【基于单片机的温室大棚温湿度控制10000字（论文）】.docx

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1、基于单片机的温室大棚温湿度控制目录摘要错误!未定义书签O1绪论22方案论证22.1 系统设计方案22.2 主控模块选型32.3 传感器选型42.4 显示模块选型52.5 设计语言选择63硬件电路的设计73.1 系统控制73.1.1 系统时钟电路83.1.2 系统复位电路83.1.3 中断系统93.2 传感器采集电路93.3 1CD显示电路103.4 按健电路113.5 执行机构驱动模块124系统软件设计134.1 系统设计软件134.1.1 AD134.1.2 Kei1C51134.2 软件设计流程图134.2.1 主函数流程图134.2.2 传感器模块流程图144.2.3 显示模块流程图15

2、5系统测试176总结19参考文献191绪论虽然温室大棚能使蔬菜在反季节进行种植，但温室大棚内温度和湿度的控制是温室大棚内最核心的环境因素，这两个因素往往决定着棚里蔬菜生长的好坏。以往我们对于蔬菜大棚内的温度和湿度的检测通常是由相应的温度或湿度计进行测量采集，目由人工进行读数，根据采集到的信息再进行相应的升温或降温操作。这种控制方式让棚内升温或降温都不能及时达到我们的要求，而且该方式浪费大量人力以及物力。随着我国社会的不断发展，科学技术的不断引进创新，我国现代控制系统技术已经普及到我们日常生活的各个脚落。我们如何利用现有的自动控制技术来实现对蔬菜大棚内的温度和湿度进行实时检测，再根据监测到的数值

3、自动控制相应的设备进行升温或降温操作。这对提高大棚内蔬菜等农作物产量和节约人力资源具有重要的意义。本课题主要研究内容是设计一款基于单片机的智能温室大棚系统，系统利用温度传感器和湿度传感器分别来对大棚内的温度和湿度进行检测，采用51单片机主控芯片对采集到的数据进行判断处理，并通过设定阈值的方式来实现对大棚内温度的提高和降低。当系统监测到的温湿度不符合阈值条件时，启动相应的设备模拟降温和升温的过程。同时1CD可以对温湿度信息进行实时显示。2方案论证2.1 系统设计方案方案一：可以采用比较传统的二位模拟控制方法，该方法就是在采用比较适合的模拟电路的基础之上，采用电位器的方法来设置我们的额定值，设置我

4、们所需要的上下限值，将采集到的信息与给定值进行比较，然后控制相应设备启动。如果采用此模拟控制方法，本系统受外界因素影响较大，会导致系统的有关精度也会下降，而且采用此设计的话，在数据显示方面我们不能使用数码显示，不能让我们更简便的去观察和控制。方案二：此方案我计划采用AT89C51单片机为核心，采用温度传感器DS18B20进行温度采集，采用HS11O1电容式湿度传感器进行湿度采集，其中HSI1O1可测量的湿度范围为55.5C125.5C。采用继电器控制外接口设备，使其达到电路简单、可靠的目的。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控

5、制算法使系统还具有控制精度高的特点。方案三：第三种方案运用大学期间所学的单片机知识，以STC89C52芯片为核心,DHT1I作为温室温湿度的传感器，1CDI602显示屏显示数据，通过使用弱电控制强电来控制继电器对温湿度进行调节。在对上述三种方案进行比较，在结合实际的资源情况，所需工作电压，以及程序烧写所需存储空间，中断复位以及时钟等因素，最终决定采用方案三，方案中电子器件的选型下章将会详细介绍。本课题主要是基于单片机的智能温室大棚系统的设计，系统可以划分为主控模块、温度监测模块、湿度监测模块、降温模块、升温模块、显示模块和按键模块等。系统需要完成的工作是利用温湿度传感器对大棚内温度和湿度数据进

