基于單片機(jī)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、學(xué)科分類號:_湖南人文科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目： 基于單片機(jī)的智能溫室大 棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 胡佳欣 學(xué)號12417113系部： 信息學(xué)院 專業(yè)年級：2012級電子信息科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師: 張吉左 職稱： 工程師 湖南人文科技學(xué)院教務(wù)處制湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))湖南人文科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì),是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明.本人完全意識(shí)到本聲明

2、的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：（手寫）二年月日（手寫）III目 錄第一章緒論11。1 課題背景及目的11。2 國內(nèi)外研究狀況11.3 設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容2第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32。1 功能設(shè)計(jì)32.2 系統(tǒng)組成及工作原理32。3 單片機(jī)42.3。1 AT89C51單片機(jī)功能42。3.2 AT89C51單片機(jī)引腳及構(gòu)成52.4 溫濕度傳感器72。4。1 SHT10溫濕度傳感器72.4。2 SHT10傳感器引腳及參數(shù)72。5 LCD160292.5.1 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)102。5。2 LCD1602引腳電路圖102。6 警報(bào)系統(tǒng)11第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)123。1 初始化與數(shù)據(jù)采集模塊123。

3、2 數(shù)據(jù)判斷模塊133。3 LCD1602顯示模塊133。4 警報(bào)模塊15第四章仿真與調(diào)試16第五章結(jié)論20致謝21參考文獻(xiàn)22附錄23湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下,智能溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生,它能讓農(nóng)作物擁有更好的生長環(huán)境.將單片機(jī)運(yùn)用到對大棚內(nèi)溫度、濕度的采集與監(jiān)控,提出了基于單片機(jī)的智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整套系統(tǒng)由溫濕度傳感器、AT89C51單片機(jī)、聲光報(bào)警器、顯示器等部分組成。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心單元,溫濕度傳感器為測量元件，儲(chǔ)存并分析所測量的數(shù)據(jù),通過與預(yù)設(shè)參數(shù)的對比，判斷是否發(fā)出警報(bào)。 通過此設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)有效的

4、對農(nóng)作物生長過程中的溫度、濕度進(jìn)行測量，并能直觀的顯示出來。系統(tǒng)克服了人工傳統(tǒng)溫濕度采集的遲滯性、不準(zhǔn)確性等諸多弊端,操作更方便,效率更高。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；數(shù)據(jù)傳輸；監(jiān)控系統(tǒng)Design of Intelligent Greenhouse Monitoring System Based on SCMAbstract：Under the promotion of science and technology， intelligent greenhouse came into being, it can make crops have better growing environment

5、in the promotion of science and technology, the intelligent greenhouse came into being， it can with a better environment for the growth of crops。The SCM is applied to the collection and monitoring of temperature and humidity in the greenhouse，a design scheme of Intelligent Greenhouse Monitoring Syst

6、em Based on SCM is put forward。The whole system consists ofsensor，AT89C51SCM, sound and light alarm， display.Comparison of the design AT89C51 microcontroller as the core unit， temperature and humidity sensor for measuring components， connected by single chip computer， storage and analysis of the mea

7、sured data with preset parameters to determine whether the alarm。Through this design, we can measure the temperature and humidity in the process of crop growth in real time.The system overcomes the disadvantages of artificial traditional temperature and humidity acquisition， such as hysteresis， inac

8、curacy and so on, which is more convenient and efficient。KeyWords：SCM； Sensor; Data transmission； Monitoring system23第一章 緒論1.1課題背景及目的中國自古以來是農(nóng)業(yè)大國，數(shù)千年來一直以種植業(yè)為主。地域遼闊、人口眾多，市場經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展擴(kuò)大,居民的生活水平要求達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，對于食品安全質(zhì)量也提出了更嚴(yán)格的要求.在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下,農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程越來越快，越來越受到重視，農(nóng)業(yè)科學(xué)的應(yīng)用和研究逐步展開,進(jìn)而催生了智能溫室大棚技術(shù)。智能溫室大棚是把智能化操作模式運(yùn)用到溫室種植中，利用

9、高科技的環(huán)境模擬技術(shù)，調(diào)節(jié)出農(nóng)作物最適合的環(huán)境參數(shù)。智能溫室大棚在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的占有著很重要的地位，我國的溫室大棚產(chǎn)業(yè)在整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上比例不斷加大.目前，在全世界范圍內(nèi)我國的溫室面積位居前列,但是這些普通的溫室大棚沒有技術(shù)、設(shè)備的支持，當(dāng)自然災(zāi)害來臨時(shí)，自我抵抗能力很低,不能很好的調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的自然條件參數(shù)，智能化程度低，技術(shù)含量不高。究其根本,在于溫室大棚缺乏現(xiàn)代化的智能監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng).在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，往往需要對生產(chǎn)環(huán)境中的一些重要參數(shù)進(jìn)行采集和檢測。許多環(huán)境條件都在影響著農(nóng)作物的長勢，例如:空氣的溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等,這些因素都與植物的生長發(fā)育密切相關(guān)，人們手工的對環(huán)境參

