论文总字数：28041字

目 录

1 绪 论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文研究内容 2

2 系统方案设计 2

2.1系统设计的任务与要求 2

2.2系统电路总体框图及工作原理 2

3 系统硬件电路设计 4

3.1 主控制器模块电路 4

3.2 蜂鸣器电路设计 5

3.3 实时时钟电路设计 6

3.4 液晶显示电路设计 8

3.4.1液晶显示屏选择 8

3.4.2液晶显示屏电路设计 9

3.5 定时温控电路设计 10

3.5.1发热器件选择 10

3.5.2加热片驱动电路设计 11

3.5.3温度传感器选择 12

3.5.4温度传感器电路设计 12

3.6键盘控制电路设计 13

3.7蓝牙通讯电路设计 14

3.8系统整体电路描述 15

4 系统软件设计 16

4.1 实时时钟功能实现 17

4.2 定时控制功能实现 23

4.3 液晶显示功能实现 25

4.4 恒温加热功能实现 32

4.5 蓝牙通讯控制 35

5 系统测试与调试 37

5.1 液晶显示屏显示测试 37

5.2 实时时钟读取与编辑测试 38

5.3 定时控制与恒温加热测试 39

5.4 手机蓝牙控制测试 40

6 总结 41

参考文献 43

致谢 44

附录 45

大棚定时温控系统的设计

孙舒莹

,China

Abstract:In this paper, the main narrative greenhouses timing of temperature control system design, the system is mainly the functions for users can be set up by means of keyboard keys or phone bluetooth control system real time clock timing and greenhouse environment temperature constant temperature heating, and other functions, after the real time clock to set the timing time system began to perform heating heating work, greenhouse environment temperature by temperature sensor detection and feedback, finally make the greenhouse environment temperature constant temperature in value.When after the completion of the execution time system stops constant temperature heating, waiting for the start of the next cycle, so have been circulating.This design adopts the STC89C52 microprocessor as the logic controller, PCF8563 clock chip as the clock source, by reading PCF8563 clock chip microprocessor data for current real-time clock, the clock information through LCD1602 LCD display, visual display, human-computer interaction by the LCD display and light touch control buttons and mobile phone bluetooth, also joined in the design of the 18 b20 temperature detection sensor and PTC thermostat heating pieces of greenhouse temperature control system regularly.

Keywords:Time greenhouse temperature control; Human-computer interaction; Constant temperature heating; Real time clock

1 绪 论

1.1研究背景及意义

随着芯片控制技术与传感器检测技术的发展，智能化控制逐渐走向市场，以其高效、准确的控制优势逐渐替换传统的人工控制方式。定时器以其准确的时钟频率，严格的时间把控被应用到各领域的定时控制场合中，它能够根据人们设置的时间参数，按照程序逻辑严格执行，时间到点后即刻执行。定时恒温控制技术是基于定时功能与恒温控制功能组合而成的一种新的控制方式，它能够根据用户设定的时间值准确执行恒温加热控制，其用途范围广效果突出，被世界各国工业控制、农业植保、畜牧业养殖中积极采用和推广。如今定时恒温控制功能的应用身影生活中随处可见，如大棚室温控制、仓库室温控制、电饭煲恒温控制、热水器定时恒温加热功能等。该系统以大棚为应用对象，通过系统定时控温功能实现对大棚环境温度的定时恒温控制。未来是机器替代传统工作释放人们时间的时代，因此改变传统控制方式，推动产品智能化发展具有非常深远的意义。

1.2国内外研究现状

近年来我国设施园艺得到了快速发展，信息技术、传感器技术、无线网络、信息处理、决策服务等智能化技术越来越多地应用于大棚温室管理中，尤其近年来物联网技术的发展和应用，更加促进了温室智能化管理技术的发展。温室环境信息获取方面，研究初期主要采用无线传输方式，如朱伟兴等设计了以计算机为上位机、MCS-51单片机为下位机的智能温室群集散控制系统就是运用RS232/RS422有线传输环境信息。近年来国内在温室环境无线测控技术方面开展了相关研究工作，主要是采用2G、3G网络通信技术、Zigbee、蓝牙和WIFI等方式进行信息的传输。由于大棚温室测控系统服务于多个温室，范围广，环境参数复杂，为了提高采集数据的可靠性和稳定性，程曼等多位研究员在多传感器采集数据基础上，利用最小距离聚类法确定各传感器融合的次序，提高融合结果的客观性。

