基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設計 畢業(yè)論文最終版含全部源程序

1、天津*大學畢業(yè)設計（論文）基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設計姓 名 學 院 電子與信息工程學院 專 業(yè) 電子信息工程 指導教師 職 稱 2014 年 6 月 4 日天津*大學畢業(yè)設計（論文）任務書 題目基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設計學生姓名學院名稱電子與信息工程學院專業(yè)班級課題類型生產(chǎn)實際課題意義溫室溫濕監(jiān)控制系統(tǒng)的設計是一個對現(xiàn)實生活非常實用，對學生知識運用非常好的鍛煉課題。本課題研究的主要內(nèi)容是設計制作對溫室內(nèi)溫濕度的監(jiān)督與控制，相當于簡易空調(diào)的制作，了解空調(diào)系統(tǒng)，運用原理設計制作方案，傳感器獲取外界溫濕度參數(shù)，51單片機編程控制，實現(xiàn)智能化設計；并用仿真軟件對控制效果進行仿真研究

2、。 任務與進度要求2014.2.28-2014.3.10 熟悉設計要求，查詢一些專業(yè)知識，寫開題報告2014.3.11-2014.3.28 電路設計、仿真，采購元器件2014.3.29-2014.4.29 焊接電路板，程序編寫2014.4.30-2014.5.10 程序下載調(diào)試、作品修改完善2014.5.11-2014.5.20 撰寫畢業(yè)設計文稿 ，修改、完善 2014.5.21-2014.6.06 準備畢業(yè)答辯主要參考文獻1 陳明熒.8051單片機課程設計實訓教材M. 北京：清華大學出版社，2003 2 徐新艷.單片機原理應用與實踐M. 北京：高等教育出版社，2005 3 吳金戌，沈慶陽，郭

3、庭吉.8051單片機實踐與應用M. 北京：清華大學出版社，2002. 4 王千.實用電子電路大全M. 電子工業(yè)出版社，2001. 5 馮博琴.微型計算機原理與接口技術(shù)M. 北京：清華大學出版社，2004.6 張毅剛.MCS-51單片機應用設計M. 哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004. 7 張淑清，姜萬錄等.單片微型計算機接口技術(shù)及應用M. 國防工業(yè)出版社，2003. 起止日期備注院長 教研室主任 指導教師 畢業(yè)設計（論文）開題報告表 2014 年 3 月 10 日姓名學院電子與信息工程專業(yè)電子信息工程班級題目基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設計指導教師一、與本課題有關(guān)的國內(nèi)外研究情況、課題研究的主

4、要內(nèi)容、目的和意義：國內(nèi)外研究情況：智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè)。近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡單濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。 主要內(nèi)容：以STC89系列單片機為核心，通過傳感器采集溫室內(nèi)的溫濕度進而啟動設備調(diào)整溫室溫濕度以達到舒適的環(huán)境。目的和意義：能夠一改以前靠人力控制溫濕度的狀況，徹底地做到溫濕度檢測和控制的智能化。從而大大提高系統(tǒng)的方便性以及穩(wěn)定性。二、進度及預期結(jié)果：起止日期主要內(nèi)容預期結(jié)

5、果 .06收集材料，熟悉設計要求，寫開題報告設計電路圖，進行電路仿真購買元器件 ，進行電路焊接電路功能與系統(tǒng)完善準備畢業(yè)答辯能夠?qū)崟r、準確的顯示采樣溫度值與濕度值。通過采集溫度及濕度值，準確的判斷標準值與當前值之間的差異，及時的啟動報警裝置（蜂鳴器提示音）進行報警。完成課題的現(xiàn)有條件實驗室的基本儀器，電腦仿真軟件，圖書資料，網(wǎng)絡資源審查意見指導教師： 年 月 日學院意見主管領導： 年 月 日天津*大學畢業(yè)設計（論文）進度檢查記錄 題目基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設計學生姓名學院名稱電子與信息工程專業(yè)班級 指導教師姓名指導教師職稱日 期指 導 記 錄天津*大學本科畢業(yè)設計（論文）評閱表（設計

6、類）畢業(yè)設計題目基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設計學生姓名學生班級指導教師姓名評審項目指標滿分評分選題能體現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標，題目大小、難度適中；學生工作量飽滿，能得到較全面訓練。10題目與生產(chǎn)、科研等實際問題結(jié)合緊密。10課題調(diào)研文獻檢索能獨立查閱文獻以及從事其它形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務并提出實施方案；有分析整理各類信息從中獲取新知識的能力。15外文應用能正確引用外文文獻，翻譯準確，文字流暢。5設計說明書（論文）設計圖紙（插圖）簡潔、規(guī)范、無差錯，設計欄目齊全合理，能正確使用國家標準單位。15設計說明書（論文）結(jié)構(gòu)嚴謹，表達清楚，文字通順，用語正確，基本無錯別字和病句，書寫格式符合規(guī)

7、范。15能根據(jù)畢業(yè)設計目標進行實驗設計，對數(shù)據(jù)的運算及處理正確無差錯，對實驗結(jié)果的分析準確。20設計具有創(chuàng)新性或?qū)嵱脙r值。10合計100意見及建議評閱人簽名：年 月 日天津*大學畢業(yè)設計（論文）成績考核表學生姓名學院名稱電子與信息工程學院專業(yè)班級題目基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設計1畢業(yè)設計（論文）指導教師評語及成績：成績： 指導教師簽字： 年 月 日2畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語及成績：成績：答辯主席（或組長）簽字： 年 月 日3畢業(yè)設計（論文）總成績：a.指導教師給定成績b.評閱教師給定成績c.畢業(yè)答辯成績總成績(a0.5+b0.2+c0.3)摘 要在快速發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，許許多

