Курсовая работа (т): Мікропроцесорна система управління мікрокліматом теплиці

Мікропроцесорна система управління мікрокліматом теплиці

Зміст

Вступ

. Аналіз технічного завдання курсової

.1 Призначення системи

.2 Мета створення системи

.3 Порядок роботи з пристроєм

.4 Функціонування системи

. Розробка і опис структурної схеми

. Розробка принципової схеми і вибір елементної бази

.1 Вибір мікропроцесора

.2 Вибір температурного датчика

.3 Вибір датчика вологості

.4 Вибір засобів індикації

.5 Вибір кнопок управління системою

.6 Вибір виконавчих пристроїв

. Розробка алгоритмів роботи програми

. Написання текстів програми

.1 Проведення аналізу даних із температурного датчика

.2 Проведення аналізу даних із датчика вологості

Висновок

Література

Додатки

Вступ

На значній території нашої країни у зв'язку з тривалою, нерідко суворою зимою і коротким, не завжди теплим літом складаються несприятливі умови для вирощування теплолюбних рослин у відкритому ґрунті.

Для розширення можливості вирощування рослин і постачання населення свіжими продуктами харчування, особливо овочами, в несприятливі періоди року застосовують різні споруди захищеного ґрунту, в яких штучно створюються необхідні умови для росту і розвитку рослин. За ступенем задоволення потреб рослин у комплексі чинників життєзабезпечення або по технологічної складності споруди захищеного грунту поділяють на парники, утеплений ґрунт і теплиці .

У спорудах захищеного ґрунту необхідно прагнути до створення оптимальних параметрів середовища вирощування. На жаль, в найпростіших теплицях на присадибних ділянках в основному на сонячному обігріві не завжди цьому приділяється належна увага. У результаті рослини в таких теплицях постійно перебувають у стресових умовах. Вночі, як правило, рослини переохолоджуватися, вдень у сонячну погоду перегріваються. Особливо поглиблюються несприятливі дії в теплицях, розташованих на садово-городніх ділянках, значно віддалених від місць постійного проживання власників. У таких теплицях, відвідуваних, як правило, лише у вихідні дні, немає можливості оперативно втрутитися у формування клімату, в результаті чого він нерідко далекий від оптимального. Правильний тепловий режим в теплицях дозволяє підвищити врожайність в 2-3 рази.

Існують численні системи автоматизованого управління мікрокліматом теплиць. Як правило, такого роду системи, що поставляються численними фірмами (НВО " схемотехніки ", НВФ " Фіто ", система " Агротем ") містять повний комплекс управління мікрокліматом.

Такі системи, звичайно, хороші і ефективні, але мають цілком відчутним недоліком - високою вартістю. Використання такого роду систем у промисловій агротехніці виправдана: територія теплиць величезна, а така система дозволяє економити на персоналі, отримувати великий урожай, що дозволяє збільшити прибуток, а, отже, окупити систему.

Особливістю агротехніки нашої країни є те, що 70 % населення самі забезпечують себе овочами в літній та осінній період за рахунок вирощування культур на присадибних ділянках. Природно, що в таких умовах вирощування людина не може постійно контролювати мікроклімат у теплиці, а й купувати дорогу систему теж немає можливості . Багато хто з дачників використовують підручні, не завжди надійні та ефективні властивості - гідроциліндри для автоматичного відкривання кватирок при дуже високій температурі, бочку з невеликим отвором для поливу та інше. Ці пристосування не дороги, але малоефективні і не надійні (гідроциліндри часто виходять ладу, тече масло, ущільнювальне кільця швидко приходять в непридатність, температура, при якій відкривається кватирка, вимірюється емпірично і т.д.). Тому необхідно створити просту систему управління основними параметрами мікроклімату: температура і вологість.

1. Аналіз технічного завдання курсової

Метою даного проекту є створення системи контролю мікрокліматом теплиці на базі мікропроцесора AT89C51.

Рисунок 2.1 - Зовнішній вигляд пристрою і схема зв’язків

.1 Призначення системи

1. Контроль температури і вологості в теплиці

. Забезпечення зручного керування мікрокліматом в теплиці.

. Можливість виставляти різні типи мікроклімату в теплиці для вирощування різних типів культур.

.2 Мета створення системи

1. Точне дотримання умов вирощування культур для підвищення врожайності.

. Автоматизація операцій поливу і провітрювання, що не вимагають безпосередньої участі у вирощуванні культур.

. Стеження за зміною мікроклімату для захисту культур від несприятливих факторів (різка зміна температур, посуха).

