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蔬菜大棚温湿度监测系统毕业论文
蔬菜大棚温湿度监测系统
摘要
温湿度控制已成为当今社会研究的热门项目。
是工业农业生产过程中必须考虑的情况，作为最常见的被控参数。
温度和湿度已经不再是以一个个体的形式出现，而应在系统中一起考虑。
广泛应用于实验室、温室大棚、花圃、粮仓乃至土壤等各个领域。
而传统的温湿度控制则利用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工自己进行检测。
对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、降温、去湿等操作。
这种人工测试方法费时费力，效率低，并且随机性还很大，误差也很大。
因此我们需要一种造价低廉、使用方便且计算精确的温湿度控制仪器来进行控制，也符合我们社会发展进步。
利用单片机对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求，给人们的生活带来了极大的方便，也为人们带了很好的利益。
本文通过使用STC89C52单片机、DHT11传感器模块、1602液晶显示屏模块以及继电器控制模块。
很简单的实现的温湿度的控制要求。
DHT11数字温湿度传感器把采集到的温湿度数据传给单片机，经过单片机的处理，准确的显示到液晶屏上，如果温度超过阀值，将会驱动继电器工作，继电器将驱动负载相应的工作。
关键词：
传感器，温湿度，单片机，智能控制
Vegetablegreenhousetemperatureandhumidity
monitoringsystem
ABSTRACT
Temperatureandhumidity controlhasbecomea hotitem intoday'ssocialstudies. Isafactorthatmustbeconsidered intheindustrialandagriculturalproductionprocess. Asthecontrol parameters ofthemostcommon. Temperatureand humidity isnolongera physicalquantityindependentofeachother, butshouldbe considered inthe system.Widelyusedin laboratory, greenhouse, flowergarden, granary andsoil etc.. Thetemperatureandhumidity control istheuseof traditionalhygrometer, hairhygrometer, double-metal-stylegaugesand testequipment humiditypaperetc.. Throughmanualtesting. Temperatureandhumiditydonotmeetthe requirements ofthe Treasuryforventilation, cooling, dehumidification operation. Thiskindofmanualtest methodistime-consumingandlaborious, lowefficiency. Allrandom. Bigerror. Hencetheneedfor alowcost, easytouse andthecalculationof thetemperatureandhumiditycontrol instrumentforprecise. Theuseofmicrocomputercontrol of temperature, humidity,temperature, humidity is highprecision, strongfunction, smallsize, lowprice, theadvantagesof simplicityandflexibility, goodtomeettheprocessrequirements.
Inthispaper, byusingtheSTC89C52 SCM, DHT11 sensormodule,1602liquidcrystaldisplay moduleand relaycontrol module. Simplerealizationofthe controlof temperatureandhumidity requirements.DHT11digitaltemperatureandhumidity sensor to temperatureandhumiditydata collected tomicrocontroller. Aftera single treatment.Accurate totheliquidcrystaldisplay screen. If thetemperatureexceedsthethreshold, will drivetherelaytowork. Therelaywill drivetheload correspondingwork.
