自动控制系统课程设计报告

温室智能测控系统的设计

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目录

绪论 (1)

1 课程设计的目的 (2)

2课程设计的主要内容 (2)

2.1温度控制系统的概述 (2)

2.2系统硬件设计 (4)

2.3功率控制模块 (9)

2.4键盘输入模块 (12)

2.5显示报警模块 (13)

3系统功能设计 (14)

3.1核心控制模块 (14)

3.2信号采集模块 (16)

4系统的软件设计 (16)

5 设计心得体会 (19)

参考文献 (20)

包括遮光降温法、屋面流水降温法、蒸发冷却法及强制通风法。保温包括减少贯流放热和通风换气量、增大保温比、增大地表热流量。空气湿度的调控，主要是防止作物沾湿和降低空气湿度两个直接目的。除湿的方法有通风换气、加温除湿、适当地控制灌水量、使用除湿型热交换通风装置。加湿的方法包括喷雾加湿、湿帘加湿、温室内顶部安装喷雾系统。

本系统分别采用热风采暖系统、通风降温除湿和喷雾加湿的方法。当湿度低于设定值即打开滴灌电磁阀进行喷水，当湿度与设定值的偏差满足要求时即关闭电磁阀；当温度高于设定值一定幅度或湿度高于设定值一定幅度时，单片机控制风扇进行排风；当温度低于设定值一定幅度时，单片机控制电热丝进行加热。所以，温室智能测控系统的执行装置是风扇、电热丝和滴灌电磁阀。

（2）总体方案

①系统结构框图

②系统工作流程

传感器测量现场湿度、温度，并将湿度温度转换成模拟电信号，经过调理电路进行放大、滤波处理，消除噪声干扰信号，最后由A/D转换器将处理过的模拟信号转换成数字信号，并输出到单片机接口。

3）AD590的电源电压X围为4～30 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；

4）输出电阻为710 mΩ；

5）精度高，AD590在- 55℃~+150℃X围内，非线性误差仅为±0.3℃。

由于温室大棚较大，在温室内分布设置8个，分布式采样后送到单片机进行处理，提高数据精度，能更好的反应温室温度信息。温度测量电路采用现有的设计电路，下图为从参考文献中摘录的一种AD590温度测量电路。

电路输出为电压信号，需要经过进一步A/D转换。

该系统最大精度为1%，故选用分辨力为8位的A/D芯片，由于系统对实时性要求不高，故A/D转换采用ADC0809。ADC0809的输入即为各传感器信号经温度测量

湿度输入硬件电路设计

湿度传感器采用HS1101。HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，固态聚合物结构，精度高达±2％RH；极好的线性输出；1～99％RH湿度量程；一40～100"C 的温度工作X围，响应时间5秒；湿度输出受温度影响极小，防腐蚀性气体；常温使用无需温度补偿，无需校准；电容与湿度变化0.34pf/％RH；典型值180pf55％RH；长期稳定性及可靠性；年漂移量0.5％RH/年。符合系统要求。

由于气体分子运动很快，温室内部各处湿度相差不大，故温室中只采用一个湿度传感器。湿度测量电路采用现有的设计电路。

下图为摘录的一种经典HS1101湿度测量电路。如图所示，将HS1101接入555定时器组成的振荡器电路，输出一定频率的方波信号。信号输出端接8031的定时计数器T0，通过检测信号频率可以计算出HS1101的电容值，进而可求得湿度值，通过程序设计可对湿度进行温度补偿，用来抵消温度变化带来绝对湿度的误差，

得到更加精确的相对湿度数值，从而使控制更加精确。

功率控制模块

温室内部系统惯性大，被控量温度、湿度变化比较缓慢，控制响应实时性要求不高，故采用开关量输出通道。单片机根据输入信号经运算处理后输出控制信号，控制信号经8255锁存，再经过输出驱动器放大信号，驱动执行机构动作。在该系统中驱动的执行机构包括风扇、电热丝和滴灌电磁阀。由于执行机构功率较大，这里不采用直接放大，而是利用光耦隔离控制。

光耦选用TLP521-4，其提供了4个孤立的光耦中16引脚塑料DIP封装，集电极-发射极电压55Ｖ，隔离电压2500 V（最小）。执行机构的开关采用西德公司生产的交流固态继电器(图中SSR所示)。固态继电器的主要参数如下：

功率控制电路：

键盘输入模块

该模块是人机交互的接口，由键盘及接口电路组成，用于将操作人员的要求传达给控制系统。由于该系统用到的按键较少，采用独立连接式非编码键盘。

操作面板由8个按键，如图所示。在正常工作的过程中，按“Edit”键开始设定数值，按“T”设置温度，从最低位开始，“+”表示该位加1，“-”表示该位减1，最低位设置好后，按“<”向左移一位，设置左侧的一位，以此类推。当设置到最高位后，再按“<”则回到最低位，温度设置完成后，按“Enter”。再按“H”设置湿度，方法同上。全部设置完成后，按“Done”退出设置模式，系统继续运行。键盘按键连接在功率控制模块中所提到的8255A上，8个按键分别连接PA0~PA7。该8255A的A口地址为BFFCH，此即键盘的地址。

键盘控制面板如下：

键盘连接电路

显示报警模块

该模块也是人机交互的接口，如果出现长时间检测到的温度或者湿度数值与设定值偏差超过一定界限，或者设置超限，则输出控制报警器报警。该模块由6个数码管、一个蜂鸣器和一个LED及相应的接口电路组成。

数码管中的3个显示实测值，另外3个显示设定值，温度与湿度数值交替显示。报警采用蜂鸣器加LED，单片机的P1.1控制蜂鸣器，P1.2控制LED，连接电路如下图所示。

6个数码管是共阴极的，由另一个8255A控制。该8255A其片选信号CS接P2.5，且P2.5低电平有效，即8255A的地址为DFFCH~DFFFH（其中P0.2~P2.4任意）。8255A 的A口地址为DFFCH，A0~A5经反向驱动器7406后接6个数码管的片选端作为选通信号。8255A的B口地址为DFFDH，B0~B7经同向驱动器7407后接数码管的各个阳极。连接电路见附图“温度、湿度实时显示电路”。