畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于單片機(jī)的大棚溫濕度報(bào)警器設(shè)計(jì).doc

基于單片機(jī)的大棚溫濕度報(bào)警器設(shè)計(jì)作者姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)老師： 摘 要溫度和濕度對(duì)蔬菜水果的光合作用影響非常大，從而導(dǎo)致了它們的產(chǎn)量和質(zhì)量嚴(yán)重下降。溫室大棚技術(shù)因此得到了重視和推廣。溫室大棚技術(shù)培養(yǎng)蔬菜水果可以明顯的提高蔬菜水果產(chǎn)量，還能降低氣候和溫濕度對(duì)其光合作用的的影響。然而溫室大棚對(duì)溫濕度要求很高，因此一套檢測(cè)溫濕度的系統(tǒng)必不可少。本文是以單片機(jī)為主控模塊、溫濕度傳感器以及顯示屏和聲光報(bào)警等模塊為外圍器件共同對(duì)溫室大棚里的溫濕度情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)并實(shí)施報(bào)警。該設(shè)計(jì)可以分別設(shè)定檢測(cè)溫度上、下限值與檢測(cè)濕度的上、下限值。只要大棚中的溫度和濕度其中一項(xiàng)越過(guò)限值，聲光報(bào)警模塊就會(huì)啟動(dòng)，發(fā)出聲光報(bào)警，以便做到最快化的實(shí)現(xiàn)測(cè)試報(bào)警。關(guān)鍵詞：溫濕度檢測(cè) 聲光報(bào)警 DHT11傳感器 液晶顯示屏 The Design of GreenhouseTemperature and Humidity Alarm SystemBased on SCMAbstract：Temperature and humidity onthephotosynthesisof fruits and vegetablesis very significant,which leads to theyield andqualityof theirserious decline. The affect of temperature and humidity on the vegetables is serious, thus greenhouses technology gets more attention and promotion. Greenhouses technology in fruits and vegetables not only be able to significantly increase the production of fruits and vegetables, but also can decrease the effects of climate and the temperature and humidity. However greenhouses need high temperature and humidity requirements, a set of monitoring system of temperature and humidity is indispensable.The purpose of this article is using the microcontroller, temperature and humidity sensors and LCD display and alarm module together to monitor the temperature and humidity in greenhouses. The design can be set respectively test upper and lower limit of humidity and temperature. As long as the temperature or humidity in greenhouses is over the limit, the sound light alarm module will be launched, sending out sound and light alarm, so that it can be able to achieve the fastest implementation of monitoring alarm.Key words:Temperature and humidity testing acousto-optic alarm DHT11 sensor LCD screen目 錄第1章 前言11.1 設(shè)計(jì)研究的背景11.2 設(shè)計(jì)研究的目的與意義11.3 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容及預(yù)期成果1第2章 需求分析與方案論證22.1.設(shè)計(jì)要求22.2 設(shè)計(jì)思路22.3方案論證與分析32.3.1溫濕度傳感器模塊選擇方案32.3.2顯示器模塊選擇方案32.3.3單片機(jī)選擇方案4第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1 概述53.2 按鍵模塊53.3 電源模塊53.4 主控模塊63.5 溫濕度傳感器模塊73.6 顯示器顯示模塊73.7 聲光報(bào)警模塊8第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)94.1 主程序流程圖94.2 顯示器流程圖114.3 溫濕度傳感模塊流程圖13第5章 系統(tǒng)測(cè)試與分析145.1 系統(tǒng)測(cè)試145.2 系統(tǒng)分析16結(jié) 論17致謝18參考文獻(xiàn)19第1章 前 言1.1 設(shè)計(jì)研究的背景 溫度、濕度在人們的生活中扮演著重要角色?？