基于单片机和gsm的大棚温湿度检测系统的研究与设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机和gsm的大棚温湿度检测系统的研究与设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

度的 实时 采集 ,并通过单片机对采集到的数据进行处理，最后由显示模块显示当前的温度值和湿度值。 使得 用户可以实时查看当时的温湿度。 （ 2）通过按键 更改温湿度的上下限。 用户可根据不同作物在不同时期的最适宜生长环境，通过按键输入温度值和湿度值的 范围 并由显示器实时显示。 由于作物在不同生长期所适宜的温湿度 是变化的 ，此时调节温湿度 范围可以 使 作物长时间处于较为理想的环境中，同时也 满足了不同 作物的环境需求。 （ 3） 将 测得的值与温湿度范围进行比较， 超限时 进行 报警。 报警模块具有两项功能，即为声光报警 和 GSM 短信 信息报警。 当采集到的温度、湿度值超出设定 范围时 ，启动报警装置进行报警，并通过 发送 GSM 短信 通知用户 采取相应的措施。 总体设计方案简述 本文的 大棚温湿度监测系统 是由温湿度 传感器 、单片机 最小系统 、 GSM 通信模块、显示模块 、 报警模块等等组成， 通过大棚 温湿 度 信号 的 采集与 分析， 进行 声光警报及GSM 短信 警报 ， 使得人们可以 及 时发现大棚温湿度的异状。 图 系统 设计整体 框图 常州大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页 共 40 页 如图 系统设计整体框图所示，本系统以单片机 与 GSM 模块 、温湿度传感器为核心， 主要 由 温湿度 信号采集 电路、 GSM 通信 模块、 LCD 显示 电路、 时钟复位 电路 、电源电路 、 按键电路 、 报警电路 组成。 系统通 过温湿度传感器采集大棚的温度与湿度，然后 单片机对数据进行处理，将实时测得的数据显示在显示模块上， 并 将采集的数据与预先设置的 适宜 温湿度的范围进行对比，若不在范围内，则 启动 报警模块，进行声光警报 ，持续报 警一段时间， 当系统 处于报警状态一定时间 后 仍未解除报 警， 通过 GSM 通信 模块将当时的温湿度发送到指定 号码，从而实现 了 大棚 温湿度的 检测 ，显示与报警。 方案 选型 控制器选型 （ 1） 8051 单片机 8051 是一种由英特尔公司制造的 8 位元的单芯片微控制器，属于 MCS51 单芯片的一种。 8051 单芯片是同步式的顺序逻辑系统，整个系统的工作完全是依赖系统内部的时脉信号，用以来产生各种动作周期及同步信号。 在 8051 单片机中已内建时钟产生器，在使用时只需接上石英晶体谐振器（或其它振荡子）及电容，就可以让系统 产生正确的时钟信号。 （ 2） STC89C52RC 单片机 STC89C52 是由宏晶公司生产的一种低功耗高性能的 8 位微控制器 ， 指令代码完全兼容传统的 8051，存储器 为 8K Flash 存储器 ， 内核为 MCS51，拥有许多传统 51 单片机所不具备的功能，是一款增强型的 8051 单片机。 它的标准功能有： 8K Flash ROM， 512Byte RAM，内置 4KB EEPROM，以及 32 位I/O 口线，看门狗定时器， MAX810 复位电路， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构等等，而且 具有 ISP（在 系统可编程） /IAP（在应用可编程）功能 ，可极大的方便下载程序。 另外 STC89C52 可降至 0HZ 静态逻辑操作，支持 2 种节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，但是允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 结合 本系统的需求， 与 8051 单片机 相比， STC89C52RC 功能 更 强大 ， 下载程序 更为方便， 价格 也相当便宜。 由于该芯片应用广泛，学习资料也可以更容易地获得，所以本文 选用的 STC89C52RC 芯片。 温湿度 传感器选型 （ 1） 方案一 采用 独立温度传感器与湿度传感器 常用 的 温度 传感器有 热电偶与 热电阻 ，常用 的 湿度传感器 有氯化锂湿度传感器 、 碳湿敏元件 、 氧化铝湿度计 、陶瓷湿度传感器等等 ，采用 这些 传感器时， 通常 是将 420mA模拟信号 通过 AD 转换电路 转换为数字信号进行温湿度的采集与处理 ， 再通过单片机进行判断与相关的动作。 