Keywords:
Sensor, temperatureandhumidity, MCU, intelligentcontrol
3.1.3单片机最小系统……………………………………………………………………...7
3.2.1DHT11的实物图..............................................9
3.2.2DHT11电路原理图...........................................10
1绪论
1.1课题背景
温度、湿度与人类的生产和生活密切的关系,同时又是工业生产中最常见最基本的诸元、工艺。
比如石油、机械的、电子、化工的各类工业化学需求,都要求进行温度和湿度的探测、监测。
与此同时，随着人们生活水平的提高，人们对自己生活生存的环境也越来越注重。
并且空气中温湿度的变化对人们的心情情绪和身体健康都有很大的联系影响，因此，对温度和湿度的检测和控制都有有很重大的意义。
8051单片机是我们用来控制产品的芯片，是微型计算机的分支，在那些智能的产品、工农业控制检测、机电一体化的方面取得了非常了不起的成果，另外，把它作为温度湿度控制系统的例子也有很多。
用8051单片机可以对温度湿度进行全程的自动控制，并且8051单片机很容易学习，我们也很容易掌握，性价比很高。
我们将8051单片机用于设计温湿度监测系统，可以及时准确的反应所测地方的温度以及湿度的变化。
比如升温到我们指定的温度，降温到我们制定的温度，湿度也达到我们理想的湿度，在一定的温度湿度范围内达到恒温恒湿等等的很多控制形式。
如果把这个系统用到蔬菜大棚内可以给大棚内的植物提供很好的生长环境，让植物更好的生长。
对于大棚内的植物和一些名贵的花的种植栽培，都需要特定的温湿度，所以要安装温湿度检测装备进行检测控制，然而这个系统可以很好的体现室内温度以及湿度的变化，也能很好的满足我们的需要，达到我们的要求，为我们创造更多的价值。
1.2课题设计的意义
随着科技的发展，人类越来越享受自动化带来的各种便利。
随着我国经济的发展，人民生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜市场日益扩大，尤其是北方地区在寒冷的冬季，紧靠南菜北调长途运输，不仅成本高，而且延误了蔬菜的最佳食用期。
所以依靠农业科技，大力推广塑料大棚种植蔬菜，是蔬菜种植的一个必然发张趋势，现在大多数农民还是沿用人工职守的方法来看管蔬菜大棚，浪费了大量的人力物力，而且蔬菜大棚的温湿度控制并不理想，往往因为温湿度控制不当造成作物减产从而给菜农带来了极大的损失。
利用蔬菜大棚温湿度监控系统对温湿度进行控制，保证了大棚蔬菜成长的环境，给菜农带来极大的收益。
前种植植被一般都用温室栽培，为了充分的利用好温室栽培这一高效技术就必需有一套科学的，先进的管理方法，用以对不同种类植被生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。
1.3温湿度监测系统的发展现状
我国对于农业的设施投入相对较晚，但是发展却是很快。
就现阶段世界塑料大棚和温室面积约占三十多万公顷，而我国的占地面积却是最大的。
我国近几年塑料大棚和温室的面积在突飞猛进的增长。
设施农业相对于普通的农业，产业化程度高，效益好，接受新技术的能力强。
在我国，大型的温室在南方主要是花卉，然而在北方主要是蔬菜的种植，因为冬天北方的天气比较寒冷。
但是我国的温室的建设也存在一定的问题，如土地利用率低，温室的盲目引进，设施结构的不正常，资源的浪费，管理运营的费用高，技术水平管理低，劳动生产率低等等诸类问题。
我国的温室数量发展的速度是很快，每年都在增长，但是总的来说，我国农业的智能化水平还是不高，最主要的是，我国温室大棚的温湿度监测系统的智能化水平不高，并且这些系统会很贵，这对农业实现智能化的普遍实现是很困难的。
因此设计比较便宜实用的设备是很有必要的，这对温室大棚的推广也于很重大的意义，在市场上也占据了很好的优势。
2系统总体设计
2.1系统的总框图
这个设计硬件方面有五个模块，即STC89C52单片机主控模块、传感器模块、LCD1602液晶显示模块、继电器模块以及阈值设置模块。
硬件主要以STC89C52型单片机为控制核心，通过LCD1602及时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，阀值可以通过AT24C02存储，断电进行保存，过阀值时会有相应的报警驱动。
