基于51单片机的温度控制系统设计论文

青岛科技大学本科毕业设计（论文）

1引言

1.1课题背景及意义

当今时代，是一个信息化告诉发展的时代。科学技术的发展速度越来越快，各种新技术层出不穷，被广泛的运用在各个方面。其中农业就是一个重要的应用领域。

新技术的出现为农业的发展带来了新的动力，让农产品的产量得到增加的同时使用了更少的人力，使生产效率越来越高。在一些地区，温室大棚得到了广泛的应用，使人们能够吃到许多原本在当前季节吃不到的水果与蔬菜。但是，温室大棚技术在当前时代的发展水平还不够充足，现今的温室大棚基本为拱形结构，外部为薄膜等透光性较好的材料，这样做使得农作物能够获得较为充足的太阳光，有利于农产品的生长。但是温度却得不到有效的控制，使得大棚内的温度或高或低，不利于蔬菜或水果的发育和有机物的积累，造成的结果就是大棚内的产物产量不高，从而使得市场上的价格偏高，不能让大棚内的食品成为每个人都有能力食用的产品，让人们不在期盼与尝试，这对于大棚农业的发展有百害而无一利。

为了解决这个不可避免的问题，本设计使用51单片机进行大棚内的温度控制，通过检测大棚内的温度实时调节以保持最佳温度，让大棚里的作物得到最好的生长环境，从而使得产量能够增加。使用51单片机主要是由于当前单片机的发展与广泛使用，让单片机的价格不断下降，从而使用户得到最高的性价比。

1.2单片机在农业生产自动化中的应用现状

由于人口增长、资源短缺和环境变化，经济发达国家和一些发展中国家都在研究21世纪农业可持续发展的问题。将各种现代化高新技术应用于农业生产，在有限的自然条件下，通过人工建造的设施控制环境，提高农业自动化水平，于是产生了设施农业，这些设施大部分都是通过单片机进行控制的。设施农业就是通过采用现代农业技术，改变自然环境，为种植业、养殖业以及产品的储藏保鲜等提供适当的环境条件，而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业。设施农业以其技术含量高、品质高、效益高和集约化等优点，在国外发达国家得到了快速发展。国外发达国家一直致力于把自动控制技术应用于设施农业中，即将自动化技术应用于农作物的耕种、施肥、灌溉、防治病虫害、收货的全过程，畜禽水产品等饲养全过程，以及农产品的加工、储藏和保鲜的全过程。随着农业自动化的发展，发达国家的设施农业已经形成设施技术完备、生产规范、质量保证性强的特点，并向高度自动化、智能化方向发展，成为推动现代农业发展的重要方面。目前，设施农业比较发达的国家有荷兰、以色列、美国和日本。农业设施自动化的基本特征就是以农业自动化设施代替人的劳作，完成农业生产的部分或全部作业。建立在以计算机技术、自动传感和控制技术基础上的农业自动化技术在设施农业中的应用主要体现在：节水灌溉

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作业的自动控制、农业温室的自动控制、果实收获作业的自动控制、农产品加工的自动控制和农业生产工厂化等方面。

1.3本文结构

本文一共分为6章，包含了从背景、设计、开发，结论等各个方面，比较系统的介绍了基于51单片机的温度控制系统。本文的具体结构如下：

第一章为引言，重点介绍了当前大棚技术的发展，以及单片机技术在农业生产中的应用，给出了本设计的设计目的。

第二章为主要器件的应用介绍，针对本设计，给出了所使用的一系列器件的基本介绍，告诉了读者这些器件的特性，以及使用这些器件的原因。

第三章为系统的总体设计，给出了总体设计的流程图，介绍了设计的思路，给出了系统的组成与各组成的具体功能。

第四章为硬件设计，介绍了使用的各器件的具体内部电路

第五章为软件设计，给出了相关代码，并对软件实现的过程进行了简单的解释 第六章为总结，主要是对本设计的一个归纳，介绍了本设计的特点与不足，以及对未来此设计的一个发展规划。

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2 主要应用器件介绍

2.1温度传感器DS18B20

DS18B20温度传感器是当前最常用的一种温度传感器，它的有效位数为9位，能够满足大部分的使用场合。它使用方便，仅需一条线就能正常的读指令、写指令、转换温度，不需要电池等外部供电设备，让它的适应范围得到了最大程度的体现。同时，由于如今的产量较高，DS18B20的价格比较低廉，使用起来性价比较高，不会承担太多的经济压力。并且它能够在各种恶劣的环境下完成温度的识别，它可以测量从-55摄氏度到125摄氏度范围内的温度，范围比较广泛。虽然误差较大，有0.5℃，但是应用在大棚技术上精度已经足够，所以是最适合的一款温度传感器。

