(三稿)大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計

1、蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書姓 名張學(xué)斌學(xué) 號20122127專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班 級12級機械設(shè)計制造及其自動化（2）班指導(dǎo)老師萬國峰職 稱教授題 目大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)設(shè) 計 任 務(wù)（1）、查閱國內(nèi)外大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)的經(jīng)典及最新資料，了解大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)的最新發(fā)展情況，熟悉目前國內(nèi)外主流大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)的工作原理、性能、主要設(shè)備的型號和技術(shù)參數(shù)。（2）、設(shè)計出符合要求的系統(tǒng)原理圖。（3）、選擇合適的元器件，完成系統(tǒng)硬件搭建。（4）、選擇合適的硬件設(shè)備端口，完成相關(guān)信號及參數(shù)匹配電路。（5）、完成硬件設(shè)備

2、參數(shù)調(diào)整，使系統(tǒng)能實現(xiàn)大棚倉庫溫濕度自動控制功能。要 求（1） 完成系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試，能用軟件仿真實現(xiàn)大棚倉庫溫濕度自動控制功能，即能監(jiān)測大棚溫濕度，并能根據(jù)需要調(diào)節(jié)溫濕度；（2） 論文按標準論文格式打印。參考文獻1張金敏，董海棠，高博，衛(wèi)曉娟主編.單片機與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.成都：西南交通大學(xué)出版社，2010年8月2蔡振江.單片機原理及應(yīng)用.北京.電子工業(yè)出版社.2007年2月3沙占友.集成傳感器應(yīng)用.中國電力出版社.2005年10月 進度安排1-4周， 外文資料翻譯、文獻查閱、方案設(shè)計；5-6周， 系統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計；7-8周， 電路板的制作；9-12周， 驅(qū)動和模塊功能的編碼工作；1

3、3-14周，調(diào)試，模擬運行；15周， 撰寫畢業(yè)設(shè)計；16周， 答辯。指導(dǎo)教師意 見指導(dǎo)教師簽 字系主任簽 章蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院學(xué)生開題報告表課題名稱大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)課題來源現(xiàn)場課題類型AY導(dǎo) 師萬國峰學(xué)生姓名張學(xué)斌學(xué) 號20122127 專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化開題報告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準備，設(shè)計目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排；完成設(shè)計（論文）所具備的條件因素等。）1、 調(diào)研資料的準備查閱國內(nèi)外大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)的經(jīng)典及最新資料，了解大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)的最新發(fā)展情況，熟悉目前國內(nèi)外主流大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)的工作原理、性能、主要設(shè)備

4、的型號和技術(shù)參數(shù)。參考文獻：1張金敏，董海棠，高博，衛(wèi)曉娟主編.單片機與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.成都：西南交通大學(xué)出版社，2010年8月2蔡振江.單片機原理及應(yīng)用.北京.電子工業(yè)出版社.2007年2月3沙占友.集成傳感器應(yīng)用.中國電力出版社.2005年10月2、 設(shè)計目的隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，對于蔬菜大棚來說，最重要的一個管理因素是溫濕度控制。溫濕度太低，蔬菜就會被凍死或則停止生長，所以要將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計，工人依據(jù)讀取的溫度值來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度。如果僅靠人工控制既耗人力，又容易發(fā)生差錯?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高，對于

5、數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局性。為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有溫濕度自動控制系統(tǒng)，以控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。3、設(shè)計要求完成系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試，能用軟件仿真實現(xiàn)大棚倉庫溫濕度自動控制功能，即能監(jiān)測大棚溫濕度，并能根據(jù)需要調(diào)節(jié)溫濕度。（可另加附頁）指導(dǎo)教師意見簽名： 年 月 日I4、設(shè)計思路本系統(tǒng)溫濕度的監(jiān)控包括以下步驟：感應(yīng)環(huán)境溫濕度；判斷感應(yīng)到的溫濕度是否異常；若感應(yīng)到的溫濕度異常，判斷異常是否超過預(yù)設(shè)時間；若異常超過預(yù)設(shè)時間，則異常報警；判斷異常是否處理完畢；若異常處理完畢，解除報警。并可以利用控制器和單片機機來達到機房溫濕度的遠程控制，從而實現(xiàn)溫室大棚溫濕

6、度管理的實時性和有效性。5、預(yù)期成果利用傳感器測量大棚內(nèi)的溫濕度經(jīng)過信號處理，將傳感器測得的數(shù)據(jù)送至控制系統(tǒng)（AT89C52），與預(yù)設(shè)的農(nóng)作物最適合生長的溫濕度值的上下限進行對比，并通過顯示電 路將測得的溫濕度進行實時顯示。如果不同作物的適合生長的溫度不一樣，可以通過鍵盤電路修改預(yù)設(shè)值?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)比較的結(jié)果對調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，啟動相應(yīng)的措施如噴水，吹風(fēng)，加熱，降溫等，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度狀態(tài)。如果測得的數(shù)據(jù)超過了預(yù)設(shè)值的上下限，則報警電路會報警。這樣就實現(xiàn)了對大棚溫濕度的自動控制。6、階段內(nèi)容及時間安排1-4周， 外文資料翻譯、文獻查閱、方案設(shè)計，撰寫開題報告；5-6周， 修改開題報告，

