基于單片機的大棚自動管理系統(tǒng)的設(shè)計

1、 東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）題 目：基于單片機的大棚自動管理系統(tǒng)的設(shè)計系 ： 機電工程系 學(xué)生姓名： 毛孔明 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： C09電氣2班 指導(dǎo)教師： 李莉莉 起止日期：2012年10月2013年 01東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 PAGE IV基于單片機的大棚自動管理系統(tǒng)的設(shè)計毛孔明(東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，浙江 舟山 316000)摘要溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。溫室大棚已?jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必須設(shè)備，它可以有效控制溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等從而達到改變植物生長環(huán)境，

2、為植物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境的目的。同時，它還能避免季節(jié)的變化和極端氣候?qū)χ参镌斐刹焕挠绊?。本設(shè)計以STC89C52單片機為核心，由大棚內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，再由單片機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的控制。用戶可以對系統(tǒng)的溫度濕度上下限進行設(shè)定，溫濕度傳感器會把檢測到的數(shù)值傳給單片機，若檢測值超過之前用戶所設(shè)定的數(shù)值，單片機就會給溫濕度調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)溫度的自動控制。在外接液晶屏上可以顯示實時參數(shù)，方便觀測，外接鍵盤可以對系統(tǒng)數(shù)值進行相應(yīng)的設(shè)定。本設(shè)計的優(yōu)點在于克服了傳統(tǒng)人工測量方法的弊端，能對環(huán)境溫度、濕度進行實時連續(xù)地檢測并進行自動控制，節(jié)省了時間與工作量，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

3、的效率。關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)字溫濕度傳感器；環(huán)境溫濕度檢測；繼電器控制；報警。AbstractGreenhouse is a kind of can change plant growth environment, for plant growth to create the best conditions, avoid the outside world four seasons change and atrocious weather the influence of place. Greenhouse canopy has become a modern agricultural prod

4、uction is a necessary equipment, it can effectively control the temperature, humidity, illumination, carbon dioxide concentration, etc so as to achieve change plant growth environment for the growth of plants to create a good environment purpose. At the same time, it also can avoid seasonal change a

5、nd extreme weather to plant an adverse influence.This design to STC89C52 single-chip microcomputer as the core, shed by the temperature inside the sensor, humidity sensors to collect data, again by SCM according to the received data makes the corresponding control. Users can use to the system temper

6、ature humidity lower limit for setting, temperature and humidity sensor will be detected numerical to SCM, if detection value more than before the user set numerical, microcontroller will give temperature and humidity regulator a control signal, to realize temperature automatic control. In the exter

7、nal liquid crystal screen can display real-time parameter, convenient observation, external keyboard system can carry on the corresponding numerical setting. The advantages of this design is to overcome the disadvantages of traditional artificial measurement method, to environmental temperature, hum

8、idity and the real-time detection of continuous and automatic control, saving time and workload, greatly improving the efficiency of agricultural production.Keywords: SCM; Digital temperature and humidity sensors; the environment temperature and humidity testing; Relay control; alarm.目錄 TOC o 1-3 h

9、z u HYPERLINK l _Toc345420277 第1章 緒論 PAGEREF _Toc345420277 h 1 HYPERLINK l _Toc345420278 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc345420278 h 1 HYPERLINK l _Toc345420279 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc345420279 h 1 HYPERLINK l _Toc345420280 1.3研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc345420280 h 2 HYPERLINK l _Toc345420281 第2章 系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc3

10、45420281 h 5 HYPERLINK l _Toc345420282 2.1系統(tǒng)設(shè)計的目標 PAGEREF _Toc345420282 h 5 HYPERLINK l _Toc345420283 2.2 系統(tǒng)方案確定 PAGEREF _Toc345420283 h 5 HYPERLINK l _Toc345420284 2.3 器件選型 PAGEREF _Toc345420284 h 6 HYPERLINK l _Toc345420285 2.3.1 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc345420285 h 6 HYPERLINK l _Toc345420286 2.3.2

11、 溫濕度傳感器選擇 PAGEREF _Toc345420286 h 7 HYPERLINK l _Toc345420287 第3章 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc345420287 h 11 HYPERLINK l _Toc345420288 3.1 總電路 PAGEREF _Toc345420288 h 11 HYPERLINK l _Toc345420289 3.2 分電路說明 PAGEREF _Toc345420289 h 11 HYPERLINK l _Toc345420290 3.2.1 溫濕度測量電路 PAGEREF _Toc345420290 h 11 HYPERLINK