10、數(shù)進(jìn)行檢測不僅測量不準(zhǔn)確，而且不能連續(xù)作業(yè)，容易造成經(jīng)濟(jì)損失，很難達(dá)到種植的預(yù)期效果,也不利于提高種植質(zhì)量和規(guī)模，信息化程度難以提升高職富.溫室環(huán)境控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景J.中國市場,2007年第35期:106-107.智能化溫室大棚通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與管理，運(yùn)用環(huán)境科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息處理等技術(shù)，能對大棚內(nèi)環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、采集、監(jiān)控。結(jié)合溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)所收集到的參數(shù)數(shù)據(jù)，農(nóng)作物的自然生長狀況，有效的調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)的環(huán)境條件,使得農(nóng)作物達(dá)到預(yù)期的長勢,提高產(chǎn)量與質(zhì)量。1。2國內(nèi)外研究狀況我國是溫室栽培發(fā)源地，溫室大棚技術(shù)運(yùn)用得最早，在很多年前我國就能利用類似溫室覆蓋設(shè)施來種植各種農(nóng)

11、作物。我國的智能溫室產(chǎn)業(yè)雖然起步落后于歐美等發(fā)達(dá)國家，但發(fā)展迅速。在種植規(guī)模上，我國的溫室種植面積排在世界前列。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，溫室大棚的環(huán)境調(diào)控方式不斷在改進(jìn),傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，逐漸向大型產(chǎn)業(yè)化、模塊化和多樣化的方向發(fā)展吉紅.自動(dòng)控制在國外設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用J.農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展,2007(5):52-54.。我國溫室規(guī)模雖然十分龐大，但是配備有智能監(jiān)控系統(tǒng)的溫室微乎其微.上世紀(jì)八十年代開始，我國開始把將溫室大棚結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)與用到農(nóng)業(yè)發(fā)展上，90年代又研發(fā)出了溫室大棚的控制管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)能對溫濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測等綜合控制。歐美發(fā)達(dá)國家在發(fā)展智能溫室產(chǎn)業(yè)

12、中智能化程度很高，溫室內(nèi)溫濕度、光強(qiáng)、肥料等都實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)控. 不論是在電子計(jì)算機(jī)方面，還是將計(jì)算機(jī)結(jié)合到農(nóng)業(yè)栽培上,美國都走在了所有國家的最前面,目前,美國的智能溫室大棚種植面積也是最大的，他們擁有發(fā)達(dá)的硬件設(shè)施和先進(jìn)的栽培技術(shù)，綜合質(zhì)量水平很高.環(huán)境控制計(jì)算機(jī)是用來對影響作物生長的環(huán)境因素進(jìn)行管控.發(fā)達(dá)國家的智能溫室產(chǎn)業(yè)已邁入高科技方向發(fā)展,遠(yuǎn)程無線遙測技術(shù)、局域網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)）等已在智能溫室系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)畢玉革,麻碩士.我國現(xiàn)代溫室環(huán)境控制硬件系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展J. 農(nóng)業(yè)化研究,2009年第3期:226-229.。另外還有多個(gè)端口連接到網(wǎng)絡(luò)，通過無線連接等技術(shù)，工作人員可以在其他地

13、方通過電子計(jì)算機(jī)、甚至手持終端對大棚進(jìn)行監(jiān)控管理。在有了智能溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，越來越多的發(fā)達(dá)國家正致力于大棚種植的無人化.農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，我們可以設(shè)計(jì)出智能測溫測濕等系統(tǒng)，接下來的一步便是實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)無人化自動(dòng)機(jī)械化操控。歐美國家的大棚機(jī)械化程度很高，不僅僅再是人們繁瑣的對大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行手工改善,智能機(jī)械化大棚能夠利用機(jī)械化技術(shù)，對大棚進(jìn)行自我調(diào)節(jié)與操作.機(jī)械臂、機(jī)器人越來越廣泛地運(yùn)用到了大棚種植技術(shù)中來，敲敲鍵盤就能控制大棚內(nèi)的環(huán)境條件，這都是機(jī)械化的成果，自動(dòng)噴灌系統(tǒng)，自動(dòng)化遮陽簾，自動(dòng)施肥通風(fēng)甚至自動(dòng)播種、收割等等，這將是智能自動(dòng)化溫室大棚的趨勢王世明,王冰.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室

14、系統(tǒng)J.山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(9):69-73.。1。3設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容1、研究影響溫室內(nèi)溫濕度參數(shù)變化的原因，分析調(diào)控溫室大棚內(nèi)溫濕度參數(shù)的方法.2、根據(jù)目前國內(nèi)外溫室大棚的研究成果，利用單片機(jī)技術(shù)、通信原理、傳感器技術(shù)、設(shè)計(jì)編程等，設(shè)計(jì)出一套基于單片機(jī)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)。3、詳述AT89C51單片機(jī)在此設(shè)計(jì)方案中的工作方式,通過溫濕度傳感器準(zhǔn)確地將溫濕度參數(shù)測量出來，并將數(shù)據(jù)記錄儲(chǔ)存下來。4、通過與預(yù)設(shè)的參數(shù)值進(jìn)行對比，當(dāng)檢測到的溫度參數(shù)超過預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)（溫度60）,系統(tǒng)發(fā)出聲光警報(bào)。5、對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬仿真。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分