7、并準備答辯；7-8周， 制定總體設(shè)計方案，設(shè)計系統(tǒng)的電路原理圖；9-14周， 對電路圖進行調(diào)試，模擬運行，并撰寫畢業(yè)設(shè)計；15周， 完善畢業(yè)設(shè)計；16周， 畢業(yè)設(shè)計答辯。7、完成設(shè)計所具備的條件因素 本次畢業(yè)設(shè)計是我以往對學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識的積累，并且通過網(wǎng)絡(luò)查閱有關(guān)課題的資料，尋找有關(guān)課題的書籍，以及與指導(dǎo)老師和同學(xué)共同探討，才使得我完成了本次的畢業(yè)設(shè)計。課題類型和性質(zhì)：（1）A工程設(shè)計；B技術(shù)開發(fā)；C軟件工程；D理論研究； （2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題 （1）、（2）均要填，如AY、BX等。蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生自查表（中期教學(xué)檢查用）學(xué)生姓名張學(xué)斌 專業(yè)機械設(shè)

8、計制造及其自動化班級12級機械設(shè)計制造及其自動化（2）班指導(dǎo)教師姓 名萬國峰職 稱教授課題名稱大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)個人精力實際投入日平均工作時間6小時周平均工作時間4.3 小時迄今缺席天數(shù)2天出勤率%86%指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù)1次每周指導(dǎo)時間（小時）2小時備注畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度（完成）內(nèi)容及比重已完成主要內(nèi)容%待完成主要內(nèi)容%到目前為止，在老師的指導(dǎo)下本論文已經(jīng)完成了系統(tǒng)的仿真、調(diào)試以及論文二稿的定型，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下對個別的章節(jié)進行修改，細節(jié)性的調(diào)整。存在問題目錄、流程圖等錯亂，字體不一致。摘要 本設(shè)計是基于AT89C52單片機的大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)，采用SHT11作為溫濕度

9、傳感器，LCD1602液晶屏進行顯示。SHT11使用類似于I2C總線的時序與單片機進行通信，由于它高度集成，已經(jīng)包括A/D轉(zhuǎn)換電路，所以使用方便，而且準確、耐用LCD1602能夠分兩行顯示數(shù)據(jù)，第一行顯示溫度，第二行顯示濕度。這個控制系統(tǒng)能夠測量溫室大棚中的溫度和濕度，將其顯示在液晶屏上，同時將其與設(shè)定值進行對比，若超出上下限，將進行報警并啟動溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。此外，還可以通過獨立式鍵盤對設(shè)定的溫濕度進行修改。通過設(shè)計系統(tǒng)原理圖、用Proteus軟件進行仿真，證明了該系統(tǒng)的可行性。關(guān)鍵詞：單片機；溫濕度傳感器；溫濕度自動控制Abstract The design is based on the

10、AT89C52 microcontroller greenhouse temperature and humidity automatic control system, using SHT11 as a temperature and humidity sensor, using LCD1602 LCD screen display. SHT11 use methods similar to I2C bus timing and MCU communicate, because it is a highly integrated, have been included a / D conve

11、rsion circuit, so easy to use and durable, LCD1602 can data display in two rows, respectively display of temperature and humidity. This control system capable of measuring greenhouse or warehouse temperature and humidity, displayed on the LCD1602 LCD screen, at the same time, with the set value were

12、 compared, if it exceeds the upper limit, alarm and starting the temperature and humidity adjusting device. In addition, can also be modified by the keyboard to set the temperature and humidity. The feasibility of this system is proved by the design of the system principle diagram and the simulation

13、 with Proteus software.Keywords: AT89C52;SHT11;temperature and humidity control目錄摘要1Abstract.21緒論.21.1研究目的和意義.21.3國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向31.4主要研究內(nèi)容，關(guān)鍵問題的解決思路5 2系統(tǒng)方案設(shè)計.52.1 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計指標要求32.2 系統(tǒng)設(shè)計的原則32.2.1 可靠性32.2.2 性價比42.3 方案比較42.3.1 方案一42.3.2 方案二42.5 方案選擇53.1.2 液晶顯示模塊83.1.3 溫濕度傳感器模塊83.1.4 報警電路的設(shè)計93.1.5

