基于單片機(jī)的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與研究

1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于單片機(jī)的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與研究 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 電子信息工程 院 系： 電子通信工程學(xué)院 指導(dǎo)老師： 職稱學(xué)位： 助教碩士 完成時間： 2014年5月 教務(wù)處制1安徽新華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）獨創(chuàng)承諾書本人按照畢業(yè)論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃積極開展實驗（調(diào)查）研究活動，實事求是地做好實驗（調(diào)查）記錄，所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中特別加以標(biāo)注引用參考文獻(xiàn)資料外，論文（設(shè)計）中所有數(shù)據(jù)均為自己研究成果，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的工作已在

2、論文中作了明確說明并表示謝意。畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 安徽新華學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）基于單片機(jī)的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與研究摘 要現(xiàn)如今，我國的經(jīng)濟(jì)水平和社會地位都在不斷的進(jìn)步和提高，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高。因而，很多人希望在一年四季內(nèi)都能品嘗到優(yōu)質(zhì)新鮮的蔬菜，這一需求促進(jìn)了溫室大棚的發(fā)展和進(jìn)步。良好的溫室大棚需要有一套科學(xué)和先進(jìn)的管理方法才能更好的運(yùn)用好溫室栽培這一高效技術(shù)，更需要有一個能夠?qū)厥掖笈锃h(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時檢測的監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以檢測溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度，確保大棚內(nèi)的蔬菜生活在優(yōu)良舒適的環(huán)境內(nèi)。本課題就是運(yùn)用AT89C51單片機(jī)設(shè)計和實現(xiàn)

3、了這種監(jiān)控系統(tǒng)，它將單片機(jī)的相關(guān)應(yīng)用具體化和實際化了，體現(xiàn)了單片機(jī)的一種實際意義。此系統(tǒng)是溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，它的功能是將溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行檢測并顯示出來。AM2301是系統(tǒng)中的溫濕度傳感器，它是通過AT89C51單片機(jī)進(jìn)行檢測溫度和濕度的數(shù)值，并經(jīng)過一系列的運(yùn)算處理將數(shù)值在1602液晶屏上顯示出來。檢測的數(shù)值會和之前設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)溫濕度范圍進(jìn)行比較，判斷是否在這范圍內(nèi)，倘若不在這個標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，系統(tǒng)就會對此結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的報警程序。關(guān)鍵詞：AT89C51；AM2301；1602液晶顯示屏；溫濕度控制系統(tǒng)；報警Design and Research of Greenhouse Envi

4、ronmental Monitoring System Based on Single Chip MicrocomputerAbstractNowadays, our country's economic level and social status are continuous progressed and improved, people has higher requirement for the quality of life. Therefore, more and more people wish can enjoy high quality fresh vegetabl

5、es at all seasons, so greenhouses have make great development and progress. Good greenhouses needs a set of scientific and advanced management methods that can manage using efficient technology of good greenhouse cultivation better, and we need a monitoring system that can test greenhouse environmen

6、tal's parameters in real time. This system can detect the temperature and wetness inside the greenhouse greenhouses and ensure the vegetables have a comfortable environment.This topic is designed and implemented the monitoring system by AT89C51, it will be to embody and pragmatize the function o

7、f MCU, and it showed the meaning in our life. The system is the greenhouse's environmental parameters monitoring system, it's function is to detect the temperature and humidity inside the greenhouse and show it. AM2301 is a sensor to detect temperature and wetness in the system, it is test t

8、emperature and value of wetness by AT89C51, and show the data by a series of processing on the LCD screen in 1602.Comparing the data with Standard temperature and humidity range that set before, and make a judgement. The system will execute corresponding program of alarm if the data is unnormal.Key

9、Words：AT89C51；AM2301；LCD1602；Temperature and Humidity Control System；Alarm目 錄1 緒 論11.1 課題研究的背景11.2 課題研究的目的和意義11.3 課題研究的主要內(nèi)容22 系統(tǒng)總體設(shè)計32.1 系統(tǒng)功能設(shè)計32.2 系統(tǒng)設(shè)計原則32.2.1 可靠性32.2.2 操作維護(hù)方便32.2.3 性價比42.3 系統(tǒng)的組成和工作原理42.3.1 系統(tǒng)的組成42.3.2 系統(tǒng)的工作原理53 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計63.1.1 AT89C51單片機(jī)簡介63.1.2 AT89C51單片機(jī)的引腳介紹73.1.3 時鐘電

