蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

等组成的传输系统。 这种温湿度度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把传感器采集的信号送到采集卡上，这种系统成本高。 同时线路上传送的都是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也 比较大。 本次设计系统是采用 STC89C52单片机和 DHT11的低成本的温湿度测控系统。 系统主要包括系统硬件的设计和系统软件的设计。 硬件电路主要包括单片机、显示模块、报警灯、温湿度传感器、按键、排风扇等 六 部分，系统显示模块由 DHT11 温湿度传感器及 LCD1602 字符型液晶模块构成，该电路系统简单、工作稳定、集成度高、调试方便，具 有一定的实用价值，很容易在现代化农业中推广实施。 此次设计系统的一大特点是可以通过下位机中的按键输入温湿度的上限值和预置值，温湿度传感器可以将环境中检测的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理，然后送至下位机中的单片机，单片机读取数据将数据送到缓冲区内，通过进 LCD1602 行实时显示，同时与预先设定的参数值进行比较处理；同时可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电器的控制对相应的设备如排风扇进行操作，以保证大棚的温湿度范围能够在预置的范围内，调节大棚内温湿度状态。 系统采用数据处 理模块（ STC89C52 单片机）、信息采集模块（ DHT11 温湿度传感器）、液晶显示模块、设置模块、报警模块、调控模块设计而成。 数据处蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 4理模块是采用微处理器芯片 STC89C52，其可靠性高，抗干扰能力强，来完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。 温湿度采集模块使用的是 DHT11 数字温湿度传感器，温度测量范围 0℃ ～ 50℃ ，湿度测量范围 20%RH～ 90%RH。 可以满足一般的检测需要 ,它使用单总线方式，接口简单，并且无需另外校准。 分辨率为 8Bit，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。 假如要求更宽测量范围，只需更 换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。 配用 EEPROM芯片 AT24C04，使存储的温度上限和湿度上限可以掉电永久保存。 可以通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整。 当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。 该信号也可以通过三极管驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。 其系统原理设计框图如图 所示：图中 STC89C52 单片机每 2 秒就会从 DHT11 温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。 液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外部 EEPROM 存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上 调或下调。 当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。 该报警信号可以通过三极管驱继电器，以控制外部风机或加热器。 D H T 1 1 温 湿 度 传 感 器S T C 8 9 C 5 2 单 片 机 外 部 E E P R O M温 湿 度 上 限温 度 、 湿 度 数 据L C D 显 示温 湿 度 值过 阈 报 警按 键 输 入 图 系统原理设计 蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 53 系统硬件设计 方案一： AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 型 8位单片机，该单片机器件是采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，可以兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用 8位中央处理器 ( CPU )与 Flash存储单元 ，功能强大。 其片内的 8K 程序存储器是 FLASH 工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。 对于写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。 其次， AT89C52 目前的售价比8031 还低，市场供应也很充足。 AT89C52 可以构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。 只要程序长度小于 8K，四个 I/O 口全部提供给用户。 可用 5V的电压编程，而且擦写时间仅仅需要 l0ms。 并且 AT89C51 芯片可以提供三级程序存储器加密，提供了简捷而又可靠的加密手段 ，可以完全保证程序或者系统不被仿制。 PO 口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读 /写操作。 方案二： STC89C52 系列单片机的指令系统和 AT89C52 系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题： （ 1） AT89C52 不带 ISP 下载，但是要用下载器才行， STC89C52 可以用USB 转串口下载，下载软件可以到 STC 厂家网上去下。 （ 2） STC 单片机执行指令的速度很快，大约是 AT 的 3~30 倍。 虽然快是好事，但是这样一来，在 AT 上好使的程序在 STC 上不一定好用，最典型的例子就是那些 对时序有严格要求的模块，用 STC 时注意得加长延时，大约是 AT的 10~30 倍就差不多，这一点可以通过调试验证。 （ 3） STC89C52 单片机对工作环境的要求比较低，电压低于 5 伏时仍然能够正常工作，甚至 3 伏到 4 伏之间都还可以工作，然而这样的环境下 AT 肯定不行，所以当一个系统用 STC 单片机好用，但用 AT 的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。 比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、 C 语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 6此次设计要求，我选择用 STC 系列芯片完成。 而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故本系统选择 STC89C52 单片机作为主控芯片。 足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。 单片机最小系统主要是由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。 对于一个完整设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠性是系 统平稳运行的前提和基础。 