塑料大棚内温湿度监控系统的设计毕业论文设计Word文件下载.docx
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关键词：
温湿度；
STC89C51；
DHT11；
传感器；
控制系统
Thedesignoftheplasticgreenhousetemperatureandhumiditymonitoringsystem
Student:
WangPengpeng（GuidanceTeacher:
WangLi）
（CollegeofElectricalandInformationEngineeringofHuainanNormalUniversity）
Abstract:
Recently,withthedevelopmentofGreenhousetechnology,moreandmoregreenhouseshavebeenused.ThemanagementofGreenhousecropiscloselyrelatedtothesetwofactors---temperatureandhumidity.Inthispaper,maincircuitandsoftwaredesignadoptSTC89C51andClanguageprogramrespectively.Inordertocollectdata,IuseSTC89C51ascontrollerandDHT11astemperatureandhumiditysensor.Inthisway,youcanseethewholeframeworkofthesystemclearly.Besides,thefunctionsoftemperaturedisplayandcontrollingareexpanded.Thecontrolsystemdesignbasedmodules,thesystemisverystable.
Keywords:
TemperatureandHumidity;
STC89C51;
DHT11;
Sensor;
ControlSystem
1.绪论
1.1设计背景和研究意义
当今社会发展迅速，同时物质水平也有很大的提升，因此对于高品质的农产品有了更多的需求。
我们迫切需要一种新的生产方式，以满足人们的需求。
而对这些要求的满足，离不开生产技术的提高。
提高农作物生产技术，是一种对传统种植的挑战。
但是在现代化科学的前提下，很多东西需要更新。
与此同时也面临着挑战。
长久的发展下大棚内种植已成为一种新的农业种植方式。
而我们更应该充分利用塑料大棚能够生产出满足人们需求的特性，并且对塑料大棚内温度和湿度控制，我们才能获得更多的产量。
我们同时也需要一套控制不同植被生长的温度和湿度的方法，科学先进的管理，实时监控每个周期，以及其它环境条件[1]。
适应自己国家的地理环境的，自主设计低成本并且使用性能较高的的塑料大棚温湿度控制系统。
这对于提高农民收入，提高人们物质水平，提高温室的经济效益都有重要的意义。
此次设计主要是完成温室自动化室内环境监测。
环境控制对农业生产有很大的作用。
因此，自动检测温室环境，并自动控制是非常必要的。
温室的地点可不受限制，同时这种设计能一定程度上改善土地的利用率。
1.2温湿度监控系统的发展现状
虽然国内的温室和大棚管理控制一定的研究和实验。
符合多地区的设计比较少。
对于我国来说还是一段空白。
我们要根据大棚的特点，同时也要结合植被的生产条件。
以及我们要考虑到实际的价值情况。
在这些大条件下，满足生产。
控制成本，实现更多人的需求。
国内的该系统的发展现状，并不是很明了。
也没有太多的统计数据。
说明这是一片空白。
而对于已知的温湿度系统。
对比有很大的差别。
算法是其中一个主要的方面，具体表现为国内温湿度控制仪器的测量效果不理想。
适应不够广泛。
这种不足是由多方面造成的，若对不同的温湿度控对象来对比，会更加明显。
算法以及设计的不同导致最终的结果[2]。
因此目前控制系统并没有想象中应用的那么广泛。
正因如此，才有更广泛的推广意义。
