基于单片机的大棚温湿度控制系统资料.docx

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基于单片机的大棚温湿度控制系统资料

摘要

温室大棚是设施农业的重要组成部分，大棚测控系统是实现大棚自动化、科学化的基本保证。

通过对监测数据的分析，结合作物生长规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。

计算机应用技术的发展，也使得用计算机控制的方面也涉及到各个领域，其中在大棚内用单片机控制温度、湿度是应用于实践的主要方面之一。

对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温度和湿度等控制。

本设计是一个专门为温室大棚温湿度测量控制而设计的系统。

通过对系统的硬件部分和软件部分设计来达到监控要求。

硬件部分实现了对温湿度传感器模块、显示模块、控制模块的设计；软件部分主要根据系统的设计思想设计出了主程序和子程序流程图，并通过程序实现。

在系统设计过程中充分考虑到性价比，选用价格低、性能稳定的元器件。

通过实践证明，系统具有性能好、操作方便等优点，能实现对温湿度等的显示、调节和控制。

系统在其它领域还具有一定的推广价值。

关键词：

大棚;温度;湿度;传感器

ABSTRACT

Greenhouseisanimportantcomponentofprotectedagriculture.Measuringandcontrollingsystenisthebasisofthemanagementautomationinthegreenhouse.Withthegrowthrulesanalyzingmeasurementdataandcontrollingcircumstancecondition.Itmakesgreenhousebetter,andmoreproductiveandhighquality.Withthedevelopmentofcomputerapplicationtechnology,thecomputer-controlledareasarealsoinvolved,theplastictemperatureusingSCMandhumidityisoneofthemainaspectsusedinpractice.

Forvegetableshedspeaking,oneofthemostimportantmanagementfactoristhetemperatureandhumiditycontrol.The thesisis aboutanintelligentsystemdesignedforcontrollingthetemperatureandhumidityofagreenhouse.Itcanmeetthedemandofmonitoringthroughthedesignofhardwareandthatofsoftwareindetails.Theformerismoreimportantinthisdissertation,includingtheintroductionofsensorofmeasuringtemperatureandhumidity,demonstratingmodeofdata,themodeofcontrolandtheconnectingpartofthechangingcolumn.Andaccordingtothedesignthoughtsthelattershowstheflowchartofthemainprogramandthesubprogram,realizedbyprogram.Thisthesischoosethedecicesasfullconsiderationoftherationbetweenprformanceandcostaspossible.Thesystemadoptsquiteanewintegratedcircuit,whichmakesitfunctionbetterandrunmoreconvenientlywhenputintopractice.Furthermore,notonlycanitachievethegoalsofmanifestingandregulatingthetemperature,butalsoit can becontrolled.Andithasmuchofvaluetoapplyandpopularizeinotherfields.

KEYWORDS:

Vegetable;Temperature;Humidity;Sensor

前　言

改革开放以来，我国经济的迅速增长，使得农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。

现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行监测和控制。

例如：

空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。

在现代化农业生产中，以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。

大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。

国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。

当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的监测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。

为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境。

目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。

温室大棚是植物栽培生产中必不可少的设施之一，温湿度是衡量温室大棚的最重要的指标，它直接影响到栽培作物的的生长和产量，为了能给作物提供一个合适的生长环境，首要问题是加强温室内的温湿度的监测。

因此，为了实现高效农业的科学化和研究性，推动我国农业发展，解决我国农民普遍收入低的问题，缩小城乡差距，推动全面小康社会，迫切需要价格适中的、自动化程度高的农业设备。

由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得成本低性能稳定的这种要求变为可能。

本设计是针对这一问题，设计能够实现温湿度上限设定、自动监测、显示和报警等多功能的温湿度测控系统。

该设计系统还可以推广到其他领域。

1绪论

1.1课题的选题背景

温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度湿度的检测与控制。

并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注。

而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度湿度的检测及控制就非常有必要了。

1.2　课题研究的意义

STC89C52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力也很多。

使用STC89C52单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且STC89C52单片机易于学习掌握，性价比高。