10、路設(shè)計83.1.4 復(fù)位電路設(shè)計83.2 溫濕度采集電路設(shè)計93.2.1 AM2301簡介93.2.2 AM2301接口電路設(shè)計113.3 液晶顯示電路設(shè)計113.4 光聲報警電路設(shè)計123.5 按鍵設(shè)置電路設(shè)計134 系統(tǒng)軟件設(shè)計144.1 初始化模塊144.2 溫濕度檢測模塊154.3 溫度和濕度控制模塊154.4 1602液晶顯示模塊164.5 報警模塊165 結(jié) 論17致 謝18參考文獻(xiàn)19附 錄20附錄1 整體電路圖20附錄2 程序代碼21III安徽新華學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）1 緒 論1.1 課題研究的背景改革開放以后，我國的經(jīng)濟(jì)水平在快速的發(fā)展，我國的社會地位在不斷的進(jìn)

11、步，生活質(zhì)量水平的好壞相對很多人來說也變得至關(guān)重要。如何在一年四季都能種植和培養(yǎng)出優(yōu)質(zhì)新鮮的蔬菜，一直是人們研究的課題方向。而基于單片機(jī)的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)對解決這些問題有著非常重大的意義1。溫室大棚一直都用于植物種植和培育中，但這需要有一套科學(xué)的和先進(jìn)的管理方法才能更好的運(yùn)用好溫室栽培這一高效技術(shù)，這樣就可用它來監(jiān)控植物在各個時間段所需要的溫度和濕度等一系列環(huán)境參數(shù)。把溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)用在溫室大棚中，是將單片機(jī)的相關(guān)應(yīng)用具體化和實際化了，體現(xiàn)了單片機(jī)的一種實際意義，這種應(yīng)用隨著溫室大棚的發(fā)展將會十分廣泛，它代表了一種智能監(jiān)控的方法。1.2 課題研究的目的和意義在工業(yè)設(shè)計、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防安

12、全等行業(yè)，環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測都有著非常廣泛的實際應(yīng)用。因為使用的環(huán)境不同、采集的參數(shù)不同，其系統(tǒng)設(shè)計也有著很大不同2。在現(xiàn)代實際生活和發(fā)展中這一系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，溫度和濕度是室溫大棚環(huán)境檢測系統(tǒng)中兩個舉足輕重的顯示和判斷指標(biāo)，需要對溫度和濕度進(jìn)行定期的抽樣檢測和分析，從而采用合理的方法進(jìn)行應(yīng)對。現(xiàn)如今，國內(nèi)外的溫濕度檢測器件種類五花八門，而且擁有比較廣泛的應(yīng)用，再加上現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)，隨之產(chǎn)生了可行性比較高、穩(wěn)定性比較高的單片環(huán)境參數(shù)采集體系。隨著國內(nèi)外社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，很多人對現(xiàn)有所處的生活環(huán)境要求變得越來越嚴(yán)格。為了讓人們在一年四季都能吃到優(yōu)質(zhì)的蔬菜，在培育蔬

13、菜的溫室大棚中，對這一點要求尤其嚴(yán)格。運(yùn)用單片機(jī)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，將對大棚中環(huán)境的溫濕度監(jiān)控進(jìn)行具體的設(shè)計與實現(xiàn)3。在智能測試器件、工業(yè)生產(chǎn)操控、機(jī)械統(tǒng)一控制等方面，AT89C51單片機(jī)是很好的控制芯片，在很多溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用也比較常見。用AT89C51單片機(jī)實現(xiàn)溫濕度實時的自動監(jiān)控和顯示不僅性能良好，而且價格也非常便宜。同時，在學(xué)習(xí)和應(yīng)用中，AT89C51單片機(jī)也易于掌握。使用這一監(jiān)控系統(tǒng)，可以對溫室大棚內(nèi)的溫濕度變化及時、精確的監(jiān)控和顯示以及更重要的報警功能。在溫室大棚當(dāng)中采用此系統(tǒng)對植物的生活環(huán)境進(jìn)行了時刻的監(jiān)控，以便能對植物提供更加適宜的環(huán)境。1.3 課題研究的主要內(nèi)容

14、本課題設(shè)計的系統(tǒng)是采用高性價比的AT89C51單片機(jī)和高準(zhǔn)確度AM2301數(shù)字溫濕度傳感器設(shè)計，并朝著智能化、低廉化、模塊化、迅速化的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)逼近。本系統(tǒng)要滿足以下要求：(1) 能夠準(zhǔn)確的采集溫室大棚中的溫度值與濕度值。(2) 根據(jù)采集的數(shù)據(jù)實時的把結(jié)果顯示出來。(3) 通過之前采集的溫濕度參數(shù)值，運(yùn)用合理的方法準(zhǔn)確的比較設(shè)定值與測出值之間的差別，超出范圍時進(jìn)行報警提示。2 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計本系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：(1) 采集溫室大棚里的溫度和濕度，用數(shù)字顯示出溫室大棚中的溫度和濕度。(2) 運(yùn)用單片機(jī)的功能對采集的溫濕度值進(jìn)行不斷檢察、數(shù)值比較，然后顯示所采集的數(shù)值。

