基于单片机的智能温室大棚湿度检测仪设计与仿真.docx

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基于单片机的智能温室大棚湿度检测仪设计与仿真

本科毕业论文

题目基于单片机的多功能农田

湿度控制系统设计与仿真

学院信息科学技术学院

专业电子信息工程

毕业届别2013届

姓名黄保斐

指导教师聂志刚

职称讲师

甘肃农业大学教务处制

二〇一三年三月

基于单片机的多功能农田温湿度环境监测系统设计与仿真

黄保斐

（甘肃农业大学信息科学技术学院09电子信息工程）

摘要:

室外温湿度检测属于监控系统的范畴。

近年来由于传感器技术，计算机技术。

超大规模的集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控、自动控制系统广泛应用于家居生活等领域。

本文研究设计了一款基于单片机的多功能农田温湿度监测系统。

该多功能农田温湿度监测系统由AT89C51单片机、湿度传感器、A/D转换、声光报警电路以及电源等部分组成。

温湿度传感器把采集到的农田的空气湿度转换成电信号，经过A/D转换电路传送到单片机控制电路处理，再通过LCD1602液晶显示器直观的显示被测农田的温湿度。

可通过编程设定适合各类作物在不同环境下的阈值，超过或者低于所设定的阈值即进行声光报警。

并将此系统在Keil中编程，Protues中仿真其硬件电路，仿真结果表明，运行良好，对实际应用有很好的利用价值。

关键词：

温湿度检测；湿度传感器；单片机；A/D转换；LCD显示

Designofgreenhousehumiditydetectioninstrumentbasedonsinglechipmicrocomputer

Huangbaofei

（2009ElectronicInformationEngineering,CollegeofInformationScienceTechnology,GansuAgriculturalUniversity）

Abstract:

Theindoortemperatureandhumiditymonitoringsystembelongstothescopeoftesting.Inrecentyears,thesensortechnology,computertechnology.Ultralargescaleintegratedcircuittechnologyandnetworkcommunicationtechnology,tomakemonitoring,automatedcontrolsystemsarewidelyusedinhomelifeandotherfields.

    Inthispaper,thedesignofamicrocontroller-basedintelligentgreenhousehumiditydetector.ThedetectorbytheAT89C51microcontroller,humiditysensor,A/Dconversion,soundandlightalarmcircuitandpowersupplycomponents.Humiditysensorthecollectedairhumidityinsidethegreenhouseintoelectricalsignals,afterA/Dconversioncircuittothechipcontrolcircuitprocessing,andthenthroughtheLCD1602LCDvisualdisplayofthehumidityintheroomtemperature.Canbeprogrammedforalltypesofcropsindifferentenvironmentsthresholdaboveorbelowthesetthresholdvaluethatissoundandlightalarm.ThissystemwillbeprogrammedinKeil,Protuesinitshardwarecircuitsimulation,simulationresultsshowthat,well,forthepracticalapplicationofgoodvalueinuse.

Keywords:

humiditydetection；humiditysensor；SCM;A/Dconverter；LCDdisplay

1引言

1.1多功能农田温湿度环境监测系统设计背景与意义

随着现代科技的飞速发展和普遍应用，高性能的设备越来越多，各行各业对温度和湿度的要求也越来越高。

传统的温度与湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境的温度与湿度信息。

这种模式，不仅效率低下不利于人力资源的充分利用，而且缺乏科学性，许多重大事故的产生都是人为因素造成的，人工维护缺乏完整的管理系统。

而温室监控系统就可以解决这样人才资源浪费，管理不科学的问题，这是由于它的智能化设计所决定的。

其工作步骤如下：

传感器感应环境温度及湿度；单片机判断感应到的温度与湿度是否异常；若感应到的温度与湿度异常，实行措施进行调节；判断异常是否超过预先设定时间，若超过预设时间，则输出异常信号报警；判断异常是否处理完毕，若处理完毕，报警解除。

这样就可以利用控制器对机房温度与湿度进行监控，从而实现环境温度与湿度管理的实时性和有效性。

本次设计对于类似项目还具有普遍意义。

随着现代化的实现，很难找出一个与温湿度无关的领域来。

例如，食品行业：

对于食品储存来说至关重要，温湿度的变化会带来食物变质，引发食品安全问题；档案管理：

纸制品对于温湿度极为敏感，不当的保存会严重降低档案保存年限；农田：

植物的生长对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会停止生长、甚至死亡；动物养殖：

各种动物在不同的温度下会表现出不同的生长状态，高质高产的目标要依靠适宜的环境来保障；药品储存：

根据国家相关要求，药品保存必须按照相应的温湿度进行控制。

所以说对湿度监控有着重要意义。

1.2多功能农田温湿度环境监测系统性能

多功能农田温湿度环境监测系统完成的是多功能农田内的环境湿度检测系统的开发。

该系统需要实现的基本功能是设定并检测多功能农田内部环境湿度并显示其值。

当农田土壤里面的湿度值超过提前所设定的农田的最高湿度值或者低于所设定的最低湿度值时，报警系统启动进行报警，同时提醒工作人员打开水阀进行灌溉，从而进行湿度调节，使农田内部环境的湿度保持在所设定的范围以内。

