基于單片機(jī)大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：在現(xiàn)代溫室栽培技術(shù)中，溫度和濕度是影響農(nóng)業(yè)溫室的兩個(gè)至關(guān)重要的因素。在中國(guó)，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，溫室生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，但在溫度和濕度的檢測(cè)和控制是比較落后，設(shè)備陳舊，對(duì)于這些問題，AT89C51單片機(jī)和DHT11傳感器的使用在我的設(shè)計(jì)里尤為重要。在關(guān)于改變溫度和濕度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和調(diào)整方面，本文的硬件和軟件設(shè)計(jì)都包含在內(nèi)，其中，由AT89C15單片機(jī)設(shè)計(jì)作為硬件電路的控制系統(tǒng)，DHT11溫度濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它可以檢測(cè)溫度和濕度控制電路由溫度和濕度傳感器和預(yù)置溫濕度值比較報(bào)警電路，當(dāng)使用者輸入了一個(gè)固定值之后，如何實(shí)際值高于這個(gè)輸入值，那么報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)（蜂鳴器蜂鳴），液晶顯示屏顯示溫度和濕度值，然后控制系統(tǒng)根據(jù)報(bào)警調(diào)整恢復(fù)到設(shè)定溫度和濕度，從而達(dá)到檢測(cè)和農(nóng)業(yè)溫室控制。由主程序、溫度程序、濕度程序、顯示程序組成軟件程序。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)溫室溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)，這個(gè)擁有很多強(qiáng)項(xiàng)的設(shè)計(jì)，例如簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、方便、精度高等，在現(xiàn)實(shí)生活中是不錯(cuò)的選擇。關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；濕度測(cè)量；溫度測(cè)量；DHT11；AT89C51目錄1緒論 -1-1緒論1.1背景和意義隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，設(shè)施農(nóng)業(yè)被作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的重要途徑之一，受到了社會(huì)各界以及國(guó)家越來(lái)越多的關(guān)注以及重視，并且得到了它應(yīng)得的關(guān)注與重視。設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室工程的建設(shè)和發(fā)展，是現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段。溫室技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，減少了該地區(qū)農(nóng)作物的種植和氣候等自然環(huán)境的諸多因素，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。溫度和濕度是衡量溫室的一個(gè)重要參數(shù)，是植物生長(zhǎng)情況的主要影響因素。植物在這些因素下生長(zhǎng)，我們必須嚴(yán)格掌握這些因素的情況，然而像以前溫度表、濕度表、雙金屬表、濕度試紙等傳統(tǒng)方法都不是很方便，這些方法耗時(shí)耗力、效率低下，并且溫度和濕度誤差的檢測(cè)得不到保障，隨機(jī)性篇高，而溫度和濕度的控制是一個(gè)主要問題。該系統(tǒng)采用了廉價(jià)的電子設(shè)備，制作了使用價(jià)值比較高的大棚作物生長(zhǎng)輔助系統(tǒng)。溫室作為農(nóng)業(yè)發(fā)展和生產(chǎn)的“工廠”，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中起著極其重要的作用。其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度將在農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量起著決定性的作用，而溫度和濕度測(cè)量是溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確運(yùn)行的關(guān)鍵，因此提高溫室監(jiān)控系統(tǒng)的性能具有重要意義的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀近年來(lái)，對(duì)中國(guó)的溫室產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)的東北以及中國(guó)其他北部地區(qū)，已經(jīng)有許多現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室，提供大量的反季節(jié)作物。然而，中國(guó)的溫室自動(dòng)化技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于溫室生長(zhǎng)的數(shù)量。溫室環(huán)境的自動(dòng)控制，是為了更好的使植物得到優(yōu)質(zhì)的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)大棚包括溫度、濕度、光照、濃度等因素進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的總稱。