基于51單片機(jī)農(nóng)業(yè)大棚測溫測濕裝置的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析...........................................................................................................2

2設(shè)計(jì)方案遴選...........................................................................................................3

2.1單片機(jī)的選擇...............................................................................................3

2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)...............................................................................................3

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)...........................................................................................................4

3.1STC89C52RC單片機(jī)核心電路......................................................................5

3.2按鍵電路設(shè)計(jì)...............................................................................................5

3.3LCD1602液晶顯示模塊電路........................................................................6

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)...........................................................................................................7

4.1主程序流程圖...............................................................................................7

4.2LCD1602液晶顯示程序設(shè)計(jì)........................................................................9

4.3產(chǎn)品程序清單.............................................................................................10

5產(chǎn)品使用說明.........................................................................................................10

5.1產(chǎn)品裝配圖.................................................................................................10

5.2產(chǎn)品硬件調(diào)試.............................................................................................11

5.3產(chǎn)品使用說明.............................................................................................12

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).................................................................................................12

參考資料.....................................................................................................................13

附錄1元器件清單............................................................................................13

附錄2電路原理圖............................................................................................14

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖.............................................................................................15

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖............................................................................................16

附錄5程序代碼................................................................................................16

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)農(nóng)業(yè)大棚測溫測濕裝置的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

在農(nóng)業(yè)大棚里面，最重要的事情就是監(jiān)測棚內(nèi)的溫濕度，影響農(nóng)作物生長

的因素就是它的生長環(huán)境的溫濕度以及光照強(qiáng)度。通過對(duì)環(huán)境因子監(jiān)測數(shù)據(jù)的

分析，結(jié)合農(nóng)作物生長規(guī)律，控制環(huán)境條件，使農(nóng)作物在不適宜生長的反季節(jié)

中獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件，得以使農(nóng)作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的糧

食培養(yǎng)目的。故而，我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中最主要的就是自動(dòng)化的監(jiān)測和

控制農(nóng)業(yè)大棚。

在農(nóng)業(yè)大棚中，環(huán)境因素會(huì)直接影響到農(nóng)作物的生長和發(fā)育。其間，溫度、

濕度和光照度的變化是最根本的因素，對(duì)農(nóng)作物的影響最為斐然?！痘?1

單片機(jī)農(nóng)業(yè)大棚測溫測濕裝置的設(shè)計(jì)與制作》這篇文章以溫濕度作為監(jiān)測目標(biāo)，

設(shè)計(jì)完成了基于STC89C52RC單片機(jī)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，“測量準(zhǔn)確、

調(diào)試方便，有很好的移植性”。這個(gè)溫度、濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)可以應(yīng)用到農(nóng)業(yè)

生產(chǎn)中的溫室中，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)控制，是一種智能、經(jīng)濟(jì)、

科學(xué)的程序，比較適合推廣。通過使用這項(xiàng)技術(shù)，技術(shù)人員可以不受地點(diǎn)和氣

候影響，對(duì)糧食儲(chǔ)備倉庫、大棚蔬菜瓜果種植基地、禽獸養(yǎng)殖廠等場地的溫濕

度環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測并依次實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制，推進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)及無線傳感器技術(shù)的疾速發(fā)展，在自動(dòng)監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)生

了重大的變化，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚的重要產(chǎn)品的實(shí)施，以及被廣泛應(yīng)用在我們國家

的大部分地區(qū)。自動(dòng)對(duì)大棚環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，因?yàn)檫@個(gè)技術(shù)的性能佳，價(jià)格低，

所以，大家以前使用的在大棚內(nèi)對(duì)溫濕度控制的方法逐漸消逝在自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)

大棚管理中，最根本的需要是對(duì)農(nóng)業(yè)大棚的監(jiān)測和控制系統(tǒng)。由于各種農(nóng)作物

的生長規(guī)律以及生長條件各不相同，需要通過對(duì)各種農(nóng)作物的生長規(guī)律進(jìn)行探

究，然后根據(jù)農(nóng)作物不同的特點(diǎn)來控制它們的成長環(huán)境，讓它們?cè)诜醇竟?jié)中健

康生長，并且讓農(nóng)作物有較高的產(chǎn)量，讓種植農(nóng)作物的人們有較高的收益。

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2設(shè)計(jì)方案遴選

溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)需要滿足這些條件：溫濕度檢測系統(tǒng)可以完成數(shù)據(jù)采集和