12、 l _Toc345420291 3.2.2 數(shù)據(jù)顯示電路 PAGEREF _Toc345420291 h 12 HYPERLINK l _Toc345420292 3.2.3 電源電路 PAGEREF _Toc345420292 h 14 HYPERLINK l _Toc345420293 3.2.4繼電器控制電路 PAGEREF _Toc345420293 h 14 HYPERLINK l _Toc345420294 3.2.5 鍵盤電路 PAGEREF _Toc345420294 h 15 HYPERLINK l _Toc345420295 3.2.6 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc

13、345420295 h 15 HYPERLINK l _Toc345420296 3.3 小結(jié) PAGEREF _Toc345420296 h 16 HYPERLINK l _Toc345420297 第4章 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc345420297 h 17 HYPERLINK l _Toc345420298 4.1 系統(tǒng)工作流程 PAGEREF _Toc345420298 h 17 HYPERLINK l _Toc345420299 4.2 環(huán)境參數(shù)測量流程 PAGEREF _Toc345420299 h 17 HYPERLINK l _Toc345420300 4.3 鍵盤掃

14、描流程 PAGEREF _Toc345420300 h 19 HYPERLINK l _Toc345420301 小結(jié) PAGEREF _Toc345420301 h 21 HYPERLINK l _Toc345420302 致謝 PAGEREF _Toc345420302 h 22 HYPERLINK l _Toc345420303 參考文獻 PAGEREF _Toc345420303 h 23 HYPERLINK l _Toc345420304 附錄1 實物圖 PAGEREF _Toc345420304 h 24 HYPERLINK l _Toc345420305 附錄2 PCB圖 PAG

15、EREF _Toc345420305 h 25 HYPERLINK l _Toc345420306 附錄3 部分程序 PAGEREF _Toc345420306 h 26 PAGE 32第1章 緒論1.1 課題背景隨著人們生活水平的不斷提高，對新鮮蔬菜、等植物的需求量的增加，但由于受季節(jié)的影響，尤其是冬天，蔬菜的種類相對非常單一，溫室大棚的出現(xiàn)解決了這一問題。近年來，溫室大棚迅速發(fā)展，規(guī)模龐大；由于溫室大棚主要靠人維護，近年來用人成本的提高和規(guī)模擴大時不便于管理，特殊農(nóng)作物對溫度和濕度要求很高，溫室環(huán)境的變化不能及時被人發(fā)現(xiàn)，單純的人工管理已無法滿足需求。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在我國的經(jīng)

16、濟發(fā)展中有著重要的地位，農(nóng)作物的產(chǎn)量直接體現(xiàn)了我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，而農(nóng)作物的產(chǎn)量又受到地域和自然環(huán)境的影響，因此大棚技術(shù)隨之普及開來。我國的溫室大棚數(shù)量近幾年不斷增多，對于蔬菜大棚，溫度與濕度的控制是極為重要的兩個管理因素，溫度與濕度的過高或過低都會直接影響農(nóng)作物的生長，所以我們要將溫度與濕度控制在一個適合作物生長的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的溫度控制是由人工來完成的，在大棚內(nèi)掛一個溫度計，靠人來讀取上面的溫度然后對大棚的溫度進行調(diào)節(jié)，這樣做費時費力，效率低、且無法保證測量的連續(xù)性，測量的誤差大、隨機性大，隨意性強，大大降低了生產(chǎn)的效率。但是，伴隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，這種由人工來完成對大棚溫度控制的方

17、法有著很大的局限性，因此，在現(xiàn)代化的溫室大棚管理中，實現(xiàn)對溫度濕度的自動控制就顯得格外重要。通過一套優(yōu)良的自動化管理系統(tǒng)，對溫室大棚內(nèi)的溫度濕度進行科學(xué)的管理與控制，從而達到提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量的目的。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上溫室栽培起源最早的國家，在兩千多年以前，我們智慧的古人們就能利用各種保護設(shè)施栽培農(nóng)作物以及蔬菜，也就是溫室的一個雛形。一直到上世紀六十年代，我國的農(nóng)業(yè)設(shè)施以及規(guī)模都徘徊在一個低層次的水平，并且發(fā)展的速度也受到了限制，到了七十年代初期中國從國外引入了地膜覆蓋技術(shù)，這對大棚的保溫起到了一定的作用。七八十年代，我國先后出現(xiàn)了日光溫室以及塑料大棚，隨著改革開放，我國的

