蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计.docx

蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计.docx

《蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计

本科毕业设计

题目蔬菜大棚温湿度

控制系统的设计

毕业设计（论文）任务书

题目蔬菜大棚温湿度控制系统的设计

专业电子科学与技术学号姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等

一．主要内容：

1.检测，选择温度和湿度环境参数进行监控。

2.硬件系统设计

（1）温湿度采样系统；

（2）单片机控制系统；

（3）显示系统；

（4）报警控制系统。

3.软件系统设计

（1）单片机系统初始化；

（2）对传感器采集的数据信息进行分析，通过单片机控制温度和湿度；

（3）显示模块以及报警控制模块。

二．基本要求：

1查阅相关书籍、资料，确定合理的方案。

2详细叙述工作原理，以及各功能模块。

3采用温湿度传感器测量大棚内温度以及湿度。

4显示模块显示测量的温度和湿度数值。

三．主要参考资料：

[1]谭浩强．单片机课程设计[M].北京：

清华大学出版社，1989

[2]张毅刚．单片机原理及接口技术[M].哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，1990

[3]郭天祥．新概念51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009

完成期限：

指导教师签名：

专业负责人签名：

填表日期：

毕业设计（论文）开题报告

课题名称

蔬菜大棚温湿度控制系统的设计

课题来源

教师拟定

课题类型

BY

指导教师

学生姓名

学号

专业

电子科学

与技术

开题报告内容：

（调研资料的准备，设计的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。

）

1、调研资料的准备

1、了解选题背景：

蔬菜的生长对于温湿度具有一定的要求，因此需要对环境的温度和湿度进行监测和控制。

随着科学技术的发展，也要求利用现代化仪器，更方便的测试蔬菜大棚内的温湿度以及控制系统，从而进一步提高蔬菜产量和数量。

2、查阅了相关书籍及参考资料

（1）艾运阶.MCS_51单片机项目教程.北京：

北京理工大学出版社，2012

（2）谭浩强.C语言程序设计（第三版）[M].北京：

清华大学出版社，2005

（3）程国钢，陈跃琴，崔荔蒙.51单片机典型模块开发查询手册.北京：

电子工业出版社，2012

（4）白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲.北京：

电子工业出版社，2009

二、设计目的、要求

为了更好的利用温室栽培这一高效技术，就必需运用科学的、先进的管理方法，用以对不同种类蔬菜生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。