15、為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分。在硬件設(shè)計(jì)部分中,傳感器、單片機(jī)、顯示屏、報(bào)警器等硬件相互兼容,為整套監(jiān)控系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的硬件支撐。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，靈活運(yùn)用核心硬件單片機(jī)的性能及功能,強(qiáng)化各部件的工作流程，編寫出一套簡單實(shí)用的程序，使整套設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)作流暢，能基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。2。1功能設(shè)計(jì)1、溫度傳感器和濕度傳感器能對溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和采集。2、傳感器所檢測的數(shù)據(jù)由單片機(jī)進(jìn)行處理，準(zhǔn)確判斷參數(shù).3、數(shù)據(jù)能直觀的顯示在顯示屏上。4、控制處理,當(dāng)所測溫度超過60時(shí),觸發(fā)聲光警報(bào)器。2。2系統(tǒng)組成及工作原理以單片機(jī)為核心單元,運(yùn)用傳感器、通信原理等技術(shù)以及電路構(gòu)成整套設(shè)計(jì)

16、系統(tǒng)。選用的主要元器件：AT89C51單片機(jī)、SHT10溫濕度傳感器、LCD1602顯示屏、LED、蜂鳴器等張新榮.基于單片機(jī)的多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（7）：13-21.。在系統(tǒng)的軟件部分，系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)判斷模塊、LCD顯示模塊、警報(bào)模塊，其中，數(shù)據(jù)收集模塊由SHT10溫濕度傳感器來完成,數(shù)據(jù)判斷模塊由預(yù)設(shè)程序來執(zhí)行。通過各硬件之間的正確連接，配合各硬件所設(shè)計(jì)的軟件流程，從而構(gòu)成了一套基于單片機(jī)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)組成如圖2-1所示：AT89C51單片機(jī)數(shù)據(jù)顯示電路（LCD1602）報(bào)警電路（LED蜂鳴器）溫濕度檢測電路（溫濕度傳感器SHT

17、10）圖21 系統(tǒng)的組成系統(tǒng)組成及工作原理：基于單片機(jī)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為核心單元，利用溫濕度傳感器對溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行精確測量，將溫度量和相對濕度量的模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號并傳輸?shù)紸T89C51單片機(jī)中,通過與預(yù)設(shè)的溫濕度參數(shù)值的對比,如果所測量的實(shí)時(shí)溫濕度參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍（溫度60），自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，警報(bào)裝置可發(fā)出聲光警報(bào)，數(shù)據(jù)參數(shù)直觀的顯示在顯示屏上熊詩波.機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)（第4版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008，60-102.。若所測量的實(shí)時(shí)溫濕度參數(shù)沒有超過預(yù)設(shè)范圍,系統(tǒng)不發(fā)出警報(bào).2。3 單片機(jī)單片機(jī)發(fā)明于1971年，其

18、發(fā)展分為SCM、MCU、SOC三個(gè)階段。在早期階段，SCM是主要潮流，為了讓嵌入式系統(tǒng)擁有最佳的體系結(jié)構(gòu)，SCM是最佳的單片形態(tài)適應(yīng)此系統(tǒng)。它也奠定了單片機(jī)與通用計(jì)算機(jī)的兩條不同的發(fā)展路徑。因特爾公司在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路上功不可沒.為了滿足嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，各種系統(tǒng)的發(fā)展都要求其有智能化控制能力。在電氣、電子技術(shù)領(lǐng)域的廠商擔(dān)起了MCU發(fā)展的重任.在這方面，飛利浦公司最為成功，它利用在嵌入式方面的巨大優(yōu)勢,將MCS快速的發(fā)展到了微控制器.目前，單片機(jī)的發(fā)展趨勢就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化.隨著EDA、微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)等發(fā)展迅速,基于單片機(jī)的SOC設(shè)計(jì)有了較大的進(jìn)步.2。3。1 AT89C

19、51單片機(jī)功能AT89C51具有以下特點(diǎn)：看門狗(WDT）電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,40個(gè)引腳,2層中斷嵌套中斷，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口,2個(gè)全雙工串行通信口,128字節(jié)的RAM,4000字節(jié)Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,5個(gè)中斷優(yōu)先級.此外，振蕩頻率在AT89C51中，也相應(yīng)地進(jìn)行了設(shè)計(jì)和配置。而且運(yùn)用軟件設(shè)置合理的省電模式.在掉電模式下，振蕩器停止工作來保護(hù)RAM的數(shù)據(jù),阻止其他芯片功能,直到外部中斷或硬件復(fù)位被激活.空閑模式下，RAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行端口和中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。但是中央處理器就會(huì)結(jié)束工作。AT89C51單片機(jī)是一款高性能，低