温室控制技术在国外的发展要追溯到罗马时期。从20世纪70年代开始，计算机控制技术也开始应用到温室控制当中，最开始是用现场采集技术，发展到后来应用了较为高级的分布式控制系统。目前，美国已经将众多新型技术应用到温室生产当中，包括全球定位控制系统、计算机控制技术和遥感技术等。除此之外，许多发达国家在温室控制方面都有较为深入的研究。 国外对温室环境控制系统的研究也为其带来的飞速的发展，在控制手段的技术上经历了“手动―自动机械―分散电动―集中电子―计算机集成”五个阶段。从20世纪80年代开始，随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术广泛应用于各个行业，也包括温度控制系统当中。 目前世界制造业的迅猛发展为温度控制系统也带来了巨大的革新，人们已经不满足于自动化控制，而是追求全自动化、无人化控制，例如荷兰在生产它们作为标志性的花卉及蔬菜时，自动化控制占85%。针对于一些较为复杂的参数，例如温室材料、结构、载荷、微环境（包括温湿度、通风、光照、CO2浓度等）等，英国有一家专门机构来进行研究，这样，全自动化温室控制技术就能更便捷的发展。目前日本研究出无人化的温室大棚，对只能温室控制及现代化农业的发展都带来了新的启发。 总的来说，国外在温度控制系统方面的研究已经非常的深入，包括参数采集，控制方式的升级，以及无人化的实现。但温度控制系统应用于农业生产中还有很多问题亟待解决，因为农作物的生长有许多经验性的因素存在，所以要达到完全的自动化生产还需要更多的仿真数据及实践研究。

1.3本文研究内容

本文主要研究大棚定时温控系统的设计，该系统主要实现的功能为用户可通过键盘按键或手机蓝牙控制的方式设置系统实时时钟与大棚环境温度定时恒温加热等功能，当实时时钟到达设置的定时时间后系统开始执行升温加热工作，大棚环境温度由温度传感器检测并反馈，最终使大棚环境温度恒温在设定值。当执行时间完成后系统停止恒温加热，等待下一个周期的开始，如此一直循环。该系统通过小型模拟器件组合搭配设计，实现能够对大棚定时控温功能进行研究测试与功能演示的作品，通过该演示系统阐述如何通过微控制器与各功能电路以及传感器协同工作实现大棚的定时控温功能。

2 系统方案设计

2.1系统设计的任务与要求

任务：

1. 实现大棚环境温度定时恒温控制功能；
2. 具有人机交互功能，通过手机蓝牙或键盘控制与LCD液晶显示屏实现人机交互；
3. 能够通过键盘或手机蓝牙设置实时时钟、定时时间与恒温温度等参数；
4. 温度传感器能够检测环境温度并实现温度负反馈调节。

要求：

（1）实时时钟准确；

（2）定时周期可变；

（3）恒温加热稳定；

2.2系统电路总体框图及工作原理

该系统通过小型模拟器件组合搭配设计，实现能够对大棚定时控温功能进行研究测试与功能演示的作品，通过该演示系统阐述如何通过微控制器与各功能电路以及传感器协同工作实现大棚的定时控温功能。在大棚实际应用环境中，需要用到上千瓦大功率发热器作为加热器，受于条件限制，该作品将通过一个小功率PTC发热片替代大棚的发热器作为功能演示。

逻辑控制单元为STC89C52微处理器，PCF8563时钟电路提供实时时钟读取与时间校准功能，DS18B20温度传感器检测被测物体温度，PTC加热片作为加热器件，时钟日期与检测温度通过LCD1602液晶屏显示，界面的切换与参数设置通过轻触按键或手机蓝牙控制。系统原理框图如图2.0所示。

图2.0 系统原理框图

以STC89C52微处理器为控制单元，通过IIC通信协议读取与设置PCF8563时钟模块的实时时钟数据获取当前实时时间或校准时间，定时功能通过设置定时时间参数，微处理器根据读取的实时时钟与设置的定时时间相比较进而判断是否到了定时的执行时间。定时功能包含定时的时间周期与执行时间长度，定时时间周期最短可设为一天为一周期的某个时间点为执行时间，最长可设为99天为一周期的某个时间点为执行时间，执行的持续时间最短可设工作1秒，最长可设工作99小时99分99秒。被测物体温度由18B20温度传感器检测，微处理通过读取温度传感器的检测温度值与设定的加热温度值进行相比较，进而控制PTC加热片的加热输出功率实现负反馈恒温调节。加热控制功能由定时器控制，定时器设置加热的定时周期与持续时间，微处理器就会按照用户设置的参数控制PTC加热片定时加热与加热恒温的持续时间。温度传感器、加热片、微处理器构成负反馈恒温调节系统，PTC加热片的实际温度由18B20温度传感器检测获取，获取的温度数值通过微处理器PID运算后调PWM的输出脉宽，进而调节PTC加热片的加热功率最终使温度恒定在用户设定的温度值。LCD1602液晶显示屏和轻触按键以及手机蓝牙控制构成人机交互功能组件，通过LCD1602液晶显示屏显示功能界面与数值参数，用户通过液晶屏获取设备状态信息，通过轻触按键或手机蓝牙进行UI界面的切换以及数值编辑等操作上的功能实现。整体系统采用5V直流电源供电，整体系统组合结构合理抗干扰能力强，控制简单方便人性化。

3 系统硬件电路设计

3.1主控制器模块电路

此项目中选用STC89C52微处理器作为逻辑运算器件，STC89C52微处理器是一款以MCS-51为内核的8位微处理器，片上集成能存放8K Byte容量的Flash和512 Byte容量的RAM，此款微处理器内核小巧可进行位操作与寄存器操作，该微处理器具有3个定时器2个外部中断以及1个全双工串行口，以上功能通过简单的寄存器配置操作就可实现其功能应用，控制灵活方便且该微处理器单元由CMOS组件构成，因此运行功耗低被应用于广泛场合中。

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