1.2.1实现功能

（1）键盘电路设定农田内的湿度范围；

（2）湿度传感器采集农田内的湿度数据并通过A/D转换器将数据输入单片机控制系统；

（3）LCD1602液晶显示器显示农田内的即时湿度数据；

（4）当农田内的湿度超过所设定湿度范围的最高值或者低于所设定湿度范围的最小值时，报警电路工作，同时湿度调节电路工作对农田内的湿度进行调节，使农田内的湿度维持在所设定的湿度范围内；

1.2.2国内外设备通用的指标

（1）选择测量范围：

与测量重量和温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。

除气象部门与科研部门外，湿度测控一般不需要满量程（0-100%RH）测量。

在当今信息时代，随着传感器技术与计算机技术、自动控制技术的紧密结合。

测量的目的主要在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。

当然，对于不从事测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。

（2）选择测量精度：

与测量范围一样，测量精度也是传感器最重要的指标之一。

数据精度每提高—个百分点，对传感器来说就是上了一个台阶。

因为要达到不同的测量精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。

例如，进口的一个廉价的湿度传感器只有几美元，而一个供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。

所以设计者在选用传感器时一定要量体裁衣，不宜盲目的追求“高、精、尖”。

湿度传感器的精度是分段表示的，如中、低湿段（0一80%RH）为±2%RH，而高湿段（80—100%RH）为±4%RH。

而且精度是指在一定温度下（如25℃）的值。

在不同温度下使用湿度传感器，其示值还要考虑温度漂移产生的影响。

众所周知，相对湿度是一个有关温度的函数，温度对指定空间内的相对湿度有很大的影响。

温度每变化0.1℃就会产生0.5%RH的湿度变化（误差）。

若使用场合难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。

所以控制湿度首先要控制好温度，这就是大量的应用往往是对温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。

在大多数情况下，如果没有精确的控制温度的手段，或者被测的空间是非密封的，±5%RH的精度就足够了。

对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间的湿度测量，或者需要跟踪记录湿度变化的场合，应选用±3%RH[1-2]。

1.3多功能农田温湿度环境监测系统整体结构设计

1.3.1设计思路

多功能农田温湿度环境监测系统包括了硬件设计和软件设计，该系统在硬件设计上主要是通过湿度传感器对农田的湿度进行采集，将采集到的湿度数据通过A/D转换器传输到系统的核心的器件AT89C51单片机中，将采集到的湿度数值经分析，送到LCD1602液晶屏上显示，以数字形式直观的显示农田内的湿度数据。

硬件电路还包括报警电路，湿度调节电路，对农田内的湿度进行监测与调节。

系统的软件编程是通过C语言对AT89C51单片机实现其控制功能。

整个系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活，功能强大，性能价格比高，较好的满足了现代生产和科研的需要。

1.3.2整体框图设计

多功能农田温湿度环境监测系统以AT89C51单片机为主控芯片，用湿度传感器测量农田内的湿度，输出模拟信号，然后通过A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，结合LCD1602液晶显示模块，共同完成了对环境温湿度的监控，测量到湿度信号后，通过单片机处理，实现控制，湿度低于所设定湿度范围的最小值时控制继电器打开加湿装置，湿度高于所设定湿度范围的最大值时控制继电器打开烘干装置，由此完成了湿度的监控显示和控制如图1.1所示[3]:

图1.1本设计整图框图

1.4多功能农田温湿度环境监测系统设计预期达到的目标

多功能农田温湿度环境监测系统就是针对农田内的湿度，研究基于单片机的农田温湿度的自动监测，综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求等多方面因素之后，设计一种多功能农田温湿度环境监测系统。

通过系统实时采集农田的湿度，经过含有单片机的检测系统的进一步分析处理，显示农田的即时湿度，用户可以通过单片机键盘输入适合作物生长的湿度的上下限值和预置值，从而实现对农田作物生长的控制。

如果环境的实时参数超越上下限值，系统启动报警系统并通过湿度调节电路对农田内的湿度状态进行调节，直到湿度状态处于上下限值内为止。

如果有预置初值，且与当前状态不相等时，系统也会报警并启动执行机构实时动态调节湿度状态，直到所处的平衡状态与预置值相等为止。

2多功能农田温湿度环境监测系统硬件设计

多功能农田温湿度环境监测系统硬件设计部分主要由AT89C51单片机、输入通道和输出通道三大部分组成。

单片机是对采集到的湿度数据进行分析和处理；输入通道中的湿度传感器用来采集农田内的湿度信息并将模拟信号传输至A/D转换器，将其转换为数字信号，输入单片机中。

输出通道包括LCD1602液晶显示电路，报警电路中的信号灯的显示以及湿度调节电路。

该多功能农田温湿度环境监测系统的硬件系统包括以下几个部分：

（1）单片机：

通过单片机接收A/D转换器中的数字信号，对数据进行处理，此处理过程主