20、能耗CMOS8位微控制器，具有4K 系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。該微控制器采用Atmel的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容.Flash允許芯片上的程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，也適用于傳統(tǒng)的編程。在單芯片上,它有一個(gè)方便的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，因此AT89C51可以在很多大型應(yīng)用系統(tǒng)中使用.2。3。2AT89C51單片機(jī)引腳及構(gòu)成單片機(jī)引腳如圖22所示:圖22AT89C51單片機(jī)引腳圖VCC：電源.GND：接地。RST： 復(fù)位。當(dāng)振蕩器響應(yīng)時(shí),復(fù)位引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG:在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，

21、地址鎖存是允許輸出脈沖，用來鎖存低位字節(jié)。在Flash編程的期間，PROG還能用來做編程輸入脈沖.在一般情況下，ALE 十一震蕩頻率的1/6輸出,可用來作為外部定時(shí)器或定時(shí)目的.PSEN:外程序存儲(chǔ)允許是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器輸出端。P0 口：P0口有三個(gè)功能：當(dāng)外部擴(kuò)展時(shí)，將用作數(shù)據(jù)總線，也可以用作地址總線；當(dāng)PO口不作擴(kuò)展時(shí)，可以作為一般的I/O來使用，但內(nèi)部沒有上拉電阻，當(dāng)做輸入或輸出時(shí)要在其外部接上拉電阻。P1口：P1口只做I/O口使用，P1口的內(nèi)部自帶有上

22、拉電阻.P2口:P2口有兩個(gè)功能：當(dāng)外部擴(kuò)展時(shí)，將用作數(shù)據(jù)總線；當(dāng)作為一般的I/O口使用時(shí),它的內(nèi)部帶有上拉電阻.P3 口：P3口有兩個(gè)功能：當(dāng)做I/O口使用,一些由特殊寄存器來設(shè)置的特殊功能。CPU：中央處理器，包含了運(yùn)算邏輯部件，其中還有寄存器、控制部件等等。RAM：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，與CPU直接交換數(shù)據(jù)，作為程序數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)媒介。ROM:只讀存儲(chǔ)器,存放原始數(shù)據(jù)、程序等.單片機(jī)的寄存器:具有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器（如果EA解讀，程序只從外部存儲(chǔ)器開始讀取)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）.機(jī)器周期和指令周期:振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、指令周期.中斷系統(tǒng)：AT89C51單片機(jī)擁有6個(gè)

23、中斷源，它包括了兩個(gè)外部中斷INT0和INT1，三個(gè)定時(shí)終端，一個(gè)串行中斷.復(fù)位系統(tǒng)：復(fù)位系統(tǒng)的使用方式是上電和按鍵兩種方式共同運(yùn)作，兩者都能夠?qū)纹瑱C(jī)復(fù)位。在這里面，上電方式的復(fù)位，是為了使單片機(jī)電容的充放電時(shí)間保持在2US以上,同時(shí)RST引腳接收得到這個(gè)電信號，這樣便完成了上電方式的復(fù)位;在使用鍵盤復(fù)位方式時(shí)，此時(shí)電充處于一個(gè)暫時(shí)性短路狀態(tài)，電能被全部釋放掉，電阻增大，引起了系統(tǒng)的復(fù)位康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005,5-18.。復(fù)位電路如圖23所示：圖23單片機(jī)復(fù)位電路時(shí)鐘電路是時(shí)序的基礎(chǔ)，按照先后順序有規(guī)律地運(yùn)作,單片機(jī)內(nèi)由一個(gè)反相放大器構(gòu)成振

24、蕩器，可以由它產(chǎn)生時(shí)鐘，時(shí)鐘有內(nèi)部方式和外部方式兩種方式。系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,XTAL1輸入端和XTAL2為輸出端之間設(shè)有12M的石英晶體和30pF的電容，以此構(gòu)成了一個(gè)相對穩(wěn)定的振蕩器,采用外部時(shí)鐘方式時(shí),XTAL2口懸空，它的外部時(shí)鐘電源將會(huì)接到XTAL1口。時(shí)鐘電路如圖2-4所示圖24 單片機(jī)時(shí)鐘電路2。4溫濕度傳感器溫度和濕度對于生長過程中的農(nóng)作物來說，是最為重要的環(huán)境因素之一，如果沒有適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，植物將面臨長勢差，甚至凋亡。在很久以前就有了溫濕度的測量方式，在溫室大棚種植業(yè)中，傳統(tǒng)的溫濕度測量方式以人們手工測量為主，這類測量方式不僅操作十分繁瑣，而且測量出的溫濕度值也十分不精