温湿度的信息采集处理只是对其中个别因素的考虑，诸多的因素是造成整体大棚质量的原因。
此设计值对温湿度考虑。
该系统设计的目的是对塑料大棚的温湿度控制实现自动的监控。
并通过监测数据，结合植被测控出的生长规律，进行控制。
创造良好的生长环境条件，使反季节的植被良好的生长。
这样可创造出丰富多彩的产品。
达到最大的经济利益。
1.3论文的主要内容
这个系统的目的是实现单片机的硬件和软件的结合。
设计出的温度传感器能够测量温室温度和湿度,并达到一个比较高的精确值。
且对制作成本要求较低。
这样才能适用于大多数的农民。
此次设计中使用了测温度和湿度DHT11测量元件。
DHT11是数字温度和湿度传感器，且输出的数值非常准确。
DHT11内部使用一个独特的捕获温湿度技术，,能够确保产品具有很高的可靠性，并能够达到卓越的长期稳定性。
同时设计的整个系统具有极强的拓展性[3]。
可以添加很多其他有用的特性。
整个操作过程非常简单。
主要的工作过程就是，上电后各个模块就开始运行，将所得的数据传送并表现在显示屏上。
此时单片机会自动判定是否处于正常的温湿度范围，从而来报警控制。
温室植物的生长，若超出适应的温湿度范围，肯定会影响到植物的生长。
不同种类的平均温度和湿度的需求不同。
因此系统可以改变对室内温湿度控制的数值，满足需求。
在温室中如果需要对温湿度调控。
可通过通风，洒水等方式来达到一个稳定的温湿度。
此外,设计特性会提醒提醒员工采取适当措施。
同时可以采用水帘，大型涡轮抽风一系列的温湿度控制的方法达到预定的效果[4]。
这样就能直观的了解目前的实时的温湿度情况。
实现认为和自动的双层保护。
本文第一章是绪论，第二章是温湿度监控的主要软硬件介绍，第三章是对于该系统的的设计与仿真，第四章是该系统程序的介绍，第五章是该系统设计的实现与测试，第六章则是整篇论文的结束语。
2.塑料大棚内温湿度系统的主要软硬件介绍
2.1系统的主要硬件部件的介绍
2.1.1STC89C51芯片的介绍
STC89C51是一款高性能的新品啊。
该芯片通过了很多的热闹的多次的测试，反复的使用，性能比较突出于稳定。
至今价格也十分低廉。
是一个适用于廉价制作的单片机芯片。
系统运行流畅稳定，可靠性比较强。
同时该芯片能够多次清空编程，且不会对系统造成太大损害。
使用的时间也会比较长。
芯片的设计中自带了编程的接口。
烧录过程可用计算机完成，实用方便。
该芯片采用8051内核，该内核可实现计算机对芯片的编程。
芯片的工作时钟频率为80MHz。
芯片存储可靠性比较高，可达到相高次数的反复编程。
可用计算机，直接将程序代码下载入单片机。
无需再用编程器，工作速度快，操作简单。
STC89C51RC系列单片机，单时钟机器周期有1T，兼容8051单片机内核，而且使用的时候耗能低，效率高。
是目前的主流的单片机系统，流水线设计精致的设计，精简的指令集结构，方便使用,并在内部集成专用复位电路[5]。
比上一代的产品更加的好用。
下图是STC89C51的引脚结构图，上拉排阻的主要作用是给信号线提供一个驱动电压，这样传输的电压会更稳定能够达到降低损耗，提高精准度的作用。
89C51系统模块如图1。
、
图1STC89C51引脚图
其部分结构的引脚功能，具有很多的分类和功能。
此设计中主要用的功能有电源接入的引脚，晶体振荡的引脚XTAL。
液晶显示模块所用到的引脚，烧录用到的引脚MOSI，以及存储模块所的引脚。
存储以及控制的引脚有如PSEN引脚，是外部存储器通信信号输出的引脚（低电平有效）[6]。
其部分引脚功能，在下表中有所介绍。
表1STC89C51部分引脚功能
引脚号
复用功能
P1.0
T2（定时器或计数器T2的外部输入）
P1.1
T2（EX定时器或计数器T2的捕捉）
P1.5/P1.6
MOSI（在线系统编程接口）
P1.7
（在线系统编程用接口）
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入口）
P3.5
T1（定时器1的外部输入口）
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）
2.1.2温湿度传感器模块DHT11