8、多的、健康的農(nóng)產(chǎn)品都來自于大棚溫室栽培作物。溫室大棚的應用已經(jīng)越來越廣泛,它可以為人類創(chuàng)造很大的經(jīng)濟價值和良好的社會效益。傳統(tǒng)的溫室溫濕度控制是完全靠人工來進行控制和測量的。不僅費時費力，而且效率低、效果差?，F(xiàn)如今，在溫室大棚中，智能的控制系統(tǒng)將直接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量以及生長情況等等。近些年來，各種各樣的單片機和傳感器迅速發(fā)展，因此我們可以用這些來使溫室智能控制系統(tǒng)更加完善。本次設計是以STC89C52單片機為主控芯片，結(jié)合DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，12864智能液晶顯示屏等設計了一個結(jié)構(gòu)簡單并且容易操作的溫室溫濕度控制系統(tǒng)。我們可以通過編程來實現(xiàn)對溫室溫濕度的智能控制。當溫室內(nèi)的溫度過高時

9、，蜂鳴器報警，繼電器工作，控制空調(diào)來進行降溫；反之，則開啟空調(diào)進行升溫。對于濕度的控制亦是如此。通過加濕和干燥進行控制。相對于其他普通的溫室智能系統(tǒng)，此設計具有價格低，性能優(yōu)，安全性高，穩(wěn)定性強等諸多優(yōu)點。通過此系統(tǒng)，對蔬菜大棚內(nèi)的溫濕度進行可靠地、有效地控制與檢測，從而保證大棚內(nèi)的農(nóng)作物在最佳的溫濕度條件下生長，提高質(zhì)量和產(chǎn)量，以達到我們想要的結(jié)果。關(guān)鍵詞：單片機STC89C52；矩陣鍵盤；溫濕度傳感器；12864液晶屏顯示；繼電器ABSTRACTIn the rapid development of modern agricultural production, many healthy

10、agricultural products come from the cultivation of crops in hothouses. Hothouses applications have become increasingly widespread. It can create great economic value and social benefits for humans. Traditional greenhouse Temperature and Humidity Control System is entirely by manual control and measu

11、rement. Not only time-consuming, but also inefficient and ineffective. Now, in the hothouse, the intelligent control system will directly affect crop yields, growth and so on. In recent years ,a variety of microcontroller and sensor developed rapidly, so we can use them to make more perfect greenhou

12、se intelligent control system. The design, which is based on STC89C52 microcontroller as the master chip, combined with DHT11 digital temperature and humidity sensors, 12864 Intelligent LCD screen and so on, has a simple structure, and the greenhouse temperature and humidity control system is easy t

13、o operate . We can program to achieve the intelligent control of greenhouse temperature and humidity. When the temperature in the greenhouse is too high , the buzzer alarm, and the relay begin to work to control air conditioning for heating ; contrary, the air conditioning is for cooling. The same a

14、pplies to the humidity, controlled by humidifying and drying. Compared to other common greenhouse intelligent systems, this design has a low price, excellent performance, high security, stability , and many other advantages. In this control system of the greenhouse temperature and humidity vegetable

15、s reliably and efficiently are controlled and tested to ensure the growing of crop s under proper temperature and humidity conditions, where improving quality and productivity is easy, in order to achieve the results we want.Key words：SCM STC89C52；keyboard；temperature and humidity sensors；12864 LCD

16、display；relay目 錄第一章 緒論11.1課題研究的背景11.2課題的國內(nèi)外概況11.2.1溫度系統(tǒng)的國內(nèi)外概況11.2.2濕度控制的國內(nèi)外概況21.3課題研究的意義31.4課題研究的主要內(nèi)容31.5課題研究的實現(xiàn)原理4第二章 系統(tǒng)總體方案設計62.1功能要求62.2設計思路62.3方案選擇72.3.1傳感器選擇方案72.3.2顯示器選擇方案82.3.3單片機主芯片選擇方案82.4系統(tǒng)總體設計組成及框圖92.5系統(tǒng)整體電路圖10第三章 系統(tǒng)硬件設計113.1概述113.2主控模塊設計113.2.1 STC89C52芯片的簡介113.2.2主控模塊電路原理圖123.3 DHT11傳感器

17、模塊設計143.3.1 DHT11傳感器簡介153.3.2 DHT11傳感器模塊電路設計153.4 12864液晶顯示模塊設計163.4.1 12864液晶顯示屏簡介163.4.2 12864液晶顯示模塊電路原理圖173.5報警模塊173.5.1蜂鳴器介紹173.5.2蜂鳴器報警模塊電路原理圖183.6繼電器控制模塊193.6.1繼電器的介紹193.6.2繼電器控制模塊電路原理圖203.7時鐘模塊223.7.1DS1302時鐘芯片簡介223.7.2時鐘模塊電路原理圖233.8矩陣鍵盤控制模塊243.8.1矩陣鍵盤的簡介243.8.2矩陣鍵盤控制模塊電路原理圖253.9輔助模塊263.9.1電源

18、總開關(guān)模塊263.9.2電平轉(zhuǎn)換模塊26第四章 系統(tǒng)軟件設計284.1概述284.2系統(tǒng)初始化模塊304.3串口模塊304.4矩陣鍵盤模塊324.5溫濕度控制模塊334.6報警模塊與繼電器控制模塊354.7 12864液晶顯示模塊354.8時鐘模塊（附加功能）36第五章 系統(tǒng)分析與調(diào)試375.1硬件電路的調(diào)試375.2功能模塊的調(diào)試方案38第六章 總結(jié)41參考文獻42附錄一：外文文獻以及中文翻譯43附錄二：程序52附錄三：系統(tǒng)整體電路圖64附錄四：實物圖65謝 辭66第一章 緒論1.1課題研究的背景溫濕度與人類的生活發(fā)展密不可分。我國是個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易在我們經(jīng)濟發(fā)展中占了舉足輕重的位置。