15、(3) 實現(xiàn)超越正常溫濕度參數(shù)范圍內(nèi)的及時報警。設(shè)定達(dá)到的溫濕度參數(shù)指標(biāo)如下：(1) 所設(shè)溫度范圍：1030攝氏度，溫度檢測精度：+0.5攝氏度；(2) 所設(shè)濕度范圍：20到60%RH，濕度檢測精度：+2.5%RH4。2.2 系統(tǒng)設(shè)計原則在系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中要遵循一定的設(shè)計原則，本次基于單片機(jī)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)要求在可靠性、操作方法、維修體系、價格與性能等方面具有良好的體現(xiàn)，能夠?qū)ΜF(xiàn)實中所遇到的問題簡單合理地解決。2.2.1 可靠性在高可靠性的單片機(jī)系統(tǒng)的前提下，系統(tǒng)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，可靠性設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)該是首要的。為了提高系統(tǒng)的可靠性，通常是從下面幾點來研究：高可靠性元件的使用；合理可靠地設(shè)計電路板布線

16、以及眾多的接地；用一系列措施使供電電源具有抗干擾能力；IN和OUT通道也要具有抗干擾性；軟件和硬件的濾波及判斷系統(tǒng)的診斷功能。2.2.2 操作維護(hù)方便為了減少對運(yùn)行者相關(guān)知識的要求，在軟件和硬件系統(tǒng)的設(shè)計中，我們要借助運(yùn)行者的角度考慮操作和維護(hù)方便，從而便于系統(tǒng)的不斷發(fā)展。所以在系統(tǒng)設(shè)計中，要增加非人機(jī)交換界面，內(nèi)部植入或簡化相應(yīng)的操作方法。而且系統(tǒng)應(yīng)對現(xiàn)場故障進(jìn)行自動診斷和配備，以便可以有效地保證故障定位，最終進(jìn)行合理的修復(fù)5。2.2.3 性價比單片機(jī)最大的優(yōu)勢是較高的性價比，此外它還具有小尺寸、低功耗等的特點。性價比是一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是否被廣泛地應(yīng)用的重要條件。所以我們在設(shè)計中，要盡可能

17、地降低設(shè)計成本，但這是在保持高性能的基礎(chǔ)上。而且要對外圍的硬件電路進(jìn)行合理地簡化，并盡可能地用相同性能和運(yùn)行速度的軟件進(jìn)行替換，使電路更簡單，性價比更高。2.3 系統(tǒng)的組成和工作原理2.3.1 系統(tǒng)的組成AT89C51單片機(jī)數(shù)據(jù)顯示電路（LCD1602）報警電路（LED發(fā)光二極管，蜂鳴器）溫濕度檢測電路（溫濕度傳感器AM2301）判斷此溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為控制中心，采用控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、溫濕度檢測系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)，測量元件為AM2301溫濕度傳感器。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了溫濕度檢測電路、數(shù)據(jù)顯示電路以及報警電路。圖2.1為系統(tǒng)的組成框圖，主要電子元器件為：AT89C51單片

18、機(jī)，溫濕度傳感器AM2301，LCD1602顯示屏，紅色發(fā)光二極管LED，蜂鳴器等6。圖2.1 系統(tǒng)的組成2.3.2 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)在參數(shù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示、判斷報警過程中都要通過AT89C51單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，因為AT89C51單片機(jī)是此系統(tǒng)的核心。通過數(shù)字溫濕度傳感器AM2301單總線數(shù)據(jù)采集，通過AT89C51單片機(jī)在LCD1602上顯示收集的數(shù)據(jù)。如果采集的參數(shù)結(jié)果超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍，蜂鳴器就會經(jīng)行實時的報警，紅色LED將會顯示提示。此監(jiān)控系統(tǒng)中的單片機(jī)編寫是運(yùn)用C語言，編寫相對簡單，而且運(yùn)用了AM2301單總線技術(shù)7。溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)是基于AT89C51單片機(jī)為中央控制單元

19、，該中心負(fù)責(zé)系統(tǒng)的操作和控制，從而達(dá)到各模塊之間的協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)把所采集的值合理地處理，并在液晶屏上顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)8。報警功能是通過LED發(fā)光二極管和報警模塊進(jìn)行實現(xiàn)，倘若超過之前設(shè)定的范圍，系統(tǒng)便會自動報警，這會體現(xiàn)在LED和蜂鳴器上，以此來通知用戶采取相對應(yīng)的措施。系統(tǒng)初始化LCD顯示數(shù)據(jù)溫濕度檢測報警判斷不報警符合不符合系統(tǒng)的工作流程圖如圖2.2所示。圖2.2 系統(tǒng)的工作原理圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計在討論了總體方案和實施措施后，上述硬件系統(tǒng)設(shè)計便可開始，無論是應(yīng)用系統(tǒng)還是軟件系統(tǒng)，它們的基礎(chǔ)都是硬件系統(tǒng)，可見硬件系統(tǒng)設(shè)計的重要性。在主機(jī)的選擇中應(yīng)考慮很多因素，對總體功能

