大棚溫濕度檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)機械制造專業(yè)

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1、 大棚溫濕度檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，當(dāng)前我國出現(xiàn)了越來越多的溫室，對于溫室效應(yīng)，人們對其要求逐漸變得全面而嚴謹。要以生產(chǎn)效率最大化為目標，也就意味著要不斷加強自動化的程度。但是，對于過去傳統(tǒng)的蔬菜溫室，所采用的管理模式為人工親自操作，其溫室的檢測與控制必需由人來完成，如需要有人去觀測放置在溫室里的溫度計，才能掌握其溫度狀況。關(guān)于此類模式，不僅浪費時間和人力資源，還無法獲得良好的檢測和控制效果，信息反饋和處理既不準確也不快速，其導(dǎo)致的結(jié)果便是無法保證棚戶的經(jīng)濟利益。因為傳統(tǒng)溫室的管理模式未盡人意，同時要以“高效、科學(xué)”作為農(nóng)業(yè)生

2、產(chǎn)原則，以促進我國農(nóng)業(yè)進步為目標，本人認為當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)制造出一種低成本、易操作、自動化程度高的裝置，從而優(yōu)化無人監(jiān)測的溫室管理模式，改善其管理效率和生產(chǎn)水平。 關(guān)鍵詞：溫度 質(zhì)量 自動化 控制  Abstract: Now that the number of greenhouse is increasing, the demand for greenhouse effect is also more stringent. In order to improve production efficiency, automation is a

3、lso required more and more. Traditional greenhouses can only be manually detected and controlled. Thermometers are hung inside the house, and the way to view thermometers is based on the past. This method is time-consuming, laborious and costly, with low accuracy and manipulation. It is easy to brin

4、g huge losses to the shacks. The traditional way is time-consuming and laborious, which makes it difficult for people to be satisfied. Therefore, in order to improve the rapid development of our agriculture and improve the scientific accuracy of agricultural research, I think it is necessary to stud

5、y and develop a device with low price, high automation and convenient operation to improve the management efficiency of unmanned automation. Improve the quality of production. Key word：temperature quality automation control  目錄 目錄 前言 1對設(shè)計的整體概述 1.1系統(tǒng)設(shè)計背景 1.2 設(shè)計的目的與意義

6、1.3國內(nèi)外的發(fā)展狀況 1.4存在的問題 1.5本文的主要設(shè)計工作 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1系統(tǒng)總框設(shè)計 2.2傳感器的選擇 3系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1單片機模塊 3.1.1單片機的選擇 3.1.2單片機最小系統(tǒng) 3.2溫濕度采集模塊 3.21溫度傳感器的選用 3.3液晶顯示模塊 3.3.1 LCD1602概述 3.3.2 LCD1602基本參數(shù)及引腳功能 3.4報警 3.5控制 3.6閥值 4系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 4.1軟件程序設(shè)計 4.2仿真軟件介紹 4.2.1 Proteus簡介 4.2.2 KeilC5

7、1編譯器簡介 4.3整體下載與調(diào)試 4.3.1 USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝 4.3.2下載程序 4.3.3調(diào)試 5系統(tǒng)總體設(shè)計 總結(jié) 致謝 參考文獻 附錄1 附錄2 前言 進入21世紀后，科學(xué)技術(shù)水平邁上了新的臺階，世界上各個國家也重點關(guān)注溫濕度檢測與控制系統(tǒng)的研發(fā)工作。監(jiān)控參數(shù)之所以是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程里的關(guān)鍵要素，主要是由于其隨處可見。在今天，國外存在一些被稱為綠色家庭的目標，智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，可是其花費高昂，家庭溫室這一理念無法讓更多的普通人使用。目前，我們所處的境遇是，如何研究制造出一種貼近百姓且性能優(yōu)越的溫度控制系統(tǒng)，使其可以真正的推廣應(yīng)用

8、到中國的相關(guān)領(lǐng)域。溫室現(xiàn)代化是人類社會經(jīng)濟向前進步的必經(jīng)之路。本文以溫濕度檢測與控制系統(tǒng)為例，從而研究設(shè)計了一種溫濕度檢測的系統(tǒng)。該種溫室溫濕度檢測與控制系統(tǒng)的電路硬件設(shè)計包括以下幾個部分：STC89C52單片機、DHT11傳感器、LCD顯示1602型和模擬調(diào)節(jié)部分；其溫濕度顯示和閥值設(shè)置是借由相關(guān)軟件編程，把數(shù)據(jù)導(dǎo)入微控制器。 1對設(shè)計的整體概述 1.1系統(tǒng)設(shè)計背景 本次設(shè)計里，使用STC89C52單片機來進行環(huán)境溫濕度測控系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計，其設(shè)計主體分為:環(huán)境溫濕度的感應(yīng)和檢測；假如溫濕度超出正常值，報警燈發(fā)出報警信號，同時啟動相

9、關(guān)設(shè)備（繼電器等控制系統(tǒng)）；加濕設(shè)備運行后，由單片機系統(tǒng)評價異常情況是否解決，若問題解決，則停止報警。本文設(shè)計的溫濕度測控系統(tǒng)具有價格低廉、簡單易行、準確度高和自動化程度高等優(yōu)點。不論是工業(yè)測控領(lǐng)域，還是機電一體化領(lǐng)域，STC控制芯片均有重要的地位。該種單片機的操作難度低，可在短時間內(nèi)就能掌握其使用，且自動化程度高，由此可以看出其優(yōu)勢之大。 1.2 設(shè)計的目的與意義 隨著中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，關(guān)于農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的探討也逐漸受到重視。我國農(nóng)業(yè)應(yīng)當(dāng)追求符合新時代需求的生產(chǎn)模式。因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)仍然是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重中之重。當(dāng)前，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的關(guān)鍵要素是指如何檢控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的相關(guān)參數(shù)，如溫濕度