18、經(jīng)濟與科技都取得了很大的進步，九十年代我國的農(nóng)業(yè)設(shè)施逐漸走向規(guī)模化、集約化和科學(xué)化的方向發(fā)展。近幾年國家對農(nóng)業(yè)設(shè)施逐步重視起來，同時也啟動了許多相關(guān)的科研項目，也吸收與借鑒了國外的一些先進技術(shù)成果，這使我國的農(nóng)業(yè)設(shè)施進一步得到了快速的發(fā)展，近代溫室主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，從改良型日光溫室到大型玻璃溫室再到現(xiàn)在的現(xiàn)代全自動化溫室，而由于受到多方面因素的影響，在我國以及全球依然存在上述三種不同的溫室類型。 國外的溫室栽培可以追溯到最早的古羅馬。據(jù)可靠記載他們曾使用云母片最為覆蓋物從而達到讓黃瓜早熟的目的。二戰(zhàn)后，西方工業(yè)的迅速崛起從上世紀七十年代開始，西方國家的農(nóng)業(yè)設(shè)施飛速發(fā)展，這與政府在農(nóng)業(yè)設(shè)施

19、的投入與補貼上有著緊密的聯(lián)系。當前，全世界農(nóng)業(yè)設(shè)施面積已經(jīng)超過五百余萬hm2，特別是美國、日本以及荷蘭等一些發(fā)達國家他們在農(nóng)業(yè)設(shè)備的標準化、自動化和技術(shù)規(guī)范化這方面已經(jīng)做的相當完善，設(shè)施農(nóng)業(yè)十分發(fā)達，同時他們的綜合環(huán)境的調(diào)控以及綜合管理等技術(shù)水平都處于世界的領(lǐng)先地位。在西方發(fā)達國家溫室大棚向著溫室建筑面積擴大化，覆蓋材料多功能化方向發(fā)展。在歐洲一些較寒冷的國家使用玻璃做覆蓋材料，而在日本以及南歐一些較溫暖的地方多使用的是塑料覆蓋材料。同時隨著無土栽培技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)施內(nèi)部環(huán)境的控制也從以前的單因素調(diào)控發(fā)展到了現(xiàn)今的計算機多因素動態(tài)控制，溫室環(huán)境的控制與作物的栽培管理向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。

20、縱觀我國與國外的發(fā)展現(xiàn)狀我們可以看出我國的溫室技術(shù)與國外還存在這一定的差距，這些差距主要表現(xiàn)在我國溫室的科技含量不高，環(huán)境調(diào)控技術(shù)與設(shè)備的落后，缺乏理論基礎(chǔ)與量化的指標，缺乏與我國相適應(yīng)的溫室優(yōu)化控制軟件。同時我國在溫室的建設(shè)上還存在著很大的盲目性，大量的項目在相應(yīng)的配套設(shè)備、人才不到位的情況下，盲目地從國外引進高新技術(shù)，盲目地低水平仿制國外產(chǎn)品，在種植管理方面還缺乏理論化、科學(xué)化、系統(tǒng)化地指導(dǎo)。因此我們務(wù)必發(fā)展符合我國國情的現(xiàn)代溫室產(chǎn)業(yè)體系。對于國外的先進技術(shù)應(yīng)當適當引進并消化吸收形成有我們自己特色的一套現(xiàn)代化自動管理體系，同時還要注重培養(yǎng)技術(shù)人員和經(jīng)營管理人才，大力提高勞動生產(chǎn)者素質(zhì)。1.

21、3研究的主要內(nèi)容系統(tǒng)主要用單片機作為系統(tǒng)的核心，由大棚內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換送入單片機，再由單片機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的控制。 用戶可以對系統(tǒng)的溫度濕度上下限進行設(shè)定，溫濕度傳感器會把檢測到的數(shù)值傳給單片機，若檢測值超過之前用戶所設(shè)定的數(shù)值，單片機就會給溫濕度調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)溫度的自動控制。在外接液晶屏上可以顯示實時參數(shù)，方便觀測，外接鍵盤可以對系統(tǒng)數(shù)值進行相應(yīng)的設(shè)定。該設(shè)計首先通過對農(nóng)作物生長環(huán)境的實際情況，對目前市場上常見的一些蔬菜進行了調(diào)研，并做出相應(yīng)的植物特性及溫濕度生長表與蔬菜采收時間表：表1.1 植物特性及溫濕度生長表蔬菜品種特性地溫發(fā)芽溫度幼

22、苗期溫度生育溫度適宜濕度黃瓜喜溫、不耐寒12至2028至3213至3318至3070%80%番茄喜溫8至2018至3213至3313至2875%80%辣椒喜溫10至2015至3015至3020至3085%90%茄子喜溫、耐熱10至1828至3015至3320至2650%60%四季豆喜溫、不耐熱、不耐凍穩(wěn)定在1020至2518至2018至2550%70%表1.2 蔬菜采收時間表：蔬菜品種播種時間采收時間黃瓜3月中旬五月下旬至七月上旬番茄7月中旬10月至11月辣椒7月中旬11月至12月茄子3月至四月7月至11月四季豆1月至3月七月至八月根據(jù)以上兩個表，總結(jié)出大棚溫濕度控制表：表1.3 辣椒和番茄夏

