基于单片机的鸡舍温度监控系统的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的鸡舍温度监控系统的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

息温 湿 度 信 息 处理温 湿 度 异 常报 警 及 调 控 温湿 度显 示 当 前 状 态YN是 否 断 电结 束YN 图 温度对湿度的影响 调控系统的方案设计 调控系统用于调整鸡舍里的温度、湿度。 系统默认鸡的适宜温度为 13~23℃，适宜湿度 40%~72%，也可根据实际需求对 温、湿度 范围进行修改。 系统使用DHT11 温、湿度 传感器检测鸡舍里的 温、湿度 ，并将 温、湿度 数据传给单片机，单片机对数据进行处理、比较，当判断鸡舍内温度低于 13℃时，对鸡舍进行加热。 当温度高于 23℃时，进行降温。 当温度适宜时，湿度对鸡的影响不是很大，所以当湿度高于 72%进行通风。 湿度低于 40%时，对鸡舍进行加湿处理。 系统的整体结构设计 系统的总体设计目标是在完成设计任务的前提下，实现系统可靠、成本低、功耗低、精度高等要求。 首先依据系统设计的原则对硬件进行初步选型，然后拟定一个系统的草案，同时还要考虑软硬件实现的可行性。 总体方案设计如图 所示： 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 7 开 始传 感 器 上 电 初 始 化读 取 设 备 发 送 起 始信 号读 取 4 0 位 数 据数 据 校 验 正 确。 更 新 温 湿 度 值Y结 束N 图 系统总体方案图 鸡舍 温、湿度 智能监控系统需依靠鸡舍内装配的 温、湿度 传感器采集 温、湿度 信息，并通过控制设备对驱动电路进行控制，使其驱动执行机构对鸡舍的 温、湿度 进行调节控制，达到满足鸡的需求的 温、湿度 ，为鸡的生长发育和产蛋提供最适宜的 温、湿度 ，从而提高鸡的生产产量和质量。 系统可分为检测单元、控制单元、辅助单元和执行单元四大部分，这四个部分共同完成整个控制系统的正常运行。 检测单元 温、湿度 传感器采集电路：传感器负责鸡舍 温、湿度 检测，并将检测的结果送给控单元 STC89c52 单片机。 控制单元：主要实现对系统控制信号的处理，并建立相应的控制规则，是整个系统的核心单元，由检测单元送入的检测信号与主控单元进行分析比较后，通过驱动电路使执行单元工作。 执行单元：主要包括加热，降温，加湿，除湿四部分，分别完成对 温、湿度 的调节。 在本控制系统中，对 温、湿度 的调节主要是通过控制 取暖 器 ，空调，风扇，加湿器开关来实现。 辅助单元：包括显示电路、报警电路。 其中，显示电路完成对温度、湿度、等进行显示。 温、湿度 调节过程中，为了能够实现节能的效果，当温度或湿度异常时将对应的值调节到最高值与最低值的均值。 当 温、湿度 异常时， 温、湿安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 8 度 调控器件工作，将 温、湿度 调至正常值。 若 没有持续调节至均值（最适 温、湿度 ）将会导致 温、湿度 调节器件频繁的开启与关闭 ，易导致调控器件的损坏。 报警功能设计模块中，但 温、湿度 异常时根据不同的情况由蜂鸣器发出不同频率的鸣叫，同时显示屏显示相应的 温、湿度 高低信息及调节器件工作状态。 按键调节模块：主要是能够实现不同环境养殖的需求的 温、湿度 范围设置 ， 系统也能使用到其他方面的 温、湿度 调控。 若家用汽车 温、 湿度 监控，生产车间等等。 也能够实现不同家禽养殖的 温、湿度 调控。 硬件设备的选择 硬件的选择关系到系统功能的稳定性及系统开发的成本。 因此对于本系统的设计，首先考虑系统实现的功能， 选择能够满足 本系统功能的硬件， 同时也应考虑硬件的性能，如系统工作的环境对硬件的要求等。 本系统主要考虑到设备的供电问题、系统核心芯片的选择、系统显示部件、 温、湿度 获取、人机交互部件。 电源模块 方案一：采用三只干电池作为电源。 该方案的优点是设计简明扼要，成本低；缺点是输出功率不高，只能勉强驱动单片机，适合小电流负载。 而且在整个系统工作中，电压会随着时间的推移不断降低，进而出现死机等情况。 方案二：采用独立的稳压电源。 电源的稳压的特性较好，能够保证整个系统稳定工作。 综上分析，为使系统调试方便，能够稳定工作，必须有可靠电源，所以决定选择第二种方。 单片机的选择 对于单片机的选择，如果用 8031 系列，由于它没有内部 RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不可用； 51 系列单片机 STC89c52 的 ROM 为 8K，满足 本系统 设计的 [1]。 