10、、土壤濕度、氧氣濃度等參數(shù)。關(guān)于種植農(nóng)作物時，其生長所需的能量很大程度上取決于大棚環(huán)境。為了實現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)”目標，也就是更好的把握作物的生長過程，這需要我們能夠?qū)ζ鋵崟r監(jiān)測，并對收集的信息進行處理研究。在過去的農(nóng)業(yè)模式中，對于如何測控溫濕度的手段，只能由農(nóng)民親自使用相關(guān)測量儀器進行檢測，人為使用調(diào)節(jié)溫濕度的設(shè)備來進行控制。此類模式顯而易見的缺點是，人工讀數(shù)必然存在較大誤差，進而導(dǎo)致檢測準確度差和應(yīng)急操作不及時，浪費了時間和人力資源。盡管我國已經(jīng)從國外進口了相關(guān)先進設(shè)備，但是由于花費巨大，無法普及，導(dǎo)致僅局部地區(qū)能夠使用。假如想提高我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化程度，首先要做的便是方法和系統(tǒng)的變革

11、，研發(fā)出先進的檢測手段以及溫室自動監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠采集可信度和精確度都高的數(shù)據(jù)。建立中央監(jiān)控室，將有利于IPC監(jiān)控環(huán)境參數(shù)并分析作物生長規(guī)律。檢控此類參數(shù)，將有利于優(yōu)化作物的生長，并有助于加快我國溫室現(xiàn)代化建設(shè)的進程和改善其經(jīng)濟效益。近些年來，隨著微控制器的升級以及IVC技術(shù)的推廣，檢測溫室參數(shù)的要求日益提高。本設(shè)計主要是研發(fā)一種精度高、性能優(yōu)越、價位較低、可靠性強的溫室監(jiān)測系統(tǒng)。 1.3國內(nèi)外的發(fā)展狀況 當(dāng)前，科學(xué)發(fā)展日新月異，其中農(nóng)業(yè)科技更是進步巨大，溫室已然變成現(xiàn)代高產(chǎn)經(jīng)濟農(nóng)業(yè)的重中之重。在未來，農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢必然是專業(yè)化與自動化?，F(xiàn)代智能跟蹤控制系統(tǒng)作為一款室內(nèi)環(huán)境管理科學(xué)系統(tǒng)

12、，其最大的優(yōu)點在于智能化。該系統(tǒng)擁有高端的傳感儀器，從而保證控制操作的準確度。關(guān)于科學(xué)信息技術(shù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，最大的體現(xiàn)便是智能檢測控制體系的使用。該體系借由軟硬件共同編制了相應(yīng)的指令來進行管理，從而減少了大量的人為操作，這種自動化的管理模式逐漸在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主流地位。這種自動化的生產(chǎn)管理模式，表明了農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化發(fā)展，而想要推進現(xiàn)代化進程，則不可避免的要使用電子計算機與自動控制技術(shù)。隨著近些年電子信息技術(shù)水平的提升，溫室大棚的管理模式將會發(fā)生巨變，這對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的變革同樣意義非凡。 目前，基本上只有像美國這樣的發(fā)達國家才推廣應(yīng)用了現(xiàn)代智能檢測系統(tǒng)，在中國鮮有使用，中國在這方面顯然處

13、于落后的地位。雖然該系統(tǒng)有在我國局部地區(qū)有所使用，但是管理經(jīng)驗少、技術(shù)水平低限制了經(jīng)濟收益，還有高額的成本，這些因素都阻礙了其在我國的推廣。根據(jù)我國現(xiàn)階段的實際情況，想要使智能溫室控制系統(tǒng)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍推廣，則必須對自動測控系統(tǒng)進行優(yōu)化，包括加強智能化程度、簡化操作方式、降低成本，這樣才能適應(yīng)我國農(nóng)民的實際需求。 現(xiàn)在，我國對于溫室測控系統(tǒng)的研發(fā)尚處于起步階段。同時，該系統(tǒng)的質(zhì)量保證不僅取決于技術(shù)水平，還依賴于政府的監(jiān)管水平，這些都與發(fā)達國家相差甚遠。實際上，作物的生長是由多種環(huán)境因素所共同影響和制約，這些因素包括溫濕度與CO2濃度等。上述情況也是迫切需要研發(fā)出一款性價比高、適應(yīng)我國國

14、情的監(jiān)測系統(tǒng)的原因。圍繞“溫室監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實施”該課題，本文查閱了眾多文獻和有關(guān)資料，分析了當(dāng)前主要推廣的溫室環(huán)境參數(shù)檢測的手段與儀器，然后指出其存在的嚴重不足之處： （1）許多設(shè)備功能不完善而且價格貴。這些設(shè)備只能在一個時刻檢測一個參數(shù)，所以如果要檢測多組參數(shù)時，只能通過增加儀器數(shù)量來解決，這無疑加大了操作難度。不具備多站點監(jiān)測與實時操作，必然導(dǎo)致效率低效、人力物力與時間的浪費。 （2）由于核心技術(shù)均掌握在國外手中，引進需花費高昂的專利費用，這提高了生產(chǎn)成本，銷售價格也隨之上漲，這無疑阻礙了一般廠商和農(nóng)民購買的積極性。 （3）國內(nèi)沒有制定統(tǒng)一標準，這同樣阻礙了國內(nèi)該行業(yè)的進步。

