基于单片机的智能温室温湿度控制系统的设计.doc
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基于单片机的智能温室温湿度控制系统的设计
摘要：
在农业生产中，温室大棚的应用越来越广泛，为人们创造了更高的经济效益。
在温室大棚中，最关键的是温湿度控制方法。
传统的温湿度控制方法完全是人工的，不仅费时费力，而且效率低。
本文旨在论述一种温室大棚温湿度控制系统的设计，该系统主要由单片机AT89S52、温湿度传感器DHT11、无线通信模块nRF2401、液晶显示LCD1602等组成。
采用温湿度传感器DHT11来测量温湿度，它的精确度高，而且DHT11直接是输出数字信号，可直接与单片机相连。
通过无线传感器nRF2401来进行信号传送，这样能够降低布线的麻烦。
显示部分使用的是LCD1602来显示温湿度。
本系统的核心是单片机AT89S52，接收传感器所测的数据并处理，然后执行各种操作。
本系统智能度高，可靠性高，系统工作稳定，且综合性价比较高，具有较大的市场应用前景。
关键词：
单片机，温湿度控制系统，温湿度传感器DHT11，LCD显示，无线模块nRF2401
DesignoftemperatureandhumidityintelligentgreenhousecontrolsystembasedonSCM
Abstract:
Inagriculturalproduction,moreandmoreextensiveapplicationinthegreenhouse,createmoreeconomicbenefitsforthepeople.Inthegreenhouse,themostcriticalisthetemperatureandhumiditycontrolmethod.Temperatureandhumiditycontroloftraditionalmethodsisentirelyartificial,notonlytime-consumingeffort,andlowefficiency.ThesystemconsistofthemicrocontrollerAT89S52,digitaltemperatureandhumiditysensorDHT11,wirelesssensorNRF2401,LCD1602andothercomponents.TomeasurethetemperatureandhumidityusingtemperatureandhumiditysensorDHT11,itsprecisionishigh,andtheDHT11isdirectlyoutputdigitalsignal,canbedirectlyconnectedwiththesingle-chipmicrocomputer.ThroughtheNRF2401totransmitsignals,itcanreducethetroubleofwiring.ThedisplaypartisusingLCD1602todisplaythetemperatureandhumidity.ThecoreofthissystemisAT89S52,themeasuredsensordatareceivedandprocessed,andthenperformvariousoperations.Thesystemofhighintelligence,highreliability,thesystemisstable,andthehigherprice,hasgreatmarketprospect.
Keyword:
SCM,Temperatureandhumiditycontrolsystem,TemperatureandhumiditysensorDHT11,LCDdisplay,WirelessmoduleNRF2401
2
目录
1引言 1
1.1课题背景 1
1.2立题的目的及意义 1
1.3国内外的研究现状及发展趋势 2
1.4本系统主要研究内容 3
2系统总体设计 3
2.1系统功能设计 3
2.2系统的组成 4
2.3系统工作原理 4
3系统硬件设计 6
3.1单片机系统设计 6
3.2温湿度传感器设计 11
3.3无线模块设计 16
3.4液晶显示装置设计 21
3.5报警系统设计 23
4系统软件设计 25
4.1系统初始化模块 26
4.2数据采集模块 26
4.3无线模块 27
4.4显示模块 29
4.5报警模块 30
5硬件调试 31
结论 36
附录 37
参考文献 71
致谢 74
第I页共II页
1引言
1.1课题背景
在现代的大棚种植技术中，温度、湿度是大棚蔬菜能否茁壮成长的重要因素。
目前我国大棚生产规模虽然空前巨大，但是大棚的设备比较陈旧，温度采集方式落后，农村采用煤油温度计的温度采集方式，不仅温度采集较为老套，并且费时费力，不利于大棚生产规模的扩大，也不利信息化程度的提高[1]。
农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类顿以生存的最重要的行业，由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命[2]。
科技的发展促进了农业的发展，温室大棚在农业中的应用越来越广泛。
传统的温室大棚的自动化程度很低，基本是是粗放型的人工操作，即便对于所给定的量，在操作中无法进行有效的控制，很大程度上限制了温室大棚的经济效益。
以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。