这种自动控制的方法，可以准确的监控与调节温室内的环境，从而提高蔬菜生产产量。

1.采用温湿度传感器测量大棚内温度以及湿度。

2.显示模块显示测量的温度和湿度数值。

三、设计思路

本设计主要采用由单片机控制的设计方案，主要有传感器、A/D转换器、单片机、电源和显示电路几部分组成。

1.温湿度传感器：

传感器是一种可以将重量转化成电量的转换元件，从

而可以把温湿度转换成适合于计量求值的信号。

2.A/D转换器：

A/D转换器是将输入的模拟信息转换成计算机可以识别的数字信息。

3.控制部分：

单片机将A/D转换器转换后的数字量进行处理，并送往显示电路显示。

4.显示单元：

使用1602液晶显示屏来显示控制模块送来的数字量，即被测环境温度及湿度。

5.电源：

电源为电路提供直流电源。

四、预期成果

1.外文文献翻译、开题报告、文献综述及毕业设计说明书。

2.按设计要求完成实作，实现可以检测并显示室内温湿度数值，当超过设定数值时，系统将发出报警。

五、任务完成的阶段内容及时间安排：

根据进度要求完成。

六、完成设计（论文）所具备的条件因素

1.学校为我们提供的实验室包括：

电子产品组装实验室、单片机室等。

2.使用Keil、protes等软件。

指导教师签名：

日期：

注：

课题来源要填写明确（如教师拟定、学生建议、某企事业单位项目等）

课题类型：

（1）A—工程设计；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；E—制作（作品）

（2）X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题；

要求

（1）、

（2）均要填，如AY，BY等。

蔬菜大棚温湿度控制系统的设计

摘要

温湿度控制已成为当今社会研究的热门项目。

是农业生产过程中必须考虑的因素，作为最常见的被控参数。

现在国外有很多农场对于温室的智能控制系统有了一定的应用，但其成本高昂，针对国内大棚的特点是不能做到全面的普及。

正对这一实际情况，研发一套低价格、高性能的温室温湿度控制系统，在我们国内具有非常广泛的应用前景和实际意义。

本文以STC89C52单片机为核心控制器，结合DHT11电容式数字温湿度传感器，液晶显示屏1602显示以及模拟调节模块，完成电路硬件设计。

通过软件编程控制数据下载到单片机完成温湿度显示、阀值设置。

此次设计系统能实现的功能如下：

通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整，液晶显示屏能实时显示当前环境温湿度。

芯片AT24C04使存储的温度上限和湿度上限可以掉电永久保存。

当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。

结合三极管和继电器，该信号也可以驱动继电器打开或切断排风扇转动。

文中提出了设计方案，讨论了蔬菜大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，进行了可行性论证。

给出了电路图和程序流程图并附有源程序。

关键词：

传感器；温湿度；单片机；智能控制

DESIGNOFCONTROLSYSTEMINTEMPERATUREANDHUMIDITYFORVEGETABLEGREENHOUSE

Abstract

Intoday'ssocialstudies,temperatureandhumidity controlhasbecomea hotitem . Isafactorthatmustbeconsidered intheindustrialandagriculturalproductionprocess. Asthecontrol parameters ofthemostcommon. Nowtherearealotoffarmsforoverseasgreenhouseintelligentcontrolsystemhasacertainapplication,butitshighcost,accordingtothecharacteristicsofdomesticgreenhouseiscan'tdothecomprehensivepopularization.Istheactualsituation,developedasetoflowprice,highperformanceofthegreenhousetemperatureandhumiditycontrolsystem,inourcountryhasaverybroadapplicationprospectsandpracticalsignificance.STC89C52single-chipmicrocomputerasthecorecontroller,thispapercombinedwithdigitaltemperatureandhumiditysensorDHT11capacitancetype,LCDdisplayand1602simulationadjustmentmodule,completethedesignofhardwarecircuit.Throughsoftwareprogrammingcontroldatadownloadedtothesingle-chipmicrocomputertemperatureandhumiditydisplay,thresholdSettings.Thedesignsystemcanrealizethefunctionisasfollows:

throughfourbuttonseasilyrealizetheadjustmentoftheupperlimitoftemperatureandhumidity,LCDscreencandisplaythecurrentenvironmentaltemperatureandhumidityinrealtime.ChipAT24C04storagelimitthemaximumtemperatureandhumiditycanbepermanentwhenpowersupplydrop.Whentemperatureorhumiditytransfinitealarmsignallightlampaccordingly.Combinedwiththetransistorandrelay,thesignalcanalsodrivetherelayonorcutoffthefanrotation.Thispaperputsforwardthedesignscheme,anddiscussesthevegetablegreenhouses,thebasicprincipleofthetemperatureandhumiditymeasurementandcontrolcircuit.Thecircuitdiagramandprogramflowchartaregivenwiththeactiveprogram.

Keywords:

Sensor；temperatureandhumidity；MCU；intelligentcontrol

前言

目前，随着蔬菜大棚数量的迅速增多，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。

传统的蔬菜大棚只是依靠人工来控制，一般是在棚内悬挂温度计，通过观察温度计的实数，根据以往的经验来判断室内的温湿度。

而这种方法费时费力，并且有测控精度低、劳动强度大以及测控不及时等弊端，容易造成很大的的损失。

这种传统的方法不但大大增加了成本，浪费了人力物力，而且很难达到预期的成果。

因此为了实现高效科学化农业生产并提高农业研究方向的准确性，推动我国农业的快速发展，必须大力发展农业设备与相应的农业技术工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度等环境因素。

这就需要研发价格适中的、自动化程度高，便于管理的自动化控制设备，提高管理效率，增加蔬菜产量和质量。

本文所设计系统是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高、操作便捷、性价比高的应用于农业种植生产的大棚温湿度测控系统。