20、、性價比及其運(yùn)行速度等方面考慮后，選擇了51單片機(jī)系列中的AT89C51，它不必進(jìn)行存儲擴(kuò)展，而且符合所有的要求，同時設(shè)計上也相對簡便。3.1.1 AT89C51單片機(jī)簡介MCS-51系列單片機(jī)最基礎(chǔ)的成果是8031/8051/8751（8031/8051/8751是對應(yīng)的低功耗單片機(jī)以及其增強(qiáng)產(chǎn)品8032/8052/8752）。它們具有品種全、兼容性強(qiáng)、性價比高等特點，然而它們卻是8位的單片機(jī)，同時具有足夠齊全豐富的軟硬件應(yīng)用設(shè)計內(nèi)容，在國內(nèi)外設(shè)計人員中都有所認(rèn)識。在1980年到1990年期間，MCS-51系列單片機(jī)是中國設(shè)計運(yùn)用非常普遍的單片機(jī)機(jī)型9。中央微處理機(jī)AT89C51：它是一個消

21、耗功率低、運(yùn)行性能高的CMOS 8位單片計算機(jī)。擁有4K字節(jié)的ISP（在一些系統(tǒng)中可以編程成片狀）的Flash程序存儲器只讀反復(fù)1000次。使用Atmel高密度不容易丟失的存儲器設(shè)備、匹配準(zhǔn)則、制造技術(shù)、一系列MCS-51指令系統(tǒng)和80C51引腳的基本結(jié)構(gòu)，通用8位CPU和ISP閃存存儲單元，AT89C51強(qiáng)大的計算機(jī)可以為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高可比性的解決方案。AT89C51具有以下特點：看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器，2個16位可編程定時計數(shù)器，40個引腳，2層中斷嵌套中斷，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，2個全雙工串行通信口，128字節(jié)的RAM，4000字節(jié)Bytes

22、Flash片內(nèi)程序存儲器，5個中斷優(yōu)先級10。此外，振蕩頻率在AT89C51中，也相應(yīng)地進(jìn)行了設(shè)計和配置。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定時器/計數(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結(jié)束工作。而且，該芯片包含三種封裝：PDIP，TQFP和PLCC。根據(jù)現(xiàn)實的選擇需求，并且也考慮到了整個系統(tǒng)的設(shè)計和精致的成本，因此在本系統(tǒng)的設(shè)計中采用AT89C51單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制器，因為它的價格便宜、運(yùn)行也比較可靠11。圖3.1 AT89C51單片機(jī)實物圖圖3.2 AT8

23、9C51單片機(jī)的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)3.1.2 AT89C51單片機(jī)的引腳介紹AT89C51的引腳封裝如圖3.3所示。AT89C51共40個引腳，可劃分為以下3種：電源及時鐘引腳：VCC、VSS；XTAL1、XTAL2?？刂埔_：PSEN、ALE/PROG、EA/VPP、RST。I/O口引腳：P0、P1、P2、P3，為4個8位I/O口的外部引腳。圖3.3 AT89C51的引腳封裝3.1.3 時鐘電路設(shè)計AT89C51單片機(jī)的每個模塊的運(yùn)作均是依靠時鐘信號為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，按先后順序、一定規(guī)則地操作。所以單片機(jī)的運(yùn)行速度會被時鐘頻率非間接影響，單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會被時鐘電路的質(zhì)量非間接影響。在AT89C

24、51單片機(jī)中，高增益反相放大器是為了產(chǎn)生內(nèi)部震蕩的，XTAL1是它的輸入端，XTAL2是它的輸出端12。二者之間接有12M的石英晶體和30pF的電容，以此來形成一個相對穩(wěn)定的振蕩器。而外部時鐘方式時，XTAL2端懸空，它的外部時鐘電源將會接到XTAL1端。時鐘電路如圖3.4所示。圖3.4 時鐘電路3.1.4 復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)的初始化運(yùn)作是復(fù)位，在RST復(fù)位端上外加兩個機(jī)器周期可使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路通常采用兩種方式自動復(fù)位和復(fù)位按鈕。電源由電容C添加到復(fù)位端短的高電平信號，信號逐漸下降與VCC電容C充電時間RST充電過程，在這一高度的持續(xù)時間取決于電容C。因此，為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，在

25、EST引腳高水平必須保持足夠長的時間。有兩種類型的復(fù)位方式，手動按鈕和水平脈沖復(fù)位13。復(fù)位電路如圖3.5所示。圖3.5 復(fù)位電路3.2 溫濕度采集電路設(shè)計本設(shè)計采用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器來采集數(shù)據(jù)，它可以同時采集溫度和濕度，并通過一條數(shù)據(jù)線對單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。3.2.1 AM2301簡介AM2301數(shù)字溫濕度傳感器是一種溫度和濕度信號可以同時輸出的傳感器。它是應(yīng)用特定程序的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有高可靠性和良好的長期穩(wěn)定性。該傳感器包括一個電容式濕度傳感元件和溫度傳感器，并連接一個高性能的8位單片機(jī)。因此，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性價比很高。AM