DHT11数字温湿度传感器，内部含有湿度复合传感器，且该传感器已被校准数字信号，它拥有独特的温湿度采集方式，同时能够确保该模块的稳定性，准确性。
内部结构由电阻式感湿元件和NTC测温元件组成，同时该温湿度传感器模块与一个高性能单片机相组合。
通过单片机核心模块和温湿度传感器模块连接，设计出的作品就能够随时的采集需测量的湿度和温度的功能[7]。
图2为DHT11的内部原理图。
图2DHT11内部原理
DHT11传感器的内部参数，校准的相当的准确。
校准系数在OTP内存中，在实用传感器的模块的同时，也会调用这些校准系数。
单行串行接口，使系统集成变得更加方便[8]。
DHT11的测量范围有一定的误差。
任何仪器设备的使用都有一定的误差，总体不会影响测量的结果。
同时该硬件的测量范围也会受到一定的限制。
超出范围则会影响测量结果，大幅度的超出范围将会影响使用。
根据大棚内的温湿度来考虑，该硬件完全满足要求。
以及各引脚的功能表、测量范围与校正参数的介绍。
表2DHT11测量校正参数
型号
测量范围
测湿精度
RH
测温精度
℃
分辨力
封装
DHT11
20-90%RH
0-50℃
±
5%
2
1
4针单排直插
表3DHT11引脚功能说明
PIN
名称
注释
1
VCC
供电3-5.5DC
DATA
单总线，串行数据
3
NC
空脚，请悬空
4
GND
接地，电源负极
2.1.3简易的模拟报警控制系统
一个简易的报警控制系统，报警由蜂鸣器完成，控制由简易的抽风风扇来完成。
该简易系统模拟了塑料大棚内的温湿度的其中的温度适度的简易控制。
当设定超过额定值时，芯片处理控制电流给报警模块供电，经过放大器，此时蜂鸣器凤鸣达到提醒功能，而风扇会转动进行降温和排湿的作用。
而该设计需要根据实际情况来进行调节更换，避免遭受不必要的损失。
当然实际的工作过程中不肯能采用如此简单的设计，肯定会进行拓展，开发出跟多的实用性的功能，这种功能也体现出了该设计的一个开放性的设计特色，报警系统的设计由电阻，放大器以及蜂鸣器和风扇组成。
只是简易的报警系统，肯定无法满足大棚内的温湿度控制达到的条件。
在设计除外的报警装备应该设置的更合理。
同时设备的位置，大小，功效都会对降温保湿的效果有一定的影响。
当然该报警系统最主要的作用，还是用来达到警示的效果[9]。
其整体结构如下图3所示。
图3简易报警系统结构
2.1.4显示电路模块
显示的模块包含两个结构。
其中一个为单片机内核，另外一个是液晶显示的屏幕。
内核部分是单片机为主要控制模块。
LCD是显示的作用。
界面显示的内容可自己设计。
其顺序和大小都调节。
满足自己的使用。
而秃瓢中的使能端E，当E端由高点平发生变化时，液晶模块执行命令。
D0~D7是8位双向数据线[10]。
该显示模块较传统的显示模块来说，显示的的更清晰明了，切现实的的内容更丰富。
整体的显示的功能更加饱满。
是现在单片机设计以及其它类的电子产品所广泛使用的显示模块。
在实际的应用中实用如此小的模块是不符合设计的最终目的的。
用于实际使用中只模块只适合借鉴不适合实用。
电路的现实模块由单片机串口输出。
同时，所得到的数据传输到1602LCD串口，使显示屏上显示出最终所要表达的数据，最终达到显示的效果。
而STC89C51的内核与AT89C51系列是相同的。
图中使用的就是89C51芯片内核与模拟传感器组合成的电路。
该电路能实现在实时温湿度的数值的显示。
一个温湿度切换按钮，以及加减按钮，改变显示器所显示的内容。
设计过程中采四个按键的方式，更简易方便易懂。
图4展示的为单片机与LCD显示屏的连接图。
而整个显示模块也就由这两个部分组成。
图4显示模块
2.1.5电源的设计模块
电源供电设计中采用了USB的供电模式，这种供电方式比较方便，目前社会上主流的各种通信设备，电子类的其他产品大多使用了USB供电的方式。
因此不用担心找不到电源接口的问题。
且电源与传统的设计方式一样，添加了一个电源指示灯，这样比较明了的观察供电的情况。
同时电源模块的设计采用了传统的设计方案，并没有创新的地方。
稳定与实用才是最终的选择。
结构如图5所示。
图5电源模块