1.3 Порядок роботи з пристроєм

1.   Для включення пристрою підключаємо його до постійного джерела живлення за допомогою виводів "Живлення". Натискаємо клавішу вкл. і одразу загориться "Індикатор роботи" пристрою і на "Дисплеях температури і вологості" відобразяться відповідно значення температури і вологості, тобто температура і вологість на "датчику температури" і "датчику вологості".

2.      Після включення, починають успішно працювати всі, або декілька елементів пристрою. Кількість початково задіяних компонентів визначається відповідно до співвідношення температури чи вологості. Температура і вологість, яку ми хочемо досягнути (відповідно до режимів роботи) і реальної (температура і вологість на відповідних датчиках).

.        По замовчуванню при запуску системи будуть стояти параметри температури і вологості відповідно до 1 режиму роботи(Таблиця 1).

Для зміни режиму роботи використовуються клавіші "+" та "-" на пульті керування. Відповідно до зміни режиму роботи загорається відповідний світлодіод і відповідно змінюються параметри температури і вологості згідно наступного режиму роботи.

.4 Функціонування системи

Після включення системи проводиться вибір вирощуваної культури. Далі зчитується температура, виводиться на індикатор, аналізується. У разі необхідності - її коригування (включення нагрівача або провітрювання), потім зчитується вологість, аналізується і приймається рішення про необхідність поливу.

Кожен режим характеризується своїми параметрами, представленими в таблиці:

Таблиця 2.1

2. Розробка і опис структурної схеми

Рисунок 3.2 - Структурна схема мікропроцесорної системи

Структурна схема є першою моделлю електронного пристрою, яка відображає принцип роботи пристрою в загальному вигляді. Перевагою структурної схеми є те, що по ній можна швидко одержати уявлення про склад, структуру і виконувані ним функції, не відвертаючи уваги на схемну реалізацію його функціональних частин.

3. Розробка принципової схеми і вибір елементної бази

.1 Вибір мікропроцесора

мікроклімат теплиця алгоритм мікропроцесор

В якості мікропроцесора в системі управління використовується однокристальна 8-ми розрядна мікро-ЕОМ АТ 89С 51.

Мікросхема містить: 8-ми розрядний центральний процесор, логічний процесор з порозрядною і побайтовою обробкою даних, вмонтований тактовий генератор, вмонтований ОЗП даних (128 байт), 20 регістрів спеціального призначення, 8 шин входу/виходу, 2 вмонтованих 16-ти розрядних таймери-лічильники, двохсторонній порт послідовного входу/виходу, система переривань двома рівнями пріоритетності від двох зовнішніх і трьох внутрішніх пристроїв, адресний простір (64 к) для зовнішньої ПЗП, адресний простір (64 к) для зовнішньої програмної пам’яті. Дана мікросхема складається з 20000 інтегральних елементів.

Два програмованих 16-бітних таймери/лічильника (Т/Л 0 і Т/Л 1) можуть бути використані як таймери або лічильники зовнішніх подій. При роботі як таймер вміст Т/Л інкрементується в кожному машинному циклі, тобто через кожні 12 періодів кварцового резонатора. При роботі в режимі лічильника вміст Т/Л інкрементується після переходу з 1 в 0 зовнішнього вхідного сигналу, який подається на відповідний (Т 0, Т 1). Вміст лічильника буде збільшене на 1, у тому випадку, якщо в попередньому циклі був визначений вхідний сигнал високого рівня (1), а в наступному - сигнал низького рівня (0). На розпізнавання переходу потрібно два машинних цикли, тобто максимальна частота підрахунку вхідних сигналі дорівнює 1/24 частоти резонатора.

Рисунок 4.3 - Умовне графічне позначення мікросхеми AT89C51

Таблиця 4.2 - Призначення виводів AT89C51

Електричні параметри:

Напруга живлення……- 4,75…5,25В

Вхідна напруга високого рівня……- 0,5…+5,75В

Вхідна напруга низького рівня……- 0,5…+0,8В

Вихідна напруга високого рівня……>2,4В

Вихідна напруга низького рівня при І0ВИХ=1,6 мА……<0,45В

Струм споживання……<150 мА

Струм втрат на входах, при 0<ивх<5,75В ……< |±10|мкА

Споживана потужність……0,69Вт

Ємність навантаження……100 пФ

Тактова частота 3,5...12 МГц

Мінімальний час виконання короткої команди……Імкс

Швидкість обміну даними в послід, порті вводу/виводу……110…375000біт/с

Кількість базових команд……111

Ємність стеку……0,128 кбайт

Об’єм адресної пам’яті команд, даних……64 кбайт

Напруга живлення……<7В

Вхідна напруга високого рівня……<7В

Вхідна напруга низького рівня……<7В

Ємність навантаження……<500 пФ

Температура навколишнього середовища - 10…+70°С

.2 Вибір температурного датчика

Як датчик температури був обраний датчик DS1621 фірми Dallas, представлений на Рисунку 4.3.

