基于51单片机的温室大棚控制系统毕业论文设计(编辑修改稿)

基于51单片机的温室大棚控制系统毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

棚内各增减设备。 本设计所采用的是 5V 电磁继电器，而控制设备所用电压可达到 220V。 如果用 5V继电器驱动 220V 的控制设备，设计简单，但如果在电路板上实现低电压控制高电压存在一定的危险性。 所以不采用此方案。 方案二：用继电器结合 uPLC 的系统控制大棚内各增减设备。 由于本设计采用的是 5V 电磁继电器， uPLC 可编程逻辑控制器的低电压控制是 12V，uPLC 可以实现 12V 低电压控制高电压的的控制。 所以通过继电器来控制 UPLC，在通过uPLCD 来控制大棚内高电压的增减设备。 此方 案是比较适用且安全的方法。 从可行性和安全性考虑，本设计采用方案二。 4 单片机系统硬件设计 单片机最小系统 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线， 看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口。 STC89C52 引脚说明如下： A、主电源引脚 VSS（接地）和 VCC（ +5V）； 西昌学院 毕业论文（设计） 15 B、外接 晶振 引脚 XTAL1和 XTAL2； C、控制或与其它电源复用引脚 RST、 ALE/PROG 和 EA/VPP； D、输入 /输出引脚 、 、 、。 STC89C52单片机最小系统（图 2）电路如下： VCC4039383736353433123456782122232425262728XAL119XAL218RST9EA/VPP31PSEN29ALE/PROG301011121314151617VSS2032U1STC89C52VCCXAL112MHz30pFC130pFC210uFC3K110KR1VCCGNDGNDP00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37PSENALE 图 2 STC89C52 单片机最小系统 复位电路 为确保微机系统中 电路 稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。 一般微机电路正常工作需要供电电源为 5V177。 5%，即 ～。 由于微机电路是时 序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 VCC超过 低于 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 本设计采用的是手动按钮复位 ，手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST 上加入西昌学院 毕业论文（设计） 16 高电平（图 1）。 一般采用的办法是在 RST 端和正 电源 Vcc 之间接一个按钮。 当人为按下按钮时，则 Vcc 的 +5V 电平就会直接加到 RST 端。 手动按钮复位的电路如所示。 由于人的动作再快也 会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。 单片机复位电路图（图 3）如下： K10uFC410KR1VCCGNDRST 图 3 单片机复位电路 晶振电路 单片机 系统 里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。 单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟 信号。 通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。 有些通讯系统的基频和射频使用不同 的晶振，而通过 电子 调整频率的方法保持同步。 单片机晶振电路图（图 4）如下： XAL230pFC230pFC3GNDXAL1XAL2 图 4 单片机晶振电路 传感器信号采集电路 西昌学院 毕业论文（设计） 17 温湿采集电路 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。 它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。 传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC测温元件，并与一个高性能 8位单片机相连接。 因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 每个 DHT11传感器都在 极为精确的湿度校验室中进行校准。 校准系数以程序的形式储存在 OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。 单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。 产品为 4 针单排引脚封装。 测量分辨率分别为 8bit（温度）、 8bit（湿度）。 DHT11的供电电压为 3－。 传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。 电源引脚（ VDD， GND）之间可增加一个 100nF 的 电容，用以去耦滤波。 DHT11的应用电路和实物图（图 5）如下： 图 5 DHT11的应用电路和实物图 DHT11采集数据方式：用户 MCU发送一次开始信号后 ,DHT11从低功耗模式转换到高速模式 ,等待主机开始信号结束后 ,DHT11发送响应信号 ,送出 40bit的数据 ,并触发一次信号采集 ,用户可选择读取部分数据 .从模式下 ,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集 ,如果没有接收到主机发送开始信号 ,DHT11不会主动进行温湿度采集 .采集数据后转换到低速模式。 DHT11通讯过程图（图 6）如下： 西昌学院 毕业论文（设计） 18 图 6 DHT11通讯过程图 温度采集电路 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20 也 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 55176。 