14、按鍵電路設(shè)計113.2 元件清單113.3 關(guān)鍵器件的介紹123.3.1 AT89C52124 系統(tǒng)軟件設(shè)計144.1 軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)144.2 主要模塊的設(shè)計流程框圖164.2.1 主程序流程圖164.2.2 SHT11子程序流程圖174.2.3 LCD1602子程序流程圖204.2.4 輸出控制子程序流程圖214.3 軟件設(shè)計所用工具234.3.1 KeiluVision4234.3.2 Proteus245 系統(tǒng)調(diào)試245.1 用Proteus搭建仿真總圖245.2 用Keil3對程序進行調(diào)試、編譯266 結(jié)論276.1 系統(tǒng)的功能276.2 系統(tǒng)的指標參數(shù)286.3 系統(tǒng)功能分析2

15、8總結(jié)與體會29參考文獻.29附錄1系統(tǒng)仿真圖.30附錄2系統(tǒng)程序.311緒論1.1研究目的和意義我國農(nóng)業(yè)致力于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到以優(yōu)質(zhì)，高效，高產(chǎn)為目標的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化。而大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)實施的重要產(chǎn)物，在國內(nèi)多數(shù)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開環(huán)境控制，農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證。結(jié)合作物生長規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物在不適宜生長的季節(jié)中可獲得比室外更優(yōu)的生長環(huán)境，從而使作物達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。由于大棚中各種環(huán)境因素是可以人為控制的，因此控制技術(shù)直接決定著大棚中農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向美國是將計算機應(yīng)用于大

16、棚和管理最早，最多的國家之一。美國開發(fā)的大棚計算機控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)作物的特點和生長所需要的條件，對大棚（倉庫）內(nèi)的光照，溫度，濕度等諸多因素進行自動控制。這種自動控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需的環(huán)境的目標參數(shù)，計算編機根據(jù)傳感器的實際測量值與事先設(shè)定的目標進行比較，以決定大棚（倉庫）溫濕度的控制過程，按照相應(yīng)的機構(gòu)進行加熱，降溫或者是澆水，通風(fēng)等。目前，我國絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進口的國外設(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。雖然這種自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化，適合規(guī)模化生產(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率，通過改變大棚溫室度的設(shè)定目標，可以自動的對大棚內(nèi)溫濕度進行調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié)對作物的生長來說

17、還是相對滯后的，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。所以在這種自動控制系統(tǒng)和實踐的基礎(chǔ)上，溫濕度自動控制向著適合不同作物生長的智能化控制發(fā)展。國內(nèi)外大棚業(yè)正致力于高科技發(fā)展，遙測技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已逐漸應(yīng)用于大棚的管理和控制中，近幾年各國溫度控制技術(shù)提出建立大棚行業(yè)標準，朝著網(wǎng)絡(luò)化，大眾化，大規(guī)模，無人化的方向發(fā)展的思路。1.3主要研究內(nèi)容，關(guān)鍵問題的解決思路本系統(tǒng)的設(shè)計的硬件主要包括：主要是單片機AT89C52，檢測系統(tǒng)，顯示電路，報警電路等。利用傳感器測量大棚內(nèi)的溫濕度經(jīng)過信號處理，將傳感器測得的數(shù)據(jù)送至控制系統(tǒng)（AT89C52），與預(yù)設(shè)的農(nóng)作物最適合生長的溫濕度值的上下限進行對比，并通過顯示電路將測

18、得的溫濕度進行實時顯示。如果不同作物的適合生長的溫度不一樣，可以通過鍵盤電路修改預(yù)設(shè)值?？刂葡到y(tǒng)結(jié)合比較的結(jié)果對調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出對應(yīng)的指令，并啟動相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施（噴水，吹風(fēng)，加熱，降溫等）調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度狀態(tài)。如果測得的數(shù)據(jù)超過了預(yù)設(shè)值的上下限，則報警電路會報警。這樣就實現(xiàn)了對大棚溫濕度的自動控制。 本文主要研究內(nèi)容如下： 1.進行溫濕度控制系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計。 2.利用數(shù)字溫濕度傳感器測量大棚內(nèi)的溫濕度。 3.利用LCD對溫濕度進行實時顯示。4.當(dāng)大棚溫濕度的數(shù)值超過設(shè)定范圍值時，系統(tǒng)便會自動報警，并且輸出驅(qū)動信號控制繼器對大棚溫濕度進行調(diào)節(jié)。2系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計指標要

19、求本文要設(shè)計的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)，要能夠及時、準確地對溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度進行采集，將其顯示在LCD1602液晶顯示器上，然后與設(shè)定的上下限值進行比較，如果超出限制則啟動溫度、濕度控制設(shè)備，并通過蜂鳴器報警，直到溫濕度回到規(guī)定的范圍。另外，還要能夠通過按鍵修改設(shè)定的上下限。為了能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，此次設(shè)計要達到一下指標：（1）工作環(huán)境：溫室大棚；（2）溫度測量誤差：±1；（3）測溫范圍：055；（4）濕度測量誤差：±5%RH；（5）測濕范圍：0100%RH；（6）通過鍵盤電路修改上下限：有；（6）溫濕度報警：有；2.2 系統(tǒng)設(shè)計的原則2.2.1 可靠性可靠性是在生