1设计概述

1.1国内外智能控制系统的发展概况

现代社会随着科学技术的发展，尤其是农业方面，更多技术应用于农业，农业技术的研究和开发越来越受到重视。

众所周知，温室大棚已经成为现代高效经济农业的一个重要组成部分。

随着现代控制技术的快速发展，以及计算机网络系统和电子产品的结合性应用，使得现代化农业发展，正走向一种专业化、自动化的发展趋势，这种模式必将是未来农业发展的方向。

现代化智能控制系统是一种智能化管理大棚内部环境的科学系统，这种系统需要相应的感应设备来保证其正常运行，智能控制系统就是将科学信息技术运用到农业的体现，通过系统软硬件结合，设定的各种指令，自动化的完成管理工作，不需要大量的人工操作，是一种现代化农业发展的重要便捷工具。

应用电子计算机和自动控制技术来实现农业生产和管理的自动化，是现代化农业的重要标志。

近几年随着电子信息技术的飞速发展，带来了大棚温室控制与管理技术方面的一场革命。

在农业生产、花卉种植、动植物养殖等方面有着广泛的运用，对于农业生产的产量与质量有着巨大的经济效益与社会效应。

温室大棚就是建立一个模拟适合植物生长的气环境条件，创造一个人工气象环境，来减小温湿度对植物生长的约束。

而且温室大棚能够摆脱环境对植物生长的限制，使不同的农作物在不适合生长的季节产出，从而也使得季节的变化对农作物的生长不再产生过度影响。

由于温室大棚能带来丰厚的经济效益，所以温室大棚越来越普及，并且早已成为农民增收的主要手段。

现代智能控制系统能够有效、便捷的对温室大棚内部环境控制，这种系统控制过程科学管理，可以提高操作的准确性，同时也降低了对农民体力劳动的强度。

除此之外，它还能准确、定时、高效的进行温湿度控制与调节，可以节省人力、物力，从而可以提高农作物产量。

现代化智能温室大棚控制系统主要应用于西方先进国家，尤其是美国。

然而在我国农业中的使用却不多，同发达国家相比，有着较大的差距。

国内即使有些使用的了现代化控制系统，但一方面由于缺乏足够管理经验、技术，不能创造更多经济效益，另一方面由于它本身价格昂贵，使得不能在国内普遍推广。

结合我国实际情况，只有提高自动控制系统的智能化，使温室控制系统更加智能、方便。

采用廉价的电子产品使其价格能被广大农民所接受，才能使智能温室大棚控制系统在农业中有着广泛应用。

1.2系统设计背景

本文主要是应用STC89C52单片机来设计的丝瓜大棚温湿度控制系统。

丝瓜是喜温喜光耐热性的作物。

但是在排水不良的情况下，结瓜少，瓜身短，瓜茎小，产量低。

所以在生产上必须选择适宜丝瓜所适应的生长环境条件。

丝瓜种子发芽的适宜温度为28～30℃，30～35℃时发芽迅速，气温高于35℃时，生长势减弱，甚至出现凋萎而影响花蕾和结实，丝瓜生长发育的最适宜适宜温度为28～36℃。

丝瓜喜湿、怕干旱，在土壤湿度含水量70%以上的环境下生长最好，低于50%时生长缓慢，空气湿度不应小于52%，在75%～85%时，生长速度快、结瓜多，短时间内空气湿度达到饱和时，仍可正常地生长发育。

在瓜类中以丝瓜最耐湿，开花结果盛期要求温度更高，在炎热的夏秋只要不缺水肥，开花结果就会一直很旺盛。

一般在温湿度适宜，风较小的天气是最有利于丝瓜的生长。

丝瓜也有很大的经济价值。

丝瓜中含有丰富的维生素B1能防止皮肤老化，维生素C能增白皮肤等成分，能够使皮肤洁白、细嫩。

故丝瓜汁有“美人水”之称。

除此之外，还有很大的药用价值，古籍记载，丝瓜具有清热化痰、行血脉等功效。

此次设计的温湿度的控制系统主要包括以下几个方面：

感应环境温湿度，判断温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，报警灯发出报警；同时相应的控制设备工作，如本次设计利用继电器和排风扇组成的控制系统；除湿设备工作后，单片机系统判断异常是否处理完毕；以及若异常处理完毕，解除报警。

本次设计就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，操作便捷、性价比高的应用于农业种植生产的丝瓜大棚温湿度测控系统。

2系统设计思想 

在传统的温湿度测控系统中,往往只是采用模拟技术进行设计。

传感器采用热电阻、热电偶等模拟器件。

温湿度测控系统还需要额外加补偿电路，电路安装复杂，价格昂贵,而且必须经过A/D转换后才可以被微处理器识别和处理，这样就可能会出现一些错误或者误差，例如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题，从而影响到测控系统的精确性，影响整个系统的稳定性能。