本研究设计的温湿度控制器框图如图2-1所示。
图2-1温湿度控制器方框图
2.2系统主要功能
这个系统的主要功能：
1.温湿度按时检测及显现。
通过LCD1602按时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，并且固定时间（2s）内检测重新再显示一次。
2.报警阈值的手动设置。
通过四个按键来实现温湿度阈值的设置，使这个设计更加的人性化、智能化，具有更高的实用价值。
3.当温湿度超出阈值时，就会自动打开对应的继电器驱动负载。
通过小指示灯指出是哪一路在工作，以提醒我们。
阀值可以通过AT24C02存储，实现断电保存。
4.系统主要可以应用在蔬菜大棚的智能控制，当温度超过限制通风降温；当湿度超过限制可以抽湿。
2.3系统设计的原理
总体来说,这次的设计的主要涉及了温湿度的勘查,与简单地控制。
硬件方面有五个模块，即STC89C52单片机主控模块、传感器模块、LCD1602液晶显示模块、继电器模块以及阈值设置模块。
传感器模块使用的是DHT11数字温湿度传感器。
通过DHT11检测出目前环境下的温湿度，选择AT单片机把数据交给他，进行分析的流入和处理,并且存入不同几组的目的是为了显示的时候用。
其中，为了使显示的稳定，本系统每间隔2s收集一次数据送入单片机。
本系统使用的是继电器驱动负载，因此，不论温度还是湿度超过范围继电器均可以驱动负载工作，按时打开降温风扇以及抽湿风扇来有用的调整蔬菜大棚内的温湿度。
3蔬菜大棚温湿度监测系统硬件设计
3.1单片机系统设计
单片机是一种集成电路芯片，在系统设计中常被用作系统控制单元。
凭借其体积小，不用外接电路、可靠性高等多种优势，单片机广泛应用于各行各业中。
片内集成了中央处理器、存储器、I/O端口等于一体，相当于一个微型计算机。
只是存储量较小，功能偏低。
自20世纪70年代末单片机问世以来，单片机凭借着片内的众多I/O口和中断系统、定时器/计数器等多种功能，在很多领域都得到了广泛的应用。
单片机的诸多优势像控制功能强、处理速度快、可靠性高及低功耗、使用方便等，使它在我们生活的各个方面都扮演着重要的角色。
尤其是在工业控制、仪表仪器智能化之类的应用中。
STC89C52单片机因其可靠性高，处理速度快等优势，在各种产品中已得到广泛应用。
本次设计就是采用STC89C52作为家庭防盗报警系统的主控制芯片。
3.1.1STC89C52单片机性能简介
本次设计采用的STC89C52单片机方便使用且功能强大，已经广泛应用于各行各业中。
很多的电子产品和通信产品都用其作为系统的控制芯片，协调系统的功能实现。
由于芯片能够兼容MCS—51指令系统和80C51引脚结构，和大多数51芯片引脚结构相同且使用同样的指令系统。
但是和传统的51系列单片机相比，芯片在很多方面又都做了改善，具备了更多功能。
从性能方面看，STC89C52单片机具有功耗低、抗干扰能力强等多重优势。
而且能够任意的选择芯片的机器周期。
使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造的STC89C52单片机内集成了通用8位中央处理器。
下面着重介绍一下STC89C52单片机，从芯片引脚、功能等各方面。
芯片具有40个引脚，大致可以分为4类。
芯片有全双工串行通信口，便于和电脑、GSM通信模块进行数据通信。
芯片内部有8K字节Flash片内程序存储器，512字节随机数据存储器。
可反复擦写，方便系统存储信息。
芯片有32个外部双向输入/输出断口，是数据传输通道，方便芯片与外部进行数据传输。
内置的MAX810复位电路，方便系统复位，从此处开始工作。
在STC89C52单片机内部还有3个16位可编程定时器/计数器即定时器TO、T1、T2，方便单片机编程计数。
有4个外部中断，方便单片机进入中断调用系统子程序。
3.1.2STC89C52引脚介绍
图3.1STC89C52单片机引脚图
如上图所示，单片机芯片共有40个引脚。
包括2个电源引脚。
2个外接晶体引脚，4个控制引脚和32个I/O端口引脚。
1.电源引脚VCC和GND：
VCC（引脚40）：
电源正极，接+5V。
GND（引脚20）：
电源负极，接地。