19、在我國，特別是近些年來我們的農(nóng)產(chǎn)品出口量一直保持著增長的趨勢。隨著世界貿(mào)易的展開，國際競爭越來越激烈，在如此的一個國際化大趨勢下，我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展必須通過提高本國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的數(shù)量、質(zhì)量以及我國政府各方面政策的支持等戰(zhàn)略來減少貿(mào)易壁壘。蔬菜、水果，水產(chǎn)品等的生長需要一個適宜的生長環(huán)境，這樣才能保證有更大的產(chǎn)量和更好的質(zhì)量。而這樣的一個適合的環(huán)境，溫度和濕度是兩個非常重要的指標。同時溫濕度也是我國工業(yè)生產(chǎn)實踐中很關(guān)鍵的工藝參數(shù)。例如電子、機械、計算機、石油、化工、生物醫(yī)學等都需要一個嚴格的溫濕度控制。并且改革開放以來，我們的生活水平不斷提高，人們對生存環(huán)境的要求也愈加苛刻。我們都想要一個更加適宜更

20、加舒適的環(huán)境。無疑溫濕度也就成為了我們關(guān)注的重要方面。另外，伴隨著科學技術(shù)的迅速成長，形形色色的高性能、低功耗設備愈來愈多，各個行業(yè)對溫濕度檢測的要求標準也愈來愈高。傳統(tǒng)的溫濕度檢測是以人為核心的。測量繁瑣復雜，操作起來極不方便，費時費力?，F(xiàn)在我國各地建立了許多新型的溫室大棚，種植各種反季節(jié)蔬菜、水果、花卉，用來滿足人們?nèi)找鎸ι畹母咦非?、高標準。其實不光是溫室?nèi)的農(nóng)產(chǎn)品，也包括養(yǎng)殖業(yè)，都對溫濕度有著越來越高的要求。在養(yǎng)殖場里我們可以看到各種牲畜都需要有個舒適安逸的環(huán)境才能長得更快。研究溫室內(nèi)溫濕度的控制系統(tǒng)，為溫室提供一個更好的溫濕度，保證一個良好的環(huán)境，這樣可以有更多的溫室農(nóng)產(chǎn)品、牲畜供我

21、們使用，使得我們的生活質(zhì)量越來越高。本次設計就是針對溫室內(nèi)的溫濕度進行一個智能控制。1.2課題的國內(nèi)外概況1.2.1溫度系統(tǒng)的國內(nèi)外概況（1）國內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的研究和發(fā)達國家相比，我們對溫度控制技術(shù)的研究是比較晚的。我們在認真學習了西方發(fā)達國家的溫度控制技術(shù)之后，我國科學技術(shù)人員不斷地努力進取，多次研究試驗，才慢慢掌握了微機控制技術(shù)。但是這項技術(shù)我國也并不是完全性的了解和掌握。我們的技術(shù)只是局限在對溫度這個環(huán)境因子的控制上。根據(jù)控制目標的不一樣，溫度控制技術(shù)分為下面兩種：一、 動態(tài)溫度跟蹤二、 恒溫溫度控制當今世界，常用來控制溫度的一般是智能調(diào)節(jié)器。這類調(diào)節(jié)器在市場上非常多。國外的調(diào)節(jié)器分辨率

22、和精度都很高，價格昂貴。國內(nèi)的調(diào)節(jié)器雖然價格比較低，但是精度和分辨率遠遠不如國外的，落后很多。所以我們只有在對溫度要求不是很高的情況下使用國內(nèi)的調(diào)節(jié)器才能取得比較理想的效果。從技術(shù)上來看，以單片機為核心又分為：一、 單參數(shù)單回路系統(tǒng)二、 多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)第二類系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中并沒有真正的實現(xiàn)，生產(chǎn)實際中有很多問題沒有解決。未來還需要我們不斷地努力，爭取早日實現(xiàn)多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)的設計。與此同時，中國的溫度測量控制水平還很低，遠遠達不到實際生產(chǎn)實踐中的工廠化水平。盡管中國在溫度控制水平上和歐美國家相差很大。但是近幾年來我國的溫度控制技術(shù)發(fā)展還不錯，正在呈現(xiàn)逐步上升的趨勢。（2）國外溫度系統(tǒng)的研

23、究國外對溫度控制技術(shù)的研究相對較早。在上個世紀70年代，國外首先采用了模擬式的組合儀表，用來采集現(xiàn)場信息并進行顯示、記錄和控制。80年代末又出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。如今國際上正在開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)。當今世界，各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展日益增快，尤其是歐美發(fā)達國家，他們正在實現(xiàn)自動化的基礎上逐步走向完全自動化、無人化。當今世界，國際上已研究出各種數(shù)字溫度傳感器一系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器是在自動測試技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)這三大技術(shù)的前提下逐步研制出來的。數(shù)字溫度傳感器是由下面幾部分構(gòu)成的，分別為A/D轉(zhuǎn)換器存儲器（或寄存器）信號處理器溫度傳感器接口電路1.2.2濕