23、季表時期地溫日室溫夜室溫濕度發(fā)芽期10至2020至3018至2080%幼苗期15至3315至20生育期25至2820至25備注：夏季白天較熱，溫度上升較快，可以將日室溫上限調(diào)低1至2度表1.4 茄子和黃瓜春季表時期地溫日室溫夜室溫濕度發(fā)芽期12至1828至3018至2065%幼苗期20至3010至20生育期20至2610至16備注：春季夜晚較冷，溫度下降較快，可以將夜室溫上限調(diào)高1至2度根據(jù)植物生長的狀態(tài)以及生長時期，我們可以通過鍵盤或者程序設(shè)置好相應(yīng)的溫度與濕度的上下限值（包括警報器的報警閥值）。比如在發(fā)芽期我們可以將日室溫設(shè)置在20至25度，夜室溫設(shè)置在18至20度。濕度設(shè)置在80%至85

24、%。若大棚內(nèi)溫度超出我們預(yù)設(shè)的上下限值單片機會根據(jù)我們所設(shè)定的溫度做出反應(yīng)，蜂鳴器發(fā)出警報，黃色LED燈亮，LCD屏顯示當前溫度，同時觸發(fā)開關(guān)啟動控制設(shè)備，開始調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度。當溫度被調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，蜂鳴器停止警報，黃燈熄滅。若大棚內(nèi)濕度超出我們的設(shè)置范圍，蜂鳴器發(fā)出警報，綠色LED燈亮，同時出發(fā)開關(guān)啟動控制設(shè)備，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)濕度，當濕度被調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，蜂鳴器停止警報，綠燈熄滅。第2章 系統(tǒng)的設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計的目標以STC89C52單片機為核心，由大棚內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，再由單片機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的控制。用戶可以對系統(tǒng)的溫度濕度上下限進行設(shè)定，溫濕度傳感器會把檢測到

25、的數(shù)值傳給單片機，若檢測值超過之前用戶所設(shè)定的數(shù)值，單片機就會給溫濕度調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)溫度的自動控制。在外接液晶屏上可以顯示實時參數(shù)，方便觀測，外接鍵盤可以對系統(tǒng)數(shù)值進行相應(yīng)的設(shè)定。2.2 系統(tǒng)方案確定本系統(tǒng)主要是檢測環(huán)境各項參數(shù)，并由單片機做出相應(yīng)的反應(yīng)，由此單片機與傳感器的選擇尤其重要。在本次設(shè)計中采用STC89C52作為系統(tǒng)的控制芯片。STC89C52 單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單 片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機，12 時鐘/機器周期和6 時鐘/機器周 期可以任意選擇，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位

26、CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52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。整個系統(tǒng)由單片機、溫度傳感器、濕度傳感器、顯示模塊、報警模塊、控制模塊組成。首先通過鍵盤設(shè)定好我們需要的溫濕度，溫濕度傳感器將檢測到的實時環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到單片機內(nèi)，單片機對檢測到的數(shù)據(jù)與我們設(shè)定的數(shù)據(jù)進行比較并做出響應(yīng)（控制相應(yīng)的繼電器工作，報警裝置工作），同時將檢測到的環(huán)境數(shù)據(jù)通過顯示設(shè)備顯示出來。整個系統(tǒng)的工作流程如下圖：圖2.1 系統(tǒng)工作框圖2.3 器件選型2.3.1 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計能讓單片機運行起來的最小硬件連接就是單片機的最小系統(tǒng)電路。本設(shè)計采用STC89C52作為核心處理

27、器，首先給出STC89C52的最小系統(tǒng)。51單片機的最小系統(tǒng)電路一般包括工作電源、振蕩電路和復(fù)位電路等幾部分。1、單片機的工作電源：51單片機的第40引腳接5V電源，第20腳接地，為單片機提供工作電源。由于目前的單片機均內(nèi)含程序存儲器，因此，在使用時，一般需要將第31引腳接電源（高電平）。2、單片機的復(fù)位電路：復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。手動復(fù)位要人為在復(fù)位輸入端RST加

28、一個高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕，當按鈕按下Vcc的+5V電源就會直接加到RST端。3、單片機的時鐘電路：時鐘電路用于產(chǎn)生時鐘信號，單片機本身是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，單片機應(yīng)設(shè)有時鐘電路。在單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中對電容C1和C2的要求不是很嚴格，一般22pF至33pF即可。晶體振蕩頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機運行速度也就越快。圖2.2 單片機最小系統(tǒng)