26、2301傳感器事先是要經(jīng)過準(zhǔn)確地校準(zhǔn)再進(jìn)行封裝，校準(zhǔn)的系數(shù)通過程序的方式存儲在OTP內(nèi)部存儲器中，傳感器內(nèi)部調(diào)用校準(zhǔn)系數(shù)進(jìn)行處理檢測信號。它是一個快速簡易的單線串行接口集成系統(tǒng)，且體積小，消耗也比較低。即使在最苛刻的環(huán)境下應(yīng)用，也可以很好地傳輸，因此成為各種應(yīng)用的最佳選擇。AM2301傳感器為4引腳單列引腳封裝產(chǎn)品，連接方便，特殊的包裝也可根據(jù)客戶的需求提供14。AM2301的引腳如圖3.6所示。其中，1腳VDD：供電3.3-5.5VDC；2腳DATA：串行數(shù)據(jù)傳輸，單總線形式；3腳NC：空腳，懸空（不要接VCC或GND）；4腳GND：接地，電源負(fù)極。圖3.6 AM2301引腳AM2301的額

27、定工作電壓在3.5-5.5V范圍區(qū)間內(nèi)，而一般供電電壓設(shè)定是5V。數(shù)據(jù)線DATA當(dāng)作讀/寫傳感器，而且它的數(shù)據(jù)引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)。AM2301的技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。表3-1 AM2301技術(shù)參數(shù)參數(shù)條件MinTypMax單位濕度分辨率0.1%RH16Bit重復(fù)性±1%RH精度25±3%RH050±5%RH互換性可完全互換采樣周期12S響應(yīng)時間1/e(63%)25，1m/s 空氣2S遲滯±0.3%RH長期穩(wěn)定性典型值±1%RH/yr溫度分辨率0.116Bit重復(fù)性±0.5精度±1量程范圍-4080響應(yīng)時間1/e(59%)610

28、S3.2.2 AM2301接口電路設(shè)計AM2301與AT89C51連接電路如圖3.7所示。圖3.7中1腳接VCC，2腳接單片機(jī)的P1.5腳，上拉電阻是10K。串行數(shù)據(jù)線的作用是使單片機(jī)和AM2301能夠正常傳輸聯(lián)系，傳輸過程中是用總線的方式進(jìn)行，每次傳輸在5ms上下，其傳輸長度是40個二進(jìn)制位，先輸出高位后輸出低位。圖3.7 AM2301與AT89C51接口電路3.3 液晶顯示電路設(shè)計LCD1602液晶是一類特定用來顯示符號、字母、數(shù)字等的點陣型液晶模塊，是由很多點陣字符位組成，但是只能顯示字符不能顯示圖像，而且只能顯示兩行。1602實物圖如圖3.8所示。圖3.8 LCD1602實物圖LCD1

29、602主要技術(shù)參數(shù)如下：(1) 顯示容量：16×2個字符；(2) 芯片工作電壓：4.55.5V；(3) 工作電流：2.0mA（5.0V）；(4) 模塊最佳工作電壓：5.0V；(5) 字符尺寸：2.95×4.35（W×H）mm；(6) LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳（帶背光）或14腳（無背光）接口。以下是每個引腳端情況：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，當(dāng)對比度比較高的時候會出現(xiàn)“鬼影”，調(diào)整對比度時便可調(diào)節(jié)一個10000的變阻器。第4腳：RS是寄存器選擇端口，高電平是數(shù)

30、據(jù)寄存器的選擇，低電平是指令寄存器的選擇。第5腳：R/W為讀寫數(shù)據(jù)線，高電平為讀操作，低電平為寫操作。假如RS和R/W同一時間均是低電平，便可以寫入指令或者顯示地址。第6腳：E端為使能端口，如果E端從高電平變?yōu)榈碗娖降臅r候，此液晶模塊執(zhí)行相應(yīng)的命令。第714腳：這八個腳為八位雙向通信的數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極15。LCD1602與AT89C51的電路連接方式如圖3.9所示。圖3.9 LCD1602與AT89C51連接圖3.4 光聲報警電路設(shè)計該系統(tǒng)采用紅色的LED燈作為光報警，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場紅燈不顯示；當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合要求時，現(xiàn)場為紅