處理、顯示、輸出控制信號(hào)等許多種功能。系統(tǒng)可以保持獨(dú)立并且安全的運(yùn)行。

該檢測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示。

2.1單片機(jī)的選擇

51單片機(jī)的電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。無論是最小系統(tǒng)還是其他外圍電路，所需

要的元器件都不是很多。51單片機(jī)的程序功能也容易實(shí)現(xiàn)。一般使用Keil5開

發(fā)軟件，經(jīng)典的C語音開發(fā)方法。從基本的I/O控制開始，到定時(shí)器、外部中

斷再到其他外設(shè)；51單片機(jī)寄存器相對(duì)較少一般都是直接進(jìn)行寄存器操作。

51單片機(jī)從內(nèi)部的硬件再到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，被稱為：位

處理器，處理對(duì)象是位。可以對(duì)片內(nèi)一些有特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，

譬喻：傳送、置位、清零、測試等等；也可以進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，功能非常的

齊全。51單片機(jī)非常的經(jīng)典，但是它的不足之處也是非常的赫然，比如，AD、

EEPROM等功能都需要靠拓展，這就相對(duì)的增加了軟件和硬件的負(fù)擔(dān)。但是51單

片機(jī)最大的短板是I/O腳使用過于即使簡易，高電平?jīng)]有輸出的能力。51單片

機(jī)的保護(hù)能力很差，芯片相對(duì)來說很容易燒壞。

51單片機(jī)的資料豐富，程序可以直接用串口下載，方便簡單，51內(nèi)核的單

片機(jī)，外部資源相對(duì)較少，比較容易上手。使用外設(shè)資源必須配置寄存器，對(duì)

單片機(jī)底層工作原理也能有更深的理解，可以對(duì)片內(nèi)某些特別功用寄存器的某

位進(jìn)行處理，可以進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功用非常周備，一起在片內(nèi)RAM區(qū)間

還另外開拓了一個(gè)兩層功用的地址區(qū)間，運(yùn)用極為敏捷。有乘除法指令，作乘

法時(shí)不用寫一段子程序。當(dāng)然，有優(yōu)點(diǎn)就會(huì)有缺點(diǎn)，51單片機(jī)ROM和RAM，以

及外設(shè)資源非常有限，不太適合做復(fù)雜的產(chǎn)品，運(yùn)行速度也相對(duì)較慢。

2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

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圖2.1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

由STC89C52RC單片機(jī)組成此系統(tǒng)，1602液晶顯示器、DHT11溫濕度傳感器、

電容、電阻、晶振、開關(guān)、插頭組成。

STC89C52RC單片機(jī)是一種低功耗、高性能的8位微控制器。STC89C52RC在

空閑模式下，中央處理器停止工作，允許主存、定時(shí)器、串口和中斷繼續(xù)工作；

在掉電保護(hù)模式下，主存內(nèi)容被保存，振蕩器被鎖定，單片機(jī)的所有工作結(jié)束，

直到下一個(gè)中斷或者硬件復(fù)位為止。

1602液晶顯示器也叫1602字符型液晶顯示器，是一種專門用來顯示字母、

數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，每個(gè)點(diǎn)陣字符都可以顯示一個(gè)字符，每一位

之間都有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，間隔起到了字符間距和行間距

的作用。

DHT11應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)以及溫濕度傳感技術(shù)，保證了產(chǎn)品的可

靠性和穩(wěn)定性。DHT11采集數(shù)據(jù)的方式：DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度

采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11就不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。

采集數(shù)據(jù)后變更到低速模式。

51單片機(jī)的系統(tǒng)里都有晶振，且晶振的作用特別大，全名為：晶體振蕩器。

結(jié)合51單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生所需要的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越

高，單片機(jī)的運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)所有指令的執(zhí)行全部都建立在單片機(jī)晶

振提供的時(shí)鐘頻率上。單片機(jī)晶振的作用：為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。一般

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情況下，一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各個(gè)部分保持同步。