2.2软件和编程语言的的介绍
软件与实用的语言之中，软件是辅助工具，语言才是核心部分。
只有优秀的程序语句才能发挥出相对硬件的全部功能。
此次涉及所涉及到的软件与程序语句只做简单的介绍。
Protel99的设计界面和管理方式的改变有很大的创新。
整体设计界面更适合我们使用。
设计更方便实用。
设计的核心是单一的。
所有的设计都会有单一的存数环境。
而且具有高度一体化的显示模块。
使大部分功能能直接在界面操作过程中完成。
在于之前的版本相比，不但保留了大部分功能，更增加了一些新的功能模块，是软件工具更加完善。
同时软件能为我们提供一些指引。
帮助我们更快的完成设计。
帮助系统的出现能够解答很多问题。
在一些设计的功能中，具有检索的作用。
我们可以快速查看所需要的功能，然后使用设计界面，自建自己所需要的功能[11]。
对于程序语句的选择中，优先考虑主流的程序语言。
单片机的语言主要有汇编类语言和C语言。
这两个程序的语言的有所区别。
其中，C语言是一种高级计算机编程语言。
C语言的特性中是同时具有高级语言和汇编语言的特性。
C于洋的设计类别比较广泛。
同时C语言具有很强的数据处理能力，不仅在软件开发。
在各个软件使用的领域中，都有使用。
可用于系统开发，电脑绘制复杂图像，计算复杂数据。
C语言的程序的应用方向也有不同。
有的可专用于绘图，有的可专面向计算。
和同时由于C语言的稳定与易读性。
使得它能够很容易地进行修改和移植，这是基于它的模块化编程技术[12]。
由于C语言具有以上明显的优点，使得它得到了众多编程人员地支持。
而作为主流的编程语言，C语言本身也经历时间和应用的考验。
外加适用性能和易懂性的性能，更适合此次的使用。
所以本次设计决定采用C语言为合适的编程语言。
编译软件即对程序人员利用高级编程语言进行编译，编译过后的语句能能够被单片机等芯片识别。
这种软件可用于类似于此类设计的程序的烧录。
在设计语言的时候，要首先确定语句的正确性。
引用的语句也要保证其正确性。
整体语言使用的时候必须同时使用，才能得到最终的运行的结果。
本次设计选择的编译软件为KeilC51。
图6为程序运行无错误时的截图。
图6Keil程序运行无错截图
3.系统的整体电路设计与仿真
3.1系统的整体电路设计
总体来说，本次设计使用了单片机的特性，对各个模块进行简单的单控制。
达到预期的目标。
硬件方面有五个模块，最主要的是以STC89S51芯片为主的主控模块，其次含有传感器模块、LCD1602液晶模块、报警模块以及按键设置模块。
系统的整体设计思路清晰，符合单片机的组成的基本理论。
系统整体的设计原理图的简化框图如7所示。
图7整体设计框图
程序的主要运行的流程是启动设备时候。
整体设备的所有数值进行初始化。
当所有设备初始化完毕后，烧录的程序的主控模板开始工作。
传感器模块会根据实时的数据进行传输，并将得到的数据传送回主控模块。
主控模块会对该数据进行处理显示，并判断是否在预设定的数值范围内。
若不在预设定的范围内，将会传送给报警模块，进行温湿度的调节。
当然，在程序进行的过程中，可有人为的修改设定值得操作。
此时会有延迟程序辅助设定数值，随后进行判断并达到预期的效果[13]。
以上所有介绍的模块都为了最终能够组合并达到相应要求所提供的支持。
3.2整体设计系统的仿真结果
为了让设计的整体的可行性得到支持，本次设计时候对所设计的硬件及程序部分进行了简易的仿真。
验证该设计的可行性。
图中所现实的温湿度的数值是可控制的。
对温湿度传感模块进行调节的同时，显示模块中的数值也会发生相应的变化。
可选择性的调节温湿度。
可实现温湿度控制的切换以及调节，最终在液晶显示器上显示出来。
初始的设定的数值，可预留在单片机中。
以后可进行数据的更改。
显示模块所现实的数值会随着测试的温度的变化而发生变化。
其仿真见图8。
图8系统的仿真图
4.系统程序的设计
4.1系统主程序
系统的整体设计就是完成温湿度调控这一目标。
调控的系统就是指对温湿度的调控。
调控的方法有风扇，蜂鸣器轰响以及灯光警示一系列的方法[14]。
其工作的主要方式已在上文中有所介绍。
图9主程序流程图
4.2键盘扫描子程序