29、電路2.3.2 溫濕度傳感器選擇傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)的自動化測量與控制中，基本上都是依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各項參數(shù)，從而是系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。在選擇溫濕度傳感器時，應(yīng)考慮的因素有溫濕度的測量范圍、精度、靈敏度和經(jīng)濟性。溫度傳感器是傳感器中最常用的一種，早期使用的是模擬溫度傳感器，如熱敏電阻，隨著環(huán)境溫度的變化，它的阻值也發(fā)生線性變化，用處理器采集電阻兩端電壓，然后根據(jù)某個公式就可

30、以計算出當前環(huán)境溫度。隨著科技的進步，現(xiàn)代的溫度傳感器已經(jīng)走向數(shù)字化，外型小，接口簡單，廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域，為我們的生活提供便利。隨著現(xiàn)代儀器的發(fā)展，微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。DS18B20數(shù)字溫度傳感DS18B20數(shù)字溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供處理器處理。圖2.3 DS18B20外型與引腳排列圖DS18B20引腳說明1、GND接地。2、DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。對于單線操作：漏極開路。3、VDD 可選的V

31、DD引腳。DS18B20傳感器性能1、適應(yīng)電壓范圍寬，3.0V至5.5V，在寄生電源下可由數(shù)據(jù)線供電。2、可實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在三線上，實現(xiàn)多點測溫。3、溫度范圍-55度至+125度，在-10度至+85度時精度達到0.5度。4、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會燒毀但不會正常工作。5、單線接口方式簡便，只需一條口線即可。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器DHT11數(shù)字溫濕度傳感器應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高可靠性與長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。超小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)

32、用甚至為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。本產(chǎn)品為四針單排引腳封裝，特殊封裝形勢可根據(jù)用戶需求而提供。圖2.4 DHT11外型與引腳排列圖 DHT11引腳說明1、VCC 正電源輸入，3V至5.5V 直流電壓。2、Dout 單總線，數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。3、NC 空腳 懸空。4、GND 電源地。DHT11性能說明：表2.1 DHT11性能表本系統(tǒng)要檢測大棚的環(huán)境溫度與濕度，目前常用的溫度傳感器有熱敏電阻、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器等，以及現(xiàn)在流行的DS18B20。對于濕敏器件按感濕材料大致可以分為四類：半導(dǎo)體陶瓷，高分子，電解質(zhì)和其它型式。大棚內(nèi)的濕度相對大，變化速度慢，因此不需要高的響應(yīng)時間。DHT11數(shù)

33、字溫度傳感器是一款含有已校準熟悉信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，包括一個NTC測溫元件和一個電阻式感濕元件。DHT11采用單總線通訊方式，僅占用1個MCU的I/O口，通信協(xié)議簡單，價格適中（在淘寶上大概7塊錢左右），雖然其精度與常用的DS18B20數(shù)字溫度傳感器比起來還稍遜一些，但在日常的一般強度的使用中并不需要太高的測量精度，對于檢測大棚環(huán)境溫濕度已經(jīng)綽綽有余，并且體積小、功耗低，測量只需要4ms，常用的DS18B20典型溫度測量時間為200ms，12位分辨率時為750ms，并能實現(xiàn)對溫度和濕度的同時讀取。穩(wěn)定性也不錯。第3章 硬件電路設(shè)計3.1 總電路圖3.1 總電路圖3.2 分電路說明 3.

34、2.1 溫濕度測量電路本系統(tǒng)采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，后續(xù)電路簡單，只需將傳感器輸入/輸出引腳接直接接上單片機的I/O口即可。DHT11的供電電壓為35.5V。連接線長度短于20米用5K上拉電阻。DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。DHT11的測量電路如下圖所示：圖3.2 溫濕度測量電路圖3.2.2 數(shù)據(jù)顯示電路LCD1602液晶顯示電路系統(tǒng)采用LCD1602型液晶顯示器顯示所測溫度與濕度值。該液晶為5V電壓驅(qū)動，帶背光，每行顯示十六個字符，一共可顯示兩行，但

35、不能顯示漢字。各引腳定義以及與單片機的連接如下圖所示：圖3.3 LCD1602液晶LCD1602實物圖如下圖：圖3.4 LCD1602液晶實物引腳說明及模塊指令：表3.1 LCD1602指令表備注：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度的大小。E端為使

36、能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。3.2.3 電源電路STC89C52采用5V電壓供電，所以電源只需輸出+5V穩(wěn)定電壓即可。電源電路連接如下圖：圖3.5 電源電路連接圖3.2.4繼電器控制電路繼電器在這里起到一個功率驅(qū)動的作用，首先是單片機對繼電器的驅(qū)動，其次是繼電器驅(qū)動其他負載的作用。單片機是一個弱電器件，因此要讓單片機與大功率器件連接就必須通過繼電器來完成。繼電器控制電路如下圖：圖3.6 繼電器控制電路圖三極管起到一個開關(guān)繼電器的作用。單片機輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器工作；單片機輸出低電平，三極管閉合，繼電器斷開。二極管起到保護作用，防止三極管和繼電器被燒壞。3.

