岷江蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-40-緒論研究背景科學(xué)技術(shù)帶給了我們豐富多彩的生活，21世紀(jì)作為一個(gè)全新的科技時(shí)代，不論是什么都在進(jìn)行著高速的發(fā)展與進(jìn)步。在日常生活以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)研究等領(lǐng)域，溫濕度控制系統(tǒng)的地位會(huì)越來(lái)越高。實(shí)際上，由于不同的物體和現(xiàn)象需要不同的精度和方法，測(cè)量方法是多樣的。但是隨著科技的進(jìn)步，以往的方法就不再適用了，人們就必須探索出新的方法。全球農(nóng)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越依賴于自動(dòng)化技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，中國(guó)必須致力于發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)。在夏季高溫干旱的酷暑中，在冬季的嚴(yán)寒中，在晝夜的大額溫差中，人類每天必須食用的蔬菜便難以正常生長(zhǎng)，難以保證人民的菜籃子，為了解決這個(gè)問(wèn)題，便產(chǎn)生了蔬菜大棚這一事物。蔬菜大棚作為種植蔬菜的十分重要的設(shè)施，能夠幫助農(nóng)民增加收成。為了保證大棚內(nèi)環(huán)境的適宜程度，需要采用出色的保溫框架覆膜結(jié)構(gòu)。通常情況下，大棚的骨架都是由竹子或鋼鐵構(gòu)架組成的。竹子作為傳統(tǒng)的構(gòu)架材料，具有韌性好、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，而鋼鐵則耐腐蝕、結(jié)實(shí)可靠。這兩種材料都具有耐久性，能夠承受大棚結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，并且能夠抵御風(fēng)雨，保障大棚內(nèi)的蔬菜生長(zhǎng)。此外，在覆膜的選材方面也需慎重考慮，優(yōu)質(zhì)的薄膜材料可以保障蔬菜生長(zhǎng)的同時(shí)，也能保障大棚內(nèi)空氣的新鮮流通，促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育。這種環(huán)境使得外部塑料膜能有效防止二氧化碳流失，從而保持良好的保溫性能，有利于蔬菜的生長(zhǎng)。但單一的物理蔬菜大棚僅能在小范圍變化內(nèi)達(dá)到保溫效果，且沒(méi)有具體的精度控制。在此基礎(chǔ)上，又采用了人工手動(dòng)控制，因?yàn)槠錅y(cè)量控制精度低、操作難度大、不能及時(shí)測(cè)量控制等原因，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法挽留的損失，浪費(fèi)人力，并且難以達(dá)成預(yù)期效果。進(jìn)而發(fā)展為智能控制系統(tǒng)。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵之一，在于對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境中重要參數(shù)的測(cè)量和控制，這是必需的，蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)在此方面扮演著重要的角色?？諝庵械臏囟?、濕度和二氧化碳濃度等因素與大棚環(huán)境和生物的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。因此，在溫室生產(chǎn)管理中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和科學(xué)化是必不可少的。同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制也是基本保障，對(duì)此必須高度重視。因此，實(shí)施溫室生產(chǎn)管理的科學(xué)化和自動(dòng)化，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)及其控制的順利實(shí)現(xiàn)具備關(guān)鍵性的用途。綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長(zhǎng)的規(guī)律，控制環(huán)境條件實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高產(chǎn)量和高效率的種植目標(biāo)。盡管海外擁有完善的溫室大棚設(shè)施和標(biāo)準(zhǔn)，但其昂貴的價(jià)格以及缺乏適用我國(guó)特有氣候的測(cè)控軟件。為推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究，就必須積極探索農(nóng)業(yè)工程和設(shè)備的研發(fā)，因?yàn)檫@是提高農(nóng)業(yè)效率、質(zhì)量和精度的關(guān)鍵，智能調(diào)控溫濕度和二氧化碳水平，營(yíng)造有利于蔬菜生長(zhǎng)的環(huán)境。當(dāng)前，蔬菜大棚的個(gè)數(shù)在一直增長(zhǎng)，使用者對(duì)大棚的性能需求也更高，尤其是追求高效生產(chǎn)，對(duì)大棚自動(dòng)化水平有更高的要求。伴隨著其它的電子器件以及單片機(jī)的性價(jià)比飛速變高，讓這一目標(biāo)在國(guó)內(nèi)有可能實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，大多數(shù)農(nóng)村簡(jiǎn)易日光大棚仍采用手動(dòng)工具進(jìn)行控制，這種方式已經(jīng)成為了普遍的做法，導(dǎo)致生產(chǎn)率低下，生產(chǎn)成本也偏高。由于大棚業(yè)務(wù)的發(fā)展，作物品種多樣，控制標(biāo)準(zhǔn)也日益高漲，手動(dòng)工具的控制精度較低且容易造成混亂，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。因此，需要研發(fā)一套控制裝置，減少人工干預(yù)。