键盘的扫描子程序涉及比较简单，本设计一共有四个控制按钮，方便操作。
该流程描述了按键的基本操作功能。
两个温度控制按钮，两个湿度控制按钮。
实现了温度的加减以及湿度的加减设置。
相对其他多按键的设计节约了资源，同时简化了操作步骤，优化了程序的大小。
本设计还有一个电源的开关的按钮。
该按钮主要控制供电[15]。
系统在运行的过程中会对键盘扫描，其子程序如图10所示。
图10键盘扫描流程图
4.31602LCD液晶显示程序流程图
1602LCD显示屏，该硬件具有自己在单片机运行的驱动程序。
其工作方式已经在上述的内容中做出陈述。
关于驱动程序，就是能够让硬件正常运行的程序编程语句。
此设计中包含多个头文件。
引用的编程的程序，如温湿度传感器程序，键盘程序等。
每一个程序都是关系到真个硬件电路能否正常的运行。
因此液晶显示。
同样需要此程序驱动。
下面为LCD显示流程图如图11所示。
图11液晶显示程序流程图
4.4温湿度读取子程序
温湿度的测量是使用DHT11温湿度传感器，实现实时测量。
该程序与系统的调节密切相关。
运行过程不复杂。
可以将设定的温湿数值先在程序中写出，然后写入单片机并将该值作为系统阈值。
温湿度传感器测量的实时的数值将会传输给单片机，当单片机比较监测到的数值时，若超出所设定阈值时，多个报警与调节温湿度的模块会共同作用。
驱动蜂鸣器报警，风扇自动打开，实现自动控制。
这样就能完成温度的实时的监控。
并反馈检测的结果，对结果进行分析。
然后采取下一步措施来保持温湿度的的稳定。
温湿度读取流程图如图12所示。
图12温湿度读取流程图
5塑料大棚内温湿度监控系统的实现与测试
对实物进行制作的过程分为三部分。
第一部分为整体的PCB板的绘制，第二部分是硬件的准备与焊接，第三部分是硬件电路的调试。
5.1PCB版的设计
Protel99软件对电路图进行了整体的PCB版的绘制。
实物的制作过程中采用了单片机万能焊接板。
万能板的焊接，方便实用，轻松简单，同时作成本也大幅度的降
。
工业化的批量制作还是需要按照PCB版的设计来进行规划，走线，合理的安排好整体的电路的布局。
用软件绘制的PCB板的展示如图13所示。
图13PCB板的展示
5.2硬件电路的实现
该电路所实用的元器件并不复杂，很容易就可以在市场中买到。
再好的设计只有用硬件实现设计的功能，才能发挥其真正的用途。
塑料大棚内温湿度监控系统所需的主要原料主要为STC89C51模块，程序下载接口，USB电源接口以及液晶显示LCD等。
实验的硬件器材中包括了PC端与单片机直接连接的部分，可实现烧录的功能。
这样就节约了制作的成本。
同时在硬件满足的基础上，可以更改程序以及跟换测试的感应器件，实现其他的功能。
比如扩展该系统的功能，以及增加新的供电运行的设备，电源添加自动商店功能等。
基本零件如图14所
示。
图14系统硬件材料
同时在硬件满足的基础上，可以更改程序以及更换测试的感应器件，实现其他的功能。
5.3硬件的整体实现与测试
在实物的制作过程中，根据已有的材料，进行了整体的优化。
实际制作过程中，由于焊接技术，材料的质量等一系列的原因，所制作的实物的实际的灵敏度，实用性都会受到一些影响。
设计的整体焊接效果如图16所示。
为了验证该硬件系统的整体的功能将进行定点的温湿度测试。
查看硬件的稳定性，并对比分析该系统的实用性。
图15整体焊接效果图
系统的真题运行比较稳定，在进行定点的测试的过程中，温湿度能够达到相对稳定的数值。
当调节温湿度的控制的数值的时候。
该系统会实现自动的凤鸣以及风扇的转动的功能。
整体的设到此也已成功的完成。
6结束语
本次试验要求设计塑料大棚内温湿度监控系。
本设计通过了对该系统的软、硬件方案的提出以及相关元器件的选择与设计，提出一款以STC89C51为主要控制器件，电源模块，系统模块，温湿度传感器模块以及显示模块组成的设计。
通过对元器件的删选，对整个电路的排版设计。
随后进行整体设计实现，对电路的焊接。
然后对整个电路进行现场的调试。
完成最终的设计。
参考文献:
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