20、產(chǎn)設(shè)計過程中應(yīng)該優(yōu)先考慮到的一個因素，一個完善控制系統(tǒng)必須要能穩(wěn)定、可靠地工作，才能投入到生產(chǎn)實踐中去。如果系統(tǒng)的可靠性不能達標，那么系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能就會增大，造成很大的損失。這種損失不僅包括經(jīng)濟上和信譽上的損失，而且可能會對人身安全產(chǎn)生威脅。要提高控制系統(tǒng)的可靠性，那么就要注意以下幾個方面：選用的元器件要有很高的可靠性；由于供電電源很容易產(chǎn)生干擾，所以應(yīng)該對其采用抗干擾措施；對輸入輸出通道也一樣，要采用抗干擾措施；在對電路板的設(shè)計時，要合理的布線和接地；軟硬件都要進行濾波；系統(tǒng)要有自己診斷功能等。2.2.2 性價比性價比也是一個系統(tǒng)設(shè)計中所要考慮的重要因素。性價比高的產(chǎn)品更容易被消費者接收

21、，但是設(shè)計過程中不能盲目地追求性價比，它應(yīng)該建立在對產(chǎn)品性能要求的基礎(chǔ)上，首先要滿足性能要求，然后再設(shè)法降低產(chǎn)品成本。2.3 方案比較2.3.1 方案一采用PLC作為主控制器。使用PLC的最大優(yōu)點在于PLC使用梯形圖進行編程，編程語言形象直觀，難度較低，因此開發(fā)周期短，便于擴展。而且PLC抗干擾能力強，工作穩(wěn)定可靠，這一點已被長期的工業(yè)控制實踐所證明。PLC蜂鳴器報警鍵盤輸入液晶顯示溫濕度傳感器設(shè)置加（濕、熱）減（濕、熱）確定溫室大棚倉庫圖2.1 用PLC作為主控制器的控制系統(tǒng)2.3.2 方案二使用單片機進行控制。采用AT89C52單片機作為主控制器，可以用C語言進行編程，由于它支持ISP在線

22、編程，因此可以通過RS232串口將程序燒錄到單片機中，很方便。溫濕度傳感器SHT10通過I2C總線與單片機連接。單片機蜂鳴器報警鍵盤輸入液晶顯示溫濕度傳感器設(shè)置加（濕、熱）減（濕、熱）確定溫室大棚倉庫圖2.2 用單片機作為主控制器的控制系統(tǒng)2.4 方案論證從功能上看，兩種控制器都能滿足要求。PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域用得比較多，編程簡單，而且抗干擾能力強。但是本系統(tǒng)是用于溫室大棚，并沒有其他大型工業(yè)設(shè)備的干擾。單片機用C語言編程，相對PLC的梯形圖要復(fù)雜得多，但是編程更為靈活，可以實現(xiàn)復(fù)雜的功能。從價格方面上看，單片機就比PLC具有很大的優(yōu)勢。一個單片機只要幾塊錢，而一個很一般的PLC一般也要幾百上

23、千元。另外，中國是農(nóng)業(yè)大國，隨著溫室大棚越來越普及，農(nóng)村對溫濕度控制系統(tǒng)的需求也會越來越旺盛，因此雖然用單片機開發(fā)的周期較長，但是一旦完成開發(fā)，后期生產(chǎn)環(huán)節(jié)的邊際成本很??；而基于PLC的控制系統(tǒng)受制于PLC的高昂價格，價格難以降低。2.5 方案選擇PLC和單片機都能作為主控制器進行設(shè)計，但是在價格方面單片機具有巨大優(yōu)勢。綜上所述，本次設(shè)計采用單片機作為主控制器。3 單元模塊設(shè)計3.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計3.1.1 單片機最小系統(tǒng) 圖3.1 單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)應(yīng)包括振蕩電路和復(fù)位電路等 1。振蕩電路(時鐘電路)的主要任務(wù)是為AT89C52單片機正常工作需要的時鐘電路提供一個

24、穩(wěn)定的工作頻率。根據(jù)AT89C52單片機時鐘周期的要求，回路需要選用頻率為12MHz的晶振。晶振回路由電容和陶瓷諧振器并聯(lián)組成，作為單片機的時鐘源。AT89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2端口接上時鐘電源即可構(gòu)成時鐘電路。本設(shè)計中采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振，與內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入單片機內(nèi)定時控制部件。電容C1和C2對頻率有微調(diào)作用，應(yīng)盡可能的安裝在單片機芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。復(fù)位電路的功能就是對CP