然而，在現(xiàn)今國(guó)內(nèi)，同智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)也只采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或者是PLC控制系統(tǒng)，價(jià)格過(guò)高，許多用戶難以承受經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。國(guó)外研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)70年代，國(guó)外開始使用模擬式的組合儀表來(lái)監(jiān)測(cè)和調(diào)控環(huán)境，但是這種儀器技術(shù)不夠精確，難以滿足日益增長(zhǎng)的需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子式的自動(dòng)化環(huán)境控制系統(tǒng)逐漸代替了模擬式的組合儀表，讓溫室大棚的環(huán)境控制變得非常精確和高效率。現(xiàn)在的環(huán)境控制系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、CO2濃度控制器、光照控制器、水肥自動(dòng)噴施控制器等多個(gè)部件，可以通過(guò)集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。同時(shí)，智能化技術(shù)的應(yīng)用也為溫室大棚環(huán)境控制帶來(lái)了新的變化。一些先進(jìn)的大棚環(huán)境控制系統(tǒng)已經(jīng)具有云端數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能識(shí)別等功能，可以實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)化操作，如自動(dòng)開關(guān)窗戶、自動(dòng)施肥等，從而實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的溫室大棚生產(chǎn)。本文研究?jī)?nèi)容本次的內(nèi)容主要是通過(guò)單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)溫濕度控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以應(yīng)用到以蔬菜大棚為典型的大棚領(lǐng)域，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單以及低成本，方便用戶使用。該系統(tǒng)能夠檢測(cè)并顯示溫濕度和二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，溫濕度和二氧化碳濃度的控制和報(bào)警功能等。論文結(jié)構(gòu)本文主要分為以下幾個(gè)部分:第一部分是緒論部分，它簡(jiǎn)單得論述了本系統(tǒng)的項(xiàng)目背景以及現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r。系統(tǒng)的第二部分為系統(tǒng)分析。從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、操作上分析系統(tǒng)的可行性，從關(guān)鍵技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、功能、性能上分析系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)的第三部分為系統(tǒng)設(shè)計(jì)，里面細(xì)致說(shuō)明了系統(tǒng)的各項(xiàng)功能模塊、構(gòu)架設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。第四部分是該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)部分。第五部分是系統(tǒng)的測(cè)試部分，測(cè)試系統(tǒng)的各種模塊和功能。第六部分是總結(jié)與展望，總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的問(wèn)題。研究方法及手段系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是基于單片機(jī)技術(shù)上，通過(guò)Keil匯編軟件編寫程序代碼，設(shè)計(jì)合理正確的仿真圖。最終，需要綜合運(yùn)用Proteus仿真軟件，將原理圖呈現(xiàn)出來(lái)，并借助單片機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到所需結(jié)果。系統(tǒng)分析可行性分析經(jīng)濟(jì)可行性分析本系統(tǒng)用到的DHT11、SGP30、STC89C52及風(fēng)扇、水泵、加熱片、蜂鳴器、閃光燈、LCD等硬件價(jià)格低廉，官網(wǎng)上可以下載需要使用的Proteus和Keil仿真軟件，價(jià)格較低。根據(jù)上文所說(shuō)，本系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性高。技術(shù)可行性分析該系統(tǒng)運(yùn)用STC系列的單片機(jī)當(dāng)作控制核心，通過(guò)利用DHT11和SGP30設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了溫濕度和二氧化碳濃度的監(jiān)測(cè)、液晶顯示測(cè)得的數(shù)據(jù)、溫濕度和二氧化碳濃度控制、聲光報(bào)警功能。根據(jù)上文所說(shuō)，本系統(tǒng)的技術(shù)可行性高。操作可行性分析本系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)和最終的實(shí)物制作操作都較為簡(jiǎn)單，性能較好，容易實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上文所說(shuō)，本系統(tǒng)的操作可行性高。需求分析關(guān)鍵技術(shù)分析本章簡(jiǎn)單介紹設(shè)計(jì)所用到的一些關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)軟件。