諝庵械臏貪穸炔粌H會(huì)很大程度的影響我們的心情和身體健康，而且還會(huì)嚴(yán)重的影響一些工業(yè)，特別是農(nóng)作物的產(chǎn)量也和溫濕度有著密切的關(guān)系，空氣中的溫濕度嚴(yán)重影響農(nóng)作物光合作用，進(jìn)而影響到生產(chǎn)質(zhì)量與產(chǎn)量，所以對(duì)空氣中溫度濕度的監(jiān)測(cè)是必不可少的，是非常有意義的。1.2 設(shè)計(jì)研究的目的與意義溫度和濕度在我們生活中扮演著重要的角色，不僅能影響我們的心情，還會(huì)很大程度的影響我們的身體健康。溫度和濕度也很大程度上會(huì)影響蔬菜水果的生長(zhǎng)發(fā)育，阻礙其正常的光合作用，從而影響生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。此次設(shè)計(jì)的目的就是希望本設(shè)計(jì)被應(yīng)用到溫室大棚內(nèi)進(jìn)行溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為一些必須在特定環(huán)境特定溫度下生長(zhǎng)的農(nóng)作物提供較為合適的生長(zhǎng)環(huán)境，保障其優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)，這也為我國(guó)糧食生產(chǎn)做出了少許的貢獻(xiàn)。1.3 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容及預(yù)期成果本設(shè)計(jì)所需要完成的內(nèi)容：1）溫度或者濕度的上下限值可以根據(jù)不同用戶(hù)針對(duì)不同蔬菜水果生長(zhǎng)的需要由鍵盤(pán)輸入并由顯示器顯示出數(shù)據(jù)。2） 能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的顯示采集的溫度值以及濕度值。3）經(jīng)過(guò)比較接收到的溫度值與濕度值與用戶(hù)預(yù)先設(shè)定的溫濕度限值，快速的把采集值和預(yù)先設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較，從而決定是否啟動(dòng)報(bào)警電路（聲光報(bào)警）進(jìn)行報(bào)警。預(yù)期成果：最后實(shí)現(xiàn)一套自動(dòng)測(cè)試大棚溫濕度的報(bào)警器。實(shí)現(xiàn)當(dāng)大棚內(nèi)的溫度在0-50變化或者濕度在20%-90%RH內(nèi)變化而超出所設(shè)定的上下限值時(shí)，蜂鳴器就會(huì)以鳴叫形式報(bào)警，而發(fā)光二極管就會(huì)以閃爍的形式報(bào)警，液晶顯示屏上會(huì)出現(xiàn)溫度或者是濕度報(bào)警的字樣的功能。第2章 需求分析與方案論證本文的最終目的為設(shè)計(jì)出的報(bào)警器能夠達(dá)到檢測(cè)溫室蔬菜溫度最適合在1530，濕度在50-90%RH內(nèi)生長(zhǎng)的溫室大棚溫度測(cè)試的要求；當(dāng)溫濕度超過(guò)限值時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警的設(shè)計(jì)。2.1設(shè)計(jì)要求 1）溫濕度的檢測(cè)：使用一體化的溫濕度傳感器或者獨(dú)立的溫度傳感器和濕度傳感器采集溫室大棚里當(dāng)前的溫濕度，達(dá)到溫室大棚對(duì)溫濕度的要求。2）數(shù)據(jù)的顯示：使用顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示接受到的信息。同步顯示當(dāng)前大棚內(nèi)的溫度值和濕度值，當(dāng)有溫度或者濕度報(bào)警時(shí)，屏幕閃爍顯示對(duì)應(yīng)情況的報(bào)警字樣。3）報(bào)警方式：一旦溫度或者濕度越限時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲報(bào)警，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)出閃爍光報(bào)警。2.2 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)總體上大致分為溫度濕度傳感模塊、按鍵模塊、單片機(jī)、顯示屏顯示模塊、聲光報(bào)警模塊以及電源模塊。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)作為核心控制部分，接受處理溫濕度傳感器檢測(cè)來(lái)的當(dāng)前大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，判斷是否啟動(dòng)報(bào)警電路，數(shù)據(jù)再發(fā)送到顯示屏上進(jìn)行顯示。顯示的數(shù)據(jù)及顯示方法由程序控制完成。單片機(jī)按鍵模塊溫濕度傳感模塊電源模塊顯示器顯示模塊聲光報(bào)警模塊圖2-1總體設(shè)計(jì)框圖2.3方案論證與分析2.3.1溫濕度傳感器模塊選擇方案方案一：溫度檢測(cè)模塊選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。它具備體積小，準(zhǔn)確度高，防干擾等優(yōu)點(diǎn)，其能在55-125溫度下進(jìn)行溫度測(cè)量，測(cè)量偏差-+0.5，最小的偏差可以達(dá)到0.0625。