基于单片机的温室大棚二氧化碳监控系统设计

基于单片机的温室大棚二氧化碳监控系统设计

摘要：本课题主要介绍以STC89C52RC单片机为控制核心，结合传感器技术和智能控制技术构建的温室大棚二氧化碳监控系统。系统采用软硬件结合的设计方法，所涉及模块与电路有单片机最小系统、二氧化碳传感器模块、液晶屏显示电路、声光报警电路、报警阀值设置电路和2路继电器电路等；具体工作过程为用二氧化碳传感器MG811实现对温室大棚中的二氧化碳浓度的实时检测，单片机对传感器采集到的浓度值数据进行分析与处理，一方面将采集的浓度值送至液晶屏1602进行实时显示，一方面将采集的浓度值与系统预设的报警值进行比较，当浓度值超限时为报警电路提供信号，实现对二氧化碳浓度的控制报警。在本设计中系统预置二氧化碳浓度的上下限报警阀值，当采集的浓度值超限时通过led灯和蜂鸣器电路构成的声光报警系统进行报警；系统还可以根据使用环境的不同，即大棚中不同植物对二氧化碳浓度需求的不同，对报警阀值进行重新设定，这部分操作是通过独立按键来进行设定的。。

关键词：STC89C52RC；声光报警；二氧化碳传感器；阀值设定

一、前言 1

1.1设计的背景及意义 1

1.2系统简介 1

1.3设计应解决的主要问题 2

二、系统方案设计 2

2.1系统方案选择 2

2.1.1单片机的选择 2

2.1.2 二氧化碳传感器的选择 3

2.1.3显示设备的选择 4

2.2本系统设计的目的与任务 4

2.3系统原理 5

三、系统硬件设计 6

3.1单片机系统 6

3.1.1 晶振电路 7

3.1.2复位电路 7

3.2二氧化碳浓度采集电路 8

3.2.1二氧化碳传感器简介 8

3.2.2 AD转换电路 9

3.3液晶显示电路 10

3.3.1液晶屏1602 10

3.3.2液晶屏与单片机的接口电路设计 11

3.3.3液晶屏显示界面设计 11

3.4声光报警电路 12

3.4.1灯控示警 12

3.4.2蜂鸣器示警 12

3.5报警阀值设置电路 13

3.5.1独立按键原理 13

3.5.2阀值设定方法 14

3.6大棚二氧化碳补偿措施 14

3.6.1继电器驱动电路 15

3.6.2继电器与单片机的接口电路设计 15

3.7电源供电电路 16

四、系统软件设计 16

4.1主程序设计 16

4.2子程序设计 17

4.2.1 AD采集程序 17

4.2.2液晶初始化程序 18

4.2.3阀值调整程序 19

五、程序调试与运行 20

六、结论 24

参考文献 25

致谢 26

七、附录 27

第一章绪论

1.1设计的背景及意义

温室大棚中农作物的生长除了土壤湿度、光照强度外，影响最大的就是环境中二氧化碳的浓度，当大棚环境中二氧化碳浓度过高或者过低都会导致植物生长缓慢，甚至导致植物无法进行正常的生长，我国是农业大国，农作物的产量和质量的提高是我国经济能否可持续发展的关键性影响因素；结合当前智能化的发展趋势，如何准确有效的检测到影响植物生长的关键性因素，如二氧化碳浓度，并通过自主控制的手段将其维持在植物生长的最佳需求范围之内成为当前现代农业生产中迫切研究的主题。本系统就是基于这一背景下设计的大棚二氧化碳监控系统，本系统的设计很好的完成对温室大棚二氧化碳浓度的采集与控制，电路原理简单，操作方便。

1.2系统简介

本系统主要是以STC89C52RC单片机为控制核心，结合传感器技术、智能控制技术构建的温室大棚二氧化碳监测系统。本设计采用二氧化碳传感器MG811实现对大棚环境中二氧化碳浓度的实时检测，采用液晶屏1602实时显示大棚二氧化碳浓度值；采用蜂鸣器和发光二极管构成整个系统运行状态的标志，即声光报警电路；采用4个独立按键实现对系统预设报警阀值的调整，采用2路继电器电路实现对二氧化碳浓度超上限和超下限二氧化碳浓度的动作补偿，使得环境中的二氧化碳浓度值维持在一定范围内，以此达到对温室大棚二氧化碳浓度监控的目的。具体工作过程如下：单片机控制二氧化碳传感器对大棚环境中的二氧化碳浓度进行采集并对采集到的浓度值数据进行分析与处理，当采集的浓度值超过预设阀值上限时，对应报警灯被点亮，蜂鸣器响应，单片机控制第一路继电器吸合，风机转动模拟通风的动作，直到采集的二氧化碳浓度值低于阀值，报警指示灯熄灭、蜂鸣器不响应、继电器断开、风机停止工作；当采集的浓度值低于预设阀值下限时，对应报警灯被点亮，蜂鸣器响应，单片机控制第二路继电器吸合，二氧化碳发生器开启，增加环境中的二氧化碳浓度，直到采集的浓度值高于阀值，报警指示灯熄灭、蜂鸣器不响应、继电器断开、发生器停止工作，由此实现对温室大棚中二氧化碳浓度的自动控制及调节。

1.3设计应解决的主要问题

本设计的要点及难点在于如何有效稳定的采集大棚种二氧化碳的浓度值，并将其实时的显示在液晶屏上；其次是如何通过单片机的I/O口实现对大功率器件，如蜂鸣器的驱动与控制；最后是对液晶屏显示界面的设计，界面显示能够实时的显示二氧化碳浓度值、设定的报警阀值和当前系统的状态（正常和超限）等。

结论

本课题设计的是基于单片机的温室二氧化碳检测与报警系统，采用软硬件结合的设计方法，实现了预期的设计要求和功能需求，能够准确稳定的的二氧化碳传感器的数值，并能够将采集的传感器数值进行实时显示；传感器设置报警阀值，且报警阀值可以通过独立按键进行调整与设置；系统根据所测得传感器数值能够进行自动报警与指示，蜂鸣器、继电器等执行部件能够根据系统功能要求进行动作，通过多次软硬件联调完成本次设计，达到了预期的效果。通过对本课题的设计与实现得到以下结论：

（1）本系统采用速度快、体积小、价格低廉、下载方便的STC89C52单片机，可以做出可行、可靠性较强的自动控制产品——温室大棚二氧化碳监控系统，实现了对温室大棚二氧化碳浓度的采集与控制。

（2）采用集成模块，如二氧化碳传感器模块、pcf8591AD转换模块等，模块集成度高，抗干扰性强，采集的传感器数据稳定可靠，采用模块化、层次化设计，方便系统的功能的添加与扩展。

（3）选用的器件在符合功能需求的基础上考虑性价比的要求，例如采用的PCF8591转换模块，其为4路AD转换通道，相较于其他AD芯片，如AD0809、ADC0832在性能上均可满足系统的需求，但是价格基本上都是PCF8591的2倍以上，选用资源合适，价格适中的芯片也是本系统设计功能外的一大亮点。

参考文献

[1] 李晓妮.单片机温度控制系统的设计[J]. 九江学院学报,2005,(02):20-21

[2] 李玉梅.基于MCS-51系列单片机原理的应用设计[M]. 北京：国防工业出版社，2006.5:100-104，181-202.

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[5] 白静．《数字电路与逻辑设计》．西安电子科技大学出版社

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[8] 石来德.机械参数电测技术[M].上海：上海科学技术出版社，1981