主要利用傳感器檢測到傳感器收到的實(shí)際參考值，再把傳感器收到的實(shí)際

數(shù)值顯示到1602液晶顯示器上。

電路板上有一個(gè)按鍵，一個(gè)開關(guān)。開關(guān)按下，則溫濕度系統(tǒng)開始檢測溫濕

度并上傳到1602液晶顯示器中顯示出來。按下按鍵，則顯示器開始初始化，并

重新開始檢測，并在顯示器上重新顯示。

3.1STC89C52RC單片機(jī)核心電路

宏晶科技推出的新一代低功耗、高速、且抗干擾的單片機(jī)STC89C52RC單

片機(jī)，可兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)指令代碼，任意選擇12時(shí)鐘、機(jī)器周期或6時(shí)

鐘、機(jī)器周期。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)并不最小功耗或者最強(qiáng)性能，主要是為了在實(shí)現(xiàn)設(shè)

計(jì)中的功能中的前提中還能提供其他的功能和接口以便于設(shè)計(jì)各類項(xiàng)目所需要

的各種外國擴(kuò)展電路，因?yàn)楹唵稳菀咨鲜?，所以這款芯片使用廣泛，有很不錯(cuò)

的學(xué)習(xí)價(jià)值。

使用STC89C52RC單片機(jī)核心芯片的原因是它的優(yōu)點(diǎn)有：

加強(qiáng)型8051單片機(jī)6時(shí)鐘、機(jī)器周期與12時(shí)鐘機(jī)器周期可自主選，完

全兼容傳統(tǒng)8051的指令代碼。

具有EEPROM功能

具有看門狗功能

3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

外部中斷4路

具體電路見原理圖。

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3.2按鍵電路設(shè)計(jì)

這個(gè)設(shè)計(jì)里面，按鍵是一個(gè)系統(tǒng)輸入，是人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)樞紐，可以實(shí)現(xiàn)

對(duì)系統(tǒng)輸入。開關(guān)控制是否開始檢測，是否上傳數(shù)據(jù)，按鍵可以初始化顯示器，

重新檢測。

圖3.1按鍵電路原理圖

3.3LCD1602液晶顯示模塊電路

LCD通常稱作液晶平面顯示器或者液晶顯示器。它是將液態(tài)晶體放置在兩片

平行的玻璃基板之問，兩塊玻璃中問有很多電線，上下玻璃基板分別設(shè)置：薄

膜晶體管（TFT、彩色濾光片，通過上電、改變電壓、信號(hào)米換控水晶分子的轉(zhuǎn)

動(dòng)方向，把光線折射了出來從而產(chǎn)生畫面，達(dá)到顯示目的。LCD1602就是指的

顯示內(nèi)容為16*2，即顯示2行，每行顯示16位字符。ICD1602能耗低、可以

顯示的肉容豐富、小巧輕薄，因此在各類的儀表和設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用得十分廣泛。

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圖3.2液晶顯示器電路原理圖a

圖3.3液晶顯示器實(shí)物圖b

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品采用了C語言，keil編程環(huán)境，采用最簡單的模塊化設(shè)計(jì)，由多個(gè)

程序及模塊化程序組成的整體程序。

4.1主程序流程圖

程序框圖是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的最基本的依據(jù)。流程圖可以說明程序的邏輯性

以及處理的順序。流程圖的結(jié)構(gòu)一目了然，邏輯性強(qiáng)，便與描述也容易理解。

首先需要確定程序框架的流程圖，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)劃分模塊，逐個(gè)模塊

實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，最終把各個(gè)子模塊連接起來，構(gòu)成總的程序。主程序首先要對(duì)

整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后將采集到的溫濕度指令傳給系統(tǒng)。

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圖4.1流程圖

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4.2LCD1602液晶顯示程序設(shè)計(jì)

在整個(gè)LCD顯示系統(tǒng)工作中，一旦LCD初始化，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)恢復(fù)到最