濕度檢測(cè)模塊則使用HS1101電容式濕度傳感器。它能在相對(duì)濕度為0%-100%RH下進(jìn)行濕度測(cè)量，測(cè)量偏差為-+2%RH。方案二： 選用溫濕度集成型的DHT11數(shù)字傳感器作為本次設(shè)計(jì)的溫濕度檢測(cè)模塊。DHT11集數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)與一身，使得它擁有十分高的可靠性和卓越的穩(wěn)定性。它是由NTC測(cè)溫器件和電阻式感濕器件組成，能在0-50溫度下正常進(jìn)行溫度測(cè)試，20%-90%RH濕度下正常測(cè)試濕度。兩者的誤差分別為-+2和-+5%RH。非常適合本次設(shè)計(jì)的要求。結(jié)論：通過(guò)以上的方案論證，溫室大棚不需要那么小的誤差，所以方案二雖然不能有方案一那樣高精度的測(cè)量，但是完全能滿(mǎn)足這次設(shè)計(jì)的需要。而且溫濕度檢測(cè)集成一體，簡(jiǎn)單方便，也便于硬件的采購(gòu)，所以選擇方案二。2.3.2顯示器模塊選擇方案方案一：選用12864液晶顯示屏。它是12864點(diǎn)陣的液晶顯示模塊，其中帶有8192個(gè)中文字庫(kù)，128個(gè)字符，可顯示繁簡(jiǎn)漢字及圖形。并行及串行兩種通訊方式直接與CPU連接。超低的電壓和功耗是其顯著的特點(diǎn)。方案二：采用LCD1602工業(yè)字符型液晶，顯示32個(gè)字符。它只能顯示2行字母、數(shù)字或者符號(hào)，每行能顯示16個(gè)字符。能簡(jiǎn)單的從右到左或者從左到右地顯示字符。結(jié)論：兩者在很多方面都差不多，比如軟件設(shè)計(jì)，原理等等。盡管前者較后者在顯示方面表現(xiàn)的更出色，但是LCD1602A液晶顯示屏已經(jīng)完全能滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)的要求，而且在價(jià)格上比12864要便宜許多，購(gòu)買(mǎi)也很方便。功能實(shí)現(xiàn)一樣，但從價(jià)格方面考慮，LCD1602A就是最好的選擇。2.3.3單片機(jī)選擇方案方案一：選用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造的低電壓，高性能CMOS型8位單片機(jī)-AT89C51，能兼容工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳。通用的8位中央處理器(CPU)與Flash存儲(chǔ)單元、FLASH工藝的4K程序存儲(chǔ)器使其功能更加強(qiáng)大，該單片機(jī)對(duì)其他設(shè)備要求非常低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也比其他單片機(jī)短很多。它可對(duì)內(nèi)部的程序進(jìn)行加密，價(jià)格也比常見(jiàn)的單片機(jī)要低些。 方案二：雖然STC89C51系列的單片機(jī)的指令系統(tǒng)和AT89C51系列的完全兼容，但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中還是存在很多的不用之處：（1）AT89C51系列單片機(jī)只能夠用ISP下載程序，所以就必須購(gòu)買(mǎi)編程器，這樣設(shè)計(jì)成本會(huì)上升；STC89C51系列可以使用USB轉(zhuǎn)串口下載程序，免費(fèi)到STC廠家網(wǎng)站上下載軟件。STC系列的較AT系列的相對(duì)市場(chǎng)價(jià)要低一些。（2）STC系列的單片機(jī)能非常迅速響應(yīng)指令，大約為AT系列的3-30倍，使用STC時(shí)要注意在一些對(duì)時(shí)序有嚴(yán)格要求的模塊中延長(zhǎng)延時(shí)，約為AT系列的10-30倍既可。 （3）對(duì)工作環(huán)境的非常低的要求使得STC系列能在低于5-4V的情況下正常工作，這對(duì)于AT系列的就不行了。所以對(duì)某一些系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，STC系列的單片機(jī)能正常工作，而AT系列的卻不能工作。綜合考慮以上兩種方案，再加上在學(xué)校學(xué)習(xí)期間學(xué)過(guò)數(shù)字電路、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)原理，以及考慮單片機(jī)的其它資源和這次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能，最終還是選擇使用STC系列的單片機(jī)來(lái)完成本次設(shè)計(jì)。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1概述本次硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要由電源模塊、單片機(jī)、溫濕度傳感模塊、顯示器顯示模塊以及聲光報(bào)警五大模塊所構(gòu)成，而其中的單片機(jī)是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的核心部分，主要是操控單片機(jī)維持整個(gè)體系的正常運(yùn)行，同時(shí)聯(lián)合其它四個(gè)模塊共同作用，實(shí)現(xiàn)溫濕度檢測(cè)功能；電源模塊就是為整個(gè)系統(tǒng)供所需的電壓，保障整個(gè)系統(tǒng)的正常工作；而聲光報(bào)警模塊主要是蜂鳴器和發(fā)光二極管的聯(lián)合報(bào)警；溫濕度傳感模塊是作用于大棚內(nèi)的溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)；顯示器顯示模塊接入電路中，顯示用戶(hù)對(duì)其設(shè)定的上下限值以及顯示傳感器采集回來(lái)后單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)。