37、2.5 鍵盤電路本系統(tǒng)用的鍵盤掃描電路使用低電平掃描方式，按鍵的一端與單片機I/O口相連，另一端接地，當單片機檢測到I/O口為低電平時則鍵盤被按下。鍵盤掃描電路如下圖：圖3.7 鍵盤掃描電路圖3.2.6 復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。手動復(fù)位要人為在復(fù)位輸入端RST加一個高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕，當按鈕按下Vcc的+5V電源就會

38、直接加到RST端。復(fù)位電路連接如下圖：圖3.8 復(fù)位電路連接圖3.3 小結(jié)在硬件電路的焊接中遇到了一些問題，首先是PCB板的布線。由于以前沒有經(jīng)驗，剛開始焊接的時候沒有考慮到電源線與地線的布局，在第一次焊接的過程中發(fā)現(xiàn)地線無法合理擺放，并且器件與器件之間的布局也不是很合理，造成焊接失敗。有了第一次的經(jīng)驗，首先是對器件的位置做了重新的布局，在焊接的過程中也很順利，但是在檢測整個電路的時候遇到了些小麻煩，發(fā)現(xiàn)給板子通上電后LCD顯示屏只亮卻沒有顯示內(nèi)容，在對線路連接進行完整的排查后發(fā)現(xiàn)原因出在LCD的7個雙向數(shù)據(jù)線沒有焊接到位，出現(xiàn)了虛焊的情況，在對線路重新焊接后問題解決了。還有一個問題出在連接在

39、繼電器的LED小燈上，在接通電源后發(fā)現(xiàn)小燈不亮，用萬用表查出小燈損壞，換上新的LED小燈后問題解決?？偟膩碚f，這次硬件的設(shè)計與焊接還比較順利，在焊接電路時遇到的問題也給解決了，但是在布局方面還存在著一些小小的問題，最后只能通過板上跳線的方式來解決。第4章 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)工作流程主程序主要完成對硬件的初始化、參數(shù)的采集與顯示、鍵盤掃描、各參數(shù)繼電器以及報警裝置的控制。其框圖如下圖所示：圖4.1 主程序框圖4.2 環(huán)境參數(shù)測量流程單片機通過溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，當溫室大棚內(nèi)溫度過高時，就通過控制溫度繼電器工作，控制相應(yīng)的外圍設(shè)備對大棚內(nèi)進行降溫作業(yè)，當大棚內(nèi)溫度過低時，通過控制溫度繼電器工

40、作，控制相應(yīng)的外圍設(shè)備對大棚內(nèi)進行升溫作業(yè)，從而使大棚內(nèi)的溫度保持在一個穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)。溫度控制流程如下圖：圖4.2 溫度控制流程圖單片機通過濕度傳感器檢測環(huán)境濕度，當溫室大棚內(nèi)濕度過高時，就通過控制濕度繼電器工作，控制相應(yīng)的外圍設(shè)備對大棚內(nèi)進行降濕作業(yè)，當大棚內(nèi)濕度過低時，通過控制濕度繼電器工作，控制相應(yīng)的外圍設(shè)備對大棚內(nèi)進行增濕作業(yè)，從而使大棚內(nèi)的濕度保持在一個穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)。濕度控制流程如下圖：圖4.3 濕度控制流程圖4.3 鍵盤掃描流程溫濕度上下限可以通過鍵盤來設(shè)置，按下k1鍵，設(shè)置溫度上限，按k2鍵上限溫度加1，按k3鍵上限溫度減1，按下k4鍵確認，成功設(shè)置溫度上限。繼續(xù)按下k1鍵，設(shè)置

41、溫度下限，按k2鍵上限溫度加1，按k3鍵上限溫度減1，再按下k4鍵確認，成功設(shè)置溫度下限。繼續(xù)按下k1鍵，設(shè)置濕度上限，按k2鍵上限濕度加1，按k3鍵上限濕度減1，再按下k4鍵確認，成功設(shè)置濕度上限。繼續(xù)按下k1鍵，設(shè)置濕度下限，按k2鍵上限濕度加1，按k3鍵上限濕度減1，再按下k4鍵確認刷，成功設(shè)置濕度下限。鍵盤掃描流程如下圖：圖4.4 鍵盤掃描流程圖小結(jié)通過本次的設(shè)計讓我對單片機的使用和功能有了更深的了解，同時也鍛煉了自己的動手與獨立思考的能力。起初剛剛選擇這個課題時對這個課題還是很陌生，也不知道該從何下手。去學(xué)校圖書館借了一大堆沒有用的書。后來通過自己上網(wǎng)查資料、請教同學(xué)和老師，漸漸對本