C~+125176。 C，在 10~+85176。 C 范围内 ,精度为177。 176。 C。 DS1822 的精度较差为177。 2176。 C。 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 DS18B20 可以程序设定 9~12 位的分辨率，精度为177。 176。 C。 可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。 分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存 [6]。 DS18B20 的应用电路图和实物图（图 7）如下图： 图 7 DS18B20 的应用 电路图和实物图 本设计采集光照强度采用的是利用 PCF8591 实现光敏电阻的模数转换。 光敏电阻受光照后，其阻值会变小。 用来制作光敏电阻的典型材料有 硫化镉 （ Cds)及硒化镉（ CdSe）两种。 这些制作材料具有在特定 波长 的光照射下，有阻值迅速减小的西昌学院 毕业论文（设计） 19 特性 [5]。 这是由于光照产 生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向 电源 的正极，空穴奔向电源的负极，从而使 光敏电阻器 的阻值迅速下降。 光敏电阻器是利用 半导体 的 光电效应 制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。 光敏电阻的电器阻抗 R（图 8）如下： RCds(电阻值）LUX照度0 图 8 光敏电阻电气阻抗 光照强度采集电路图和光敏电阻实物图（图 9）如下： 图 9 光照强度采集电路图和光敏电阻实物图 本设计采集土壤湿度采用的是利用 PCF8591 实现 HR31 湿敏电阻的模数转换。 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分导致电阻值发生变化 这一原理制成的。 HR31 温湿度计用新型湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型湿度敏感元件，具有西昌学院 毕业论文（设计） 20 感湿范围 宽，响应迅速，抗污染能力强，无需加热清洗及长期使用性能稳定可靠等诸多特点。 HR31 湿敏电阻的电器阻抗 R（ KΩ）（图 10）如下： 图 10 HR31 湿敏电阻电气阻抗 土壤湿度采集电路图和 HR31湿敏电阻电阻实物图（图 11）如下： 图 11 土壤湿度采集电路图和 HR31 湿敏电阻电阻实物图 A/D 转换电路 PCF8591是单片、单电源低功耗 8位 CMOS数据采集器件，具有 4个模拟输 入、一个输出和一个串行 I2C总线接口。 3个地址引脚 A0、 A1和 A2用于编程硬件地址，允许将最多 8西昌学院 毕业论文（设计） 21 个器件连接至 I2C总线而不需要额外硬件。 器件的地址、控制和数据通过两线双向 I2C总线传输。 器件功能包括多路复用模拟输入、片上跟踪和保持功能、 8位模数转换和 8位数模拟转换。 最大转换速率取决于 I2C总线的最高速率 [7]。 PCF8591引脚（图 12）说明如下： AIN0～ AIN3：模拟信号输入端。 A0～ A3：引脚地址端。 VDD、 VSS：电源端。 （ ～ 6V） VREF：基准电源端。 AGND：模拟信号 地。 AOUT： D/A 转换输出端。 SDA、 SCL： I2C 总线的数据线、时钟线。 OSC：外部时钟输入端，内部时钟输出端。 EXT：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时 EXT 接地。 PCF8591A/D 转换电路（图 13）如下： AIN01AIN12AIN23AIN34A05A16A27VSS8SDA9SCL10OSC11EXT12AGND13VREF14AOUT15VDD16U2PCF8591GND104C4GNDVCCP36P37123P4湿敏传感R2 10KVCCOUT 图 13 PCF8591A/D 转换电路 液晶显示电路 液晶显示电路 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。 每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作AIN01AIN12AIN23AIN34A05A16A27VSS8SDA9SCL10OSC11EXT12AGND13VREF14AOUT15VDD16U4PCF8591 图 12 PCF8591 引脚 西昌学院 毕业论文（设计） 22 用，正因为如此所以他不能显示图形。 1602 的引脚介绍如下： 第 1脚： VSS 为电源地 第 2脚： VDD 接 5V 电源正极 第 3脚： V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最 高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。 第 4脚： RS为寄存器选择，高电平 1时选择 数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。 第 5脚： RW为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8位双向数据端。 第 15～ 16 脚：空脚或背灯电源。 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。 本设计中 LCD1602 的电路原理图如下（图 14）： 12345678910111213141516P3LCD1602P251KR5P26P27P00P01P02P03P04P05P06P07VCCGND 图 14 LCD1602 显示电路 液晶显示电路 LCD12864 是一种 具有 4 位 /8 位并行、 2 线或 3 线串行多种接 口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块； 其显示分辨率为。