15、 1.4存在的問題 關(guān)于過去溫濕度測控系統(tǒng)的設(shè)計，一般都使用模擬技術(shù)。使用熱電阻、熱電偶等模擬部件制作傳感器。此外，該系統(tǒng)不得不添加補償電路，這導(dǎo)致安裝變得更加麻煩，同時也增加了成本，另一方面，微處理器的識別與處理還要先進行A/D轉(zhuǎn)換，其中便會產(chǎn)生誤差甚至是錯誤，像信號調(diào)理電路或測量時產(chǎn)生的誤差等，最終導(dǎo)致該系統(tǒng)的測控穩(wěn)定性?？茖W(xué)技術(shù)的日新月異，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)也受此影響，這類測控系統(tǒng)同樣逐漸變得更加功能完善、性能優(yōu)越。其中，普及大棚的使用，便應(yīng)有相應(yīng)的先進儀器來實時測控棚內(nèi)溫濕度等情況，以達到自動化管理的目標。但是，該領(lǐng)域所使用的測控系統(tǒng)仍沒有脫離傳統(tǒng)，始終是模擬溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、多路

16、模擬開關(guān)和單片機。這類系統(tǒng)若想將傳感器收集的數(shù)據(jù)傳輸至采集卡中，便不得不在棚內(nèi)布設(shè)許多測溫電纜，如此以來，不僅花費高昂，而且由于模擬信號抗干擾能力差，所以在測量時必然會產(chǎn)生大的誤差。 1.5本文的主要設(shè)計工作 本文的溫濕度測控系統(tǒng)，單片機是STC系列，傳感器是DHT11，價格都相對低廉。其具體分為軟、硬件設(shè)計。其中，硬件由以下幾塊組成，分別是單片機、報警裝置、顯示、調(diào)節(jié)裝置以及傳感器。顯示裝置主要包括DHT11和LCD1602。這種電路不復(fù)雜、穩(wěn)定性好、運行快、易調(diào)整，存在實際使用價值，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中推廣使用的難度較小。 本設(shè)計的一大優(yōu)勢在于：溫濕度的相關(guān)參數(shù)，如上限值與預(yù)置值，能由下位

17、機的按鍵輸入，溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)能由非電量參數(shù)轉(zhuǎn)為電量信號，然后進一步處理后傳輸至單片機，由其對數(shù)據(jù)進行讀取并再傳輸至緩沖區(qū)，LCD1602可以始終顯示該數(shù)據(jù)，此外對比預(yù)置值并分析；之后，根據(jù)分析結(jié)果指示執(zhí)行機構(gòu)，借由繼電器操作相關(guān)設(shè)備（排風(fēng)扇等），從而調(diào)整棚內(nèi)的溫濕度始終保持在合適范圍里。  2系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1系統(tǒng)總框設(shè)計 系統(tǒng)的設(shè)計包括以下幾種模塊：信息采集、分析處理、顯示、設(shè)置、報警和控制。對所采集的信息分析處理是使用STC芯片，其性能優(yōu)越，穩(wěn)定性好。信息采集選擇DHT11，所能測得的溫度區(qū)間是0～50℃，濕度區(qū)間是20%～90%RH，采用單總線形式，接口簡單

18、，已經(jīng)校準，8Bit分辨率，符合多數(shù)環(huán)境測量需求。若想改變測量上限和下限，僅用換成其它型號溫濕度傳感器，并且無需擔(dān)心兼容問題。搭配EEPROM芯片AT24C04，便能保證已經(jīng)儲存的溫度、濕度最大值掉電永久保存。借由按鍵，便能輕松的改變溫濕度的最大值。若溫濕度超出范圍，則報警燈點亮。同時，該信號還能借由三極管控制繼電器，進而控制斷風(fēng)機、加熱器等設(shè)備的運行。該系統(tǒng)的設(shè)計原理如圖2.1所示。 圖2.1 溫濕度控制器 2.2傳感器的選擇 溫濕度檢測模塊采用DHT11。它所采用的技術(shù)十分先進，該產(chǎn)品的使用時間久、可靠性強。除此之外，電阻式感濕元件與NTC測溫元件這兩個元件共同組成了傳感

19、器，同時還接入了功能強大的8位單片機。該產(chǎn)品擁有諸多優(yōu)點，包括運行速度十分迅捷、穩(wěn)定性極強、價格低廉等。溫濕度的測量范圍和精度也能滿足該次系統(tǒng)設(shè)計 。對比其他復(fù)雜的傳感器，該型號傳感器操作簡便、穩(wěn)定性好，性價比高，故本次設(shè)計采用DHT11溫度傳感器。  3系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1單片機模塊 3.1.1單片機的選擇 方案一：選擇AT89C52單片機。這種單片機產(chǎn)自ATMEL企業(yè)。該單片機型號是CMOS，其優(yōu)點是性能強大并且節(jié)能，其中的配件制造均源自于該家企業(yè)高密度、非易失性存儲技術(shù)，能夠匹配MCS-51指令系統(tǒng)，不存在任何沖突問題，其中包括8位CPU和Flash存儲單元。使用該

20、單片機具有諸多優(yōu)勢，一方面，它對開發(fā)設(shè)備無特殊要求，減少了開發(fā)時間，可對編程加密，其保密性強；另一方面，該單片機的價位適中，貨源充足，用于制作系統(tǒng)可使其體積減小、可靠性上升、花費減少。若要用5V電壓編制程序，僅需程序不超過8K，同時使用所有I/O口，擦寫速度極快。此外，該類型的加密手段為三級程序存儲器加密，簡單易行有保障，不用擔(dān)心被抄襲。PO口為三態(tài)雙向口，由于僅有它可以進行外部存儲器的相關(guān)控制，所以一般也叫做數(shù)據(jù)總線口。 方案二：選擇STC89C52單片機。該種型號的操作程序與AT不存在任何沖突，可是真正使用的過程中有以下麻煩： （1）AT不支持ISP下載功能，只能借助于其他外部手段；S