常州大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页 共 40 页 然而 ， 这些传感器价格较高，接线复杂，对 环境 要求也较高。 譬如 常用 的 温度 传感器，热电偶 精度 不高，而热电阻 虽然精度 高， 体积 小，但是 容易 造成 热负载 造成测量不准； 湿 敏传感器则对供电电压要求很高，供电 电压若有偏差，对湿度的检测会造成很大的影响。 （ 2） 方案 二 采用单片智能化湿度 /温度传感器 常用 的单片智能化温湿度传感器有 DHT11 及 SHT11 等等 ，由于 本系统 的目的为监测大棚的温湿度， 精度无需 太高，因而 DHT11 数字温湿度传感器就 足够本 系统 的使用。 DHT11 内含 一个电阻式湿度传感器 、 一个 NTC 温度 传感器 以及一个 8 位 单片机，采用专用的数字模块 进行 温湿度采集，相对 采用 独立的温湿度传感器 而言 ，具有极高的 可靠性 与稳定性。 每一只 DHT11 在 出厂前 都 经过了精确的校准， 而校 准系数 会 被编成相应的程序存入校准 存储器 OTP 中 ， 从而 在测量过程中 传感器 会 利用校准 系数进行自动校准。 DHT11 采用 单线制串行接口，使得系统集成更为便捷 ， 同时它具有 反 应快 、 抗干扰能力强、 性价比 高的特点，使得它更适合本 系统使用 ，超小的体积与极低的功耗，更是独立传感器 所 无法相比的。 由于本文 采用 单片机 为控制器，为了节约 成本， 选用单片智能化温湿度传感器DHT11 可以省去温度 、湿度两个传感器 及 相应的 AD 转换 电路， 使系统 更为简单稳定高效， 所以 本 文 选用 DHT11 温湿度 传感器采集温湿度 信号。 通信模块 选型 （ 1） SIEMENS TC35I 通信模块 TC35I 是德国西门子公司的一款支持 900/1800MHZ 双频的高度集成的 GSM 模块。 TC35IGSM 模块通过接口连接器和天线连接器分别连接 SIM 卡读卡器和天线，是一种支持中文短信息的工业级 GSM 模块，支持 EGSM900 和 GSM1800 双频段，可传输语音及数据信号。 TC35I 的数据接口通过 AT 命令可双向传输指令和数据 ,可选波特率为300b/s～ 115kb/s，自动波特率为 ～ 115kb/s。 它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS，支持通过 AT 命令或关断信号实现重启和故障恢复。 （ 2） HUAWEI GTM900B 通信模块 华为 GTM900B 是 GTM900C 模块的老版本，广泛 应用 于远程监控、无线公共电话、无线 POS 终端等领域， 是 一款双频、高集成度的 GSM/GPRS 模块。 该 模块体积小，重量轻， 功耗 低， 使用简单，易于集成。 同时 GTM900B 软件、硬件兼容 TC35I、 MC39I，用户可以花更短 的时间更少的成本开发新的 产品。 本文仅 使用 GSM 通信模块 发送短信， 华为 GTM900B 比 TC35I 价格低很多，在这两种通信模块都能满足本 系统 的情况下， 为了使系统 更为经济，本 文 采用 华为GTM900B。 显示 模块 选型 （ 1）采用 LED 数码管显示。 LED 数码管 是 由多个发光二极管封装在一起“ 8”字型的器件，通过 对这 七个条形发光二极管通 以高 /低电平使得相应的 发光 二极管 暗灭 ，显示出相应的字形。 LED 数码常州大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页 共 40 页 管 拥有两种驱动方式， 静态驱动 时 编程 简单， LED 亮度 高，但是需要占用大量 I/O 口 ，动态 显示 应用广泛， 但一般需用 驱动 芯片进行 驱动 显示。 （ 2）采用 LCD 液晶显示器显示。 LCD1602 是指可以显示两行，每行 16 个字符的液晶模块。 常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中，它具有功耗低、体积小、可视面积大、画面好、抗干扰能力强、显示内容丰富且美观 的 特点 ， 可以节省软件中断资源。 相比 以上两 种方案 ， 由于本系统显示 模块需要使用的 字符 较多， 若用 LED 数码管需要 较 多 I/O 口 ， 且 电路较为复杂，所以 本文 使用 LCD1602 显示器 ，相比于采用 LED数码管 ，具有电路简单，画面清晰 易懂 的 优点。 