溫室環(huán)境控制的兩個(gè)重要因素是溫度和濕度。國(guó)外于上個(gè)世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始了對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)設(shè)計(jì)的研究。到目前為止，國(guó)外已經(jīng)開始了計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng)的研究。上世紀(jì)80年代后，中國(guó)也已經(jīng)開始在溫室自動(dòng)控制技術(shù)方面做研究。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，借鑒于成熟的溫室自動(dòng)化技術(shù)，是基于中國(guó)的科學(xué)以及技術(shù)研究人員慢慢的掌握了溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)。但是一般只實(shí)現(xiàn)了單個(gè)溫室對(duì)于環(huán)境因素的自動(dòng)控制。本文通過(guò)對(duì)溫度和濕度監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)的硬件部分的上下兩部分進(jìn)行了研究。上位機(jī)由微機(jī)通過(guò)RS-485總線與下位機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)溫度及濕度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理。下位機(jī)的核心部件是AT89C51單片機(jī)以及SHT11溫濕度傳感器完成的任務(wù)的顯示、收集、預(yù)處理、超限報(bào)警的溫濕度數(shù)據(jù)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)的信息相互傳播，具備精確高、實(shí)時(shí)性高，具有可以處理多個(gè)點(diǎn)溫濕度信息的優(yōu)點(diǎn)。2設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)思想首先，用戶需要通過(guò)鍵盤設(shè)定溫度和濕度，這是濕度和溫度的初始值，單片機(jī)系統(tǒng)將儲(chǔ)存用戶設(shè)定的初始值，溫度，在溫度和濕度變化的溫度和濕度，濕度的變化后，然后單片機(jī)為主體程序開始查詢檢測(cè)溫濕度傳感器DHT11溫濕度狀態(tài)，并通過(guò)LCD顯示得到的查詢結(jié)果顯示，同一時(shí)間，如果溫濕度傳感器DHT11溫濕度條件的檢測(cè)，該值與初始值不相同的時(shí)候就將發(fā)出警報(bào)。當(dāng)在溫室溫度大于或小于初始值的時(shí)候，單片機(jī)控制輸出接口使加熱裝置或冷卻裝置工作；當(dāng)溫室濕度小于或大于初始值，單片機(jī)控制輸出接口加濕設(shè)備、除濕設(shè)備工作直到返回初始值為止。2.2系統(tǒng)功能要求要做到溫度與濕度的檢測(cè)與控制，就要做到以下幾點(diǎn)：(1)可以對(duì)室內(nèi)溫度和濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，單片機(jī)處理能準(zhǔn)確的溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸、分析、處理和發(fā)送信號(hào)的顯示、報(bào)警系統(tǒng)。(2)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況報(bào)警準(zhǔn)確，可以清楚地提醒用戶的操作溫度和濕度發(fā)生器系統(tǒng)。(3)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可觀性，溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，單片機(jī)反饋相應(yīng)的報(bào)警信息，監(jiān)控用戶可以輕松閱讀。(4)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)按鍵設(shè)置溫度和濕度上限值和下限值，實(shí)現(xiàn)較為有限的報(bào)警。2.3方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為控制中心，采用溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成了智能溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。在溫室中，環(huán)境溫度和濕度往往控制在一定范圍內(nèi)。低成本、AT89C51單片機(jī)的溫度和濕度控制系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)基本能滿足溫度和濕度的設(shè)計(jì)。通過(guò)不同功能的分類一共有三個(gè)模塊：1、溫濕度采集輸入模塊2、信息處理模塊3、用戶交互模塊DHT11作為溫濕度采集輸入模塊，主要用于檢測(cè)溫度和濕度信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)檢測(cè)操作，液晶顯示屏可以顯示大小的信號(hào)采集。在數(shù)據(jù)采集和控制功能方面，我們采用AT89C51單片機(jī)。用鍵盤、蜂鳴器、LED溫濕度顯示來(lái)完成用戶交互模塊。用戶通過(guò)調(diào)整按鈕設(shè)置溫度和濕度的基本值，用LED溫濕度顯示器來(lái)顯示數(shù)據(jù)，用蜂鳴器報(bào)警。綜上所述得到原理圖如圖3.1所示：溫濕度傳感器器器qi器溫濕度傳感器器器qi器單片機(jī)種植控制KONGZKONGKONGLCD溫濕度顯示鍵盤蜂鳴器圖3.1溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)原理圖常用的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)的方法是通過(guò)一個(gè)冰箱和一個(gè)加熱器。