3.2 按鍵模塊 本設(shè)計(jì)外置三個(gè)按鍵，可以根據(jù)用戶(hù)的需求進(jìn)行溫濕度的上下限設(shè)置，如圖3-1所示。圖3-1按鍵模塊電路圖3.3 電源模塊本次設(shè)計(jì)的電源部分采用外接電源，外接3節(jié)7號(hào)干電池，約4.5V的電壓。電路如圖3-2所示。圖3-2 電源模塊電路圖3.4 主控模塊單片機(jī)STC89C52中央控制部分經(jīng)過(guò)對(duì)DHT11傳感器采集反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行識(shí)別，將反饋獲得的溫濕度數(shù)據(jù)信息送入單片機(jī)進(jìn)行分析和處理，再將單片機(jī)處理后的信號(hào)傳遞給LCD1602液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，完成信號(hào)的接收顯示與發(fā)送，連接發(fā)光二極管和蜂鳴器，控制整個(gè)聲光報(bào)警模塊。圖3-3 STC89C52主控原理圖3.5溫濕度傳感器模塊DHT11這一款數(shù)字溫濕度傳感器的連接方法非常簡(jiǎn)單，第一支腳(VCC）連接的是電源的正極，第四支腳（GND）連接的是電源的負(fù)極即地端，數(shù)據(jù)端口為第二支腳（Dout），可以直接與主機(jī)（單片機(jī)）的I/O端口相連。由于測(cè)試的電路距離小于二十米，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們?nèi)藶榈卦跀?shù)據(jù)端和電源之間加上了一個(gè)10k歐姆的上拉電阻，第三支腳（NC）為空腳，懸空不使用。電路圖如下圖3-4所示。圖3-4 DHT11傳感器電路圖3.6 顯示器顯示模塊液晶顯示的原理是使用液晶的少許物理特性，操作電壓對(duì)屏幕顯示部分進(jìn)行控制，有電流經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)有圖像顯示，如此就能夠顯示出控制的圖形。本次設(shè)計(jì)就是讓LCD和單片機(jī)直接相連，1腳和3腳之間連接一個(gè)2k電阻調(diào)整對(duì)比度。圖3-5為其電路圖。圖3-5 液晶顯示屏電路圖3.7 聲光報(bào)警模塊蜂鳴器這款一體化結(jié)構(gòu)的電子發(fā)聲器，采用的是直流電壓供電方式，讓它能發(fā)出某些固定頻率的或者僅僅單調(diào)的聲音。在本次設(shè)計(jì)中充當(dāng)聲音報(bào)警發(fā)生器。本次設(shè)計(jì)采用的就是以發(fā)紅光的是磷砷化鎵二極管作為光報(bào)警的發(fā)生器。圖3-6為聲光報(bào)警模塊工作電路圖。圖3-6 聲光報(bào)警模塊電路圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖在了解了本文設(shè)計(jì)報(bào)告的大體內(nèi)容以后，首要任務(wù)就是策劃出主程序的框架的流程圖，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)劃分子模塊，要求每個(gè)子模塊能達(dá)到本次設(shè)計(jì)的基本要求，最后把每一個(gè)子模塊科學(xué)正確的連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)此次設(shè)計(jì)的功能。如圖4-1所示：系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)動(dòng)蜂鳴器鳴叫LCD1602初始化讀取溫濕度值自動(dòng)采集判斷是否超過(guò)預(yù)設(shè)值？聲光報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警正常運(yùn)行狀態(tài)LCD1602顯示聲光報(bào)警系統(tǒng)不啟動(dòng)報(bào)警NY圖4-1 主程序流程圖打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，蜂鳴器會(huì)鳴叫一聲，發(fā)光二極管也會(huì)閃爍一次。此時(shí)LCD開(kāi)始初始化，DHT11快速的采集當(dāng)前環(huán)境中的溫濕度，反饋給LCD顯示當(dāng)前溫濕度，并且發(fā)送給單片機(jī)和之前設(shè)定的上下限值做判斷，最后的措施再反饋給蜂鳴器和發(fā)光二極管由其實(shí)施。4.2顯示器流程圖液晶顯示屏每次執(zhí)行指令前需要確認(rèn)標(biāo)記的電平的高低。1602液晶顯示屏能夠和STC89C52直接對(duì)連的。軟件流程圖如圖4-2所示：開(kāi)始LCD初始化延時(shí)顯示第二行內(nèi)容設(shè)置第二行顯示位置設(shè)置第一行顯示位置顯示第一行內(nèi)容圖4-2 顯示屏流程圖4-2顯示屏原理圖4.3 溫濕度傳感模塊流程圖傳感器模塊軟件流程圖如圖4-3所示DHT11上電延時(shí)保持高電平檢查記錄信息輸出低電平延時(shí)輸出低電平數(shù)據(jù)輸出結(jié)束信號(hào)