21、TC則能通過USB轉(zhuǎn)串口，具體相關(guān)的內(nèi)容下載需登陸其廠商官網(wǎng)。 （2）STC的運行十分迅速，約為AT的3~30倍。但是，這也會帶來一定問題，可能造成某程序適用于AT，卻不適用于STC，比如部分對程序要求很高的模塊，得在STC上延長時間，其時間約為AT的10~30倍即可，可由調(diào)試驗證。 （3）STC的適應(yīng)性強，其正常的工作電壓只要大于3V，這對于AT是必然行不通的。因此，若某系統(tǒng)使用STC能正常運行，卻不適用于AT，此時驗證最小系統(tǒng)，觀察其有無順利供電。 對比上述方案一和方案二，結(jié)合作者所學(xué)相關(guān)專業(yè)知識，以及作者個人和所處學(xué)校的實際情況，綜合分析可實際獲取的資源狀況，所以最終選擇STC89

22、C52。 3.1.2單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)包含以下部分：電源、振蕩電路、復(fù)位和擴展部分等。就設(shè)計完整性而言，第一部分即穩(wěn)定的電源供電模塊，這是系統(tǒng)正常工作運轉(zhuǎn)的基本要素。本次設(shè)計中的該模塊借由電腦USB口來充當(dāng)，或者在外部安裝一個5V電源供電模塊。 圖3.1 單片機最小系統(tǒng)原理 3.2溫濕度采集模塊 3.21溫度傳感器的選用 數(shù)字型溫濕度傳感器的主要特征是能夠直接輸出數(shù)字量。DHT11的數(shù)字信號輸出已經(jīng)得到校準，其性能可靠、穩(wěn)定，使用的普及度已經(jīng)比較高。該傳感器的訪問形式是利用二線數(shù)字串行接口來完成，故硬件接口

23、電路一點也不復(fù)雜。該傳感器使用4針單排引腳封裝，接通電源后，為了使狀態(tài)穩(wěn)定下來，需稍等1秒，不做其他操作。為了去耦濾波，需要安裝一個電容為100nF的電容器，具體位置是在電源引腳間，其標識為VDD和GND。實物見下圖。 圖3.2 DHT11實物 DHT11傳感器模塊的軟件流程如圖3.3所示： 圖 3.3 DHT11傳感器模塊程序流程 DHT11的技術(shù)參數(shù)如下： 供電電壓：3.3~5.5V DC； 輸出：單總線數(shù)字信號； 測量范圍：濕度20～90%RH，溫度0~50℃； 測量精度：濕度5%RH，溫度2℃； 分辨率：濕度1%RH，溫度1℃； 互換性：可完全互換;

24、 長期穩(wěn)定性：<1%RH/年； 本次設(shè)計采用溫濕度傳感器DHT11．它具有測量精度高，電路連接簡單等特點．具體接口如下： 引腳1：VDD 供電3～5.5V DC； 引腳2：DATA 串行數(shù)據(jù),單總線； 引腳3：NC 空腳,請懸空； 引腳4：GND 接地,電源負； 不可忽略的是，當(dāng)引腳2接入后，需要安裝上拉電阻，并通電。該傳感器的電路如下圖所示。電路的連接十分容易，上下位的連接只要通過一個I/O口。關(guān)于如何選擇上拉電阻，通常依據(jù)連接線的長度，若長度小于20m，則選擇5K上拉電阻，反之，視具體情況而定。 圖3.4 DHT11溫濕度傳感器外型及管腳

25、 DHT11采取單總線數(shù)據(jù)格式，其含義是指一個數(shù)據(jù)引腳端口便能實現(xiàn)雙向傳輸，其數(shù)據(jù)包大小為5Byte（40Bit）。通信時長不超過3毫秒，數(shù)據(jù)分為整數(shù)與小數(shù)部分，數(shù)據(jù)傳輸全部完成是40bit，高位先出。 3.22數(shù)據(jù)幀的描述： 微處理器要和傳感器若要保持一致，需使用DATA，其數(shù)據(jù)格式為單總線，通訊期大致是4ms，數(shù)據(jù)組成同上，詳情會在后續(xù)解釋。現(xiàn)在小數(shù)部分的讀出是“0”，將來可擴展。 3.23時序描述： 用戶MCU發(fā)出開始指令，傳感器由節(jié)能模式切換成高速模式，在主機開始指令終止后，傳感器接收響應(yīng)，輸出40bit的數(shù)據(jù)，同時激活數(shù)據(jù)收集，用戶可自由提取所需信息。整個過程中，傳感器由收到

26、開始指令后激活溫濕度數(shù)據(jù)收集，倘若無主機開始指令，則傳感器保持待命狀態(tài)。傳感器在數(shù)據(jù)收集完成后，將自動變回低速模式。 總線處于空閑模式時是高電平，主機將其拉低直到傳感器有所反應(yīng)，若要使傳感器可以接收到開始指令，這段時間不得低于18ms。傳感器檢測到主機的開始指令后，在其發(fā)送完成后，發(fā)出80us低電平響應(yīng)指令。同時，主機應(yīng)在20-40us后識別傳感器的響應(yīng)指令。此外，信號發(fā)出后，主機便轉(zhuǎn)為輸入模式。 3.24 DHT11傳感器模塊電路設(shè)計 DHT11很輕易即能與STC相連。STC的數(shù)據(jù)口是P2.0，其主要功能是發(fā)送接收串行數(shù)據(jù)。因為電路不足20m，所以需要在Pin2和電源間安裝一個5K的上