使用STC89C52型单片机设计温湿度控制系统，可以即时精确的反应温室内的温度以及湿度的变化。

完成诸如升温到特定的温度、降温到特定的温度。

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。

将此系统应用到温室当中无疑为植被生长提供了更加适宜的环境。

对于大棚种植和花圃、花卉栽培，必须在某些特定环境安装温湿度装置对其进行监控。

本系统可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化，能够满足温湿度的控制要求。

1.3　本论文主要研究内容

本系统所要实现的功能是：

1.温湿度实时检测及显示。

通过LCD1602实时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，并且固定时间（2s）检测更新显示一次。

2.报警阈值的手动设置。

通过四个按键实现温湿度阈值的设置，使得系统更加人性化、智能化，具有更高的实用价值。

3.当温湿度超出阈值时能自动开启相应的继电器驱动负载。

通过小灯指示哪一路工作，以提醒用户。

阈值可以通过AT24C02存储，实现断电保存。

4.系统主要可以应用在温室大棚的智能控制，当温度超限通风降温；当湿度超限可以抽湿的改进措施。

1.4　系统的工作原理简介

总体来说，本次设计主要涉及了温湿度的测量、显示以及实现简单控制。

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检测出当前环境下的温湿度，将所测数据交给STC单片机进行分析和处理，并分别存入不同数组以便显示时候用,本系统每间隔2s采集一次数据送入单片机。

本系统采用的是继电器驱动负载，因此无论温度还是湿度超出范围继电器均可以驱动负载工作，及时启用降温风扇以及抽湿风扇来有效的调整大棚等应用场所内的温湿度。

2　系统总体方案设计

2.1　系统总框图

硬件主要以STC89C52型单片机为核心，通过LCD1602实时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，阈值可以通过AT24C02存储，实现断电保存。

过阈相应的报警驱动。

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　方案选择

2.2.1单片机的选择

方案一：

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS型8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。

其片内的8K程序存储器是FLASH工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。

再者，AT89C52目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。

AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。

只要程序长度小于8K，四个I/O口全部提供给用户。

可用5V电压编程，而且擦写时间仅需lOms。

AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。

PO口是三态双

向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。

方案二：

STC89C52系列单片机的指令系统和AT89C52系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题：

（1）AT89C52不带ISP下载，要用下载器才行，STC89C52可以用你的USB转串口下载，下载软件可以到STC厂家网上去下。

（2）STC单片机执行指令的速度很快，大约是AT的3-30倍，尽管快是好事，但这样一来，你在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块，用STC时注意得加长延时，大约是AT的10—30倍就差不多，这一点自己调试就知道了。

（3）STC单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然正常工作，甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下AT肯定不行了，所以当一个系统用STC单片机好用，但用AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。

比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用STC系列芯片完成。

而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故STC为更合理的选择。

本系统选择STC89C52单片机作为主控芯片。

足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。

2.2.2　传感器的选择

方案一：

选用DS18B20温度传感器作为温度检测模块。

DS18B20是一线式数字温度传感器。

具有独特的单线式接口方式。

测量范围在—55℃~125℃，—10℃~85℃，误差范围在-\+0.5℃。

最高精度可达0.0625℃。

HS1101是电容式湿度传感器。

可测量相对湿度范围在0%~100%RH。

误差为-\+2%RH。

方案二：

选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。

DHT11是一款集成型的数字温湿度一体传感器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

测量范围20%~90%RH，0℃~50℃。

测温精度为-\+2℃，测湿精度为-\+5%RH。

完全符合本次毕业设计的要求。

经上述分析，方案一虽然精度更精确。

却稍显复杂。

方案二即便不能实现方案一的高精度测量。

却也能满足设计要求。

且简便易行。

可靠稳定。

具有超高的性价比。

故选择方案二。

2.3.2　显示器选择方案

方案一：

采用12864液晶显示屏。

液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：

8-位并行及串行两种连接方式。

具有多种功能：

光标显示、画面移位、睡眠模式等。

方案二：

采用LCD1602液晶显示屏。

LCD1602A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只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单。