Рисунок 4.4 - Температурний датчик DS1621.

Основні його властивості:

• Пряме перетворення температури в цифровий код, без додаткових АЦП

• Можливість передачі даних через одне-, двох-провідний інтерфейс

• Можливість адресації декількох датчиків на одній шині

• Заводське калібрування і вбудована корекція нелінійності, не потрібно додаткової підстроювання

• Широкий діапазон виміру температури (-55 ... +125 ° С)

• захист від агресивного середовища

Технічні характеристики датчика наведені в таблиці 4.3:

Таблиця 4.3

Температурний датчик необхідно встановити таким чином, щоб на нього не потрапляли прямі сонячні промені, а також вода при поливі, прагнучи при цьому максимально зменшити віддаленість від самого пристрою.

.3 Вибір датчика вологості

Як датчик вологості був обраний HIH 4000-003. Він забезпечує широкий діапазон вимірювань, високу надійність і низьку вартість при використанні мікроелектронної технології. Це дозволяє проводити ємності планарного типу тонкоплівкових методом. Завдяки цьому ми маємо мініатюрні габарити чутливого елемента, можливість імплементації на кристалі спеціалізованої інтегральної схеми обробки сигналу. Технологічність і високий вихід придатних кристалів забезпечують малу вартість продукції даного типу. Параметри датчика вологості наведені в таблиці 5. Можливо пряме підключення до АЦП мікроконтролера завдяки стандартному розмаху вихідного сигналу (від 1.0 до 4.0 В). Встановити датчик необхідно таким чином, щоб краплі води при поливі не потрапляли не його, а також захистити від дії прямих сонячних променів, щоб уникнути зниження точності вимірювання.

Таблиця 4.4

3.4 Вибір засобів індикації

В системі нам необхідно візуально відображати поточну температуру в теплиці і обраний режим роботи. Для цього будемо використовувати семисегментні індикатори і світлодіодну лінійку.

Рисунок 4.5 - Блок індикації(світлодіодна лінійка)

-HL5 - індикатори режимів роботи системи.- індикатор включення/виключення системи.,HG2 - індикатор температури.,HG4 - індикатор вологості.

Рисунок 4.6 - Блок індикації(семи сегментні індикатори)

.5 Вибір кнопок управління системою

Рисунок 4.5 - Дискретні кнопки

S1 - кнопка включення/виключення системи.- кнопка для вибору режиму роботи (При натисканні цієї клавіші режим роботи переключається на наступний по-порядку)- кнопка для вибору режиму робот (При натисканні цієї клавіші режим роботи переключається на попередній по-порядку)

.6 Вибір виконавчих пристроїв

В системі мікропроцесор повинен управляти охолодженням, поливом та обігріванням теплиці. Для охолодження та поливу будем використовувати

Мотори(ENG1,ENG2), а для обігріву нагрівальну лампу(L1).

В якості ключових елементів вибираємо транзистори(VT1,VT2,VT3), які комутують напругу на відповідне електромагнітне реле. Для запобігання самоіндукції електромагнітного реле використовуєм діоди(VD1,VD2,VD3).

Для замикання або розмикання електричного кола використовуєм електромагнітне реле(RL1,RL2,RL3).

Рисунок 4.6 - Схема підключення виконавчих пристроїв.

4. Розробка алгоритмів роботи програми

1.   Пристрій вмикається після натиснення клавіші S1. Загорається HL6.

2.      Проводиться опитування датчиків температури і вологості.

.        Виводяться дані про навколишню температуру і вологість на індикатори температури(HL1,HL2) і вологості(HL3,HL4).

.        Якщо натиснута клавіша S2 - проводиться вибір наступного режиму роботи (1 режим по замовчуванню).

.        Якщо натиснута клавіша S3 - проводиться вибір попереднього режиму роботи.

.        В залежності від вибраного режиму, в якого є свої конкретні параметри температури чи вологості, починають працювати обігрів, полив чи охолодження, які коректують ці параметри в разі необхідності (якщо завелика температура то вмикається охолодження, якщо навпаки - обігрів, якщо недостатня вологість повітря то включається автоматично полив).