27、拉電阻。此外，傳感器的Pin1與單片機的VDD端連接，Pin4與其GND端連接。引腳3不做連接。其電路如下圖所示。 3.3液晶顯示模塊 關(guān)于液晶顯示模塊的選擇，用于編程的話，不存在較大差異，均能滿足編寫指令、地址、數(shù)據(jù)等相關(guān)要求。針對12864液晶屏，其優(yōu)點在于顯示信息廣泛、字符數(shù)量龐大，顯示功能也優(yōu)于1602液晶屏。但是，從是否滿足本次設(shè)計要求的角度看，兩者均符合。更重要的是，1602液晶屏的價位合適，最便宜的僅6元，比前者要少34元。綜合考慮下，優(yōu)先選擇LCD1602液晶屏。 3.3.1 LCD1602概述 本次設(shè)計的系統(tǒng)里，關(guān)于溫室的溫濕度方面，除了要顯示其測量值

28、，還得呈現(xiàn)出其相應(yīng)的報警參數(shù)。因此，如何設(shè)計出合理的顯示模塊顯得至關(guān)重要。分析所要研究的系統(tǒng)的相關(guān)要素，最終選擇LCD1602顯示器。選擇該類型的顯示器，主要是因為其清晰度高、屏幕大、花費低廉。本次設(shè)計系統(tǒng)對有無背光無特殊要求。 3.3.2 LCD1602基本參數(shù)及引腳功能 LCD1602技術(shù)參數(shù)如下： 顯示容量：162個字符； 芯片工作電壓：4.5～5.5V； 工作電流：2.0mA(5.0V)； 模塊工作電壓：5.0V； 字符尺寸：2.954.35(WH)mm； LCD1602引腳說明： 第1腳：VSS為地電源． 第2腳：VDD接5V正電源． 第3腳：VL用于調(diào)節(jié)屏幕的

29、對比度。對比度的調(diào)節(jié)方式主要由電源控制：接正降低，接地升高。若其值太大，易出現(xiàn)“鬼影”，安裝一個10K電位器可進一步調(diào)節(jié)。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平表示選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平則表示選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平——“讀”，低電平——“寫”。若RS與R/W均處于低電平狀態(tài)，則能寫入指令或者顯示地址。若RS處于低電平狀態(tài)，而R/W處于高電平狀態(tài)，則具有讀取功能。若RS處于高電平狀態(tài)，而R/W處于低電平狀態(tài)，則具有寫入功能。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令． 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線． 第15腳：背光源正極．

30、 第16腳：背光源負極．與單片機接口電路如圖3.6所示． 圖3.5 LCD與單片機接口電路 液晶之所以能夠顯示出圖案，是基于其物理特性。通過電壓影響相應(yīng)的顯示模塊，即能顯示上電，或是各種圖案。液晶顯示器對比與傳統(tǒng)的顯示器，具有諸多優(yōu)點，如超薄、集成電路控制、全彩畫面。隨著該技術(shù)日趨成熟，在我們的日常生活中已隨處可見，尤其可見于各類電子產(chǎn)品的屏幕。電路中液晶接口如圖3.7所示： 圖3.6 1602顯示模塊 3.4報警 該模塊與溫濕度采集模塊緊密相連，由后者收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號，再由單片機分析處理，即可傳輸至顯示模塊。 關(guān)于溫室的溫濕度，我們首先要評判所采集的值是否

31、異常，若實測值超出正常范圍，報警燈亮，若實測值處于正常范圍，便對其顯示與控制。報警電路包含兩個LED，分別同P2.5和P2.6相連，任意一個超出限制，均會觸發(fā)報警燈。具體的報警方式是：若實測溫度值異常，一個LED亮；若實測濕度值異常，另一個LED亮。兩個LED的顏色存在差異，所以據(jù)此可知究竟是哪一項參數(shù)異常，該種設(shè)計簡單易行。 因為單片機的IO引腳所能產(chǎn)生的電流太低，所以不得不安裝增強電流的電路，可由三極管實現(xiàn)，從而控制報警燈（顏色不一樣的LED）。 3.5控制 本次設(shè)計的目的僅為下調(diào)溫室的相關(guān)數(shù)值，控制電路使用常開繼電器。降溫裝置的原理：若實測溫度值超過標準最大值，連接單片機的

32、引腳發(fā)出低電平，電流將流過三極管，進而導(dǎo)致繼電器吸合，接著便能啟動降溫裝置運行。若溫度調(diào)節(jié)至正常值后，置其引腳為高電平，三極管截斷，繼電器則會打開，從而關(guān)閉降溫裝置。 3.6閥值 EEPROM芯片AT24C02的主要功能是保存溫濕度閥值。調(diào)節(jié)按鈕是K1到K4：K1和K2分別表示調(diào)節(jié)溫度值的增大與減小， K3和K4分別表示調(diào)節(jié)濕度值的增大與減小。單片機AT作為IIC芯片，具體情況見下圖。 AT具有電可擦除的串行1024位存儲器或可編程只讀存儲器(EEPROM)128字(8位/字)。 關(guān)于處于低壓環(huán)境的使用，已經(jīng)對芯片完成了優(yōu)化處理。AT的封裝是8腳PDIP和JED

33、EC。 SOIC、8腳TSSOP，由2線制串行接口完成傳輸操作。除此之外,該系列存在2.7V(2.7V至5.5V)以及1.8V(1.8V至5.5V)兩類。 4系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 4.1軟件程序設(shè)計 軟件設(shè)計作為本次系統(tǒng)設(shè)計中的重中之重，其設(shè)計的質(zhì)量優(yōu)劣將很大程度上決定此次測控系統(tǒng)的完成。軟件設(shè)計同硬件設(shè)計存在相似之處，其方法都是使用模塊化程序設(shè)計。著手設(shè)計前，我們應(yīng)首先了解系統(tǒng)構(gòu)成、數(shù)據(jù)的識別與傳輸、信號的顯示與控制和控制系統(tǒng)的內(nèi)容，這樣在對系統(tǒng)中所有子程序的原理有深入理解后，才能使用C語言完成系統(tǒng)編程。 本次設(shè)計系統(tǒng)的主程序流程為：①啟動，進行數(shù)據(jù)初始化

