到温度超过设定值时,则启动报警措施。下位机可以通过 RS-232 实现和上位机的串行通讯。为了便于系统的调试、移植、修改,软件设计以 C 语言为 基础,采用模块化设计,主要包括单片机的最小系统、数据采集模块、液晶显示模块、无线收 发模块以及串行通讯模块。上位机使用 C++Builder 编写温度监控界面。 系统的总体设计分为硬件和软件设计两方面，首先确定系统实现的功能，然后对硬件、 软件分别进行规划，完成这些准备工作之后，就可以开始制作硬件电路，编写软件程序，在 模块化调试结束后，进行软硬件联调，针对出现的问题对软硬件进行相应的修改，直到调试 成功为止。系统的总体设计流程图如图 2.1 所示。 4
    明确功能要求 软件及硬件的功能分配 硬件电路设计 电路细节设计 硬件调试 软件设计 软件调试 需要开发工具支持 软硬件联调 程序固化 需要程序烧写器支持 运行 软硬件修改 Y 有问题? N 结束 图 2.1 系统总体设计流程图 2.1 系统工作原理 单片机首先通过温度传感器 DS18B20 采集温室大棚的温度，再通过无线发射模块，利用 单片机的串口进行编程，将测得大棚的温度一位一位地传送到监控室的接收模块中；接收模 块通过 RS232 接口与电脑相连，把数据传给电脑。在上位机中，利用 C++Builder 编程，让 电脑和单片机正常地进行数据传输，同时上位机界面显示大棚的温度，并对异常的温度变化 进行报警，实现对大棚温度的无线测控，保证了农作物在适宜的温度下生长。 2.2 系统组成 整个无线监测系统主要分为三部分：即温度检测、无线传输和 PC 机对温度的监测环节。 温室大棚 测温装置 无线传输模块 监控室的 电脑 5
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