31、燈報警。本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為報警聲，當(dāng)系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場沒有蜂鳴器報警；當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合要求時，蜂鳴器報警。連接電路如圖3.10所示。圖3.10 光聲報警系統(tǒng)電路圖3.5 按鍵設(shè)置電路設(shè)計在實際運(yùn)用中，我們需要對系統(tǒng)設(shè)置一個適合植物生長的溫濕度范圍。在此，系統(tǒng)設(shè)置了三個按鍵，通過這三個按鍵來設(shè)置溫濕度的上下限數(shù)值。三個按鍵中分為設(shè)置鍵、數(shù)值加和數(shù)值減鍵。第一次按下設(shè)置鍵是設(shè)置溫度的最大值，第二次按下設(shè)置鍵是設(shè)置溫度的最小值，第三次按下設(shè)置鍵是設(shè)置濕度的最大值，第四次按下設(shè)置鍵是設(shè)置濕度的最小值，按數(shù)值加和數(shù)值減鍵可以設(shè)置當(dāng)前的數(shù)值大小。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計此次系統(tǒng)設(shè)計包括：

32、初始化設(shè)計模塊，溫濕度檢測模塊，LCD1602顯示模塊，溫濕度判斷模塊，報警模塊。系統(tǒng)軟件設(shè)計的整體流程圖如圖4.1所示。否初始化溫濕度檢測單片機(jī)處理LCD顯示報警判斷開始結(jié)束是圖4.1 系統(tǒng)流程圖4.1 初始化模塊系統(tǒng)的初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化和系統(tǒng)工作狀態(tài)的設(shè)置，初始化部分包括以下幾個方面：(1) 單芯片的初始化和各種引腳定義；(2) 1602液晶初始化和運(yùn)行模式；(3) 系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。4.2 溫濕度檢測模塊溫度和濕度檢測模塊是系統(tǒng)的核心模塊，溫度和濕度都是經(jīng)過它的檢測，并將檢測內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，直接與單片機(jī)進(jìn)行通信，因此此模塊非常重要。數(shù)字式溫濕度傳感器AM2301

33、是直接模擬試驗為數(shù)字量的單芯片微控制器，處理后，在1602液晶屏上顯示溫度和濕度值。因為溫度和濕度傳感器值的精確度直接影響整個系統(tǒng)的檢測控制，所以本系統(tǒng)采用AM2301這個高性能、高精確度的數(shù)字溫濕度傳感器。4.3 溫度和濕度控制模塊溫度和濕度控制模塊是判斷系統(tǒng)的核心模塊，控制模塊可比作為法官，它的職責(zé)是進(jìn)行判斷，倘若溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度在設(shè)定的溫度和濕度范圍內(nèi)，判斷為“是”；倘若溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度超過設(shè)定的溫度和濕度范圍，判斷為“否”?？刂颇K以此來確定系統(tǒng)將做什么工作，“是”執(zhí)行不報警，“否”執(zhí)行報警。溫濕度控制模塊的程序判斷步驟如圖4.2所示。實際值與給定范圍比較調(diào)用控制報警是否在

34、給定范圍不報警返回否是圖4.2 溫濕度控制模塊判斷步驟4.4 1602液晶顯示模塊該系統(tǒng)運(yùn)用1602液晶顯示器顯示溫度和濕度值，當(dāng)系統(tǒng)初始化時，1602液晶不顯示任何數(shù)據(jù)；當(dāng)AM2301監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)進(jìn)行傳輸時，1602液晶顯示器顯示雙行字符。第1行的顯示方式為：“Temperature：-”，第2行的顯示方式為：“Humidity：-%”。4.5 報警模塊報警模塊有兩個功能，即聲報警和光報警。LED光報警是為了吸引用戶的視覺注意，它是由單片機(jī)進(jìn)行控制，其點亮條件為：(1) 系統(tǒng)的溫度和濕度值在原先設(shè)定的范圍內(nèi)，紅色LED燈不亮；(2) 系統(tǒng)的溫度和濕度值超過原先設(shè)定的范圍時，紅色LED

35、燈亮。在LED燈點亮的同時，聲報警也將在同一時間跟隨。LED燈為紅色，因此共有一條數(shù)據(jù)線通過單片機(jī)實現(xiàn)紅色LED燈功能點亮。如果當(dāng)前系統(tǒng)檢測的溫濕度值經(jīng)過比較，不在原先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時，紅色LED燈點亮，且聲報警也隨之啟動，蜂鳴器鳴聲。相反，如果當(dāng)前系統(tǒng)檢測的溫濕度值經(jīng)過比較，在原先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時，紅色LED燈不亮，聲報警不啟動，蜂鳴器不發(fā)聲16。5 結(jié) 論以上為畢業(yè)課題所設(shè)計的溫室大棚控制控制系統(tǒng)，在通過不斷地設(shè)計與調(diào)試后，基本要求還是設(shè)計出來了。系統(tǒng)是采用AT89C51單片機(jī)、AM2301數(shù)字溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示模塊和蜂鳴器、LED發(fā)光二極管等器件實現(xiàn)的溫室大棚監(jiān)控系