且性能价格比较高， 本人 选择 STC 公司 51 系列的单片机STC89c52。 其封装图如图 所示。 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 9 开 始显 示 器 初 始 化设 置 显 示 位 置将 命 令 发 送 到总 线 上延 时 1 0 u s将 数 据 发 送 到总 线数 据 发 送 完 完。 N结 束Y 图 STC89c52 封装图 STC89c52 单片机的主要引脚功能如表 22 所示： 表 22 STC89c52 引脚功能图 端口号 引脚编号 功能 VCC 40 接 +5V,提供电源 VSS 19 接地 XTAL1 、XTAL2 1 18 分别接 晶振两端 RST 9 当输入两个周期的高电平进行复位 P0 端口 39～ 32 8 位双向三态 I/O 端口，作为低 8 位地址总线 /数据总线的分时复用端口，当作为通用的 I/O 口使用，为准双向口，需外接上拉电阻。 当作为普通的输入端口时，应先向端口的输出锁存器写入高电平。 P1 端口 18 标准的 8 位双休 I/0 口，自带上拉电阻，可直接与外设连接。 P2 端口 1017 8 位准双向 I/O 口，自带上拉电阻。 普通的输入端口使用时，应先向端口的输出锁存器写入高电平 和 端口除了上述功能外还具有作为定时器 /计数器 2 功能 [2]，其具体功能特性如表 23 所示： 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 10 表 23 和 引脚复用功能 引脚号 功能特性 T2（定时器 /计数器 2 外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 2 捕获 /重装触发和方向控制） P3 口作为普通的输入端口使用时，应先向端口的输出锁存器写入高电平。 P3 口作为第二功能使用时，各引脚的定义如表 24 所示： 表 24 P3 口引脚复用功能 引脚号 复用功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） （外部中断 0） （外部中断 1） T0（定时器 0 的外部输入） T1（定时器 1 的外部输入） （外部数据存储器写选通） （外部数据存储器读选通） 温、湿度 传感的选择 方案一： DS18B20 具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可以将温度直接转化成串行数字量供微处理器处理 [3]。 在温度测量系统中，常采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器，新型数字温度传感器DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网优点。 其供电方式简单，可用数据线供电，所需的外围器件较少，甚至不需要外围器件。 湿度的检测则采用湿敏电阻通过 AD 转换器将模拟信号转化为数字信号可供微处理器处理。 方案二： DHT11 温、湿度 传感器具有对 温、湿度温、湿度 实时监测，具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点；另外 DHT11 芯片内部集成了 114 位 A/D 转换器，且采用数字信号输出，因此抗干扰能力也比同类芯片高。 该安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 11 芯片在自动控制、 温、湿度 监测等领域均已得到广泛应用。 DHT11 的主要特性有：（ 1）将 温、湿度 传感器、 A/D 转换、信号放大调理、 IIC 总线接口全部集成于一芯片；（ 2）可给出全校准相对湿度及温度值输出；（ 3）带有工业标准的 IIC总线数字输出接口；（ 4） 具有露点值计算输出功能；（ 5）具有卓越的长期稳定性；（ 6）是只读输出分辨率为 14 位，温度值输出分辨率为 12 位；（ 7）小体积（ ），可表面贴装；（ 8）具有可靠的 CRC 数据传输校验功能；（ 9）片内装载的校准系数可保证 100%互换性；（ 10）电源电压范围为 —；（ 11）电流消耗，测量时为 550μA，休眠时为 3μA。 通过比较， 温、湿度 传感器 DHT11 具有更高的性价比， DHT11 能够构建经济的测温、测湿网络。 因此在本次设计中，选用的是数字 温、湿度 传感器 DHT11，故采用的是 方案二。 