25、U進行實時監(jiān)測，當(dāng)CPU落入死循環(huán)之后，能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位。為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)未定可靠工作，復(fù)位可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路正常工作需要供電電源為4.755.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC上電時，只有當(dāng)VCC超過4.75V，低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作

26、狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。為了確保系統(tǒng)中的電路溫度可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的部分 ，其第一功能就是高電平復(fù)位，高電平復(fù)位是在通電瞬間通過充電來實現(xiàn)的。手動復(fù)位是指通過接通一按鍵開關(guān)，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)上電運行后，如果需要復(fù)位，只需通過手動復(fù)位就可以實現(xiàn)。圖3.2 上電+手動復(fù)位電路單片機的復(fù)位主要有上電復(fù)位和手動復(fù)位，之所以要進行復(fù)位，目的就是為了讓單片機進入初始狀態(tài)1，比如讓PC指向0000H，這樣單片機才能從頭運行程序。因此上電的時候就要讓單片機復(fù)位一次；在運行過程中，

27、如果程序出錯，也需要進行手動復(fù)位。 本設(shè)計中的復(fù)位電路就是上電+手動復(fù)位電路，復(fù)位時要讓STC89C52RC的RST引腳得到2個機器周期以上的高電平。先說說上電復(fù)位的工作原理，當(dāng)單片機上電時，電源+5V的Vcc通過10K的電阻對10uF的電容進行充電。剛上電時，有較大的電流從Vcc經(jīng)電容、電阻流向GND，由于電容兩端的電壓不可突變，因此仍然為0V，于是電阻的兩端分得5V的電壓，即RST引腳此時的電勢為5V。隨著充電的繼續(xù)進行，電流會逐漸減小，電阻兩端的電壓UR=IR也逐漸減小，即RST引腳的電勢逐漸減小。過了一定時間，RST引腳兩端的電壓下降到不再是高電平，只要這個充電的時間大于單片機兩個機器

28、周期，就能使單片機復(fù)位。程序運行過程中如果跑飛了、程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，就需要用到手動復(fù)位。手動復(fù)位就是在上電復(fù)位電路的電容兩邊并聯(lián)一個微動開關(guān)，需要手動復(fù)位時將其按下，使之接通，RST獲得高電平，而且人按動按鈕的時間肯定是超過兩個機器周期的，于是單片機復(fù)位。3.1.2 液晶顯示模塊測量到的溫濕度值將顯示到液晶屏LCD1602上，它可以顯示2行，每行16個字符。LCD1602共有三個存儲器，它們是CGROM、CGRAM和DDRAM。CGROM用來保存LCD1602內(nèi)部固化的一些字符的字模，比如英文的26個字母的大小寫；CGRAM用來保存用戶自己取的字模，比如，如果要顯示漢

29、字，就必須自己去漢字字模，在這里我們都用英語字母，故不用CGRAM；DDRAM用來存儲要顯示的字符的字模，它和屏幕上的位置是對應(yīng)的，第一行為00H到0FH，第二行為40H到4FH。在這里需要注意的是，在向LCD1602寫入顯示數(shù)據(jù)存儲器地址時，根據(jù)控制指令的格式，最高位D7為1，所以寫入的數(shù)據(jù)為，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。它與單片機的接口電路如下圖所示： 圖3.3 LCD1602與單片機的接口電路 3.1.3 溫濕度傳感器模塊溫濕度傳感器選用瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT11 5。SHT1X系列共有三個型號：SHT10、SHT11、SHT15，他們都是SMD貼片封裝的

30、，他們依次性能越來越好，其中SHT11屬于經(jīng)濟型的溫濕度傳感器。三者的溫濕度性能如下圖所示。圖3.4 SHT1X系列各型號傳感器的濕度、溫度最大誤差從曲線中可以看出，無論是濕度還是溫度，SHT10的誤差都是最大的，SHT15誤差最小，但是它們的價格也相差很大，SHT11多為二三十元一個，而SHT15價格上百。因此，從滿足大棚溫濕度監(jiān)測的要求來看，SHT11已經(jīng)足夠，故選用SHT11。SHT11與單片機的接口電路如下所示：圖3.5 SHT11與單片機的接口電路SHT11采用類似于I2C的兩線制串行總線，一根是時鐘線，一根是數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線要通過一個上拉電阻接到VCC，目的是避免信號沖突，使單片機的