24、度控制的國內(nèi)外概況（1）國內(nèi)濕度控制系統(tǒng)的研究自從中國加入WTO（世界貿(mào)易組織）以后，國內(nèi)生產(chǎn)的商品遭遇了越來越大的挑戰(zhàn)。各行各業(yè)特別是科學技術(shù)領域都迫切需要自動控制技術(shù)、應用電子技術(shù)進行更多更好的改造和提升。溫度和濕度是環(huán)境因素中的兩大重要因素。在農(nóng)業(yè)領域，嚴格地控制溫度和濕度可以有效地提高植物的產(chǎn)量和質(zhì)量，給我們帶來更高質(zhì)量的生活。但是過去我們對溫度和濕度的測量方法太落后，無法滿足對溫濕度的很好的智能控制。在食品行業(yè)，也是差不多都是憑經(jīng)驗，靠感覺。一般很少有人使用精度極高的濕度傳感器。如今海內(nèi)市場出現(xiàn)了越來越多的濕度傳感器，我們最常見到的就是電容式濕敏元件了。作為一名學電子的學生，我們都知

25、道，很多元器件以及儀器儀表的使用都需要一個嚴格的環(huán)境。比如溫度、濕度等。不同的環(huán)境給我們帶來的測量結(jié)果也是不一樣的。所以在測量濕度的時候也是一樣的。絕大多數(shù)的濕敏元件只有在一個合適的溫濕度環(huán)境下才能正常工作。對于特殊環(huán)境下的測試，國內(nèi)包括許多國外的各種濕度傳感器都很難做到精確的測量。（2）國外濕度控制系統(tǒng)的研究。濕度測量及濕度傳感器產(chǎn)品屬于90年代后才興起的行業(yè)。濕度傳感器主要有電阻式和電容式這兩種。近些年來，國內(nèi)外在濕度傳感器的研發(fā)領域取得了很大的進步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件走向智能化、集成化和多參數(shù)檢測。國內(nèi)外存在的濕度傳感器產(chǎn)品質(zhì)量相差很大，水平不一，價格也是相差甚遠。對于濕度測量

26、最主要的是濕敏電容技術(shù)，但是這項技術(shù)在國內(nèi)還不是很成熟，大部分都是來自國外的。1.3課題研究的意義單片機是用于控制的一個常見芯片，它也是一個小型的計算機。單片機有很多的優(yōu)點，比如它體積很小，有著很高的可靠性、很強的功能、我們用起來很靈活方便。單片機的使用給人們帶來了巨大的方便，使人們的生活更加美好、多姿多彩。在整個控制系統(tǒng)中，單片機是我們控制的核心。單片機操作起來簡單，價格較低，非常適合做一些設計使用。我們這個系統(tǒng)主要用來采集溫室內(nèi)的溫濕度信息，及時的反映出溫濕度的變化，以便及時的對溫室內(nèi)的溫濕度做出調(diào)整，保證一個良好的溫濕度環(huán)境。在超過溫度上下限范圍時通過多種控制方式來實現(xiàn)溫度的上升或者下降

27、，從而保證在一定范圍內(nèi)的溫度。對于濕度的控制也是同樣的道理。將系統(tǒng)應用到溫室中來控制溫室內(nèi)的一個溫濕度，無疑為溫室內(nèi)植被生長提供了更加適宜的溫濕度環(huán)境。有些植被必須在某些特定環(huán)境下才可以生長的很好，這樣的情況下安裝溫濕度裝置對其進行監(jiān)控就是非常有必要的。像溫室大棚種植蔬菜、水果、花卉等，我們能夠用單片機來實現(xiàn)對溫室的一個控制，顯而易見會給我們帶來很大的一個方便。我們設計的這個系統(tǒng)可以及時、精確地反映溫室內(nèi)的溫度以及濕度的變化，保證溫室內(nèi)溫濕度的控制要求。溫室溫濕監(jiān)控制系統(tǒng)的設計是一個對實際生產(chǎn)生活非常實用，可行性很高的一個設計，對學生在單片機知識的運用上也是非常好的鍛煉課題。1.4課題研究的主

28、要內(nèi)容本課題的核心在于我們對溫室內(nèi)溫濕度控制，為溫室提供一個適宜的溫濕度環(huán)境。在此設計中我們選擇了STC89系列的單片機。溫濕度的采集是這個設計中很重要的模塊，我們要選擇合適的傳感器來采集信息，再將采集到的溫濕度信息及時有效地傳送給單片機，然后單片機處理數(shù)據(jù)后發(fā)送到到液晶顯示屏。如果溫室內(nèi)當前的溫度和濕度值超過我們設定的極限值時，蜂鳴器會報警。與此同時單片機控制繼電器工作，實現(xiàn)繼電器的開關(guān)閉合，從而控制空調(diào)設備的啟動以來升高（或降低）溫度。對于濕度的控制，也是如此。通過這樣一個溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)，確保適當?shù)臏囟群蜐穸拳h(huán)境。本課題的設計要求是：（1）非常人性化的設計。當系統(tǒng)上電后，我們可以通

29、過矩陣鍵盤設置我們所需要的溫濕度限值范圍，用來控制溫室內(nèi)的溫濕度保持在一定的合適范圍內(nèi)。（2）在12864液晶顯示屏上，我們可以看到當前的溫度和濕度數(shù)據(jù)。而且這些數(shù)據(jù)的更新要及時，可以比較準確地反映出溫室內(nèi)當前的值。（3）系統(tǒng)不僅可以顯示出來溫室內(nèi)的溫濕度當前值。同時，當溫濕度值不在我們預先設置的范圍內(nèi)時，系統(tǒng)也應該自動做出調(diào)整，以實現(xiàn)我們系統(tǒng)的一個智能化。具體操作就是系統(tǒng)會根據(jù)我們最初設置的溫濕度限值來判斷是否要啟動報警裝置以及繼電器是否工作以便采取有效方案進行調(diào)整溫室內(nèi)的溫濕度。（4）在這個設計中，我們加了一個時鐘的功能?？梢燥@示時間和年月日。一來方便工作人員及時的得到時間的一個信息。二來