25、確，時(shí)間遲滯，不能連續(xù)作業(yè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，從而影響到了農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在測量手段方面也有了很大的進(jìn)步。溫濕度傳感器是一種能將某種條件下的溫度和濕度的模擬信號轉(zhuǎn)換為能夠讓其他電子設(shè)備識(shí)別的電信號的設(shè)備，這樣一來人們就能很方便的對溫度和濕度進(jìn)行采集。溫濕度傳感器的應(yīng)用，保證了農(nóng)作物的質(zhì)量、產(chǎn)量，提高了生產(chǎn)效率,保證生產(chǎn)安全，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。如今,我們能在市場上買到的的溫濕度傳感器一般測量的是溫度量和相對濕度量。目前，智能化設(shè)備不斷普及,智能手機(jī)、電腦等移動(dòng)終端發(fā)展十分迅速，許多的智能設(shè)備都已經(jīng)內(nèi)置了微機(jī)電系統(tǒng)。傳感器的種類及工作方式逐漸向人性化方向發(fā)展,適應(yīng)各種工作環(huán)境下的需

26、求。未來的高精度溫濕度傳感器將越來越智能化、微型化、大眾化，運(yùn)用到的領(lǐng)域也將越來越廣闊。2。4。1SHT10溫濕度傳感器SHT系列溫濕度傳感器是一種擁有已校準(zhǔn)的數(shù)字信號輸出的溫濕度一體傳感器。它運(yùn)用溫濕度傳感技術(shù)和專用數(shù)字模塊采集技術(shù),傳感器在工作的穩(wěn)定性和可靠性方面都十分的令人滿意。這種傳感器的測濕系統(tǒng)是一個(gè)電容式聚合體測濕元件，感溫系統(tǒng)是一個(gè)能隙式測溫元件，所以這類溫濕度傳感器具有響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、品質(zhì)優(yōu)、性價(jià)比高的特點(diǎn)。所有的SHT10溫濕度傳感器都在濕度十分精準(zhǔn)的校驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn),在OTP內(nèi)存里,校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式進(jìn)行存儲(chǔ),當(dāng)傳感器內(nèi)部進(jìn)行信號檢測處理時(shí)將調(diào)用這些儲(chǔ)存好了的校準(zhǔn)系數(shù)

27、，單線制的串行接口是的系統(tǒng)集成非常便捷。它的傳輸距離元，體積小巧，能耗極低，使得SHT系列型號傳感器大規(guī)模應(yīng)用于各種環(huán)境場合徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004,34-36.2。4.2SHT10傳感器引腳及參數(shù)引腳如圖25所示：圖25SHT10傳感器引腳圖傳感器引腳分配如表2-1所示:表21 傳感器引腳分配引腳序號名稱描述1GND接地2DATA串行數(shù)據(jù)，雙向口3SCK串行時(shí)鐘，輸入口4VDD電源NCNC懸空傳感器接口電路如圖2-6所示：圖26SHT10接口電路圖其中GND接地；DATA為雙向串行數(shù)據(jù)接口，SCK為串行時(shí)鐘單向輸入口；VDD接電源，其中，

28、NC腳必須懸空。SHT10溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)如表22所示：表22 傳感器參數(shù)表2.5LCD1602LCD（Liquid Crystal Display)通常稱作液晶平面顯示器或者液晶顯示器.它是將液態(tài)晶體放置在兩片平行的玻璃基板之間，兩塊玻璃中間有很多電線,上下玻璃基板分別設(shè)置：薄膜晶體管（TFT)、彩色濾光片,通過上電、改變電壓、信號來操控水晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向,把光線折射了出來從而產(chǎn)生畫面，達(dá)到顯示目的。LCD1602就是指的顯示內(nèi)容為16*2，即顯示2行,每行顯示16位字符。LCD1602能耗低、可以顯示的內(nèi)容豐富、小巧輕薄，因此在各類的儀表和設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用得十分廣泛。2.5。1LCD160

29、2主要技術(shù)參數(shù)顯示容量：16×2個(gè)字符 工作電壓：4。55。5V ,工作電流：2。0mA（5。0V） 模塊最佳工作電壓：5。0V 字符尺寸:2.95×4.35（W×H)mm2。5。2LCD1602引腳電路圖引腳如圖27所示：圖27LCD引腳LCD1602引腳說明：VSS:電源，VDD：電源正極,VD：液晶顯示偏壓，RS:數(shù)據(jù)或者命令選擇，R/W：讀/寫選擇，E:使能信號，D0D7：數(shù)據(jù)，BLA：背光源正極，BLK：背光源負(fù)極LCD電路連接如圖28所示:圖2-8LCD電路圖2。6 警報(bào)系統(tǒng)系統(tǒng)的警報(bào)系統(tǒng)采用了聲光報(bào)警設(shè)計(jì)，在本系統(tǒng)中，當(dāng)溫度或者濕度超出了預(yù)定設(shè)置的參