常州大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页 共 40 页 3 系统硬件部分 设计 如 图 所示 ，本文 设计的大棚 温湿度检测系统，以 STC89C52RC 单片机为 控制器 ，以数字式温湿度传感器 DHT11 作为温湿度检测模块，与华为 GSM 通信模块有机结合，构成一个温湿度实时检测报警系统。 本系统使用四个独立按键实现温湿度的阈值设置等功能， 再 通过温湿度检测 模块（ DHT11） 实时检测大棚 内的 温湿度，并由 LCD1602 液晶屏实时显示当前温湿度。 当温湿度超过设定范围时，系统进行声光报警。 当系统 处于报警状态一定时间 后 仍未解除报 警 ，则 通过 GSM 模块将报警信息发至负责人手机，实现远程报警。 图 系统详细功能框图 单片机模块硬件电路设计 STC89C52RC 单片机 简介 单片机是一种具有强大数据处理能力的超大规模的集成电路芯片，其内部是由中央处理器（ CPU）、随机存储器（ RAM）、只读存储器（ ROM）、多 种 I/O 口和中断系统、定时器 /计数器等等 组成， 部分功能强大 的单片机 可能还具有显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器电路等。 由于 其 强大的计算能力 、 较好的稳定性 、 较低的价格 ，在工业控制领域得到 了 广泛应用。 国内 使用最多的单片机 是 INTEL 公司的 51 系列 的单片机， 它是 一种 最为 基础的单片机， 它具有品种 齐全 、兼容性 强 、 软件资源丰富 、性价比 较高的特点，在 国内 得到了最为广泛的应用。 常州大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页 共 40 页 本系统 使用的 STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超强抗干扰的单片机，它完全 兼容 8051 单片机的 代 码 ，可将 8051 的 代码直接应用与该芯片。 它拥有 8K 字节的用户应用程序空间， 512 字节片内 RAM， 32 个通用 I/O 口，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，此外 ，它 无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程序， 为本系统的 设计与调试提供了巨大的方便。 图 STC89C52RC 引脚图 图 为 STC89C52RC 引脚图 ，其 功能说明如下 ： 引脚 40 为 VCC 电源正 脚， 引脚 20 为电源电压接地脚 VSS。 P0 端 口（ ～ ， 39～ 32 引脚）： P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。 P0口作为 I/O 口输出的时候，输出低电平为 0，输出高电平为高组态而非 5V，相当于悬空状态。 也就是说 P0 口不能真正的输出高电平，给所接的负载提供电流，因此必须接上拉电阻（一电阻连接到 VCC），由电源通过这个上拉电阻给负载提供电流。 P1 端口（ ～ ， 1～ 8 引脚）： P1口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 此外， 和 还可以作为定时器 /计数器 2 的外部技术输入（ ）和定时器 /计数器 2 的 触发输入（ ）。 P2 端口（ ～ ， 21～ 28 引脚）： P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O端口。 常州大学本科生毕业设计（论文） 第 9 页 共 40 页 单片机模块 最小系统 硬件电路 的设计 图 最小系统 硬件电路 最小系统 如图 所示 ， 其中 复位电路与晶振电路的硬件设计 详细 介绍如下所示。 （ 1）复位电路 的 硬件 设计 单片机运行 程序 时 ， 都是从 地址 0000H 开始 的， 所以 进入 系统 时 必须对 CPU 进行复位， 此外 ，当 程序 运行时由于 程序错误 或者操作失误导致 系统 进入死锁状态 ，也需要通过 复位 使系统恢复正常。 在 RST 引脚 上 （ 第 9 引脚 ） 加一个 持续时间为 24 个 振荡周期 的 高电平 ， 便可 使 单片机 成功 复位 ，本文 采用按键复位，复位电路如图 所示。 当 电源 刚 接通时， 由于 电容两端电压 不能 突变， 所以 RST 端维持 高电平一段时间， 只要 电容充电时间 不超过 1ms， 就可以对 单片机进行通电 自动复位 ， 即一接通电源便复位。 同时 ，在 正常 使用过程中，需要复位时按下按钮 ， 则 VCC。