該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一是單片機(jī)，使用的軟件包括Proteus和Keil。在詳細(xì)闡述這些技術(shù)時(shí)，我們即將依次介紹功能及其特點(diǎn)，以便于更好地理解。單片機(jī)的介紹。被高度集成的一種電路芯片單片機(jī)，可以將中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器和各種輸入輸出接口等元件集成在一起。通過(guò)內(nèi)部的程序控制，單片機(jī)可以完成各種功能。單片機(jī)僅僅是一個(gè)芯片，但它已經(jīng)具備了微型計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和功能，因此也稱作微控制器。單片機(jī)因其易開發(fā)、體積小、性價(jià)比高、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，備受工程技術(shù)人員的喜愛(ài)，被大量應(yīng)用于電子產(chǎn)品、家用電器、自動(dòng)化設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，帶來(lái)了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。單片機(jī)采用STC89C52RC，由STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，比較適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境控制。雖然STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能，例如:看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM,MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等REF_Ref2284\r\h[1]。該單片機(jī)具有大容量的閃存和SRAM，運(yùn)行速度快，響應(yīng)時(shí)間短，可以成功解決很難的控制問(wèn)題。同時(shí)，STC89C52單片機(jī)的功耗非常低，工作電壓也很穩(wěn)定，節(jié)省能源且能夠延長(zhǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，該單片機(jī)還擁有強(qiáng)大的保護(hù)機(jī)制，能夠避免數(shù)據(jù)丟失和傳輸中斷。可以說(shuō)，它也具備穩(wěn)定性和可靠性，可以滿足各種應(yīng)用需求。Proteus的介紹。Proteus軟件作為現(xiàn)代輔助工程設(shè)計(jì)工具，是一款由英國(guó)LabCenterElectronics公司研發(fā)的軟件REF_Ref3979\r\h[2]。Proteus作為一款全方位的EDA工具，既可用于原理圖的繪制，又可用于具有復(fù)雜布線的PCB設(shè)計(jì)，以及各種電路的仿真和調(diào)試中。其所涉及的領(lǐng)域種類豐富，該領(lǐng)域包括數(shù)字電路、模擬電路以及混合信號(hào)電路等，引起了眾多電子工程師和電子專業(yè)學(xué)生的濃厚興趣。另外，Proteus還擁有強(qiáng)大的仿真和調(diào)試功能，可在PC端準(zhǔn)確模擬復(fù)雜電路的行為，預(yù)測(cè)電路的性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而避免實(shí)際電路開發(fā)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤和損失。此外，Proteus還針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了多種仿真模式，包括直流仿真、交流仿真、數(shù)字信號(hào)仿真等各種模式，方便用戶根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。總之，Proteus作為一款全方位的EDA工具，其功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，不僅適合電子工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，也非常適合電子專業(yè)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和科研。作為一款英國(guó)EDA工具，Proteus品質(zhì)保障，雖然在國(guó)內(nèi)推廣初期，但已經(jīng)深受許多致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者喜愛(ài)。Keil的介紹。Keil軟件公司是一家專業(yè)致力于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的企業(yè)，經(jīng)過(guò)多年的不斷發(fā)展，已成為了全球知名的單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)提供商之一。在單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)中使用Keil軟件的編譯、調(diào)試、串口功能REF_Ref6715\r\h[3]。它已成為電子工程師開發(fā)單片機(jī)時(shí)的首選軟件之一。Keil軟件的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具也十分便捷實(shí)用。其中，其開發(fā)環(huán)境的特點(diǎn)是統(tǒng)一的界面設(shè)計(jì)，讓用戶可以快速上手。此外，Keil軟件支持的調(diào)試工具包括仿真器和調(diào)試器等，可以幫助開發(fā)者進(jìn)行較為精確的調(diào)試和測(cè)試，進(jìn)而提高開發(fā)效率。同時(shí)，Keil軟件還包括了多種插件，比如直接調(diào)用測(cè)試工具等等，以保證用戶能夠以最簡(jiǎn)單、最高效的方式進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)。開發(fā)大型軟件時(shí)，高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)尤為突出。