34、，設(shè)置標準溫濕度的最大值；②傳感器讀取之前設(shè)置的溫濕度值，并對數(shù)據(jù)進行線性擬合，同時顯示在LCD上；③若溫濕度的實測值異常，便會觸發(fā)報警，再觸發(fā)繼電器使控制裝置運行；④控制裝置對溫濕度進行調(diào)節(jié)，當(dāng)溫濕度恢復(fù)正常后，即停止運行，實時的溫濕度值會出現(xiàn)在顯示器上。具體流程見圖4.1。 圖4.1 主程序流程 4.2仿真軟件介紹 本次系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用了Proteus與Keilc51，兩款軟件的兼容性很好，能夠完成實物的模擬，這樣一來就能順利進行后面的實物焊接。 4.2.1 Proteus簡介 Proteus是一款EDA工具軟件，產(chǎn)自于英國Labcenterelectronics

35、，從最初的版本到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了超過30年，普及度十分高。一般EDA具有的功能包括原理布圖等，該軟件在此基礎(chǔ)上還擁有更強大的功能。首先，其電路仿真功能十分便捷，可隨時對程序進行控制和調(diào)用；然后，該軟件能夠在以原理圖為基礎(chǔ)的虛擬原型上編制程序，隨時可調(diào)整程序源碼；此外，可隨時顯示運行過程，外加一些示波器、邏輯分析儀之類的虛擬儀器以輔助系統(tǒng)。 4.2.2 KeilC51編譯器簡介 本次設(shè)計的研發(fā)是依據(jù)Keil C軟件。該軟件可使用C語言對程序進行編制與調(diào)試，操作簡單。如果專業(yè)是C語言，那么畢業(yè)設(shè)計可選擇該軟件。本次設(shè)計的第一步，就是要學(xué)習(xí)該軟件的相關(guān)功能和操作。掌握該軟件的使用后，才能進行下一步

36、的工作。當(dāng)程序編寫完成，接著使用STC_ISP_V480 軟件燒錄到開發(fā)板，將程序嵌入至實際物體上。在此之前，還需要相關(guān)的調(diào)試，具體步驟是：①微控制單元型號選擇STC；②打開后綴名是.hex的文件；③打開“設(shè)備管理器”，接著是“COM選項”，選取相應(yīng)的端口；④點擊Download。 4.3整體下載與調(diào)試 4.3.1 USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝 USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動程序的安裝步驟是： 運行PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe。然后，插入USB下載線，在“設(shè)備管理器”找到“端口”，其菜單中應(yīng)該有Prolific USB-to-Serial Comm P

37、ort(COMX)，其中“X”的實際含義是指串口號。倘若不存在該選項，則表示安裝失敗，所以要再次安裝。此處需要注意的是，應(yīng)記錄下COM口號。 4.3.2下載程序 運行STC文件夾中的STC_ISP_V481.exe。設(shè)置合理的MCU，COM口號即填寫之前驅(qū)動安裝時所記錄的值，因為下載線里PL2303的限制，波特率的最高值和最低值只能選擇2400bps或者1200bps，然后打開正確的后綴名為.hex的文件。這個時候還要經(jīng)歷一次失電到上電，所以需要通電，此時芯片進行燒錄。在上述步驟全部完成，即程序制作成功后，應(yīng)當(dāng)對其測試。將開發(fā)板通過相應(yīng)接口連接至電腦，實現(xiàn)供電和下載。當(dāng)下載好后，程序一般會

38、自動啟動，如若不行，再次上電應(yīng)該就能啟動程序。 4.3.3調(diào)試 在電腦端，使用Keil編譯最開始輸入的源代碼，將其轉(zhuǎn)化成能夠執(zhí)行的目標代碼。倘若源代碼存在問題，會提示錯誤，再從頭開始修正，直到編寫出正確無誤的程序。 在線調(diào)試，其具體意義是：針對那些相對系統(tǒng)和硬件獨立的程序，可采用在線調(diào)試檢測邏輯中的問題，反復(fù)修正直至消除所有邏輯問題。針對那些同系統(tǒng)和硬件綁定的程序，只能一起調(diào)試。若提示硬件問題，解決其存在問題；若提示邏輯問題，則通過修正程序糾正邏輯問題。  5系統(tǒng)總體設(shè)計 本次系統(tǒng)設(shè)計的成功，軟件和硬件合理的整合起到了巨大促進作用。 本次設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵部分即軟件。系

39、統(tǒng)軟件部分的編制使用了匯編語言，設(shè)計思路依據(jù)的是模塊化方式。在完成相關(guān)的程序編寫后，再利用Keil軟件對所設(shè)計的程序進行仿真測試，同時導(dǎo)入至單片機。 軟件和硬件的完美契合，促成了此次系統(tǒng)的設(shè)計。其系統(tǒng)整體電路設(shè)計見圖5.1。 圖5.1 電路總體設(shè)計 該系統(tǒng)的工作方式為：由DHT11采集大棚中實時的溫濕度值，然后把采集值傳輸至STC89C52單片機分析與處理，同時導(dǎo)入至多個數(shù)組，方便后面顯示。針對其顯示模塊，為了保證其穩(wěn)定性，系統(tǒng)會每兩秒就收集一組信息。根據(jù)上圖可知，按鍵控制接口是單片機的12～15接口，調(diào)節(jié)溫濕度的最大值主要是由相應(yīng)按鍵所控制，同時接入了外部芯片，可存儲設(shè)定的標準值。