36、統(tǒng)，實現(xiàn)了溫濕度采集、數(shù)據(jù)顯示、報警的功能。本次設(shè)計基本實現(xiàn)了前期設(shè)定的要求，系統(tǒng)能夠隨時對溫室大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行采集和顯示，以及超越正常溫濕度參數(shù)范圍內(nèi)的及時報警。總體來說相對比較成功，只是在后期的調(diào)試中遇到了一點小麻煩，但就是這一點使整個系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，得不出想要的結(jié)果，更拖累了設(shè)計的進(jìn)程。千里之堤毀于蟻穴，因此在設(shè)計中每一步驟每一過程都應(yīng)做到百分之百的正確，只有這樣最終的成果才能成功體現(xiàn)。致 謝在這次畢業(yè)設(shè)計中，最應(yīng)該感謝的是我的指導(dǎo)老師孫雁南老師，本次溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的成功設(shè)計與孫老師的幫助是息息相關(guān)的。還有就是應(yīng)該感謝我校安徽新華學(xué)院圖書館的相關(guān)圖書及文獻(xiàn)，以及網(wǎng)上前輩們的

37、優(yōu)秀研究成果，通過對這些資料的學(xué)習(xí)與借鑒，完成和豐富了本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容。再加上自己的思考和領(lǐng)悟才能預(yù)期成功地完成的本次目標(biāo)。孫老師在論文前期、中期、后期都對我的想法及設(shè)計經(jīng)行了獨特地分析，這深深的影響了我對學(xué)習(xí)的態(tài)度，也大大促進(jìn)了本次設(shè)計的順利進(jìn)行。參考文獻(xiàn)1 林國漢基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計J微計算機(jī)信息，2009(25)：21-242 易順明基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計J現(xiàn)代電子技術(shù)，2011 (7)：7-153 張毅剛單片機(jī)原理及應(yīng)用M北京：高等教育出版社，2008，12-1064 夏曉南基于單片機(jī)的溫箱溫度和濕度的控制J現(xiàn)代電子技術(shù)，2008 (5)：6-125 陳桂友，柴遠(yuǎn)

38、斌單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008，10-886 張新榮基于單片機(jī)的多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計J工業(yè)控制計算機(jī)，2010(7)：13-217 李俊基于單片機(jī)的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)J微計算機(jī)信息，2008(17）：5-18.8 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 9 AtmelAtmel 89C51 Microcontrollers Hardware Manual，2010，35-9810 孫育才MCS-51系列單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用（第四版）M南京：東南大學(xué)出版社，2004，56-5811 秦曾煌電工學(xué)電子技術(shù)（第7版）M北京：高等教育出

39、版社，2008，34-8012 譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計（第4版）M北京：清華大學(xué)出版社，2007，21-9513 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，2005，5-1814 徐愛鈞智能化測量控制儀表原理與設(shè)計M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004，34-3615 馬靖善，秦玉平C語言程序設(shè)計M北京：清華大學(xué)出版社，2005，11-1516 賴麒文8051單片機(jī)C語言開發(fā)環(huán)境實務(wù)與設(shè)計M北京：科學(xué)出版社，2002，78-80附 錄附錄1 整體電路圖附錄2 程序代碼本系統(tǒng)采用C語言編程，程序代碼如下：#include <reg52.h> /調(diào)用單片機(jī)頭文件#def

40、ine uchar unsigned char /無符號字符型 宏定義變量范圍0255#define uint unsigned int /無符號整型 宏定義變量范圍065535#include<intrins.h>#include "eeprom52.h"sbit beep = P14; /蜂鳴器IO口定義uchar a_a;bit flag_300ms ;/ 按鍵的IO變量的定義uchar key_can; /按鍵值的變量uchar menu_shudu = 20; /用來控制連加的速度uchar menu_1; /菜單設(shè)計的變量uint t_high =

41、30,t_low = 10;/溫度報警參數(shù)uint s_high = 30,s_low = 10;/濕度報警參數(shù)uchar flag_w_bj_en,flag_s_bj_en;bit flag_lj_en; /按鍵連加使能bit flag_lj_3_en; /按鍵連3次連加后使能 加的數(shù)就越大了 uchar key_time,flag_value; /用做連加的中間變量bit key_500ms ;uchar flag_clock; /溫度報警變量uchar flag_fuzi; /用做菜單內(nèi)的初始化的/* 名稱 : delay_1ms()* 功能 : 延時1ms函數(shù)* 輸入 : q* 輸出

42、: 無*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;i<q;i+)for(j=0;j<120;j+);sbit dht11=P15; /溫度傳感器IO口定義uchar table_dht115=1,2,3,4,5;/*把數(shù)據(jù)保存到單片機(jī)內(nèi)部eeprom中*/void write_eeprom()/保存數(shù)據(jù)SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000, t_high);byte_write(0x2001, t_low);byte_write(0x2002, s_high);byte_write(0x2003, s_lo