相較于匯編語(yǔ)言而言，C語(yǔ)言具有明顯的優(yōu)越性和可維護(hù)性等方面。因此，學(xué)習(xí)和運(yùn)用C語(yǔ)言更為簡(jiǎn)單易學(xué)。對(duì)于曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)匯編語(yǔ)言的人而言，使用C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)能夠更深刻地感受到這種優(yōu)越性。業(yè)務(wù)流程分析主要的控制核心是STC89C52，數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警功能等等均需要它來(lái)完成。利用SGP30和DHT11采集我們需要的數(shù)據(jù)，并且把收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD1602上，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)液晶屏的顯示。所得到的數(shù)據(jù)超出了設(shè)定的數(shù)值時(shí)，蜂鳴器啟動(dòng)報(bào)警，LED燈亮起，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定的數(shù)值時(shí)，蜂鳴器同樣會(huì)報(bào)警，LED指示燈亮起。當(dāng)因溫度過(guò)高所對(duì)應(yīng)的指示燈亮起時(shí)，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行降溫，使得溫度降低至設(shè)定范圍；當(dāng)因溫度過(guò)低所對(duì)應(yīng)的指示燈亮起時(shí)，加熱片驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行升溫，使得溫度升到設(shè)定范圍內(nèi)。當(dāng)因濕度過(guò)低所對(duì)應(yīng)的指示燈亮起時(shí)，水泵驅(qū)動(dòng)，增加濕度至設(shè)定范圍；當(dāng)因濕度過(guò)高時(shí)，加熱片驅(qū)動(dòng)，降低濕度至設(shè)定范圍。當(dāng)因二氧化碳濃度過(guò)高所對(duì)應(yīng)的指示燈亮起時(shí)，排風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)，將二氧化碳濃度降至設(shè)定范圍。系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖如REF_Ref25572\h圖STYLEREF1\s2.1所示。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖功能需求分析在功能上，系統(tǒng)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、二氧化碳濃度的檢測(cè)，自動(dòng)控制溫濕度和二氧化碳濃度以及自動(dòng)報(bào)警，不需要人工的參與。僅需人工參與的是根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置蔬菜生長(zhǎng)的合理溫濕度上下限和二氧化碳濃度范圍。性能需求分析DHT11為一款精度高達(dá)±5%RH濕度和±2℃溫度的校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出溫濕度傳感器，可實(shí)現(xiàn)4引腳安裝，并完全互換。DHT11在使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng):如果超過(guò)了推薦的工作范圍，也許會(huì)造成臨時(shí)的漂移信號(hào)達(dá)到3%RH之高。傳感器在恢復(fù)正常工作環(huán)境后會(huì)逐漸恢復(fù)校準(zhǔn)狀態(tài)。若想快速恢復(fù)，請(qǐng)考慮采用“恢復(fù)處理”。長(zhǎng)時(shí)間在異常工作環(huán)境下使用會(huì)加速產(chǎn)品的老化，故建議存儲(chǔ)溫度應(yīng)在10至40攝氏度之間，相對(duì)濕度不超過(guò)60%。當(dāng)環(huán)境惡劣時(shí)，污染物質(zhì)的排放速度會(huì)加快。STC89C52是一款符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指令結(jié)合和輸出的8位微處理器，其運(yùn)用了非易失高密度性能的存儲(chǔ)器的生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)具備低耗高性能的特點(diǎn)。擁有精確的8位CPU和存儲(chǔ)器相結(jié)合，因此STC89C52是比較方便的微控制設(shè)備。本設(shè)計(jì)選用的SGP30傳感器是一款集成多個(gè)傳感器元件的氣體傳感器，如可以檢測(cè)空氣中二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的含量，二氧化碳的檢測(cè)范圍:400ppm~60000ppm，VOC檢測(cè)范圍:0ppb~60000ppb。利用STC89C52單片機(jī)中的IIC協(xié)議對(duì)其進(jìn)行讀寫操作REF_Ref10892\r\h[4]。它能夠同步檢測(cè)多種氣體成分，在單一芯片上完成氣體傳感測(cè)量。此傳感器的輸出信號(hào)精準(zhǔn)校準(zhǔn)，可用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等多種場(chǎng)合。將來(lái)可能提出的需求分析(1)通過(guò)電腦端可以觀測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況及其控制過(guò)程和結(jié)果。(2)通過(guò)電腦端能夠設(shè)置閾值。(3)還能進(jìn)行光照、土壤鹽分的控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)設(shè)計(jì)為了充足地保障人民的菜籃子，設(shè)計(jì)方案已經(jīng)提出，其蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)具備自動(dòng)化、易操作、低成本和高可靠性的特點(diǎn)。