40、1、2外接外部EEPROM芯片AT24C02。傳感器的功能是把收集到的外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號，然后傳輸至單片機分析和處理，再把信號傳輸至顯示模塊（液晶電路接口連接方式見上圖）。當(dāng)實際環(huán)境條件下的溫濕度值異常時，單片機6和7接口會啟動其對應(yīng)的繼電器開始運行（6連接L，7連接R）。通過單片機的判斷，由小燈發(fā)出指令，啟動不同電路對應(yīng)的繼電器驅(qū)動負載，控制實際環(huán)境下的溫濕度值。AT24C02器件具有特殊的寫保護功能。  總結(jié) 作者根據(jù)所調(diào)研的文獻資料，分析了國內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀，尤其是國外的高端技術(shù)，制定出一套合理的研究思路，完成了本次大棚溫濕度檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)重點針對的是

41、絲瓜大棚溫濕度的檢測與控制，目的是能夠有效降低人力、物力資源的浪費。該系統(tǒng)測控的核心部分是DHT11和STC89C52，其性能優(yōu)越、可靠且價位適中。該系統(tǒng)的運行原理是：先由傳感器測量出實際溫濕度的值，把測量值發(fā)送到單片機，以閥值為標準判斷其溫濕度是否處于正常范圍內(nèi)，接著根據(jù)具體情況，使用單片機操縱相關(guān)模塊的運行，從而實現(xiàn)系統(tǒng)整體控制。所采用的52系列單片機具有諸多優(yōu)點，如操作指令完善、體積小、可塑性高等，該單片機的使用不僅使本次設(shè)計系統(tǒng)的性能得到提升，還降低了其制造成本。因為作者自身的知識深度尚淺，在設(shè)計該系統(tǒng)時存在觀點片面、整體意識不足等問題，所以本文設(shè)計的產(chǎn)品僅供參考。 作者本次所設(shè)計的

42、檢測與控制系統(tǒng)，可能仍存在部分缺點，但并不掩蓋其光芒。作者認為，本次設(shè)計的最大亮點，即針對過去絲瓜大棚的溫濕度測量方式，將傳統(tǒng)上只能由人工進行轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)自動化處理。這樣一來，不但降低了人力、物力資源的浪費，還優(yōu)化了溫濕度的測量速度和準確度。本文設(shè)計的測控系統(tǒng)，其性能優(yōu)越、花費較少、簡單易行，擁有一定的使用價值。綜上所述，本次設(shè)計的測控系統(tǒng)符合我國國情，亦能滿足用戶需求，故可以在我國農(nóng)村得到有效推廣應(yīng)用。 致謝 在進行畢業(yè)論文的這3個月里，是我整個大學(xué)生涯里涉及面最廣、時間跨度最長、工作量最多的一個學(xué)習(xí)機會。老師說通過此次畢業(yè)論文能夠把之前學(xué)習(xí)到的課程知識都進行有效的運用

43、，如果能夠?qū)⑺行≌n的精髓全部領(lǐng)悟，具備較強的邏輯能力，那么就可以高效地完成這個畢業(yè)論文。 人們常說，磨刀不誤砍柴工，所以當(dāng)我遇到一些目前不能解決問題的時候，我都會及時地向我的同學(xué)們進行請教，他們會對我闡述的問題進行耐心的回答，從來不會因為缺乏耐心而對我進行指責(zé)，而是反復(fù)地給我強調(diào)應(yīng)該重視的地方，無論是課題的確定，或者是最終的設(shè)計完成，老師們都給我提供了很多的幫助，真正意義上完成了“傳道受業(yè)解惑”的任務(wù)，這些都讓我特別敬佩。很多個日日夜夜，老師都給我們提供了很多的學(xué)業(yè)指導(dǎo)，并且也在生活以及思想層面給我了我很多的關(guān)心，我對老師們的專業(yè)知識特別敬佩，并且也對它們細致的科研態(tài)度產(chǎn)生了很大的敬佩，并

44、且在日后的工作以及學(xué)習(xí)里，我都會以此為榜樣，不斷地努力學(xué)習(xí)并爭取進步。 在這個論文即將完成的時候，我的心情特別激動，無論是課題起始階段或者是論文完稿階段，很多的老師、朋友、以及同學(xué)都給我了很多悉心的幫助，我要向他們再次表達謝意！最后，我要特別謝謝母校對我多年的指導(dǎo)以及栽培。 參考文獻 (1)Hashimoto Y. Some speaking plant approach to the synthesis of control system in the greenhouse. Acta Hort, 1985年 (2)G.van Stratena,

45、etc. Towards user accepted optimal control of greenhouse climate. computers and Electronics in Agriculture, 2000年 (3)K.G. Arvanitisa,atcMultirate adaptive temperature control of greenhouse, computers and Electronics in Agriculture, 2000年 (4)蔡菲娜.單片微型計算機原理和應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2003年 (5)周堅.單片機輕松入門[M].北京

46、：北京航空航天出版社，2002年 (6)孫育才．MCS－51系列單片微型計算機及其應(yīng)用[M].南京：東南大學(xué)出版社，2004.年 (7)公孫茂，馬寶匍，孫晨．單片機入口接口實例集[M].北京：北京航空航天出版社，2002.年 (8)龍澤明，顧立志，王桂蓮等.MCS－51單片機原理及工程應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005年 (9)胡輝，王曉，戴永成.單片機原理及應(yīng)用設(shè)計[M].北京：中國水利水電出版社,2005.年 (10)譚浩強 .C語言程序設(shè)計（第三版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005年 附錄1 原理分析圖：