30、也可以很好的知道不同季節(jié)或不同時間段應該要有不同的一個溫濕度控制要求。1.5課題研究的實現(xiàn)原理本課題最重要的就是溫濕度采集模塊以及如何將溫濕度的信息顯示出來。在本文中，我們選擇了STC89C52單片機。在之前的學習中我們知道STC單片機對工作環(huán)境的要求比較低，但是執(zhí)行指令的速度卻非常快。在傳感器模塊中，我們選擇的是DHT11智能溫濕度傳感器。該傳感器能夠同時采集溫度和濕度的當前值，它告別了過去要同時控制溫度傳感器和濕度傳感器兩個傳感器的測量，集兩個傳感器于一身，實現(xiàn)對溫濕度的同時測量。這樣可以使我們的系統(tǒng)更加方便、簡潔。這樣我們的溫濕度采集模塊就完成了。采集好的數(shù)據(jù)要傳送給單片機主控模塊。在多

31、次衡量后，我們最終還是選擇了我們最為熟悉的STC89C52單片機。在溫濕度控制模塊，我們選擇了DHT11這個數(shù)字溫濕度傳感器來采集溫室內(nèi)的溫濕度信息，然后將采集到的溫濕度信息傳送給單片機進行處理，然后再交給12864液晶顯示屏。這樣我們就看到了當前的一個溫濕度值。顯示模塊也就成功完成了。對于報警模塊蜂鳴器無疑成為我們的最佳選擇。當系統(tǒng)工作時，我們首先要設置溫濕度的限值（一個上限值，一個下限值）。當溫室內(nèi)的當前溫濕度值超越我們的限制范圍時，蜂鳴器會報警。在這個系統(tǒng)中無論是溫度還是濕度超過我們所需要的界限值時，蜂鳴器發(fā)出的聲音是一樣的。我們是通過控制部分的指示燈報警方式來顯示出溫度還是濕度的一個報

32、警，以加以區(qū)別。控制模塊我們選擇的是用繼電器來實現(xiàn)我們所要達到的一個控制。當溫濕度出現(xiàn)異常時，繼電器工作。我們都知道繼電器其實就是個開關(guān)的作用。當不同的情況下，不同繼電器工作，實現(xiàn)開關(guān)的一個閉合。從而控制我們的空調(diào)或者其他設備工作，用來控制溫濕度的一個及時調(diào)整。在這里我們用的是幾個不同顏色的LED燈來代表不同的行為，以便有效地調(diào)整溫室內(nèi)的溫濕度，從而實現(xiàn)了簡單控制。 大體來說我們的硬件電路還算相對簡單。我們在這個系統(tǒng)中多加了一個功能就是時鐘的功能。通過DS1302來顯示一下當前時間和年月日。相當于一個萬年歷，也是對這個系統(tǒng)的一個完善。給溫室內(nèi)工作人員一個提示和對溫濕度控制的一個完善。工作人員可

33、以及時的知道不同時間段內(nèi)溫濕度的一個變化情況。 第二章 系統(tǒng)總體方案設計天津工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）2.1功能要求關(guān)于我們的課題“基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)”具體要求如下: （1） 采用適合的主控芯片單片機、傳感器以及液晶顯示屏等。（2） 系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能：單片機接收來自傳感器的數(shù)據(jù)進行處理和分析，把得到的溫度和濕度值通過液晶顯示屏顯示出來，完成溫濕度數(shù)據(jù)顯示；（3） 溫濕度的限值是可以通過電路板上的矩陣鍵盤來進行設置和修改，以便隨時做出調(diào)整。（4） 當溫濕度不合適的時候應發(fā)出報警信息；（5） 根據(jù)系統(tǒng)分析的不同結(jié)果，對溫室內(nèi)的溫濕度進行控制。在本課題中也就是進行升溫、降溫、加濕、去干的

34、一個操作。（6） 系統(tǒng)的一個完善改進，即加入時鐘芯片，可實現(xiàn)時間的一個顯示。方便工作人員對時間的一個把握以及系統(tǒng)本身功能的一個完善。2.2設計思路對于本課題的設計，我們的硬件電路組成部分如下：（1） 單片機主控模塊（2） 溫濕度控制模塊（3） 液晶顯示模塊（4） 矩陣鍵盤模塊（5） 報警模塊（6） 繼電器控制模塊（7） 時鐘模塊要想完成溫室內(nèi)的溫濕度自動控制，首先必須要有搜集溫濕度信息的模塊。綜合考慮各方面的要素，我們選取DHT11來作為這個模塊的芯片。它是個數(shù)字溫濕度傳感器。將DHT11采集到的溫濕度信息傳送給主控模塊，在這個課題中我們將單片機作為我們的主控模塊。然后單片機將來自傳感器的溫濕

35、度信息進行分析和處理，最終通過12864這個液晶顯示屏顯示出來。LCD12864液晶顯示屏能夠顯示4行的漢字，為了增加我們系統(tǒng)的一個功能，我們又加了個時鐘芯片DS1302。DS1302用來顯示當前的一個時間和年月日。對于溫室里的一個液晶顯示器來說，這樣子信息更加充足，人們能夠得到更多的相關(guān)信息，以便更好地控制溫濕度。當溫濕度發(fā)生異常的時候我們就要及時的采取措施來改善當前的這么一個溫濕度狀態(tài)。但是在我們的這個課題中不可能買個空調(diào)或者加濕器等，也沒必要。所以在這個系統(tǒng)中我們用幾個不同顏色LED燈來表示不同的功能行為，如升溫、降溫、加濕、去干等。如何來控制這些動作的發(fā)生呢。在這個設計中我們選用繼電器