原始的狀態(tài)重新顯示檢測的數(shù)據(jù)，重新傳輸?shù)絃CD顯示器中。

圖4.2顯示程序流程圖

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4.3產(chǎn)品程序清單

圖4.3產(chǎn)品程序清單

5產(chǎn)品使用說明

5.1產(chǎn)品裝配圖

產(chǎn)品是51單片機(jī)。1602液晶顯示器、STC89C51RC單片機(jī)、DHT11溫濕度傳

感器、10uf電容、按鍵、電阻、12m晶振、30pf電容、開關(guān)和DC插頭。

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產(chǎn)品裝配圖如下：

5.2產(chǎn)品硬件調(diào)試

使用萬用表對(duì)萬用板上的每一個(gè)焊點(diǎn)仔細(xì)檢查確認(rèn)，確保萬用板上的每一

個(gè)焊點(diǎn)都沒有虛焊以及漏焊，檢查確認(rèn)每一個(gè)焊點(diǎn)的連接是正確的。仔細(xì)檢查

焊點(diǎn)是否有毛刺等。仔細(xì)查看電源線和地線之間有沒有短路等現(xiàn)象發(fā)生。

確認(rèn)無誤之后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行通電并檢查是否錯(cuò)誤。

以上檢查全部確認(rèn)無誤之后，通電也沒有意外發(fā)生之后，便將編寫好的程

序用軟件燒錄到單片機(jī)之中。

程序燒錄成功圖如下：

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程序燒錄成功圖a

5.3產(chǎn)品使用說明

1.檢查萬用板上的焊點(diǎn)以及連接；

2.確認(rèn)焊點(diǎn)以及連接無誤之后接上電源線，按下電源開關(guān)；

3.DHT11溫濕度傳感器將會(huì)開始檢測溫濕度，并上傳到1602液晶顯示器當(dāng)

中，DHT11液晶顯示器便會(huì)顯示當(dāng)前溫濕度值；

4.DHT11溫濕度傳感器持續(xù)檢測溫濕度，并持續(xù)上傳到1602液晶顯示器當(dāng)

中，DHT11液晶顯示器也會(huì)不斷更新溫濕度值；

5.按下按鍵之后，液晶顯示器將會(huì)初始化，DHT11溫濕度傳感器將會(huì)重新

檢測當(dāng)前溫濕度值。

6.1602液晶顯示器顯示的溫濕度值會(huì)根據(jù)DHT11檢測到的數(shù)據(jù)不斷更新顯

示最新數(shù)據(jù)。

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語；

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[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

參考資料

[1]苗玉杰.醫(yī)用紅外測溫儀及溫度補(bǔ)償技術(shù)的研究[D].燕山大學(xué),2005.

[2]徐伊岑.基于紅外測溫儀的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)

報(bào),2008(01):47-50.

[3]張崇關(guān).紅外輻射溫度測量關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2013.

[4]丁磊.基于紅外傳感的溫度檢測與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].安徽大學(xué),2014.

[5]方潮海,葉良偉,朱麗軍.基于單片機(jī)的非接觸式紅外溫度測量儀的研究[J].科技

風(fēng),2014(14):50-51.

[6]張德欣,林瑤.雙色測溫儀工作原理及其應(yīng)用[J].傳感器世界.1998(01):101-103.

附錄1元器件清單

（賀懌妤）《基于51單片機(jī)農(nóng)業(yè)大棚

智能測溫測濕裝置的設(shè)計(jì)與制作》元

器件清單

序列名稱型號(hào)規(guī)格封裝代號(hào)數(shù)量備注

1單片機(jī)STC89C52DIP40U11

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2電容30pfCB1C2、C32

3插座CON2SIP2J51

4溫濕度傳感DHT11SIP4U31

器

5液晶顯示器LCD1602DIP-16J21

6晶振12MJZY11

7電容10ufCD4C11

8開關(guān)POWERDC2.1P11

9電阻10K1/4WR1、R22

10電阻1kAXIAL-R31

0.4

11排阻102SIP9RP21

12按鍵S1SW6S11

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖

附錄5程序代碼

#include<reg52.h>

#include"1602.h"

#include"dht.h"

//20移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)2班賀懌妤08

//定義標(biāo)識(shí)

volatilebitFlagStartRH=0;//開始溫濕度轉(zhuǎn)換標(biāo)志

volatilebitFlagKeyPress=0;//有鍵按下

//定義溫濕度傳感器用外部變量

externU8U8FLAG,k;

externU8U8count,U8temp;

externU8U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;

externU8

U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8

checkdata_temp;

externU8U8comdata;

externU8count,count_r;

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U16temp;

S16temperature,humidity;

//定義變量

U16RHCounter;

//數(shù)據(jù)初始化

voidData_Init()

{

RHCounter=0;

}

//定時(shí)器