但在仿真时由于仿真软件中不包含 DHT11，因此在仿真过程中采用方案一。 显示模块的选择 方案一 :用数码管或点阵 LED 显示。 方案二 :用液晶 1602 显示。 方案三 :用液晶 12864 显示。 温、湿度 的显示可以用数码管或 LED，而且价格便宜。 但是数码管只能显示简单的设计系统，与 本 设计要求也不相符。 对于要显示大量信息时，使用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多的数据。 由于 1602 液晶显示数据有限，只能够显示一些基本的西文字符且显示数据的可读性不好，而使用可以显示汉字的 12864 液晶显示器能够增强显示信息的可读性。 用 12864 的绘图功能还可绘制出 温、湿度 调节器件的工作状态图 [4]。 至于实时 温、湿度 则采用 12864 加DTH11 同步控制，让人看起来会很方便。 综上分析，由于 1602 只能显示字符的缺陷，不能达到 本设计 的要求。 所以采用方案三。 键盘控制模块的选择 方案一：采用 4 4 矩阵式键盘。 由于本系统通过按键实现的只有选择、加、减三中功能，使用 4 4 矩阵式键盘需占用 8 个端口，对于 52 端口本来就少的单安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 12 片机来说无非是资源的浪费，何况本系统根本不需使用 16 个按键，只需 3 个就行了。 方案二：采用独立式按键。 但按键较多时，选择独立式按键将占用大量的 I/O且布线不方便，采用独立式按键适合于按键较少的情况。 在本设计中所需要的控制点数的较少，只需要几个功能键，简便、易操作、成本低就成了首要考虑的因素。 所以此时，采用独立式按键结构。 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 13 3 硬件系统设计 在硬件设计中，主要考虑的问题就是结合中小型养鸡场的实际情况，设计出切合实际的实用型控制器，能够尽可能减少人工操作，提高工作效率，并且要尽量实现性价比高、操作简单、故障率低。 硬件电路设计主要包括电源电路、复位电路、键盘电路、传感器采集电路、显示电路、数据输出电路等。 系统框图与说明 本系统初步计划由 STC89c52 单片机主控模块、 DHT11 温、湿度 传感器模块、LCD12864 显示模块、按键模块、报警模块、 驱动 模块组成。 系统框图如下图 所示： 图 系统框图 主控芯片 单片机主要工作是对传感器传来的数据进行处理和判断，如果判断当前环境参数不满足要求，则发指令给控制模块，对执行设备进行驱动。 并将当前的 温、湿度 信息及执行部件的工作状态通过控制 LCD12864 液晶显示器的显示出来。 由于单片机芯片是无法单独工作的，因此还需为单片机连接晶振电路提供稳定的时钟信号，连接复位电路能够进行复位功能。 晶振电路 晶振电路的主要任务是为 STC89C52 单片机提供一个稳定的工作频率 [5]。 基 主 控 单 片 机 ATmeaga128A DTH11 温、湿度 系 统 LCD12864 显示系 统 最小系 统电 路 按键模块 报警 模块 驱动 模块 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 14 于 STC89C52 单片机时钟周期的要求，选用频率为 的晶振保证振荡稳定可靠的工作在晶振两端分别连接 30PF 电容。 如图 所示： 图 晶振电路 复位电路 复位电路具有实时检测 CPU 的功能，能够及时发现 CPU 陷入死循环并使系统复位。 如果失控的程序进入 “死循环 ”，通常采用 “看门狗 ”技术使程序脱离 “死循环 ”。 通过不断检测程序循环的运行时间周期，如果发现周期超过最大周期时间，该系统被认为陷入 “死循环 ”，需进行出错处理。 本设计中采用 DS1232 看门狗芯片作为复位电路。 复位电路图如图 所示： 图 复位电路图 温、湿度 传感器模块 DHT11 的工作原理 DHT11 温、湿度 传感器包括一个温度传感器件和一个电阻式感湿元件 [6]，具有质量优良、响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。 DHT11 引脚说明如表 31 所示： 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 15 表 31 DHT11 引脚说明 Pin 名称 注释 1 VDD 供电 － 2 DATA 串行数据，单总线 3 NC 空脚，悬空 4 GND 接地，电源负极 当总线空闲状。