以最低的成本和最高的效率來(lái)提高蔬菜的產(chǎn)量質(zhì)量是設(shè)計(jì)的根本價(jià)值所在。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總框圖如REF_Ref25726\h圖STYLEREF1\s3.1所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖功能模塊該設(shè)計(jì)的功能包括以下幾點(diǎn):精準(zhǔn)測(cè)量出大棚環(huán)境中的溫濕度以及二氧化碳濃度，并且能夠在液晶顯示屏上呈現(xiàn)當(dāng)前所測(cè)的數(shù)值。此外，用戶也可以方便地設(shè)定溫度、濕度和二氧化碳濃度所對(duì)應(yīng)的閾值。一旦溫濕度或者二氧化碳濃度超出了設(shè)置的閾值，設(shè)備就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警、驅(qū)動(dòng)控制板塊進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)功能模塊如REF_Ref25853\h圖STYLEREF1\s3.2所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s12系統(tǒng)功能模塊硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊STC89C52屬于一個(gè)低耗能、高性能的8位微處理器，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是單片機(jī)，配備8位CPU與存儲(chǔ)器完美結(jié)合。因此，STC89C52是一款全面的微控制設(shè)備，此解決方案適用于各類嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靈活高效，具備解析問(wèn)題的方法。它的原理圖如REF_Ref24694\h圖STYLEREF1\s3.3所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13STC89C52原理圖STC89C52主要有以下特點(diǎn):與MCS-51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容片內(nèi)有4k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器

全靜態(tài)運(yùn)行,覆蓋頻率范圍為0Hz至24MHz

采用三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密技術(shù)

擁有128×8位內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器

搭載32位雙向輸入輸出線

配置兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

帶有五個(gè)中斷源,且分為兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)

具備全雙工異步串口

可以選擇間歇和掉電兩種工作方式

該產(chǎn)品擁有極強(qiáng)的抗干擾性能，能容易地對(duì)付高強(qiáng)度靜電干擾，同一時(shí)間還能夠成功防御2KV以及4KV的快速脈沖的干擾。電壓幅度寬泛,可以抵御電源抖動(dòng)可以適應(yīng)寬廣的溫度范圍,達(dá)到-40℃至85℃

禁止ALE輸出超低功耗按鍵輸入模塊溫度、濕度、二氧化碳濃度是依次輸入的，并且按照上限下限的順序逐一輸入，將其中的中間值存儲(chǔ)至單片機(jī)中，在將LCD初始化后，逐一展示當(dāng)前的溫濕度、CO2濃度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。按鍵輸入如REF_Ref27038\h圖STYLEREF1\s3.4所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s14按鍵輸入溫濕度檢測(cè)模塊采用DHT11溫濕度傳感器作為溫濕度采集模塊REF_Ref13269\r\h[5]。它經(jīng)過(guò)校驗(yàn)后可高精度地測(cè)量溫濕度信息。它可以為用戶提供準(zhǔn)確的溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)。能在5%RH至95%RH的濕度范圍和-20度至+60度的溫度范圍內(nèi)工作。包括超快的響應(yīng)速度、高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品功耗極低，體積超小，在嚴(yán)苛環(huán)境下是最優(yōu)選擇。它有四針單排引腳進(jìn)行封裝，連接也是簡(jiǎn)單方便的。該產(chǎn)品是一款高性能的濕度溫度測(cè)量?jī)x器，可以準(zhǔn)確地測(cè)量出相對(duì)的濕度以及溫度，并同時(shí)提供數(shù)字輸出。該產(chǎn)品采用了先進(jìn)的全面校準(zhǔn)技術(shù)，能夠獲得卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。不僅如此，該產(chǎn)品還具備多重保護(hù)措施，能夠有效地防止溫度變化、濕度波動(dòng)和電磁干擾等環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。此外，該產(chǎn)品還具有數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警、遠(yuǎn)程控制等功能，可大量地用在實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)生產(chǎn)這些領(lǐng)域?？傊摦a(chǎn)品是一款可信賴且高效的濕度溫度測(cè)量?jī)x器，為用戶提供了全面的測(cè)量數(shù)據(jù)和便捷的使用體驗(yàn)。