6、行测量，并将获取到的数据发送给单片机进行处理，单片机将温湿度传感器传送过来的数据进行处理，当输入进来的数据处于设定的阈值范围内时，系统无需进行任何操作，当输入进来的数据超出设定阈值范围时驱动相应的继电器模块模拟加温和降温功能。系统设计框图如图2.1所示。图2.1系统设计框图2.2 主控模块选型在本系统的设计与实验中，主控模块作为核心器件相当于人类的大脑一样负责指令的发出与转发功能，所以主控芯片的选型尤为重要，既要考虑到资源够用又要考虑到价格成本。在本次设计中我选择采用STC89C52RC作为主控芯片。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位控制器，在本次设计中我们要用到该单片机的程序存

7、储空间，中断功能复位功能数据处理功能等，其I/O口数满足本设计所需要的接口数。在设计中需要考虑复位，延时，中断，程序存储等因素，而STC89C52内部有512字节RAM,32位I/O线满足，通用异步串行口，看门狗定时器，内置4KBEEPROM,MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，全双工串行口，且STC89C52可降至OHZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式，其满足我们程序烧写存储以及设计所需的要求。而且在空闲模式下，CPU停止工作，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，单片机停止工作，直到下一个中断或硬件

8、复位为止，其最高运作频率35MHz,6T/12T可选。综上所述结合本项目的实际使用情况，STC89C52的内部资源满足本次设计的需求，所以我决定选择STC89C52RC芯片作为本项目的主控芯片。2.3 传感器选型(1) DHT11DHT11是一种可以同时对温度和湿度进行检测的复合型传感器，该传感器采用简化的单线双向的串行接口技术，通迅时间约为4ms,传输的数据分为小数和整数两部分，传送一次完整的数据是40位数据，遵循先高位后低位的顺序，先是湿度整数数据和湿度小数数据，然后是温度整数数据和温度小数数据，最后一个是校验位，目都是8bito比如接收到的40位数据为：00110101OoOoOOOO0

9、001100000000000O1OoUoI分别对应湿度高8位、湿度低8位、温度高8位、温度低8位校验位计算：OO11010100000000+0110+0000OOoo=01001101则接收数据正确为：湿度：OO11O1O1=35H=53%RH温度：OOoI1O00=18H=24C,如果接收到的40位数据为：00110101000000000001I(MM)(MMX)000001001001,分别对应湿度高8位、湿度低8位、温度高8位温度低8位、校验位，计算OOI1O1O1+(XXX)0000+(X)01100000000000=01001101,因为O1(X)I1O1不等于O1(X)10

10、01,故本次接收的数据不正确，放弃，重新接收数据。该传感器同时结合了数字采集技术和温湿度检测技术，既能保障检测的精度还提供了较长的使用寿命。该传感器能够同时对温度和湿度进行检测主要是因为该器件内部包含了感湿元件和测温元件，通过这两个元件的配合实现对于温湿度的监测，该传感器由于具有较低的价格和功耗并且传输距离最远可达20m所以经常在很多需要对温湿度检测的系统中使用，本文需对温度及湿度进行测试。该模块实物图如图2.2所示。图2.2DHT11温湿度传感器实物图(2) DS18B20和HS11O1HS11O1是电容式湿度传感器，可测量的湿度范围为55.5C125.5C。DS18B20是一款单总线接口的

11、温度传感器，其体积微小，性能强大，抗干扰能力强，其温度测量范围比其传感器要宽一些，为负55度到正125度，该传感器使用的是DA11AS的单总线控制协议。该器件的使用非常简单，可直接与单片机进行相连无需添加A/D转换模块。在使用时可直接招检测到的温度信息变为数字信号传送给单片机，该传感器实物如图2.3所示。图2.3DS18B20实物图(3) AHT1OAHT1O检测探头采用CMOSES专利技术将AD转换电路和数字接口相结合。AHT1O体积小且采用简单的接口电路，在性价比方面，该传感器适用在需要大批量使用的地方，其采用双线数字输出的模式，且功耗偏低低。其测量量程偏大一些，温度测量范围从-40到+1