43、w);byte_write(0x2055, a_a); /*把數(shù)據(jù)從單片機(jī)內(nèi)部eeprom中讀出來*/void read_eeprom() /讀出保存數(shù)據(jù)t_high = byte_read(0x2000);t_low = byte_read(0x2001); s_high = byte_read(0x2002);s_low = byte_read(0x2003);a_a = byte_read(0x2055);/*開機(jī)自檢eeprom初始化*/void init_eeprom() /開始初始化保存的數(shù)據(jù)read_eeprom(); /讀出保存數(shù)據(jù)if(a_a != 2)/新的單片機(jī)初始單片機(jī)

44、內(nèi)問eepromt_high = 40,t_low = 10;s_high = 95,s_low = 10;a_a = 2;write_eeprom();/保存數(shù)據(jù)#include "lcd1602.h"/#include "menu.h"/*定時器0初始化程序*/void time_init() EA = 1; /開總中斷TMOD = 0X01; /定時器0、定時器1工作方式1ET0 = 1; /開定時器0中斷 TR0 = 1; /允許定時器0定時/*獨立按鍵程序*/uchar key_can; /按鍵值void key() /獨立按鍵程序static

45、 uchar key_new;key_can = 20; /按鍵值還原P3 |= 0xf0;if(P3 & 0xf0) != 0xf0)/按鍵按下delay_1ms(1); /按鍵消抖動if(P3 & 0xf0) != 0xf0) && (key_new = 1)/確認(rèn)是按鍵按下key_new = 0;switch(P3 & 0xf0)case 0xd0: key_can = 3; break; /得到k1鍵值case 0xb0: key_can = 2; break; /得到K2鍵值case 0x70: key_can = 1; break; /得到k

46、3鍵值else key_new = 1;/*按鍵顯示函數(shù)*/void key_with()if(key_can = 1) /設(shè)置鍵menu_1 +;if(menu_1 > 4)menu_1 = 0;init_1602(); /lcd1602初始化if(menu_1 = 1) /初始化顯示write_string(1,0," WH: WL: ");write_string(2,0," SH: % SL: % ");write_zifu(1,6,0xdf); /顯示度write_zifu(1,13,0xdf); /顯示度write_sfm2(1,4,t

47、_high); /顯示溫度write_sfm2(1,11,t_low); /顯示溫度write_sfm2(2,4,s_high); /顯示濕度write_sfm2(2,11,s_low); /顯示濕度if(menu_1 = 1)/設(shè)置高溫報警if(key_can = 2)t_high + ;/設(shè)置高溫值加1 if(t_high > 99)t_high = 99;if(key_can = 3)t_high - ;/設(shè)置高溫值減1 if(t_high <= t_low)t_high = t_low + 1;write_sfm2(1,4,t_high); /顯示溫度write_com(0

48、x80+3); /將光標(biāo)移動到秒個位write_com(0x0f); /顯示光標(biāo)并且閃爍write_eeprom();/保存數(shù)據(jù)if(menu_1 = 2)/設(shè)置低溫報警if(key_can = 2)t_low + ;/設(shè)置低溫值加1 if(t_low >= t_high)t_low = t_high - 1;if(key_can = 3) /設(shè)置高溫值減1 t_low - ;if(t_low <= 1)t_low = 1;write_sfm2(1,11,t_low); /顯示濕度write_com(0x80+10); /將光標(biāo)移動到秒個位write_com(0x0f); /顯示光

49、標(biāo)并且閃爍write_eeprom();/保存數(shù)據(jù)if(menu_1 = 3)/設(shè)置高濕報警if(key_can = 2)s_high + ;/設(shè)置高濕值加1 if(s_high > 99)s_high = 99;if(key_can = 3)s_high - ;/設(shè)置高濕值減1 if(s_high <= s_low)s_high = s_low + 1;write_sfm2(2,4,s_high); /顯示濕度write_com(0x80+0x40+3); /將光標(biāo)移動到秒個位write_com(0x0f); /顯示光標(biāo)并且閃爍write_eeprom();/保存數(shù)據(jù)if(men

50、u_1 = 4)/設(shè)置低濕報警if(key_can = 2)s_low + ;/設(shè)置低濕值加1 if(s_low >= s_high)s_low = s_high - 1;if(key_can = 3) /設(shè)置低濕值減1 s_low - ;if(s_low <= 1)s_low = 1;write_sfm2(2,11,s_low); /顯示濕度write_com(0x80+0x40+10); /將光標(biāo)移動到秒個位write_com(0x0f); /顯示光標(biāo)并且閃爍write_eeprom();/保存數(shù)據(jù) /*讀溫濕度傳感器程序*/void dst11()uchar i,j; /讀溫濕度時不能打開中斷dht11 = 0;delay_1ms(18);dht11 = 1;delay_u