36、來實現(xiàn)這個功能。如果溫室內(nèi)的當前溫度或者濕度超過我們最初設置的這個溫濕度限值時，我們通過編程來控制不同的繼電器去工作，然后不同的電路導通，使得不同顏色LED燈亮。在這里的不同顏色燈代表了不同的行為解決方案。不同情況下，蜂鳴器都會響，然后不同的燈亮。溫濕度在這正常的范圍內(nèi)時，白色LED燈是始終保持亮的。而那些溫濕度的范圍以及如何控制繼電器、蜂鳴器等的工作都通過軟件編程來實現(xiàn)。2.3方案選擇不同模塊的功能不同，而且每個模塊都很多不同的實現(xiàn)方法。但是我們在實際運用中，要選擇最優(yōu)的方案來進行我們的課題設計。在方案的選擇中，不僅僅要實現(xiàn)方案的高要求、高標準，也要考慮方案的可行性，對環(huán)境的要求以及方案中元

37、器件在市場的價格，要綜合各種因素選擇最佳的那個方案，實現(xiàn)高性價比并且經(jīng)濟可行。2.3.1傳感器選擇方案（1）方案一：選擇溫濕度傳感器SHT10或者溫濕度傳感器SHT11 作為溫度檢測模塊。在這里我們用SHT11來說明。SHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一體化的。它是由瑞士研制的。它的核心部件采用的是濕敏電容，所以精度和穩(wěn)定性都很高。雖然性能很高，但是價格要遠遠高于DHT11的價格。SHT11的一些參數(shù)：溫度測量標準：-40+123.8； 濕度測量標準：0100%RH； 溫度測量精度： 0.4 濕度測量精度：3.0%RH（2）方案二：選擇DHT11作為溫濕度檢測模塊的傳感器。DHT11是我國生產(chǎn)的。它

38、是一款集成型的傳感器。當然它也是個數(shù)字溫濕度傳感器。它采用了濕敏電阻這個核心部件，濕敏電阻的穩(wěn)定性不好，但是成本很低。所以DHT11的價格相對較低。在我們這個設計中對溫濕度要求不是很高，所以可以采用這個傳感器作為采集溫濕度的元件。DHT11的一些參數(shù)：溫度測量標準： 050濕度測量標準：20%相對濕度90%相對濕度，溫度測量精度：2 濕度測量精度：5%RH經(jīng)上述分析，方案一雖然精度更精確、穩(wěn)定性更好，但是價格極高，在此課題設計中不是很經(jīng)濟。方案二雖然沒有方案一可以實現(xiàn)那么高精度高穩(wěn)定性的一個測量。但是它也能實現(xiàn)我們所需要的功能，滿足設計要求，且簡便易行，價格相對較好。具有非常好的的性價比，經(jīng)濟

39、實用性很高所以故選擇方案二即用DHT11作為溫濕度采集模塊的傳感器。2.3.2顯示器選擇方案 （a） （b）圖2-1 LCD12864與LCD1602液晶顯示屏實物圖（1）方案一：選擇LCD12864液晶。LCD12864液晶顯示屏的構(gòu)成是：1）行驅(qū)動器；2）列驅(qū)動器；3）128*64全點陣液晶顯示器。它是一個點陣型的液晶，屏幕為4行。LCD1602僅僅可以顯示數(shù)字和字符，不能顯示中文漢字。和它相比，LCD12864可以實現(xiàn)32（8*4）個漢字、字符、數(shù)字、圖形顯示，唯一的缺點就是價格相對來說比較貴。（2）方案二：選擇LCD1602液晶。LCD1602是一個字符型的液晶。它的屏幕有2行。只能現(xiàn)

40、實數(shù)字和字符，不能顯示漢字。和方案一相比價格相對便宜。綜上述分析，我們這個系統(tǒng)的顯示模塊最終就選擇了LCD12864液晶顯示屏。這是因為LCD12864液晶顯示屏不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示漢字、圖形。而且和LCD1602相比，它可以顯示的字符更多，更美觀。在我們的這個課設中，加入了時鐘的功能?？紤]到LCD12864液晶顯示屏可以顯示更多的信息，于是我們就在這個課題設計中選擇了它。2.3.3單片機主芯片選擇方案單片機（Single-Chip-Microcomputer）又稱為單片微型計算機、微控制器。它的結(jié)構(gòu)特點是在一個半導體芯片上將微型計算機的的基本功能部件如中央處理器(Central

41、 Processing Unit,CPU)、存儲器（隨機存取存儲器Random Access Memory,RAM和只讀存儲器Read Only Memory,ROM）、輸入接口電路（Input）、輸出接口電路（Output）、定時/計算器及終端系統(tǒng)等集成起來，構(gòu)成一個小而完善的微型計算機。在本課題設計的溫濕度測控系統(tǒng)中，我們采用的是主控芯片是STC系列的單片機。我們之所以選擇STC系列的單片機，主要是因為它的獨特之處，它的功耗比較低，并且有著很強的抗干擾能力，而且它與MCS-51系列單片機是完全兼容的。除此之外它內(nèi)置有 MAX810 專用復位電路，而且能夠進行遠距離升級,也有廉價，基于這種種

42、的優(yōu)點，我們選擇我們最常用的STC 系列單片機來作為我們課題所用的芯片。2.4系統(tǒng)總體設計組成及框圖系統(tǒng)主要是由一下幾個模塊組成的（1） 矩陣鍵盤：用來設置溫濕度的上下限制。（2） 電平轉(zhuǎn)換模塊：方便電腦與系統(tǒng)的連接，以便能夠順利下載程序。（3） 電源模塊：可以通過USB來給電源供電。（4） 液晶顯示模塊：用來顯示溫濕度實時信息以及當前的時間，日歷。（5） 溫濕度采集模塊：用來搜集當前的溫濕度即時信息，然后將其傳送給單片機。（6） 蜂鳴器報警模塊：當異常發(fā)生時發(fā)生警報聲，以提醒工作人員。（7） 繼電器控制模塊：用來控制空調(diào)等設備的工作好好保持溫室內(nèi)的一個適宜的溫濕度。（8） 時鐘模塊：提供時間