溫濕度傳感器如REF_Ref31378\h圖STYLEREF1\s3.5所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s15溫濕度傳感器二氧化碳濃度檢測(cè)模塊SGP30是一款室內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器，其單一芯片上集成4個(gè)氣體傳感元件，這個(gè)傳感器運(yùn)用了金屬氧化物納米顆粒做出來(lái)的加熱膜，能夠吸附周圍的氧氣和目標(biāo)氣體并與其進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)電子的釋放，為我們提供了精確校準(zhǔn)的空氣質(zhì)量輸出信號(hào)。從而改變金屬氧化物層的電阻。因此，當(dāng)有還原性氣體的時(shí)候，會(huì)減少氣敏材料表面的氧氣的含量，這會(huì)對(duì)半導(dǎo)體的電阻或者電導(dǎo)率產(chǎn)生影響，電路部分再對(duì)檢測(cè)到的電阻進(jìn)行信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換，得到氣體濃度值。總之，SGP30主要用于監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣質(zhì)量。SGP30如REF_Ref31555\h圖STYLEREF1\s3.6所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s16二氧化碳檢測(cè)LCD1602液晶顯示模塊液晶顯示器是一種以液晶技術(shù)為基礎(chǔ)的平面顯示設(shè)備，它是由許多像素組成的，每個(gè)像素由一個(gè)液晶陣列和一個(gè)背光源組成，可顯示出高質(zhì)量、高解析度的圖像和視頻。LCD顯示器可以廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，如電視、電腦、手機(jī)、平板電腦等，具有超薄、輕盈、低功耗、低輻射等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)大家對(duì)于高品質(zhì)的視覺(jué)體驗(yàn)的要求。該器件的工作原理是通過(guò)電流激發(fā)液晶分子實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)點(diǎn)線面的結(jié)合，與背光源燈管協(xié)調(diào)構(gòu)成完整的畫面。LCD顯示器的類型多種多樣，按照LCD顯示器的顯示方法可以劃分為字符型、段型和點(diǎn)陣型。按驅(qū)動(dòng)方法可劃分為三大類：源矩陣、簡(jiǎn)單矩陣和靜態(tài)驅(qū)動(dòng)。LCD1602是一款非常實(shí)用的工業(yè)特性液晶屏，設(shè)計(jì)用于數(shù)碼電路中的信息顯示，并廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，比如自動(dòng)化控制、嵌入式系統(tǒng)、儀器設(shè)備等。顯示屏幕為16*2(即兩行，每行可顯示16個(gè)字符)的液晶屏REF_Ref16110\r\h[6]。每個(gè)字符是由5×8的點(diǎn)陣拼湊的，不僅精度高而且能夠同時(shí)呈現(xiàn)32個(gè)字符，大大提升了信息的可讀性，方便用戶快速了解目標(biāo)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在便攜式電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)車輛等方面，得到了廣泛的應(yīng)用。LCD1602液晶顯示如REF_Ref31862\h圖STYLEREF1\s3.7所示。LCD1602顯示器的技術(shù)參數(shù)有以下幾點(diǎn)：工作電壓4.5-5.5；工作電流2毫安；顯示大小16乘2；字符大小2.95毫米（寬）乘4.35毫米（高）。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s17LCD1602液晶顯示軟件設(shè)計(jì)作為溫濕度控制系統(tǒng)的核心，STC89C52的軟件設(shè)計(jì)的主控芯片起著重要的用處，它可以實(shí)現(xiàn)很多功能，例如I/O端口、邏輯判斷以及處理采集到的溫度、濕度、二氧化碳濃度的信息，并且可以驅(qū)動(dòng)外部電路和聲光報(bào)警。因?yàn)檫@個(gè)芯片是系統(tǒng)的核心，可以用模塊化的設(shè)計(jì)方法，便于在后期的維護(hù)。這個(gè)子程序旨在實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，方便未來(lái)的擴(kuò)展。其中，子程序包含了閾值設(shè)置子程序、溫濕度和二氧化碳濃度數(shù)據(jù)采集子程序、液晶顯示子程序、報(bào)警子程序。系統(tǒng)程序流程圖如REF_Ref32136\h圖STYLEREF1\s3.8所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s18系統(tǒng)程序流程圖報(bào)警功能模塊報(bào)警信號(hào)有:閃光燈報(bào)警，蜂鳴器報(bào)警和語(yǔ)音報(bào)警三種，本系統(tǒng)采用了閃光燈報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警的結(jié)合報(bào)警模式。其中閃光燈報(bào)警電路由二極管和電容構(gòu)成。該方案中，通過(guò)使用三極管S8550來(lái)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的自動(dòng)報(bào)警聲REF_Ref17965\r\h[7]。當(dāng)測(cè)量值超出設(shè)定范圍時(shí)，程序就會(huì)把MCU的P1.0設(shè)定成0，然后蜂鳴器和閃光燈同時(shí)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警器如REF_Ref1066\h圖STYLEREF1\s3.9所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s19報(bào)警器溫濕度、二氧化碳濃度控制模塊溫濕度判斷控制模塊是系統(tǒng)中不可或缺的核心模塊之一REF_Ref10249\r\h[8]。這個(gè)模塊的作用是對(duì)輸入的溫度濕度和二氧化碳濃度以及特定的上下限范圍進(jìn)行比較和判斷，只有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的判斷后，才進(jìn)行控制。該控制模塊是系統(tǒng)行動(dòng)關(guān)鍵的決策者。