图2-1DS18B20的引脚排列 Figure 2-1 pin arrangement of DS18B20

DS18B20的温度转换速度较快，这就为实时控制温度提供了可能，他可以在一秒内将温度变为数字，也就是说可以该系统的延时不会超过2秒，这远远超过了大棚技术的要求。同时一条总线上还可以使用多个传感器，这就可以分类控制，让大棚内的作物不必要只有一种，可以一种作物设定一种温度，为农业生产提供了最大的灵活性，同时也不会出现生产过剩的问题，让农民可以合理种植，合理搭配种植的数量与种类。

2.2步进电机

步进电机在大棚温控系统中是相当重要的一个部分，是温控系统的执行器，温度的实时控制全程需要步进电机的模拟，它在大部分领域都有极其重要的应用。其中，自动化领

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域是步进电机的主要使用领域，尤其是在微电子和计算机技术飞速发展的先进，步进电机在自动化控制领域的使用越来越普遍。

步进电机的工作原理也相当容易理解，主要就是将接收到的电脉冲转化为角位移。通俗来说，就是步进电机一开始处于等待状态，之后，脉冲信号开始到来，每当接收一个脉冲信号，步进电机就旋转一个很小的角度，这个角度就叫做角位移。每种步进电机的角位移都不一样，角位移越小，步进电机的精确程度越高，控制步进电机旋转的角度的就越准确。想要旋转固定的角度，只需要给它相应数量的脉冲信号。例如，如果想转动75度，角位移为7.5度，那么只需要给它10个脉冲就能完成。步进电机速度与加速度的改变也不复杂，主要是通过控制脉冲的频率来完成的，这些功能足以完成当前设计的模拟。同直流电机相比，虽然成本偏高，但是误差却大大降低，因此还被广泛的应用在各种开环控制中。 现在市场上的步进电机各种各样，但比较常用的差不多4种，用户可以根据自己的需求灵活选择。永磁式步机电机的角位移较大，无法实现精准的控制。反应式步进电机转矩很大，角位移比与上一种相比较低，但噪音较大，不适合静音装置，在大型车间可以使用。混合式步进电机是上面两种步进电机优点的结合体，角位移很小，所有控制的精准度很高，而且噪音不大，适合静音装置的使用。正是因为优点众多，这种步进电机的使用比上面两种更加广泛，在这次大棚温控系统中使用的就是这种步进电机。

2.3 89c51单片机

单片机简称MCU，学术名称叫做微控制器。在大多数人眼里，单片机相当于一台小型的计算机，因为二者的结构相似。都是由5部分组成，包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。二者都可以外接许多设备，完成一些特定的功能。与计算机相比，他由于体积的关系，并没有提供外围设备，因此功能相对较少。但是随着科学技术的飞速发展，自动化和智能设备日新月异的情况下，单片机的应用也越来越广泛，大到国家武器，小到家用家电都离不开单片机的使用。说的重要一点就是，没有了单片机，就没有如今自动化的发展。

单片机内部存储器和计算机内部的存储器大致类似，可分为两种存储器。一种为只读存储器（ROM），顾名思义就是存储器里的数据只能读取，不能存储，这种存储器的灵活程度比较低，但是断电后存储器里面的内容不会丢失。另一种为随机存取存储器（RAM），同上一种存储器相比，这种存储器既可以读取，又可以存储，灵活性大大加强，但与此同时，这种存储器也有一个很大的缺点，断电后存储器里面的内容会清空。也就是说碰上意外断电的情况时，你的劳动成果可能会一去不回。存储器中的数据用高低电平表示，通过不同的编码规则确定独一无二的数据。当你想要存储某个数据时，只需要将数据用特定的0,1代码表示出来，但是在个人电脑上，由于操作系统自动完成这种操作，所以不必需要记住如此复杂的编码。

AT89C51单片机内部含有一个4k大小的而且用flash工艺制造的FPEROM和一个128字节大小RAM。 AT89C51是一种能耗比较高的单片机。因为它拥有8位的微处理器和用

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