随着科学技术的不断提高，更多的科学技术应用到现代化农业中，温湿度测控系统也正在朝着集成化、智能化、自动化的方向发展。

现代农业的发展，尤其是蔬菜大棚的推广，也要求要有现代化设施来控制棚内温湿度等含量，便于自动化管理。

然而目前应用于温室大棚的温湿度测控系统大多数采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的传输系统。

这种温湿度度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把传感器采集的信号送到采集卡上，这种系统成本高。

同时线路上传送的都是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。

本次设计系统是采用STC89C52单片机和DHT11的低成本的温湿度测控系统。

系统主要包括系统硬件的设计和系统软件的设计。

硬件电路主要包括单片机、显示模块、报警灯、温湿度传感器、按键、排风扇等六部分，系统显示模块由DHT11温湿度传感器及LCD1602字符型液晶模块构成，该电路系统简单、工作稳定、集成度高、调试方便，具有一定的实用价值，很容易在现代化农业中推广实施。

此次设计系统的一大特点是可以通过下位机中的按键输入温湿度的上限值和预置值，温湿度传感器可以将环境中检测的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理，然后送至下位机中的单片机，单片机读取数据将数据送到缓冲区内，通过进LCD1602行实时显示，同时与预先设定的参数值进行比较处理；同时可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电器的控制对相应的设备如排风扇进行操作，以保证大棚的温湿度范围能够在预置的范围内，调节大棚内温湿度状态。

系统采用数据处理模块（STC89C52单片机）、信息采集模块（DHT11温湿度传感器）、液晶显示模块、设置模块、报警模块、调控模块设计而成。

数据处理模块是采用微处理器芯片STC89C52，其可靠性高，抗干扰能力强，来完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。

温湿度采集模块使用的是DHT11数字温湿度传感器，温度测量范围0℃～50℃，湿度测量范围20%RH～90%RH。

可以满足一般的检测需要,它使用单总线方式，接口简单，并且无需另外校准。

分辨率为8Bit，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。

假如要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。

配用EEPROM芯片AT24C04，使存储的温度上限和湿度上限可以掉电永久保存。

可以通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整。

当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。

该信号也可以通过三极管驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。

其系统原理设计框图如图2.1所示：

图中STC89C52单片机每2秒就会从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继电器，以控制外部风机或加热器。

图2.1系统原理设计

3系统硬件设计

3.1单片机模块

3.1.1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，该单片机器件是采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，可以兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）与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。

对于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。

其次，AT89C52目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。

AT89C52可以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的电压编程，而且擦写时间仅仅需要l0ms。

并且AT89C51芯片可以提供三级程序存储器加密，提供了简捷而又可靠的加密手段，可以完全保证程序或者系统不被仿制。

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，但是要用下载器才行，STC89C52可以用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。

虽然快是好事，但是这样一来，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，这一点可以通过调试验证。

（3）STC89C52单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然能够正常工作，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，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。

3.1.2单片机最小系统

单片机最小系统主要是由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。

对于一个完整设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠性是系统平稳运行的前提和基础。

此次最小系统中的电源供电模块电源是通过计算机的USB口供给，当然也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。

振荡电路（时钟电路）最重要的是STC89C52单片机正常工作需要的时钟电路提供一个稳定的工作频率。

一般情况下，根据STC89C52单片机时钟周期的要求，回路需要选用频率为12MHz的晶振。

内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2端口接上时钟电源即可构成时钟电路，此系统设计中采用内部时钟产生方式。

在XTAL1和XTAL2两端跨接晶振，与内部的反相器构成稳定的自激振荡器。

其发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制部件。

电容对频率有微调作用。

单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。

当在STC89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。

复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。

复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。

其数值可以由RC电路计算出时间常数。

复位电路是由上电复位和按键复位两部分组成。

上电复位：

STC89系列单片为高电平复位，通常情况下在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

按键复位：

按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

如图3.1为单片机最小系统原理。

图3.1单片机最小系统原理

3.2温湿度采集模块

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。

它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。

方案二：

选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。

DHT11是一种集成型的数字温湿度一体传感器。

DHT11采用的是数字模块