42、課題設(shè)計的相關(guān)領(lǐng)域有所了解，也讓我對該領(lǐng)域有了初步的認識。在開始設(shè)計前我也把之前所學(xué)的知識都惡補了一遍，也自己到網(wǎng)上下了關(guān)于單片機的視頻自己學(xué)習(xí)。這次的設(shè)計是要做實物的，因此我也去網(wǎng)上找了好多的資料，關(guān)于國內(nèi)外農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展以及現(xiàn)階段所使用的類型，我國的大棚技術(shù)的發(fā)展主要在改革開放以后，之前我國的農(nóng)業(yè)設(shè)施一直徘徊在小規(guī)模、低水平、發(fā)展速度緩慢的狀態(tài)，因為由于我國農(nóng)業(yè)設(shè)施發(fā)展的起步比較晚，所以和國外的比起來還是存在一定的差距，有很多設(shè)備和技術(shù)仍舊依靠國外的進口，對國外的技術(shù)依賴性依然很大。因此在這一領(lǐng)域我國還有很長的路要走。而本次的設(shè)計也是根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)在普遍使用的一種設(shè)計方式，我也根據(jù)自己的理解確

43、定了自己的一套設(shè)計方案。在設(shè)計的初期我也去圖書館查閱了大量的資料，去了解了各個模塊的相關(guān)的知識以及使用方法，當然之間也遇到了很多自己無法解決的問題，也發(fā)現(xiàn)之前自己所學(xué)的知識根本派不上太大的用場，在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)理論與實踐存在著巨大的差距，但是遇到問題我并沒有退縮，上網(wǎng)找資料、看視頻、圖書館用盡了各種能用的方式最后終于解決了大部分的問題，其實我覺得在網(wǎng)絡(luò)發(fā)的的今天我們更應(yīng)該利用好網(wǎng)絡(luò)這個資源，可以這么說在網(wǎng)上幾乎沒有你找不到的東西，這也是本次設(shè)計所收獲的成果之一，與其花大把大把的時間在打網(wǎng)絡(luò)游戲上倒不如去網(wǎng)上學(xué)習(xí)了解一些和自己本專業(yè)甚至跨專業(yè)的知識以及發(fā)展的前沿，這不僅僅能拓寬我們的知識面，我

44、想在以后我們的人生中也起著潛移默化的作用?；仡欉@次的畢業(yè)設(shè)計，雖然它對我人生的改變起不了什么太大的作用，但是這個過程卻是終身難忘的，有歡笑也有淚水，最大的收獲就是鍛煉了我獨立思考問題解決問題的能力，同時也加強了和老師同學(xué)之間的感情。同時我也看到了自身的不足，在專業(yè)知識這方面的基礎(chǔ)還不夠扎實，理論與實踐的結(jié)合也不夠透徹 ，就如在這次設(shè)計中所遇到的問題一樣因為自己很少自主得去學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，所以在這過程中遇到了很多的麻煩。自己的學(xué)生生涯即將結(jié)束，現(xiàn)在面臨的是就業(yè)的壓力，但這并不能阻止我求學(xué)的的步伐，我會吸取這次所學(xué)到的經(jīng)驗與教訓(xùn)，讓以后在追求人生理想的道路上少走彎路。致謝回顧自己四年的大學(xué)生涯，心中倍

45、感復(fù)雜，隨著這篇論文的結(jié)束，就意味著大學(xué)的生涯也將結(jié)束，曾經(jīng)是多么的盼望著能早些離開校園、離開宿舍、離開課堂、離開書本，但到了真正不得不離開的那一剎那，才發(fā)現(xiàn)，自己對這片土地是多么的留念，在這里，首先要感謝海洋學(xué)院給了我一個深造的機會，讓我的人生得意豐富與充實，誠摯的感謝我的論文指導(dǎo)老師李莉莉老師，在忙碌的教學(xué)中抽出時間審查、批閱我的論文。同時也要感謝曾經(jīng)教育過我的所有的老師，你們一絲不茍的作風(fēng)以及嚴謹?shù)乃悸穼ξ业娜松鸬搅撕艽蟮膯l(fā)。我的論文在李老師悉心的指導(dǎo)下終于完成，從中不僅學(xué)到了很多知識還學(xué)到了發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，從選題到最后論文反復(fù)的修改，李老師總是用專業(yè)的標準來嚴格我，在老師