43、和年月日。（9） 單片機主控模塊：系統(tǒng)的核心，用來分析來自各個模塊的信息。其系統(tǒng)原理圖如下圖所示：圖2-2 系統(tǒng)總體設計框圖 2.5系統(tǒng)整體電路圖圖2-3 系統(tǒng)整體電路圖DHT11是一個數(shù)字溫濕度傳感器。它是用于在溫室溫濕度信息采集。這個系統(tǒng)是以STC89C52單片機為核心的。它可以用來操作數(shù)據(jù)的處理。而LCD12864是用來呈現(xiàn)當前時間和溫濕度信息的。繼電器控制模塊是用來調(diào)整溫室內(nèi)的溫濕度變化的。在這里，考慮到實際情況，我們也不可能用個制冷器、空調(diào)、加濕器，不太實際。所以我們選擇用幾個有色的LED來代表我們對溫濕度的幾種不同的控制行為。包括升溫、降溫、加濕、去干。第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1概

44、述我們的這次設計，主要是利用單片機來完成對溫度和濕度的智能控制。硬件系統(tǒng)在整個系統(tǒng)的設計中是基礎，也是軟件設計的重要支撐和依據(jù)，根據(jù)上面的討論，我們最終選擇的是STC89C52這個單片機就可以滿足我們對這個設計的全部要求。對于我們的硬件電路，我們可以分為幾大模塊。其中主控模塊是整個系統(tǒng)設計的中心模塊。STC89C52單片機是我們所用的主導芯片。它是用來控制整個系統(tǒng)的運行的，起到了核心領導的作用。然后我們通過I/O口將其他的各個功能模塊連接到單片機上，使它們成為一名完整的系統(tǒng)。下面分別對它們進行一個具體的介紹。3.2主控模塊設計3.2.1 STC89C52芯片的簡介圖3-1 STC89C52單片

45、機芯片實物圖圖3-2 STC89C52單片機芯片引腳圖STC89C52單片機是由STC公司研制的。它是一個8位的CMOS微控制器。它所具有的特點是性能很好，功耗低，并且它具有8K的系統(tǒng)可編程閃存。在一個單芯片，STC89C52之所以可以為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高度靈活的、超有效的解決方案，是因為它的 8位CPU具有智能的在系統(tǒng)可編程閃存的功能。STC89C52的一些特點：1.512byte的RAM，其中內(nèi)置RAM和外部RAM分別為一半。除此之外，它還有8K字節(jié)的閃存，內(nèi)置4KB的EEPROM ；21個外部中斷，32位I / O線；3.EEPROM不是ROM，也不是RAM；4.最大工作頻率3

46、5MHz時， 6T/12T可選；51個看門狗定時器，全雙工串行口。3.2.2單片機最小系統(tǒng)原理圖圖3-3 STC89C52單片機最小系統(tǒng)如上圖所示，我們知道，這是STC89C52單片機的一個最小系統(tǒng)。其中包括了復位電路（10uF電解電容電容,10K 電阻）、晶振電路、電源電路（5V穩(wěn)壓電源）.在焊接單片機最小系統(tǒng)的時候，我們會遇到各種各樣的問題。小到電阻電容的選擇，大到元器件與單片機的焊接，每個元件都需要我們慎重選擇，認真焊接。不管是電阻還是電容我們都要選擇質(zhì)量好的。我們現(xiàn)在大都選擇電解電容.以前經(jīng)常使用的是瓷片電容,發(fā)現(xiàn)它不太好用,存在很多的問題，有時候還會出現(xiàn)程序下載不進去的情況,所以現(xiàn)在

47、我們經(jīng)常使用電解電容。并且電平轉(zhuǎn)換芯片最好使用國外的品牌。國內(nèi)的芯片不是很好用，性能也不是很穩(wěn)定，容易出問題。在這里我們選擇了MAX232作為我們的電平轉(zhuǎn)換芯片。這里我們介紹兩個基本板塊。即兩個支撐單片機最小系統(tǒng)運行的基本板塊：（1）晶振電路（又叫振蕩電路）圖3-4 晶振電路模塊晶振模塊如圖所示，它是由一個晶振和兩個電容組成。晶振值為11.0592MHZ，電容值為30pf.在這個晶振電路中，改變晶振的值就相當于改變了單片機的一個振蕩周期。所以我們在焊接的時候可以選擇用插針焊接，這樣就可以把晶振插在插針上，當我們需要其他晶振時可以直接更換晶振，而不需要再變更電路了。（2）復位電路圖3-5 復位電

48、路模塊如圖所示為復位電路，它是由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成。我們在很早以前就學過，電容兩端的電壓是不能突變的。當系統(tǒng)加電后，RST引腳將會變成是高電平狀態(tài)，用來確定這個高電平將會持續(xù)多長時間的是RC的值。經(jīng)典的的52單片機是在高電平保持兩個機器周期后被復位的，也就是被重置了。所以RC值要適合，這樣才可以保證一個可靠的復位。電容和電阻的取值是多種多樣的，可根據(jù)不同振蕩電路的不同要求來確定。在此，我們選擇的晶振數(shù)值為11.0592MHz，這樣我們可以獲得一個非常精確的波特率。在串口通信的場合是很方便的。3.3 DHT11傳感器模塊設計3.3.1 DHT11傳感器簡介圖3-6 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器實物圖

