温室大棚温湿度、二氧化碳测控系统的研究

摘要

本课题主要针对温室内温度、湿度,以及二氧化碳浓度,研制了以PC机为上位计算机,单片机为下位机的温室大棚测控系统的软硬件设计.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AT89S52单片机为控制核心,选用性价比比较高的传感器,并通过最小二乘法对测量结果进行非线性补偿,减少由于传感器的非线性而带来的误差,实现了对温湿度、二氧化碳浓度的精确测量与准确控制.针对不同的参数,可以通过键盘人为设定作物所期望的上、下限值.当单片机检测到温湿度、二氧化碳浓度有任何一个参数越限时,则启动声光报警,同时单片机通过控制固态继电器打开相应的执行机构进行补偿.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,主要包括数据采集模块、键盘显示模块、串行通讯模块以及数据处理等模块.最后,文章还给出了系统的可靠性和抗干扰的措施,使系统能够稳定可靠的工作. 在系统设计过程中充分考虑到性价比,选用价格低、性能稳定的元器件.通过运行调试,试验结果与设计期望一致.该测控仪具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点,不仅可以应用在农业大棚,也可以应用在恒温湿的机械加工厂、室内环境监测等方面,所以具有一定的推广价值.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文使用授权声明

1绪论

1.1选题的背景及研究意义

1.2国内外研究动态

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内发展现状

1.3课题的主要内容及研究意义

1.3.1本论文的主要内容

1.3.2本论文研究的意义

1.4本文的课题来源

2研究方案的设计

2.1温室大棚内重要参数的调节与控制

2.1.1温度的调节与控制

2.1.2湿度的调节与控制

2.1.3温度、湿度之间的耦合

2.1.4二氧化碳含量的调节与控制

2.2系统总体方案的设计

2.2.1总体方案设计

2.2.2详细设计

2.3本章小结

3硬件设计

3.1微控制器概述

3.1.1 AT89S52单片机的特点

3.1.2 AT89S52单片机的主要特性

3.2温度数据的采集与处理

3.2.1温度传感器AD590简介

3.2.2温度测量电路

3.3湿度数据的采集与处理

3.3.1湿度传感器HS1101简介

3.3.2湿度测量电路

3.3.3湿度信号的温度补偿

3.4二氧化碳数据的采集与处理

3.4.1二氧化碳传感器的选择

3.4.2红外二氧化碳传感器的工作原理

3.5 A/D转换器及其接口电路

3.5.1 ICL7135的主要性能及管脚

3.5.2 ICL7135的串行工作方式

3.6串行通信接口设计

3.6.1 RS232简介

3.6.2芯片接口电路

3.7 I2C电路设计

3.7.1 I2C总线技术简介

3.7.2 24LC256芯片与单片机的接口电路

3.8键盘显示电路设计

3.8.1键盘电路设计

3.8.2显示电路设计

3.9报警电路

3.9.1蜂鸣器简介

3.9.2报警电路

3.10执行机构电路

3.10.1固态继电器简介

3.10.2执行机构电路

3.11本章小结

4非线性补偿软件设计

4.1非线性补偿的一般方法

4.1.1硬件线性化

4.1.2软件线性化

4.2本章小结

5控制系统的软件结构和程序框图

5.1主程序模块

5.2系统各程序模块

5.2.1数据采集子程序模块

5.2.2键盘子程序模块

5.2.3显示子程序模块

5.2.4 I2C总线的软件设计

5.2.5数据处理子程序模块

5.3本章小结

6系统可靠性及抗干扰设计

6.1系统可靠性设计

6.1.1元器件的可靠性措施

6.1.2部件及系统级的可靠性措施

6.2硬件抗干扰措施

6.2.1电网的抗干扰措施

6.2.2滤波技术

6.2.3去藕技术

6.2.4隔离技术

6.2.5接地技术

6.2.6采用程序监视器

6.2.7印制电路板布线的可靠性设计

6.3软件抗干扰设计

6.3.1自动恢复技术

6.3.2数字滤波技术

6.3.3指令冗余技术

6.3.4软件陷阱技术

6.4本章小结

7试验结果与分析

7.1实验调试

7.2试验结果

7.3大棚室内的划分

7.4 系统的误差分析

7.4本章小结

8结论

8.1全文工作总结

8.2工作展望

致谢

参考文献

附录

附图