总结：

在编程使用方面，两者难度差不多，原理差不多，都是写指令、写地址、写数据等等。

当然12864液晶屏显示更全面、字符更多。

相比于1602液晶屏、12864能更形象具体的实现显示功能。

不过1602液晶屏也能实现设计的要求。

网上买比较廉价，最低的六块钱左右。

而12864液晶显示屏最便宜的也要四十块钱。

从造价方面考虑，当然是价格低廉的优先。

而LCD1602A就是最好的选择。

3系统硬件电路的设计

3.1系统硬件概述

此次的毕业设计主要由五个大的模块构成，分别是主控模块、传感器模块、LCD液晶显示模块、继电器模块以及阈值设置模块。

其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主要是指STC89C52芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需要，从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。

液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外外部EEPROM存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。

当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。

该报警信号可以通过三极管驱动继电器，以控制外部风机或制冷器。

3.2主控模块设计

单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。

自从1975年美国德克萨斯仪器公司的第一台单片微型计算机（简称单片机）TMS-1000问世以来，迄今为止，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制中经常遇到对某些物理量进行定时采样与控制的问题，在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。

如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段：

第一阶段（1976—1978）：

单片机的探索阶段。

以Intel公司的MCS-48为代表。

MCS-48的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola、Zilog等。

都取得了满意的效果。

这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词即由此而来。

第二阶段（1978—1982）：

单片机的完善阶段。

Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。

它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。

（1）完善的外部总线。

MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。

（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。

（3）体现工控特性的地址空间及位操作方式。

（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。

第三阶段（1982—1990）：

8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。

Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。

第四阶段（1990—）：

微控制器的全面发展阶段。

随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。

单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。

由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。

在控制领域中,现如今人们更注意计算机的低成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。

在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

3.2.1单片机引脚介绍

单片机主要特点：

（1）有优异的性能价格比。

（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。

单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。

另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

（3）控制功能强。

为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。

单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。

（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。

（5）外部总线增加了IIC（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。

（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

优异的性能价格比。

1）集成度高、体积小、有很高的可靠性。

单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。

另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。

此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。

2）控制功能强。

为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。

单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。

单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

VCC：

STC89C52电源正端输入，接+5V。

GND：

电源地端。

XTAL1:

单芯片系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2：

系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。

RESET：

STC89C52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。

EA/Vpp：

"EA"为英文"ExternalAccess"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EEPROM中）来执行程序。

因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。

如果是使用8751内部程序空间时，此引脚要接成高电平。

此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。

ALE/PROG：

ALE是英文"AddressLatchEnable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。

STC89C52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为STC89C52是以多工的方式送出地址及数据。

平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。

此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。

PSEN：

此为"ProgramStoreEnable"的缩写，其意为程序储存启用，当STC89C52被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。

STC89C52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。

PORT0（P0.0～P0.7）：

端口0是一个8位宽的开路汲极（OpenDrain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。

其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。

PORT2（P2.0～P2.7）：

端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。

P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。

PORT1（P1.0～P1.7）：

端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。

如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。

PORT3（P3.0～P3.7）：

端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。

其引脚分配如下：

P3.0：

RXD，串行通信输入。

P3.1：

TXD，串行通信输出。

P3.2：

INT0，外部中断0输入。

P3.3：

INT1，外部中断1输入。

P3.4：

T0，计时计数器0输入。

P3.5：

T1，计时计数器1输入。

P3.6：

WR：

外部数据存储器的写入信号。

P3.7：

RD，外部数据存储器的读取信号。

RST：

复位输入。

当振荡器