31、引腳只提供低電平，要得到高電平則使該引腳懸空，由上拉電阻提供高電平。3.1.4 報警電路的設(shè)計當(dāng)大棚內(nèi)的溫濕度超過上下限時，除了需要啟動溫濕度調(diào)節(jié)器之外，還需要進行報警，這里用到的是蜂鳴器4。蜂鳴器為一種采用一體化結(jié)構(gòu)的電子器件， 采用了直流電壓來供電，廣泛應(yīng)用到了計算機、報警器、復(fù)印機、電子玩具、電話機、汽車電子設(shè)備、定時器等電子產(chǎn)品之中用作發(fā)聲器。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。有源蜂鳴器由于內(nèi)部集成了振蕩源，所以使用直流電壓就可以驅(qū)動它鳴叫；無源蜂鳴器內(nèi)部沒有振蕩源，因此一般使用2K5K方波來驅(qū)動。本設(shè)計中使用的是有源蜂鳴器，在它兩端加載5V的直流電壓就可以使之鳴叫。報警電路設(shè)計如下圖

32、： 圖3.6 報警電路圖蜂鳴器工作電流一般為10mA，而單片機的I/O口只能承受幾毫安的電流，因此需要加三極管進行驅(qū)動。如上圖所示，單片機的I/O口中的P1.6接PNP型三極管的基極，當(dāng)P1.6為低電平時，三極管導(dǎo)通，5V的電壓加載到蜂鳴器兩端，于是蜂鳴器鳴叫；當(dāng)P1.6高電平時，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。3.1.5 按鍵電路設(shè)計 圖3.9 按鍵電路圖鍵盤分為編碼式和非編碼式鍵盤6。其中，非編碼式鍵盤又包括矩陣式鍵盤和獨立式鍵盤。矩陣式鍵盤較為復(fù)雜，一般用于按鍵數(shù)目較多，而單片機可用的I/O口又比較有限時。本控制系統(tǒng)中只需要用到4個按鍵，數(shù)目較少，并且可用的I/O口充足，故采用獨立式鍵盤，一個

33、按鍵對應(yīng)一個單片機的I/O口管腳。本設(shè)計中總共用到4個按鍵式開關(guān)，他們用來改變設(shè)定的溫濕度上下限數(shù)值。從S1到S4，分別控制進入溫度上下限設(shè)置、進入濕度上下限設(shè)置、數(shù)值加、數(shù)值減、確認并退出。本設(shè)計中的鍵盤是低電平有效。未按鍵時，上拉電阻保證了單片機的I/O口是確定的高電平；當(dāng)某個鍵按下時，I/O口變?yōu)榈碗娖健?3.2 元件清單本次設(shè)計需要用到的元器件如下表所示：表3.1 所需元件列表型號個數(shù)AT89C521LCD16021SHT111RES9RESPACK-81CRYSTAL1LED-RED1SPEAKER1BUTTON4PNP1B760011206N23.3 關(guān)鍵器件的介紹3.3.1 AT

34、89C52AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，存儲器是采用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品的指令和引腳完全兼容。3在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89C52可降至0Hz

35、靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作；掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機停止一切工作，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。3.3.2 AT89C52引腳圖圖4.0 AT89C52的引腳結(jié)構(gòu)圖P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入1。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩

36、沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外

37、部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平，單片機復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。應(yīng)注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。PSEN：程序儲存允許輸出(PSEN)是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲

38、器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(其地址為0000H-FFFFH)，EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的工作流程是，操作人員在計算機上輸入需要設(shè)定的溫濕度限定值，當(dāng)設(shè)定的溫濕度值與檢測溫濕度值不同時，單片機控制系統(tǒng)則會采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)動作2。此程序流程包括五個部分，第一部分是主程序，其描述總體結(jié)構(gòu)；第二部分是SHT11溫度采集程序，其功能是通過SHT11傳感器采集溫濕度值，并進行修正；第三部分是LCD1602顯示子程序，對LCD1602進行初始化，將溫濕度進行顯示

39、；第四部分是輸出控制子程序，對設(shè)定值和實際值進行判斷，并決定是否進行溫濕度的調(diào)節(jié)；第五部分是按鍵輸入電路，用來修改溫濕度上下限值。4.1 軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)此次設(shè)計的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)由一個主程序調(diào)用多個子程序組成，分別包括SHT11溫濕度采集子程序、LCD1602液晶顯示子程序、輸出控制子程序、鍵盤掃描子程序，如圖所示：主程序SHT10溫濕度采集子程序LCD1602液晶屏顯示子程序輸出控制子程序鍵盤掃描子程序圖4.1 程序總體結(jié)構(gòu) 主程序主要就是調(diào)用各個子程序的C語言文件中定義的函數(shù)，實現(xiàn)SHT11、LCD1602初始化等操作，然后測量溫濕度，調(diào)用函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，最后進行顯示并輸出控