在冷卻的時(shí)候，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度值，系統(tǒng)控制冰箱的開關(guān)，其過(guò)程是：當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，冰箱開關(guān)打開，工作，從而達(dá)到連續(xù)制冷的目的。在加熱時(shí)，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)，加熱器開關(guān)將會(huì)被接通，加熱器從而開始工作，從而達(dá)到了加熱的目的。這樣來(lái)說(shuō)，對(duì)于環(huán)境濕度的調(diào)整也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一原則。2.4總體方案確定2.4.1系統(tǒng)總體功能（1）用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)能夠精確定時(shí)，并且能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的時(shí)期以及時(shí)間，包括了年、月、日、時(shí)、分、秒、星期；（2）具備校準(zhǔn)功能；通過(guò)按鍵進(jìn)行初始化，即設(shè)定當(dāng)前的日期及時(shí)間、星期；（3）具備通斷電功能而且記時(shí)不中斷；（4）具備報(bào)警功能；設(shè)置不同的時(shí)間得到不同的提示。（5）具有溫度測(cè)量功能。2.4.2單片機(jī)芯片的方案選擇選項(xiàng)1：采用MCS-51為單片機(jī)核心，并且同時(shí)擁有FLASHROM，內(nèi)部4kbrom的存儲(chǔ)空間，包括內(nèi)置128bram，還要兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以及五個(gè)中斷源的兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，四位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3、片上，用1.2MHz振蕩器的頻率范圍為12MHz，的總線結(jié)構(gòu)，強(qiáng)大的位處理能力。在這其中，8031性價(jià)比高，易于開發(fā)，目前其應(yīng)用范圍廣。但電路沒有ISP在線編程技術(shù)，程序錯(cuò)誤或修改程序的新功能，需要重新燒程序，將芯片插入幾次芯片造成一定的傷害。選項(xiàng)2：核心硬件采用AT89C51，因?yàn)槠浒?051指令代碼，并且可以選擇12或6時(shí)鐘機(jī)器周期。其也擁有很多實(shí)用性的特點(diǎn)，比如價(jià)格低、空間大、使用方便、功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)不僅價(jià)格很便宜，而且具有超大的程序空間，豐富的資源，網(wǎng)上下載很方便，用51個(gè)相同的芯片的功能，你可以使用keil軟件來(lái)完成，并調(diào)試電路，和51不同的是，程序錯(cuò)誤或修改程序的新功能需要燃燒程序，不需要插件的芯片幾次，它會(huì)不會(huì)造成芯片損壞。在這里，最后一個(gè)選項(xiàng)。通過(guò)對(duì)單片機(jī)的各種性能的分析，選用AT89C51單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，它是一種高效的微控制器，并且與MCS-51兼容，并具有可編程存儲(chǔ)器4K字節(jié)和1000擦除周期的功能，數(shù)據(jù)保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年之久，所以是最好的選擇。2.4.3顯示電路的方案選擇方案1：點(diǎn)陣顯示，使用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示，但是由于缺陷較多，所以排除。方案2：使用八段數(shù)碼管，優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單明了，顯示穩(wěn)定性好，對(duì)處理器的運(yùn)行效率更高。然而，當(dāng)在微控制器中顯示的位數(shù)I/O端口的開銷，需要提供的I/O接口電路也就更加的復(fù)雜。雖然動(dòng)態(tài)掃描模式可以保存微控制器的I/O端口線，簡(jiǎn)化了硬件電路，是不是還是比較麻煩。這是經(jīng)濟(jì)的，但操作比液晶顯示器稍微繁瑣，使用的能量損失比較大。方案3：使用功能強(qiáng)大的液晶顯示，而且液晶顯示器在許多相關(guān)領(lǐng)域都有廣泛的使用，但價(jià)格偏高，且需要更多的接口。在這里，考慮到程序三的選擇后，它顯示了相當(dāng)豐富的內(nèi)容，使得系統(tǒng)結(jié)果顯示的更加清晰明確，所以使用液晶顯示器作為液晶顯示模塊的一部分。綜合考慮，方案二的選擇，系統(tǒng)不怕斷電和時(shí)間準(zhǔn)確，易于工作，而且非常符合智能的特點(diǎn)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1AT89C51單片機(jī)作為設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心部件，單片機(jī)的選擇就顯的至關(guān)重要。它的性能好壞直接影響到的是整個(gè)系統(tǒng)的好壞，對(duì)系統(tǒng)的功能以及功能的擴(kuò)展有很深遠(yuǎn)的影響。在眾多的單片機(jī)中，51系列單片機(jī)是很容易被用作教材，而核心的單片機(jī)是學(xué)生設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)。