12、20度之间，其湿度测量的量程为满量程测量。即便是零下的冬天也能满足环境监测的需求。该模组使用的时候信号端口直接和终端主控制器相连并进行共地。本文通过传感器主要对温室大棚的温湿度进行检测，通过对比以上三种测量方法,其中DHTI1为单总线接口且可以同时采集温度及湿度，为了简化设计并且节约设计成本和考虑本设计的实际使用情况，故在本设计中选择DHTI1来对温室大棚的温湿度信息进行获取。2.4 显示模块选型为了满足系统设计要求且能够直观看到系统运行的当前状态，需要通过显示装置来对数据进行显示。如我们通过显示器可以操作电脑一样，在电子设计中，我们常用的显示设备主要有1ED、O1ED、1CD、数码管四种，每

13、种显示设备的优缺点以及设计难度各有不同，下面针对这四种显示设备进行简单描述。(I)1ED可以实现对多种信息的不同形式进行转化，其功耗低，工作电压需求低,使用年限长且驱动简单。伴随着单片机性能的发展和人们需求的增加，1ED灯也开始朝着显示的方向发展，我们可以利用许多个小的1ED灯珠组成一个大型1ED矩阵面板，通过控制这个1ED矩阵面板里面的1ED灯的亮灭和颜色来实现显示屏的效果，利用现实生活中拍照像素的基本原理，矩阵面板里面的每一个1ED灯都可以作为一个像素点。实现单个1ED灯驱动简单，但我们组成的矩阵里面1ED数量很大，不但要控制它们的亮灭，还要控制亮的颜色，难度可想而知，并且我们如果想要用1

14、ED矩阵来显其目标是通过简易的编译产生极少量的机器码以及不依托运行环境即可运行的编程语言。C语言的设计由于更符合语言逻辑，因此在入门上较易。相比于汇编语言，C语言具有编程速度快、工作量小、可读性好、易于调试、修改和移植等特点，在这些优点的基础上运行效率仅比汇编语言低10%左右，因此在硬件发达的今天，软件上的效率低可从硬件上得到弥补。由于在校期间对C语言进行了系统学习，所以在本文设计中采用C语言来对整个硬件系统的软件编程进行设计。本章主要讲述了系统的设计目标、系统组成及整体设计思路和系统设计的方案论证三部分内容。系统的目标明确了整个系统的设计要求。系统组成和系统整体设计思路系说明了整个系统的构成

15、和设计思路。方案选型论证主要根据系统设计要求选出性价比最高、最合适的器件。3硬件电路的设计3.1 系统控制单片机是对单片微型计算机的一种统称，我们可以根据自己的需求在上面进行各种开发和设计。单片机的起源可以追溯到上世纪八十年代，当时的单片机只有4位或8位，种类也仅有数十种，可选择性较低，且功能较弱。纵观现在300M的高速单片机已然成为主流。到目前为止，单片机的种类己发展至数百种，我们可根据自身需求选择最合适的芯片来进行设计，且设计例程也越来越多，设计也越来越方便，芯片的尺寸也朝着低功耗、低电压、小尺寸的方向不断发展。单片机拥有多种分类方式，如果按照种类分可以将单片机分为通用型和专用型。通用型是

16、可以根据自己的爱好和想法进行开发设计，而专用型则在出厂时己经设定好了其功能。单片机的结构框图如图3.1所示。图3.1单片机结构框图3.1.1 系统时钟电路晶振电路一般又叫时钟电路，该电路对整个系统运转提供时钟参考，因此也被叫做主控时钟。在单片机系统中，单片机想要执行操作必须经过取指令、译码然后将译码后的信号发送到寄存器，然后通过指令交换。每个步骤都遵循着系统时钟，系统时钟不仅提供了参考时间也对各个步骤执行的先后顺序进行定义。本项目的时钟电路如图3.2所示。C10.1uGND3T1P3.5WRP3.6RDP3.7XTA12XTA11GND图3.2系统时钟电路由图3.2可以看出，系统的时钟电路从引脚XTA11