此次最小系统中的电源供电模块电源是通过计算机的 USB 口供给，当然也可使用外部稳定的 5V电源供电模块供给。 振荡电路（时钟电路）最重要的是 STC89C52 单片机正常工作需要的时钟电路提供一个稳定的工作频率。 一般情况下，根据 STC89C52 单片机时钟周期的要求，回路需要选用频率为 12MHz的晶振。 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚 XTAL1 和 XTAL2，在XTAL1 和 XTAL2 端口接上时钟电源即可构成时钟电路，此系统设计中采用内部时钟产生方式。 在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶振，与内部的反相器构成稳定的自激振荡器。 其发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制部件。 电容对频率有微调作用。 单片机复位电路原理是在 单片机的复位引脚 RST 上外接电阻和电容，实现上电复位。 当在 STC89C52 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。 复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。 复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。 其数值可以由 RC电路计算出时间常数。 复位电路是由上电复位和按键复位两部分组成。 上电复位： STC89 系列单片为高电平复位，通常情况下在复位引脚 RST 上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到 GND，由此形成一个 RC 充放电回 路保证单片机在上电时 RST 脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为 10K 和 10uF。 按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、 RST 也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 7如图 为单片机最小系统原理。 图 单片机最小系统原理 方案一：选用 DS18B20 温度传感器作为温度检测模块。 DS18B20 是一线式数字温度传感器。 它具有独特的 单线式接口方式。 测量范围在 55℃ ~125℃ ，10℃ ~85℃ ，误差范围在 \+℃。 最高精度可达 ℃。 HS1101 是电容式湿度传感器。 可测量相对湿度范围在 0%~100%RH。 方案二：选用 DHT11 作为设计的温湿度检测模块。 DHT11 是一种集成型的数字温湿度一体传感器。 DHT11 采用的是数字模块采集技术与温湿度传感技术，这两项技术确保产品具有较高的可靠性与稳定性。 传感器是由一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件组合而成，并与一个高性能 8 位单片机相连接。 具有品质卓越、响应较快、抗干扰能力强 、稳定性高等优点。 测量范围 20%~90%RH， 0℃ ~50℃。 测温精度为 \+2℃ ，测湿精度为 \+5%RH。 完全符合本次毕业设计的要求。 经上述分析，方案一虽然精度更精确，却稍显复杂。 方案二即便不能实现方案一的高精度测量。 却也能满足设计要求。 且简便易行、可靠稳定。 具有超高的性价比，因此选择方案二。 传统的温湿度传感器需要处理的是模拟信号，容易受到外界环境和温漂的影 响 ，造成测量精度较低和可靠性较差；此外，温室内除了装有测量温湿度的传感器外，还需多个传感器、放大器和信号传输线。 这些都将使得系统安装P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0 (R X D )10P 3. 1 (T X D )11P 3. 2 (IN T 0 )12P 3. 3 (IN T 1 )13P 3. 4 (T 0)14P 3. 5 (T 1)15P 3. 6 (W R )16P 3. 7 (R D )17X T A L 218X T A L 119GND20(A 8 )P 2 .021(A 9 )P 2 .122(A 1 0 )P 2 .223(A 1 1 )P 2 .324(A 1 2 )P 2 .425(A 1 3 )P 2 .526(A 1 4 )P 2 .627(A 1 5 )P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30E A /V P P31(A D 7 )P 0 .732(A D 6 )P 0 .633(A D 5 )P 0 .534(A D 4 )P 0 .435(A D 3 )P 0 .336(A D 2 )P 0 .237(A D 1 )P 0 .138(A D 0 )P 0 .039V C C408 9C 5 2Y111.0592MHzC230C3 30R71 0KV C C+ C11 0u F1 23 4K0R E S E TV C C蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 8和维护的难 度增大，从而使故障率增大。 选用数字型温湿度传感器 DHT11，其最大的优点就是将传感器检测信息的功能和微处理器的信息处理功能有机地结合在一起。 采用的是线制串行接口，使得系统集成变得简易便捷。 超小的体积、极低的功耗，信号的传输距离可达 20 米以上，在很多条件下可以选择它作为传感器，除此之外它采用的是使 4 针单排引脚封装，连接方便，其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。 数字型温湿度传感器的特点是直接输出数字量。 将温度感测 、湿度感测 、信号变换 、 A/D 转换和加热器等功能都集成到一个芯片上， DHT11 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，具有可靠性高与稳定性高的特点，被广泛的应用日常生活中。 DHT11 通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。 DHT11 温湿度数字传感器采用的是 4 针单排引脚封装，传感器通电后，需要等待 1s，这是因为需要越过不稳定的状态，在此期间不需发送指令，电源引脚（ VDD， GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。 DHT11 实物图如图 ： 图 DHT11实物 DHT11传感器模块的软件流程如图 ： 蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 9 图 DHT11 传感器模块程序流程 DHT11 的技术参数如下： 供电电压： ~ DC； 输出：单总线数字信号； 测量范围：湿度 20～ 90%RH，温度 0~50℃ ； 测量精度：湿度 177。 5%RH，温度 177。 2 ℃ ； 分辨率：湿度 1%RH，温度 1℃ ； 互换性：可完全互换。 长期稳定性： 177。 1%RH/年； 本次设计采用温湿度传感器 DHT11。 它具有测量精度高，电路连接简单等特点。 具体接口如下： 蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 10 引脚 1： VDD 供电 3～ DC； 引脚 2： DATA 串行数据 ,单总线； 引脚 3： NC 空脚 ,请悬空； 引脚 4： GND 接地 ,电源负； 有一点必须注意，在引脚 2 在接单片机时，。