40、制信號。在Keil3工程中編寫程序的時候，為了讓整個工程看起來條理清晰，要按照各個模塊分別新建C文件寫子程序。某個C文件要調(diào)用其它C文件中的函數(shù)時，要在當(dāng)前C語言文件中先進行聲明，然后再調(diào)用，或者也可以把每個C文件中定義的函數(shù)都寫到相同名字下的.h頭文件中，其他C文件要調(diào)用該函數(shù)時要在前面加上#include <*.h>，將頭文件包括進來。對于變量也是如此，如果某個變量也在其他C文件中使用，那么要在一個C文件總將它定義為全局變量，即在函數(shù)外面定義。其他C文件要使用該變量時，要先使用extern將全局變量的作用域擴展到本C語言文件。4.2 主要模塊的設(shè)計流程框圖4.2.1 主程序流程

41、圖Yes是否超限？將溫濕度與設(shè)定值比較啟動溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備對溫濕度數(shù)據(jù)進行修正No在液晶屏上顯示溫濕度測量溫濕度是否有按鍵？初始化LCD1602Yes開始進入鍵盤掃描子程序SHT11復(fù)位No圖4.2 主程序流程圖 4.2.2 SHT11子程序流程圖開始發(fā)送啟動時序發(fā)送控制字接收數(shù)據(jù)測量結(jié)束？接收校驗位結(jié)束NoYes圖4.3 SHT11子程序流程圖溫濕度傳感器SHT11使用類似于I2C總線的時序與單片機通信8，由于51單片機沒有I2C接口，所以需要編寫程序，用單片機的某兩個I/O口管腳模擬I2C總線的時序，從而與SHT11通信。SHT11有4種時序：啟動傳輸時序、寫字節(jié)時序、讀字節(jié)時序及復(fù)位時序。

42、復(fù)位時序和啟動傳輸時序可通過依次拉低或拉高時鐘線和數(shù)據(jù)線，因而實現(xiàn)起來比較簡單；而寫時序和讀時序就比較復(fù)雜。寫時序用來發(fā)送控制字，即發(fā)送命令，測量結(jié)束后，發(fā)出讀時序讀回測量數(shù)據(jù)。向SHT11的8個數(shù)據(jù)位的寫入，于第9個時鐘周期之后，讀取應(yīng)答位，應(yīng)答位為0時，表示SHT11正確接收。SHT11讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：在時鐘線的下降沿之后數(shù)據(jù)線改變狀態(tài)，并在時鐘線的上升沿有效。4.2.3 LCD1602子程序流程圖開始LCD1602初始化設(shè)置首行數(shù)據(jù)指針寫入首行字符設(shè)置第二行數(shù)據(jù)指針寫入第二行字符結(jié)束圖4.4 LCD1602子程序流程圖4.2.4 輸出控制子程序流程圖蜂鳴器報警YesYesNoNo開始返

43、回主程序溫度、濕度是否超出上下限？ 設(shè)備溫濕度是否回到限定值內(nèi)？停止報警停止溫濕度控制設(shè)備溫濕度是否留有足夠的裕量？結(jié)束YesNo圖4.5 輸出控制子程序4.3 軟件設(shè)計所用工具4.3.1 KeiluVision4本次設(shè)計采用Keil3 uVision4來編寫C語言程序，通過它的編譯器進行編譯、連接，最后將生成的機器碼下載到單片機上7。Keil3編譯器是目前最流行的單片機開發(fā)的軟件，它是美國Keil 3Software公司開發(fā)的C語言開發(fā)系統(tǒng)。它提供了一個完整的開發(fā)方案，包括C編譯器、庫管理、連接器、宏匯編和一個功能強大的仿真調(diào)試器等，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。Keil3整合了

44、豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具。此外，Keil3生成的目標代碼效率非常高，這一點從生成的匯編語言就可以看出，大多生成的匯編語句很緊湊，容易理解。4.3.2 ProteusProteus用來對電路進行仿真，它的功能強大，包括單片機在內(nèi)的眾多元器件都可以仿真7。把Keil3編譯、連接后生成的hex文件導(dǎo)入Proteus單片機中即可對單片機進行仿真。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，Proteus不僅具有其它EDA軟件的仿真功能，還可對單片機及其外圍器件進行仿真，是目前在這方面做得最好的EDA工具軟件。Proteus在國內(nèi)受到大多數(shù)

45、單片機開發(fā)者的喜愛。Proteus實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計，可實現(xiàn)從原理圖繪制和代碼調(diào)試到與其外圍電路仿真，一鍵切換到印刷電路板的設(shè)計。目前世界上只有Proteus做到了將電路仿真、印刷電路板設(shè)計和虛擬模型仿真整合到一個設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil3和MPLAB等多種編譯器。5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 用Proteus搭建仿真總圖打開Proteus ISIS，在 Pr