30、數(shù)范圍（溫度60），系統(tǒng)的光報(bào)警部分為紅色LED燈警報(bào)提示，聲報(bào)警部分為蜂鳴器警報(bào)提示，因?yàn)槿龢O管可以為蜂鳴器提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，所以在此處加入三極管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器.在正常的溫度和濕度下，系統(tǒng)檢測出的參數(shù)符合預(yù)先設(shè)定的要求,則警報(bào)器不發(fā)出警報(bào)賴麒文.8051單片機(jī)C語言開發(fā)環(huán)境實(shí)務(wù)與設(shè)計(jì)M.北京：科學(xué)出版社，2002,78-80.。電路連接如圖2-9所示：圖29 報(bào)警電路連接圖第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要有：系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)判斷模塊、LCD顯示模塊、警報(bào)模塊。核心單元為AT89C51單片機(jī)，溫濕度傳感器對溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行測量,將測量到的溫度和濕

31、度參數(shù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，通過與預(yù)設(shè)的參數(shù)值進(jìn)行對比，當(dāng)所檢測的溫度參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍時(shí)（溫度60），自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，警報(bào)裝置可發(fā)出聲光警報(bào)。數(shù)據(jù)參數(shù)直觀的顯示在顯示屏上.設(shè)計(jì)流程圖如圖31所示：圖31 運(yùn)行流程圖3。1 初始化與數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng)初始化模塊主要功能：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、設(shè)定系統(tǒng)工作狀態(tài)。具體包括以下幾方面內(nèi)容:AT89C51單片機(jī)的初始化以及定義引腳、LCD1602的初始化以及它的運(yùn)行方式、整個(gè)系統(tǒng)開始正常狀態(tài)的運(yùn)行.整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集由溫濕度傳感器采集，溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)測是本系統(tǒng)最重要的模塊之一，實(shí)現(xiàn)溫度和濕度的測量,實(shí)現(xiàn)將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的功能.溫濕度傳感器采集了溫濕度模擬信號之

32、后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,將數(shù)字信號發(fā)送至AT89C51單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的處理后,LCD1602液晶顯示屏上將直觀的顯示溫度、濕度的數(shù)值,以便于人們的操作。由此可以看出，溫度傳感器所測溫度、濕度的準(zhǔn)確度直接影響到了整套設(shè)計(jì)的最終結(jié)果。3。2數(shù)據(jù)判斷模塊經(jīng)過SHT10傳感器采集到的溫度和濕度的數(shù)值，要與提前預(yù)設(shè)好了的參數(shù)值進(jìn)行對比。這就是溫濕度的判斷模塊了，兩個(gè)參數(shù)值先進(jìn)行判斷、對比，然后進(jìn)行操控。整個(gè)溫濕度參數(shù)的判斷模塊是這個(gè)系統(tǒng)的橋梁,它決定著系統(tǒng)接下來要執(zhí)行什么任務(wù)。經(jīng)模塊判斷,如果當(dāng)前的溫濕度參數(shù)超出了預(yù)設(shè)范圍，那么系統(tǒng)將觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng).溫度傳感器的精準(zhǔn)度直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)行,因此本設(shè)計(jì)采用了S

33、HT10溫濕度傳感器T.Boulard,B.Draoui,F.Neirac.Calibration and validation of a greenhouse climate control model.Acta Horticulturae.1996,(406):46-61.。判斷流程如32所示:圖32 判斷流程圖3。3 LCD1602顯示模塊系統(tǒng)的所測得的溫度值和濕度值是由LCD1602進(jìn)行顯示的。在系統(tǒng)初始化后，LCD1602上不顯示任何數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)發(fā)送至LCD1602時(shí)，顯示屏第一行顯示濕度值，第二行顯示溫度值。目前市場上的字符液晶大多數(shù)基于HD44780液晶芯片，它們的控制原

34、理都是相同的，所以可以很方便的應(yīng)用于大部分的字符型液晶V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ ,2002.。液晶顯示器驅(qū)動(dòng)程序:void w_cmd（uchar com） /lcd1602寫命令 rs=0； lcd=com； en=1； delay（5)； en=0；void w_data（uchar dat） /lcd1602讀數(shù)據(jù) rs=1； lcd

35、=dat； en=1； delay(5）; en=0;void w_str(uchar s) /lcd1602寫字符串 while（*s） w_data(*s+）;void lcd_int(） /lcd1602初始化 en=0; w_cmd（0x38）； w_cmd（0x0c）； w_cmd(0x06）； w_cmd(0x01）； w_cmd(0x80+0x00)； w_str（table0）; w_cmd（0xc0+0x00）； w_str（table1）；3.4 警報(bào)模塊本設(shè)計(jì)的警報(bào)模塊由兩部分組成，光報(bào)警和聲報(bào)警.單片機(jī)控制LED燈的報(bào)警狀態(tài)，經(jīng)過與預(yù)設(shè)溫濕度值的對比，系統(tǒng)測得的溫濕度值

36、在其預(yù)設(shè)的安全范圍內(nèi),LED等不被激活點(diǎn)亮；一旦超出了預(yù)設(shè)范圍，LED被激活亮燈。在光警報(bào)被激活的同時(shí)，聲警報(bào)也被激活。如果溫濕度值超出了預(yù)設(shè)范圍(溫度60),LED燈亮、蜂鳴器發(fā)聲，反之,測得的溫濕度在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，LED燈不亮，蜂鳴器不發(fā)聲。警報(bào)判斷程序如下:if（temset） /溫度高于設(shè)定，報(bào)警 for （i = 0； i 200； i+） SPK = 0; for （j = 0； j 100； j+）； SPK = 1； for （j = 0； j 100； j+）； led=0;else SPK = 1； led=1；第四章 仿真與調(diào)試在本設(shè)計(jì)中，我們用到了Keil uVsion