49、以及引腳圖DHT11是一個復合式的數(shù)字傳感器，它是溫度傳感器和濕度傳感器的集合。它應用專用的模塊采集技術(shù)和數(shù)字式溫濕度傳感器技術(shù)，用來確保其產(chǎn)品具有卓越的長期穩(wěn)定性和高可靠性。它的封裝方式是4針單排引腳，在電路板焊接中很方便。DHT11是一個單一的串行接口，它可以使系統(tǒng)集成變得非常簡單而快速的。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎么樣的呢？它是由下面三個元件組成的。它們分別電阻元件為、NTC溫度元件、8位微控制器。微控制器的性能很高。DHT11的優(yōu)點是：（1） 尺寸小，功耗低；（2） 反應速度極快，很強的抗干擾能力，高性價比；（3） 信號傳輸距離遠，高達20米以上；（4） 品質(zhì)優(yōu)良，使其成

50、為即使在更苛刻的應用場合也是一個最佳的選擇；（5） DHT11是單線串行接口。 DHT11傳感器模塊電路設計圖3-7 DHT11溫濕度控制模塊電路圖3.4 12864液晶顯示模塊設計3.4.1 12864液晶顯示屏簡介圖3-8 LCD12864液晶顯示屏實物圖LCD12864液晶顯示屏分為兩種，帶字符的和不帶字符的。我們用的是帶字符的這種。LCD12864是圖形式的液晶顯示儀。它有128*64的點陣模塊，內(nèi)部帶有192個中文漢字、128個字符及16*16(256)點陣顯示RAM。所以它比LCD1602更高端，它不僅可以顯示更多的字符和數(shù)字，而且還可以顯示漢字與圖形。12864液晶顯示屏可以能夠

51、和CPU直接相連，我們可以加個上拉電阻在和單片機相連，這樣可以增加它的驅(qū)動能力。12864有很多功能，例如光標顯示、睡眠模式、畫面移位等。除此之外它還有兩種界面可以用來連接微處理器。連接方式有八位并行和串行兩種。3.4.2 12864液晶顯示模塊電路原理圖圖3-9 LCD12864液晶顯示屏與單片機連接的電路圖3.5報警模塊3.5.1蜂鳴器介紹圖3-10 蜂鳴器實物圖一、蜂鳴器的介紹：蜂鳴器是一體化結(jié)構(gòu)的，它采用的是直流電壓供電。蜂鳴器是屬于聲音設備的電子器件。因此它被廣泛的應用于各種電子產(chǎn)品中。二、蜂鳴器的分類：（1）按照工作原理來劃分的話1 電磁式蜂鳴器 2 壓電式蜂鳴器（2）按照驅(qū)動方式

52、劃分的話可以分為有源和無源蜂鳴器兩種類型。表3-1 有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的對比類型區(qū)別備注有源蜂鳴器1. 內(nèi)帶振蕩源，采用直流信號DC驅(qū)動。2. 只能以一種頻率發(fā)出聲音即單身。多出振蕩電路，價格較高一點。無源蜂鳴器1 不帶振蕩源，一般采用2-5KHz方波驅(qū)動。2 加一定頻率電流發(fā)聲且可改變頻率發(fā)出不同聲音。（3）按照安裝類型不同可以分為貼片行、引線型、插針型、垂直安裝型、面板安裝型等。3.5.2蜂鳴器報警模塊電路原理圖圖3-11 蜂鳴器報警模塊與單片機相連電路圖在這個系統(tǒng)中，三極管是用來作為驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲的。我們知道單片機的IO口電流是很小的，但是蜂鳴器的工作電流卻很大，所以我們只靠單片機的

53、IO口電流來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲是無法實現(xiàn)的。所以我們要利用三極管來增大驅(qū)動電流。從而使蜂鳴器發(fā)生報警。3.6繼電器控制模塊3.6.1繼電器的介紹圖3-12 繼電器實物圖圖3-13 蜂鳴器內(nèi)部原理圖繼電器就是一個自動開關(guān)。實際上它屬于一種電子控制器件。它的控制原理就是用較小的物理量去控制較大的物理量，然后控制銜鐵的吸合、斷開，從而控制電路的通斷，以此保證電路的安全，起到了自動調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換電路和智能化控制的作用。它具有輸入回路和輸出回路，又叫做控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)。電磁繼電器是由銜鐵，觸點，鐵芯，簧片和線圈等構(gòu)成的。繼電器在沒有工作的情況下，處于斷開狀態(tài)的靜觸點叫做常開觸點，處于閉合狀態(tài)的靜觸點叫做常閉

54、觸點。繼電器的工作原理：當我們在線圈兩端加上一定的電壓時，這個時候線圈中會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁感應。銜鐵就會利用電磁力的吸引作用克服彈簧的拉力吸向鐵芯，從而使得銜鐵的動觸點與靜觸點（也就是常開觸點）吸合。只要線圈斷電了，那么電磁鐵的吸引力也就消失了，銜鐵就會通過彈簧的反作用力返回到原來的位置，使得動觸點和之前的靜觸點（也就是常閉觸點）吸合。就這樣銜鐵的不斷吸合斷開，從而達到電路的閉合和斷開。這樣就實現(xiàn)了開關(guān)的作用。3.6.2繼電器控制模塊電路原理圖圖3-14 繼電器控制系統(tǒng)與單片機相連電路圖在這個模塊中，我們用繼電器來控制對我們整個系統(tǒng)的溫濕度調(diào)節(jié)。考慮到我們只是個課題設計，所以我們選擇用幾個不同顏色的LED發(fā)光二極管來代表我們的不同信號，即升溫、降溫、加濕、去干。在實際生產(chǎn)中，繼電器控制的則是空調(diào)或者其他設備進