46、oteus ISIS 編輯窗口中單擊元件列表之上的“P”按鈕 ，添加元件及放置元件。放好元器件后，對元器件進行重新布局，使之看起來很清晰，并且所占面積較小。若想移動某個或多個元件，單擊其元件，待其顏色變紅后，再按下鼠標左鍵不放就可拖動元件。 為了仿真圖看起來更加整潔，我們部分電路連線選擇連線標簽?zāi)Ｊ?，以單片機19引腳為例，將其用線引出，如然后再點擊左側(cè)任務(wù)欄中再單擊引線得到對話框如圖5.2所示，在窗口中輸入X1得到此效果 圖5.2連線標簽窗口若要對某個元件或一部分電路做出說明，則單擊任務(wù)欄中的Text Script Mode得到如圖5.3效果，在界面中輸入文字即可。 圖5.3說明窗口將元器件進

47、行合理的排布及連線后得到如圖5.4： 圖5.4系統(tǒng)仿真電路圖5.2 用Keil3對程序進行調(diào)試、編譯打開keiluvision4 ，新建工程，點擊菜單欄里的 new uvision project ，對工程進行保存。再新建文件，點擊菜單欄中File 下的 new 新建文件，進行保存。然后把新建的文件添加到工程文件里，右鍵點擊project視圖窗口里的Source Group1，選擇Add files to group “source group1”，如圖所示： 圖5.5 添加文件到工程 如此，剛新建的文件便添加到了Source Group1中。然后在右邊的主界面編寫C語言程序，編寫完成后為了把

48、程序燒錄到單片機上，還需把它轉(zhuǎn)換成機器碼，生成hex文件：右擊工程視圖窗口中的Target1，選擇Options for Target “target1” 把Output選項卡里面的Create HEX File 前面的勾打上，這樣編譯后會生成機器碼，如圖所示。圖5.6 生成機器碼6 結(jié)論6.1 系統(tǒng)的功能本系統(tǒng)能測量溫室大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，顯示在液晶屏上。如果溫濕度超出設(shè)定的上下限時會啟動報警裝置，并啟動溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。直到溫度回到限定值內(nèi)才停止報警。當(dāng)溫度不僅回到上下限內(nèi)，而且留有一定裕量后，停止溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。如果需要修改溫濕度上下限，可以通過按鍵進行修改。6.2 系統(tǒng)的指標參數(shù)系統(tǒng)的指

49、標參數(shù)完成情況如下表所示：表6.1 系統(tǒng)指標參數(shù)表實現(xiàn)功能結(jié)果完成程度測量溫度范圍055完成測量溫度誤差±1%完成測量濕度范圍0100%RH完成測量適度誤差±4.5%完成液晶屏顯示用LCD1602顯示完成超限報警用蜂鳴器報警完成修改上下限通過獨立式鍵盤修改完成6.3 系統(tǒng)功能分析該大棚倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)能通過獨立式鍵盤設(shè)置溫濕度上下限，通過LCD1602顯示溫濕度，而且在超限的情況下報警、啟動調(diào)節(jié)設(shè)備。其中輸出控制和通過鍵盤設(shè)置上下限都是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。鍵盤的工作方式分兩種，一種是查詢方式，一種是中斷方式。中斷方式比較節(jié)省系統(tǒng)資源，只有當(dāng)有按鍵按下時才會進入鍵盤中

50、斷子程序，進一步掃描是那些鍵被按下；而查詢方式則是在主程序中調(diào)用鍵盤掃描子程序，不管有沒有鍵按下，每次程序循環(huán)中都要一一判斷每個鍵是否按下，故這種方式占用的單片機的處理時間更多。但是由于本次設(shè)計用到的按鍵不多，只有五個，功能比較簡單，而且單片機工作比較空閑，因此使用的是查詢方式來處理鍵盤的輸入。此外，還應(yīng)注意到的是，當(dāng)溫濕度超限后，要報警并啟動溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。當(dāng)溫濕度回到規(guī)定范圍內(nèi)時，只是停止報警，而溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備應(yīng)該繼續(xù)保持工作，直到溫濕度留有一定裕量時才停止。本設(shè)計中的輸出控制子程序中設(shè)置了溫度5和濕度5%RH的裕量，這樣當(dāng)溫度上限是40度時，如果超出上限，那么溫度回到30度時停止報警，當(dāng)溫度降到25度以下時才停止制冷設(shè)備的運行。這樣可以避免溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備反復(fù)不停地通斷，以致影響使用壽命?？偨Y(jié)與體會通過去做這次畢業(yè)設(shè)計，使我獲益匪淺，以前的學(xué)習(xí)偏重于理論知識，但是做了畢業(yè)設(shè)計才發(fā)現(xiàn)在動手實踐方面的不足，無論是畫電路原理圖、做仿真、做實物都牽涉到很多自己以前沒有接觸過的內(nèi)容。經(jīng)過不懈努力的，我的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成了。在這段時間內(nèi)，我先后完成了資料的收集，設(shè)定方案的擬定