2.外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（引脚19）单芯片系统时钟的反相放大器输入端
XTAL2（引脚18）系统时钟的反相放大器输出端。
3.输入输出端口引脚：
P0、P1、P2、P3四组八位共三十二个可编程I/O口
P0端口（P0.0-P0.7，引脚39-32）：
P0口是一个8位双向I/O口。
P1端口（P1.0-P1.7，引脚1-8）：
P1口是一个8位双向I/O口。
而且P1.0和P1.1还可以分别作为定时/计数器2的外部技术输入和触发输入。
P2端口（P2.0-P2.7，引脚21-28）：
P2口是一个8位双向I/O口。
P3端口（P3.0-P3.7，引脚10-17）：
P3口是一个8位双向I/O口。
但这8个引脚除作为一般I/O口外，还具有专门功能。
具体功能如下：
表3.1单片机P3口引脚专门功能
引脚引脚功能
P3.0（RXD）串行输入口
P3.1（TXD）串行输出口
P3.2（INT0）外部中断0触发端
P3.3（INT1）外部中断1触发端
P3.4（T0）定时/计数器0的外部输入
P3.5（T1）定时/计数器1的外部输入
P3.6（WR）外部数据存储器写选通
P3.7（RD）外部数据存储器读选通
4.控制或与其他电源复用引脚
RST（引脚9）：
复位信号。
当输入的复位信号延续两个机器周期高电平时，使得单片机复位。
ALE（引脚30）：
地址锁存控制信号。
为了实现地址和数据的分时传送，ALE用于锁存P0口输出的低8位地址。
PSEN（引脚29）：
引脚输出外部程序存储器读选通信号。
低电平有效。
EA（引脚31）：
访问程序存储器控制信号。
当EA接低电平时，只访问外部程序存储器。
而当EA接高电平时，先访问内部程序存储器再访问外部程序存储器。
3.1.3单片机最小系统
如图3.2所示，是单片机电路图，包括时钟电路与复位电路。
主要由单片机、晶振和电阻电容组成。
图中的单片机引脚P0口接液晶显示模块；P1口接键盘；引脚P2.0和P2.1接LED灯D3D4，低电平有效；引脚P2.2接蜂鸣器，低电平有效；引脚P2.4GSM联网触发引脚；引脚P3.0和P3.1是串行数据收发口；P3.2引脚是红外感应引脚，高电平有效；引脚P3.7接功能选择位。
图3.2单片机最小系统图
1.复位电路：
按下复位键后，电路会给RST引脚一个高电平。
然后单片机内部各电路的状态都将恢复到初始值。
接着单片机会从这个状态开始工作。
2.时钟电路：
单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成。
振荡电路通常是在单片机的XTAL1和XTAL2引脚上并接一个晶振和两个电容。
而分频电路用于把振荡脉冲分频，以得到所需时钟信号。
3.2DHT11传感器模块
温湿度传感器DHT11数字载点校准数字信号输出温湿度的复合传感器。
它与执行有关的数字技术单元以及数据收集、湿度，确保出众的可信度提高产品和卓越的长期的稳定性。
传感器包括一个电阻式的感觉湿度的元件和一个NTC测量温度的元件，并与一个性能比较高的8位单片机链接在一起。
所以这个设计具有高品质、响应快、抗干扰能力强、性价比很高等优点。
每个DHT11传感器都在极为精确的温湿度校验室中进行校对，校准系数以程序的形式储存在OTP内存中传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗、信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
产品为单排引脚封装。
连接方便。
3.2.1DHT11的实物图如图3.3
图3.3 DHT11传感器实物图
（1）引脚介绍：
表3.4：
DHT引脚图
引脚号
引脚名称
类型
引脚说明
1
VCC
电源
正电源输入，3V-5.5VDC
2
Dout
输出
单总线,数据输入/输出引脚
3
NC
空
空脚,扩展未用
4
GND
地
电源地
（2）电源引脚
DHT11的供电电压为3~5.5V[11]。
传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。
电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。
（3）串行接口（单线双向）
DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。
（4）DHT11的外围电路如图3.5；
图3.6DHT11的外围电路图
3.2.2DHT11电路原理图如图3.7
图3.7DHT11电路原理图
3.3液晶显示屏模块
LCD模块说是此系统中比较重要的部分，它可以简单直接的显示出此时发送模块采集的温度点的温度值，给我们测量温度的结果反馈给我们，不需要很复杂的电路，本次设计显示模块采用液晶显示器1602，是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。
VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样。
（1）引脚功能
表3.8LCD引脚图
（2）液晶显示电路的设计
这个设计是采用的串行接口，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对显示的地方进行控制，只要有电，它就会显示出来。
液晶显示器本身也有很多的特点，比如很薄，可以实现全部彩色的出现等等的特点。
它被广泛的用于电脑、手机、电视，相机等等的地方。
电路中的液晶接口如图3.9
图3.9 1602显示模块
（3）串行接口（单线双向）
表3.10：
串行模式引脚说明
引脚
名称
方向
说明
引脚
名称
方向
说明
1
VSS
-
GND（0V）
5
SDI
I
Data
2
VDD
-
VCC（3/5V）
6
CS
I
EnableSignal
3
PSB
-
0:
串行；1：
并行
7
BLK
-
背光源负极（0V）
4
SCLK
I
串行时钟
8
BLA
-
背光源正极（+5V）
3.4继电器模块
电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
一旦在线圈的两天放上一些电压，线圈中间变回通过一些电流，就会出现电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，进而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。
电路中继电器室通过PNP型三极管驱动，当阀值超过设定时，单片机会由高电平跳变成低电平，三极管导通继电器吸合，继电器起开关作用，可以驱动负载。
图3.11按键控制电路图
3.5阀值设定模块
温湿度阈值保存在EEPROM芯片AT24C02中，并且可以经过K1—K4按键调节并保存，其中K1为温度向上限制增加，K2为温度向上限制减小，K3为湿度向上限制增加，K4为湿度向上限制减小。
AT24C02是IIC芯片，其电路如图3.12所示：
图3.12AT24C02的芯片引脚图
AT24C02提供电可擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器（EEPROM）128字（8位/字）。
芯片在低压的工业与商业应用中进行了最优化。
AT24C01的封装为8脚PDIP、8脚JEDEC
SOIC、8脚TSSOP，通过2线制串行接口进行数据传输。
4.蔬菜大棚温湿度监测系统软件设计
4.1主程序流程图
设计的硬件框架弄好了，接着就是程序的框图，主流程图如图4.1所示
图4.1程序流程图
4.2液晶显示模块设计
液晶显示模块是一个迟钝的表现器件，在运行每个指令前要认准模块的忙标记是低电平，是不忙，则此指令没用，要出现字符时要先送入出现字符地址，告诉模块在哪里现实了字符。
1602液晶显示模块可与STC89C52直接接口的。
图4.2液晶显示模块程序流程图
4.3传感器模块设计
模块温湿度DH11数字温湿传感器随着科技的不断发展，汽车、空调、除湿器、烘干机等种类繁多的电器都已进入人们的日常生活，而这些电器设备很多都离不开对温度、湿度等环境因素的要求。
因此，温度、湿度传感器用途越来越广泛。
新一代的数字传感器不再用到外置的AD转换模块，并具有准确的接口，使用便捷，得到了越来越多的应用。
DHT11是一种新的一个总线温湿度数字传感器，具有更多的优点，它使系统设计更加简单，控制方便，易于实现。
DHT11传感器模块的软件流程图如下图4-3所示
图4.3 DHT11传感器模块程序流程图
5.安装和调试
5.1安装
USB转串口
升级会员 