温湿度控制对于单片机的应用具有一定的实际意义，它代表了一类自动控制的方法，而且其应用十分广泛。
1.2立题的目的及意义
AT89S52单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实例也很多。
使用AT89S52单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且AT89S52单片机易于学习、掌握，性价比高。
使用AT89S52单片机设计温湿度控制系统，可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化。
完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在湿度控制方面也是如此[3]。
将此系统应用到温室当中无疑为植被的生长提供了更加适宜的环境。
1.3国内外的研究现状及发展趋势
美国是将计算机应用于大棚和管理最早，最多的国家之一。
美国开发的大棚计算机控制与管理系统可以根据作物的特点和生长所需要的条件，对大棚内的光照，温度，湿度等诸多因素进行自动控制。
这种自动控制系统需要种植者输入温室作物生长所需的环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标进行比较，以决定大棚温湿度的控制过程，按照相应的机构进行加热，降温或者是浇水，通风等[4]。
目前，我国绝大部分自主开发的大棚温湿度控制或者进口的国外设备都属于这种系统。
虽然这种自动控制系统实现了自动化，适合规模化生产，提高了劳动生产率，通过改变大棚温湿度的设定目标，可以自动的对大棚内温湿度进行调节，但是这种调节对作物的生长来说还是相对滞后的，难以介入作物生长的内在规律。
所以在这种自动控制系统和实践的基础上，温湿度自动控制向着适合不同作物生长的智能化控制发展。
国外大棚业正致力于高科技发展，遥测技术，网络技术，控制局域网已逐渐应用于大棚的管理和控制中，近几年各国温度控制技术提出建立大棚行业标准，朝着网络化，大众化，大规模，无人化的方向发展的思路[5]。
目前国内外的温湿度检测使用的温湿度检测元件种类繁多、应用范围也较广泛加之单片机和大规模集成电路技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片机数据采集系统[6]。
基于单机片的温湿度监测控制系统的设计研究较少。
随着经济和社会的不断发展，人们对自己的生活环境要求越来越高。
特别在温室大棚中，对温湿度要求更为严格。
基于单片机的温室温湿度控制统设计，将对环境的温湿度监测系统做详细的设计与实现。
1.4本系统主要研究内容
本系统主要完成的任务：
1.进行温湿度控制系统的整体研究与设计。
2.利用数字温湿度传感器DHT11测量大棚内的温湿度。
3.通过采集温度及湿度值，准确的判断标准值与当前值之间的差异，及时的启动报警装置（包括警报灯的提示功能以及提示音等）进行报警，并采取相应的方案。
4.利用LCD对温湿度进行实时显示。
5.利用NRF24L01无线模块实现数据的远距离传输
2系统总体设计
2.1系统功能设计
1.温湿度监控：
实现对温室大棚温湿度参数的实时采集，测量空间的温度和湿度，由单片机对采集的温湿度值进行循环检测、数据处理、显示，实现温湿度的智能检测。
2.控制处理：
当温湿度越限时报警，并根据报警信号提示采取一定手段控制。
3.无线传输：
用温湿度传感器将测量的温湿度数据通过无线模块进行传输。
温湿度传感器达到的技术指标：
测量范围：
湿度20-90%RH，温度0-50℃
测量精度：
湿度+5%RH，温度+2℃
2.2系统的组成
以单片机为控制核心，采用温湿度测量技术，通信技术，控制技术等技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量控制系统。
可分为温湿度测量电路，显示电路，报警电路，无线模块，图2.1选用的主要器件有：
单片机AT89S52，温湿度传感器DHT11，1602LCD显示模块，LED灯，报警装置蜂鸣器,NRF2401无线模块等。
图2.1系统组成
2.3系统工作原理
本系统以单片机AT89S52为核心，数据采集、传输、显示、报警都要通过单片机。
数据采集通过单总线的智能数字温湿度传感器DHT11完成；通过单片机把采集的数据显示在1602LCD上；当采集的数据超出给定范围时，有蜂鸣器实时报警，并将数据通过NRF2401无线传输给另一个单片机上显示。
单片机采用C语言编程。
图2.2流程框图
3系统硬件设计
3.1单片机系统设计
经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以开始着手硬件系统的设计，硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据，根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑，选用AT89S52单片机。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，AT89S52拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案[11]。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，
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