比如，當(dāng)溫度超過(guò)上限時(shí)，需要啟動(dòng)風(fēng)扇以降溫；當(dāng)?shù)陀谙孪迺r(shí)，則需要使用加熱片以升溫；濕度高于上限時(shí)需要驅(qū)動(dòng)加熱片進(jìn)行除濕，濕度低于下限時(shí)需要驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行加濕；二氧化碳濃度高于上限時(shí)需要驅(qū)動(dòng)排風(fēng)扇來(lái)降低其濃度。驅(qū)動(dòng)器件如圖REF_Ref1994\h圖STYLEREF1\s3.10所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s110抽水泵和風(fēng)扇單片機(jī)復(fù)位模塊復(fù)位電路是一種用于將電路恢復(fù)到最初狀態(tài)的裝置。復(fù)位電路啟動(dòng)的手段有多種，一種是在給電路通電時(shí)就馬上開始進(jìn)行\(zhòng)t"/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"復(fù)位操作；第二種方式可以手動(dòng)操作，而第三種方式則是自動(dòng)執(zhí)行，取決于程序或電路運(yùn)行的需求REF_Ref10357\r\h[9]。復(fù)位電路相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，通常只需要電阻和電容組合就能實(shí)現(xiàn)，如果再?gòu)?fù)雜\t"/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"一些就有\(zhòng)t"/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"三極管等配合程序來(lái)進(jìn)行REF_Ref10553\r\h[10]。復(fù)位電路如REF_Ref3675\h圖STYLEREF1\s3.11所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s111復(fù)位電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)在軟件開發(fā)的時(shí)候，需要一臺(tái)Windows10以上版本的電腦，使用編程軟件Keil4REF_Ref10726\r\h[11]。硬件開發(fā)是需要的元器件清單如REF_Ref4763\h表STYLEREF1\s4.1元器件清單所示。表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s11元器件清單序號(hào)元件名稱數(shù)量1蜂鳴器12風(fēng)扇13抽水水泵14排風(fēng)扇1510uF電解電容1630pF瓷片電容27470uF電解電容18104瓷片電容39IN4007二極管4105V電源接口111加熱片112HRS1H-S-DC5V信號(hào)繼電器113SW-AJ開關(guān)414LED紅燈415LCD1602液晶1168位排阻117Header4插接件118DHT11溫濕度傳感器1198550三極管5203K電阻2續(xù)表4.1元器件清單2110K電阻3221K電阻923自鎖開關(guān)124STC89C52單片機(jī)125SGP30氣體傳感器12611.0592M晶振1設(shè)計(jì)代碼本系統(tǒng)的主程序部分代碼如REF_Ref14321\h圖STYLEREF1\s4.1所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11主程序代碼仿真成果經(jīng)過(guò)元件的擺放連線和代碼的編寫后，最終的仿真如REF_Ref9441\h圖STYLEREF1\s4.2所示。 圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12仿真圖系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試計(jì)劃測(cè)試范圍與主要內(nèi)容此次測(cè)試主要包含電源測(cè)試、顯示屏測(cè)試、溫度濕度和二氧化碳濃度報(bào)警測(cè)試，通過(guò)測(cè)試來(lái)保障系統(tǒng)的暢通運(yùn)行REF_Ref10909\r\h[12]。測(cè)試方法在對(duì)蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，我采用了黑盒測(cè)試法REF_Ref11010\r\h[13]。這種測(cè)試方法將測(cè)試對(duì)象看作是一個(gè)封閉的黑盒子，在考察程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)或處理過(guò)程的同時(shí)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了測(cè)試對(duì)象的封閉性，使其不可見(jiàn)REF_Ref11611\r\h[14]。依據(jù)程序功能需求范圍確定測(cè)試用例，以驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果的正確性，測(cè)試應(yīng)以輸入和輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系為依據(jù)REF_Ref12012\r\h[15]。功能測(cè)試系統(tǒng)的功能測(cè)試項(xiàng)目以及測(cè)試的結(jié)果如REF_Ref8175\h表STYLEREF1\s5.1功能測(cè)試表所示。表STYLEREF1\s5.SEQ表\*ARABIC\s11功能測(cè)試表編號(hào)測(cè)試項(xiàng)描述/輸入/操作期望結(jié)果實(shí)際結(jié)果1電源接入外接電源顯示屏亮起與期望相符2顯示屏調(diào)節(jié)按鍵能夠設(shè)置并顯示溫度、濕度、二氧化碳濃度與期望相符3溫度報(bào)警升高環(huán)境溫度聲光報(bào)警并啟動(dòng)風(fēng)扇與期望相符4溫度報(bào)警降低環(huán)境溫度聲光報(bào)警并啟動(dòng)加熱片與期望相符5濕度報(bào)警升高環(huán)境濕度聲光報(bào)警并啟動(dòng)加熱片與期望相符6濕度報(bào)警降低環(huán)境濕度聲光報(bào)警并啟動(dòng)水泵與期望相符7二氧化碳報(bào)警升高環(huán)境二氧化碳濃度聲光報(bào)警并啟動(dòng)排風(fēng)扇與期望相符測(cè)試實(shí)物圖本設(shè)計(jì)除了仿真之外，也完成了對(duì)應(yīng)實(shí)物的制作，但由于部分器件的仿真與實(shí)物硬件不能完全對(duì)應(yīng)，但完成預(yù)期的功能是完全沒(méi)問(wèn)題的，實(shí)物溫濕度控制系統(tǒng)如REF_Ref4565\h圖STYLEREF1\s5.1REF_Ref7845\h所示。圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s11實(shí)物圖測(cè)試結(jié)論這個(gè)系統(tǒng)通過(guò)了功能以及兼容性的測(cè)試以后，每個(gè)模塊正常運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了一些小問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行了修復(fù)。系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)更為穩(wěn)定、可靠，最后得到了符合要求的高效率的溫濕度控制系統(tǒng)。總結(jié)與展望總結(jié)回顧這個(gè)本科的畢業(yè)設(shè)計(jì)，仿佛也是在總結(jié)自己四年的學(xué)習(xí)生涯。這一既挑戰(zhàn)又充實(shí)的經(jīng)歷，同時(shí)也是一個(gè)告別過(guò)去、展望未來(lái)的契機(jī)，它具有濃烈的學(xué)術(shù)儀式感。同時(shí)，這也是一個(gè)職業(yè)道路或深造的起點(diǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，我們要充分展現(xiàn)自己的思想和學(xué)習(xí)成果，充分展現(xiàn)對(duì)未來(lái)的部分期望。倘若我們站在這個(gè)角度去完成我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，那么這一過(guò)程應(yīng)當(dāng)是愉悅的。岷江蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)較為龐大，分為若干個(gè)模塊，雖然它不是特別的完善，但也是一定程度的勞動(dòng)量獲得的成果。這篇論文介紹了一把單片機(jī)當(dāng)作控制核心的系統(tǒng)，包括DHT11溫濕度傳感器、SGP30二氧化碳濃度傳感器、按鍵輸入模塊、LCD顯示模塊、蜂鳴器聲光報(bào)警電路、溫濕度二氧化碳濃度調(diào)節(jié)模塊等組成的復(fù)雜系統(tǒng)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我面臨了不少的挑戰(zhàn)以及難題。但這是畢業(yè)設(shè)計(jì)制作中不可避免的關(guān)卡，但是秉持著關(guān)關(guān)難過(guò)關(guān)關(guān)過(guò)的心態(tài)，不論是原理的學(xué)習(xí)、原理圖的繪制、代碼的編寫、仿真的制作、乃至最后實(shí)物的制作，都一步一步，跌跌撞撞地完成了。這不僅加深了我知識(shí)層面的學(xué)習(xí)應(yīng)用，同時(shí)也在精神層面獲得了鍛煉和啟迪。展望隨著科技高速發(fā)展，單片機(jī)于更加廣泛的地方獲得應(yīng)用，這一趨勢(shì)有望持續(xù)下去，在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都會(huì)有很大的發(fā)展空間，來(lái)滿足社會(huì)發(fā)展的需求?？茖W(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)莊重的學(xué)問(wèn)，做研究必須持實(shí)事求是的態(tài)度，絕不允許虛夸浮華，從事科學(xué)研究必須以誠(chéng)實(shí)踏實(shí)、實(shí)事求是為原則，切不能虛夸其辭。雖然本設(shè)計(jì)是一個(gè)入門水準(zhǔn)，但是一旦入了門，便可以通過(guò)努力，一層層地抵達(dá)更深層次的水平。參考文獻(xiàn)王彥儒,繆睿,葛蘊(yùn)華等.基于STC89C52單片機(jī)智能農(nóng)業(yè)蔬菜大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技,2022,19(03):65-66.龐寶麟,封岸松,李帥.Proteus仿真軟件在單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2023(01):176-177+181.DOI:10.15913/ki.kjycx.2023.01.048.唐靜,趙常昊,翟麗杰.“單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2016,14(05):163-166.胡俊賢,田秀云,賴錦松等.基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2020(19):34-36.DOI:10.16520/ki.1000-8519.2020.19.010.楊力,孟令亞.基于Arduino的智能溫濕度計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2023,31(05):35-38.DOI:10.16589/11-3571/tn.2023.05.017.紀(jì)峰,徐壯,郝靜.基于單片機(jī)PIC18F87J11串行通信模塊驅(qū)動(dòng)LCD1602的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界,2019(13):145-146.DOI:10.19353/ki.dzsj.2019.13.073.白曉藝,吳德廣.居民樓煙霧溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)研究[J].福建電腦,2022,38(11):91-95.DOI:10.16707/ki.fjpc.2022.11.020.李倩,朱宇豪,華文誠(chéng)等.蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2020,33(08):151-152.張儷亭,楊習(xí)偉.基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)