46、細致的指導(dǎo)下讓我的思維得到了很大的提升，在這里要對李老師說聲謝謝。同時還要感謝寢室的同學(xué)，在這次設(shè)計中他們也給了我很多的寶貴的建議與意見，最終得以圓滿的完成這次的畢業(yè)設(shè)計。四年的時間，不會自不覺已經(jīng)走到了盡頭，四年，想想很長，過起來卻是如此短暫，往昔依舊，眼前重復(fù)的竟然是四年前的光景，最可怕的是，記憶絲毫沒有模糊。這才重新感嘆，時光荏苒。參考文獻1 高禹，馮相忠.C語言程序設(shè)計J.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.2 樓然苗.51系列單片機原理及設(shè)計實例J.北京航空航天大學(xué)出版社，2010.3 何立民.單片機高級教程應(yīng)用于設(shè)計M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.4 張俊謨.單片機中級教程原理與應(yīng)

47、用M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.5 徐愛鈞，彭秀華.Keil Cx51 V7.0 單片機高級語言編程M.電子工業(yè)出版社，2008.6 徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計M.電子工業(yè)出版社，1998.7 雷伏容，張小林，崔浩.51單片機常用模塊設(shè)計查詢手冊M.清華大學(xué)出版社，2010.8 鄭峰，王巧芝.51單片機應(yīng)用系統(tǒng)典型模塊開發(fā)大全M.中國鐵道出版社，2010.9 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社，2006.10 劉建清.輕松玩轉(zhuǎn)51單片機C語言.M.北京航空航天大學(xué)出版社，2011.11 趙亮.液晶顯示模塊LCD1602應(yīng)用J.電子制作，2007.12 郭

48、天祥.新概念51單片機C語言教程入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略M.電子工業(yè)出版社2009.13 宏晶科技 STC Microcontroller Handbook，2007.14 譚浩強.C程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社M.1991.15 何希才.常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計與實踐M.北京：科學(xué)出版社，2007.16 Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ. Powder and Bulk Engineering. 1995.17 Meehan Joanne,Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs

49、:Benefits and barriersJ.TQM Journal. 2008.附錄1 實物圖圖一：系統(tǒng)實物圖附錄2 PCB圖圖二： PCB制板附錄3 部分程序#include /52單片機頭文件#include /溫濕度傳感器DHT11頭文件#include /液晶屏1602頭文件 uchar i,key_flag;uchar set_temp_H,set_temp_H_shi,set_temp_H_ge;/設(shè)定溫度上限的變量uchar set_temp_L,set_temp_L_shi,set_temp_L_ge;/設(shè)定溫度下限的變量uchar set_humi_H,set_humi_

50、H_ge,set_humi_H_shi;/設(shè)置濕度上限的變量uchar set_humi_L,set_humi_L_ge,set_humi_L_shi;/設(shè)置濕度下限的變量sbit k1=P32;/定義按鍵K1sbit k2=P33;/定義按鍵K2sbit k3=P34;/定義按鍵K3sbit k4=P35;/定義按鍵K4/延時函數(shù)void delay(uchar x)uchar a,b;for(a=0;a0;b-); /顯示溫度和濕度void disp_t_h() write_cmd(0 x8c); write_dat(tab_lcd_numds3);/顯示溫度十位 write_cmd(0

51、x8d); write_dat(tab_lcd_numds4);/顯示溫度個位 write_cmd(0 xcc); write_dat(tab_lcd_numds1);/顯示溫濕度十位 write_cmd(0 xcd); write_dat(tab_lcd_numds2);/顯示溫濕度個位/開機顯示void disp_start()for(i=0;i16;i+) write_cmd(0 x80+i); write_dat(tab_ti);/溫度 for(i=0;i16;i+) write_cmd(0 xc0+i); write_dat(tab_hi);/濕度 /掃描按鍵void key_sca

52、n()if(k1=0)/按下K1 /設(shè)置溫度上限 if(key_flag=0)/按鍵標志0 write_cmd(0 x01);/清屏 write_cmd(0 x80);/顯示位置第一行第一列 for(i=0;i13;i+) write_dat(tab_set_temp_Hi);/顯示SET TEMPERATURE字符 while(k4=1)/按下K4 if(k2=0)/按下K2 while(k2=0); set_temp_H+;/設(shè)置溫度數(shù)值加 if(set_temp_H=99)/到100，清0 set_temp_H=0; if(k3=0)/按下K3 while(k3=0);/松手檢測 set_temp_H-;/設(shè)置溫度數(shù)值減 if(set_temp_H=0)/到0，加為100 set_temp_H=99; set_temp_H_ge=set_temp_H%10;/計算設(shè)置溫度個位 set_temp_H_shi=set_temp_H/10;/計算設(shè)置溫度十