47、 附錄2 下面我給大家介紹下主程序的編寫：其他已經(jīng)省去． (1) 頭文件和一些宏定義 #include #include "1602.h" #include "dht.h" #include "2402.h" (2) 管腳定義 sbit Led_qushi=P1^6; //去濕燈 sbit Led_jiangwen=P1^5; //降溫?zé)? sbit Led_shengwen=P1^4; //升溫?zé)? sbit Key_TH1 = P3^2; sbit Key_TH2 = P3^3; sbit Key_HH1

48、= P3^4; sbit Key_HH2 = P3^5; (3) 常量、變量定義 //定義標識 volatile bit FlagStartRH = 0; //開始溫濕度轉(zhuǎn)換標志 volatile bit FlagKeyPress = 0; //有鍵按下 //定義溫濕度傳感器用外部變量 extern U8 U8FLAG,k; extern U8 U8count,U8temp; extern U8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata; extern U8 U8T_data_H_tem

49、p,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp; extern U8 U8checkdata_temp; extern U8 U8comdata; extern U8 count, count_r; U16 temp; S16 temperature, humidity; S16 idata TH, HH; //溫度上限和濕度上限 char * pSave; U8 keyvalue, keyTH1, keyTH2, keyHH1, keyHH2; U16 RHCounter; (4) 各子程序 //數(shù)據(jù)初

50、始化 void Data_Init() { RHCounter = 0; Led_qushi = 1; Led_jiangwen = 1; Led_shengwen = 1; TH = 40; HH = 85; keyvalue = 0; keyTH1 = 1; keyTH2 = 1; keyHH1 = 1; keyHH2 = 1; } //定時器0初始化 void Timer0_Init() { ET0 = 1; //允許定時器0中斷 TMOD = 1;

51、//定時器工作方式選擇 TL0 = 0x06; TH0 = 0xf8; //定時器賦予初值 TR0 = 1; //啟動定時器 } //定時器0中斷 void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0 { TL0 = 0x06; TH0 = 0xf8; //定時器賦予初值 //每2秒鐘啟動一次溫濕度轉(zhuǎn)換 RHCounter ++; if (RHCounter >= 1000) { FlagStartRH = 1; RHCount

52、er = 0; } } //存入設(shè)定值、 void Save_Setting() { pSave = (char *)&TH; //地址低位對應(yīng)低8位，高位對應(yīng)高8位 wrteeprom(0, *pSave); //存溫度上限值TH低8位 DELAY(500); pSave ++; wrteeprom(1, *pSave); //存溫度上限值TH高8位 DELAY(500); pSave = (char *)&HH; wrteeprom(2, *pSave); //存濕度上限值RH低8位

53、 DELAY(500); pSave ++; wrteeprom(3, *pSave); //存濕度上限值RH高8位 DELAY(500); } //載入設(shè)定值、 void Load_Setting() { pSave = (char *)&TH; *pSave++ = rdeeprom(0); *pSave = rdeeprom(1); pSave = (char *)&HH; *pSave++ = rdeeprom(2); *pSave = rdeeprom(3); if ((TH>99

54、)||(TH<0)) TH = 40; if ((HH>99)||(HH<0)) HH = 85; } void KeyProcess(uint num) { switch (num) { case 1: if (TH<99) TH++; L1602_char(1, 15, TH/10+48); L1602_char(1, 16, TH%10+48); break; case 2: if (TH>1) TH--; L1602_char(1, 15, TH/

55、10+48); L1602_char(1, 16, TH%10+48); break; case 3: if (HH<99) HH++; L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48); break; case 4: if (HH>1) HH--; L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48); break;

56、 default: break; } Save_Setting(); } (5) main()函數(shù) void main() { U16 i, j, testnum; EA = 0; Timer0_Init(); //定時器0初始化 Data_Init(); EA = 1; L1602_init(); L1602_string(1,1," Welcome to T&H "); L1602_string(2,1," Control System! "); //延時 for (i=

57、0;i<1000;i++) for (j=0;j<1000;j++) {;} //清屏 L1602_string(1,1," "); L1602_string(2,1," "); L1602_string(1,1,"Tem: C TH:"); L1602_string(2,1,"Hum: % HH:"); //載入溫度上限和濕度上限設(shè)定值 Load_Setting(); L1602_char(1, 15, TH/10+48); L16

58、02_char(1, 16, TH%10+48); L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48); while(1) { //溫濕度轉(zhuǎn)換標志檢查 if (FlagStartRH == 1) { TR0 = 0; testnum = RH(); FlagStartRH = 0; TR0 = 1; //讀出溫濕度，只取整數(shù)部分 humidity = U8RH_data_H;

59、 temperature = U8T_data_H; //顯示溫濕度 L1602_int(1,5,temperature); L1602_int(2,5,humidity); } //溫濕度控制 if (temperature > TH) Led_jiangwen = 0; else Led_jiangwen = 1; //降溫 if (humidity > HH) Led_qushi = 0; else Led_qushi = 1; //去濕 //鍵盤查詢，在彈起時響應(yīng)

60、 if ((Key_TH1)&&(keyTH1==0)) {FlagKeyPress = 1; keyvalue = 1;} else if ((Key_TH2)&&(keyTH2==0)) {FlagKeyPress = 1; keyvalue = 2;} else if ((Key_HH1)&&(keyHH1==0)) {FlagKeyPress = 1; keyvalue = 3;} else if ((Key_HH2)&&(keyHH2==0)) {FlagKeyPress = 1; keyvalue = 4;} if

61、 (FlagKeyPress == 1) { KeyProcess(keyvalue); FlagKeyPress = 0; } if (!Key_TH1) keyTH1 = 0; else keyTH1 = 1; if (!Key_TH2) keyTH2 = 0; else keyTH2 = 1; if (!Key_HH1) keyHH1 = 0; else keyHH1 = 1; if (!Key_HH2) keyHH2 = 0; else keyHH2 = 1; } } 46