37、4、Proteus進(jìn)行軟硬件的仿真調(diào)試。Keil C51是美國Keil Software公司研發(fā)的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),相比匯編，C語言在功能結(jié)構(gòu)、可讀性、維護(hù)方面上有著巨大的優(yōu)勢,易學(xué)而且運(yùn)用簡單.Keil提供了一整套開發(fā)方案,包括仿真調(diào)試器、宏匯編、C編譯器、庫管理、鏈接器等,通過uVsion將它們組合在一起。Proteus是全球使用最普遍的EDA工具，從布局原理圖、調(diào)試程序到單片機(jī)與外接線路的仿真，PCB設(shè)計(jì),從理論到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn).是目前全球唯一將模擬仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。Proteus提供了最好的動(dòng)態(tài)仿真效果和視覺感受,強(qiáng)

38、大而全面的數(shù)據(jù)庫，簡單易懂，功能強(qiáng)大。我們將寫好的程序編入Keil uVsion4中，并形成hex文件。如圖41所示：圖4-1 程序編譯通過程序的編譯，我們可以從下面的狀態(tài)欄看到此程序沒有出現(xiàn)編寫錯(cuò)誤，這時(shí)便可以打開Proteus軟件對其進(jìn)行模擬電路仿真了。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，結(jié)合Proteus中已有的功能,選擇適合的元器件，在Proteus中繪制出整體電路圖,如圖42所示：圖4-2 整體電路整體電路主要由AT89C51單片機(jī)、SHT10溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示器、LED燈、蜂鳴器以及各類電子元器件組成,選擇合適的位置對元器件進(jìn)行整體布局,形成簡單、實(shí)用、高效的整體電路圖。雙擊89C51

39、單片機(jī)元件，彈出此對話框，如圖4-3所示:圖4-3 選擇源文件此時(shí)在“Program File"一欄中選擇之前已經(jīng)完成的hex文件，如圖44所示:圖44 選擇源文件現(xiàn)在電路屬于停止?fàn)顟B(tài)，我們點(diǎn)擊左下角的運(yùn)行(Play)按鈕,激活電路系統(tǒng),開始仿真，如圖45所示:圖45 仿真按鈕仿真開始后，我們從上方的模擬LCD顯示屏中可以看到，系統(tǒng)的起始溫度在預(yù)設(shè)范圍以內(nèi)(60），故未發(fā)生警報(bào)（LED黑色，蜂鳴器未發(fā)出響聲），如圖46所示：圖4-6 整體電路圖此時(shí)的下方的LED燈、蜂鳴器均未響應(yīng),我們通過模擬調(diào)節(jié)溫度(SHT10）來激活警報(bào)系統(tǒng),如圖4-7所示:圖47 溫度調(diào)節(jié)將模擬器溫度調(diào)節(jié)至60

40、以上，AT89C51單片機(jī)發(fā)生響應(yīng),此時(shí)溫度已經(jīng)超出了預(yù)設(shè)范圍,系統(tǒng)發(fā)生警報(bào),LED變紅，蜂鳴器發(fā)出聲響,如圖48所示：圖4-8 溫度62。9、LED燈已亮、蜂鳴器報(bào)警通過上述仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的正確性,基本達(dá)到了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的要求，當(dāng)溫度或者濕度超出了預(yù)定設(shè)置的參數(shù)范圍（溫度60），系統(tǒng)的光報(bào)警部分為紅色LED燈警報(bào)提示，聲報(bào)警部分為蜂鳴器警報(bào)提示。在正常的溫度和濕度下，系統(tǒng)檢測出的參數(shù)符合預(yù)先設(shè)定的要求,則警報(bào)器不發(fā)出警報(bào)。第五章 結(jié)論以上為畢業(yè)論文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)，先后完成了資料收集,方案的初步設(shè)計(jì),各類硬件的選用，畫圖制作，電路的模擬仿真等。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以AT89

41、C51單片機(jī)為核心單元，利用溫濕度傳感器對溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行測量，通過與預(yù)設(shè)的參數(shù)值進(jìn)行對比，當(dāng)所測量的溫濕度參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，警報(bào)裝置可發(fā)出聲光警報(bào)，數(shù)據(jù)參數(shù)直觀的顯示在顯示屏上.運(yùn)用Keil、Proteus等軟件對電路進(jìn)行模擬仿真,在仿真中，通過模擬調(diào)節(jié)溫度值來激活警報(bào)功能，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期效果。在單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展初期的中國，MCS51系列的單片機(jī)在國內(nèi)的設(shè)計(jì)中運(yùn)用得十分普遍Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ.Powder and Bulk Engineering.1995.這

