卜纪清：基于单片机的智能温室大棚温度控制系统设计与仿真
4多功能农田温度环境监测系统仿真与分析
4.1仿真软件ProteusISIS介绍
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，是一个电子设计的教学平台、实验平台和创新平台，涵盖了电工电子实验室、电子技术实验室、单片机应用实验室等的全部功能。其革命性的功能是将电路仿真和微处理器仿真进行协同，直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理器编程调试，并进行功能验证，通过动态器件如电机、LED、LCD开关等，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，可以实时看到运行后的输入输出的效果。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：(1)实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；(2)提供了多种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，极利于调试；(3)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片；(4)提供软件调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil等软件；(5)具有强大的原理图绘制功能[18]。
ProteusISIS与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况乱。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。同时，当硬件调试成功后，利用ProteusARES软件，很容易获得其PCB图，为今后的制造提供了方便[19]。
4.2软硬件结合调试
本设计通过Protues作为硬件仿真平台，通过keilC51作为软件仿真平台，仿真效果如下：
本设计的显示用的是lCD1602液晶显示，显示中，第一行前面“Tem:”代表温度指示，后面跟着的是测量的温度值，第二行后面“Set：”代表温度设定的临界值，后面显示最低和最高温度临界值。其显示效果如图4.1所示：
22
卜纪清：基于单片机的智能温室大棚温度控制系统设计与仿真
图4.1液晶显示效果
另外，当温湿度高于或者低于正常温度范围时，触发则进行报警，蜂鸣器长鸣。本系统设计的整体仿真效果如图4.5所示：
图4.5 系统整体框图
23
卜纪清：基于单片机的智能温室大棚温度控制系统设计与仿真
4.3误差分析
允许出现的误差范围：通过测量得到的数据产生的误差最小为±0.2℃，最大为±0.5℃； 4.3.1误差产生的原因
任何一个系统或者仪器在检测或者使用过程中都会产生误差，而测量得到数据的准确性体现在测量数据与实际数据间误差的大小，误差越小，说明系统的设计与制作越完善。在系统的设计与制作过程中有许多原因会导致误差的产生，如： (1)所使用元器件自身存在的误差；
(2)由于湿度，二氧化碳，尘土，光照等外部环境的影响，系统的硬件设备产生的误差； (3)长时间使用，某些元器件自身的损耗，如电容、电阻受热受潮，也会使整个电路的测量精度下降；
(4)农田面积大，单个测量系统在测量过程中不能够体现农田内的整体温度情况，其测量数据只是体现了农田内某一范围内的温度情况，对整个农田内温度的检测也会产生误差； (5)系统软件在长期的运行过程中产生的误差； 4.3.2减小误差的方法
为了减小测量时产生的误差，是测量的数据更加精确，可以采用以下几种方法： (1)购买质量好的元器件，减小元器件自身产生的误差；
(2)做好硬件电路的防尘与防水等保护工作，减少外部环境对硬件电路的影响； (3)定期检查电路设备，更换主要的元器件，如单片机，温度传感器；
(4)在农田内的不同区域放置测量电路进行测量，然后将多组数据汇总求平均值； (5)对测量系统的软件部分做定期检测与维护，保证测量系统的正常运行；
24
卜纪清：基于单片机的智能温室大棚温度控制系统设计与仿真
5结论
通过这次毕业设计，从硬件电路设计到软件编程，使我熟悉了开发的整个过程，总体来说还是很有收获的。利用这段时间我对C语言也有了一定的了解和理解，在遇到不熟悉的语句时候我立刻翻书，经过这次实验的锻炼，更加熟练了。重新复习并进一步学习了51单片机，熟练掌握了Word软件的使用。此外自学了Proteus仿真软件。这次做的多功能农田温度环境监测系统设计，虽然设计思路简单，但有很强的实用性和可拓展性，因此具有很重要的显示意义。
本系统以单片机AT89C51为核心部件，温度传感器DS18B20为农田内温湿度数据采集器，通过硬件电路设计与软件设计相结合的方法实现了对基于单片机多功能农田内的温度进行设定、温度数据的采集、农田内温度的监控、对温度传感器采集到的温度数据的分析、农田内温度的调节、在LCD显示器上显示等多种功能。通过键盘电路，结合农田内植物生长的最佳温度范围设定系统控制的温度范围，当农田内温度高于设定的最高温度时，风扇工作对农田内进行降温处理，当农田内温度低于设定的最低温度时，电热棒加热，对农田内进行升高温度处理从而保证了农田内的温度维持在系统所设定的温度范围内。通过ProteusISIS仿真软件的仿真，在LCD上显示出来的数据在此系统允许测量的误差范围内，达到了预期的设计效果。
虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练，但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这几个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。
25
卜纪清：基于单片机的智能温室大棚温度控制系统设计与仿真
参考文献
[1] http://baike.http://www.wodefanwen.com//view/156436.htm
[2] http://www.51e-online.com/bjcyyjy/product-1050529.html
[3] 高迟.基于单片机的多功能农田环境监测系统[J].机电产品开发与创新,2005.11.28 [4] 李晓龙，王志国.基于单片机的多功能农田温度环境监测系统设计与实现[J].计算机光盘软件与 应用,2012.12.01
[5] 陈育斌.MCS-51单片机应用实验教程.大连市:大连理工大学出版社,2011: 203-206 [6] 楼然苗,李光飞.单片机课程设计指导.北京市:北京航空航天大学出版社 ,2012:45-52 [7] 何立民，单片机实用文集.北京航空航天大学出版社，1993.
[8] 李莉娜,陈岱.单片机数据通信典型应用大全.北京市:中国铁道出版社,2011:172-174 [9] 夏兴华,韩忠华,候静.传感器原理与应用.北京市:人民邮电出版社,2012:167 [10] 张宪.传感器与测控电路.北京市:化学工业出版社,2011:138-143
[11] 王文海.单片机应用与实践项目化教程.北京市:化学工业出版社,2010:163-258
[12] 蒋辉平,周国雄.基于PROTEUS的单片机系统设计与仿真实例.北京市:机械工业出版社,2009:78-88
[13] 孙焕铭.51单片机C程序应用实例详解.北京市:北京航空航天大学出版社,2011: 154-157
[14] 翁嘉民.单片机应用开发技术、基于Proteus单片机仿真和C语言编程.北京市:中国电力出版社,2010.01
[15] 杨居义.单片机原理与工程应用.北京市:清华大学出版社,2010:142
[16] 陈海宴.51单片机原理及应用、基于KeilC与Proteus.北京市:北京航空航天大学出版 社,2010.07
[17] 李华. MCS-51系列单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社，1993 [18] 江世明.基于Proteus的单片机应用技术.北京市:电子工业出版社,2009.06 [19] 林建英,吴振宇.电子系统设计基础.北京市:电子工业出版社,2011:188-192
26