42、一系統(tǒng)的應(yīng)用,提高了生產(chǎn)效率，保障了生產(chǎn)質(zhì)量、保證了生產(chǎn)安全,智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)運(yùn)用得越來越廣泛。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在很大程度上提高了我的獨(dú)立思考和動(dòng)手能力，考察了我的專業(yè)知識(shí),將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)際中，更加體會(huì)到了鉆研、創(chuàng)新的重要性.在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，仿真與調(diào)試部分運(yùn)用到了沒有接觸過的Proteus仿真軟件，在自學(xué)使用軟件的過程中遇到了不小的麻煩，但最終還是將仿真運(yùn)行了出來。相信在以后的工作、生活、學(xué)習(xí)中能不斷進(jìn)步.致謝時(shí)光如梭，大學(xué)生活即將結(jié)束。在此畢業(yè)論文完成之際,我首先要感謝我的論文指導(dǎo)老師張老師。他是一位認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的老師，從論文題目的選定到論文撰寫完成，

43、張老師一直對我耐心的指導(dǎo),詳細(xì)的修改，在他的督促下論文才得以如期完成。同時(shí)衷心感謝我的父母家人,感謝他們對我的生活、學(xué)習(xí)、工作的物質(zhì)與精神上的支持和照顧，使我能夠?qū)ＷW(xué)習(xí)，得以順利畢業(yè).另外要特別感謝大學(xué)室友在論文撰寫期間對我的大力支持,感謝你們對我的無私幫助，使我順利的完成了論文設(shè)計(jì)還有在大學(xué)期間一同努力的同學(xué)和老師、指導(dǎo)員，我們互相支持、學(xué)習(xí)和照顧，從他們身上學(xué)到了許多，將使我受益終身。最后，向?qū)忛單艺撐牡睦蠋熀蛥⑴c答辯的評審表示由衷的感謝。參考文獻(xiàn)附錄include<reg51.h#include intrins。h /Keil library （is used for _nop（

44、）_ operation) #include math。h> /Keil library include <stdio.h /Keil library#define uchar unsigned chardefine uint unsigned intdefine lcd P0 /液晶屏端口定義typedef union unsigned int i； float f； value;enum TEMP，HUMI；define noACK 0define ACK 1#define STATUS_REG_W 0x06 /000 0011 0define STATUS_REG_R 0x0

45、7 /000 0011 1#define MEASURE_TEMP 0x03 /000 0001 1#define MEASURE_HUMI 0x05 /000 0010 1define RESET 0x1e /000 1111 0/*引腳定義*/sbit SCK=P36; /溫濕度傳感器控制端sbit DATA=P37;sbit SPK = P17;sbit led=P16；sbit k1=P22；sbit k2=P25；sbit rs=P30； /LCD1602控制端sbit en=P31；int tem,humi;uchar ge=0，shi=0,bai=0;uint set=600；

46、/設(shè)定溫度 10/*數(shù)組定義*/uchar code table0=” Hum= 00.0 ”；uchar code table1=” Temp= 00。0 ”；uchar table2="00。0”；/*延時(shí)程序*/ void delay（uint count） /1ms延時(shí) uint k，j; for（k=0；k<count；k+） for（j=0；j110；j+)；/*液晶驅(qū)動(dòng)程序*/void w_cmd(uchar com） /lcd1602寫命令 rs=0； lcd=com； en=1； delay（5); en=0;void w_data（uchar dat） /l

47、cd1602讀數(shù)據(jù) rs=1； lcd=dat； en=1； delay(5）； en=0；void w_str(uchar s) /lcd1602寫字符串 while（s) w_data（s+）；void lcd_int（） /lcd1602初始化 en=0; w_cmd（0x38）; w_cmd（0x0c）； w_cmd（0x06）； w_cmd（0x01）； w_cmd(0x80+0x00）； w_str（table0）; w_cmd（0xc0+0x00）; w_str(table1);/*-溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)程序-/-char s_write_byte（unsigned char val

48、ue）/-/ writes a byte on the Sensibus and checks the acknowledge unsigned char i，error=0； for （i=0x80；i>0；i/=2) /shift bit for masking if （i value） DATA=1； /masking value with i ， write to SENSI-BUS else DATA=0； SCK=1； /clk for SENSI-BUS _nop_（）；_nop_（);_nop_（）; /pulswith approx. 5 us SCK=0；DATA=1

49、； /release DATAlineSCK=1； /clk 9 for ack error=DATA； /check ack （DATA will be pulled down by SHT11）SCK=0; return error; /error=1 in case of no acknowledge/-char s_read_byte(unsigned char ack)/-/ reads a byte form the Sensibus and gives an acknowledge in case of ”ack=1" unsigned char i，val=0;DATA=1； /release DATAlinefor （i=0x80；i0;i/=2） /shift bit for masking SCK=1； /clk for SENSI-BUS if （DATA） val=(val i); /read bit SCK=0； DATA=!ack； /in case of ”ack=1” pull down DAT