其中，Atmel公司旗下的AT89S52單片機(jī)是最常見的，是需要和AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。，內(nèi)部有4KRM內(nèi)存，是flash工藝的，這樣，我們使用特定的編譯器[9]就可以輕易地擦除和改寫單片機(jī)，片內(nèi)存在有128字節(jié)的RAM[10]。這樣單片機(jī)讀寫速度會(huì)很快，優(yōu)點(diǎn)很多，所以選擇該款單片機(jī)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。Intel公司于80年代初推出的AT89C51單片機(jī)是一部功能強(qiáng)大的芯片，其功能和使用方面的優(yōu)勢(shì)是其他型號(hào)所不具備的。他擁有8位嵌入式微控制器，其優(yōu)良的性能和便宜的價(jià)格在工業(yè)得到很好的應(yīng)用。它不僅具有強(qiáng)大的8位總線外圍拓展功能，能夠快速提高數(shù)據(jù)處理速度。隨著時(shí)代的發(fā)展，芯片包含的所有數(shù)據(jù)通道都能在一塊很小的硅板上進(jìn)行集成，穩(wěn)定性高，速度快，使用方便。所以AT89C51作為本設(shè)計(jì)的cpu無(wú)可厚非。AT89C51單片機(jī)采用的封裝結(jié)構(gòu)為40引腳雙列直插式。以特殊功能寄存器（SFR），高速登記列陣、算術(shù)邏輯單元（RALU）和控制器為主要成分。它與外部存儲(chǔ)器通過(guò)寄存器SFR，如內(nèi)存和特殊功能，通過(guò)控制器。AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)CPU的主要特點(diǎn)有以下幾種：重量輕、體積小巧、價(jià)格低廉、抗干擾能力超級(jí)強(qiáng)、使用便捷等等。此外，通過(guò)SFR也可以直接控制A/D、PWM、I/O、有效操作的串行端口和其他組件。二總線登記陣列CPU內(nèi)部和控制單元連接到EALU。這兩條總線是：8位的數(shù)據(jù)總線[14]（D-BUS）和16位的地址總線（A-BUS）。數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)之間的價(jià)值和登記數(shù)組或SFR。地址總線作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡刂房偩€或作為多路復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線連接到寄存器控制器。CPU片中RAM的訪問是通過(guò)寄存器R0和R1，直接訪問。AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘可以用來(lái)當(dāng)工作可以芯片內(nèi)部振蕩器也可以輸入通過(guò)其xtall引腳從外部輸入。為6~12為其工作的頻率。在本系統(tǒng)中使用的頻率是11.0592mhz。單片機(jī)AT89C51實(shí)物（如下圖3.1(a））。圖3.1（a）單片機(jī)AT89C51實(shí)物圖AT89C51單片機(jī)主要通過(guò)40個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)以下功能：1.控制引腳—ALE/PROG、PSEN、EA/VPP、RST。2.I/O端口的引腳—P0、P1、P2、P3，為4個(gè)8位I/O口的外部引腳。3.電源、時(shí)鐘引腳—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。圖3.1（b，c）單片機(jī)復(fù)位電路圖AT89S51單片機(jī)的復(fù)位方法有以下2種:（1）上電復(fù)位、打開電源后、利用C、R充電自動(dòng)完成上電復(fù)位步驟。當(dāng)晶體振蕩器采用6MHZ的頻率的時(shí)候，復(fù)位電路如下圖3.1(b)所示。(2)上電復(fù)位兼手動(dòng)復(fù)位。不僅可以上電復(fù)位、還可以利用按鈕閉合、使單片機(jī)復(fù)位引腳可以保持2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平、確保完成手動(dòng)復(fù)位功能。(C)復(fù)位電路如圖3.1所示。3.2DHT11傳感器模塊系統(tǒng)因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中要考慮到硬件的可靠性和穩(wěn)定性，所以我們使用DHT11傳感器。這一款傳感器采用專用數(shù)字模塊采集技術(shù)，里面擁有一個(gè)電阻和一個(gè)NTC熱電偶。DHT11傳感器引腳可以直接用于連接到單片機(jī)。其強(qiáng)大的實(shí)際使用性能，速度快、抗干擾、性價(jià)比高都表明其為這項(xiàng)設(shè)計(jì)的最佳選擇。DHT11傳感器實(shí)物圖如下3.2所示：圖3.2DHT11傳感器實(shí)物圖（1）引腳介紹：引腳（VCC）：電源引腳，參考供電電壓3-5.5V，供電電壓5V即可。引腳（DATA）：?jiǎn)慰偩€，串行數(shù)據(jù)。引腳（N/C）：空腳，請(qǐng)懸空。引腳（GND）：接地，電源負(fù)極。（2）接口說(shuō)明：當(dāng)接線比20m少時(shí)采用5k的上拉電阻，其他情況自行采用合適的上拉電阻。DHT11的典型應(yīng)用電路如圖3.3.圖3.3DHT11的典型應(yīng)用電路（3）電源引腳：DHT11的供電電壓為3-5.5V。傳感器上電后，要等待1s。在電源引腳（VDD,GND）之間連接一個(gè)100nF的電容，可以過(guò)濾掉偶濾波。（4）串行接口（單線雙向）對(duì)于單片機(jī)與DHT11同步之間的通信數(shù)據(jù)，采用的是單總線數(shù)據(jù)格式，一個(gè)約為4ms的通信時(shí)間，該數(shù)據(jù)在以下描述的特定格式的整數(shù)部分，小數(shù)部分，為以后的擴(kuò)展目前的小數(shù)部分，現(xiàn)在操作如下：3.3LCD1602液晶顯示系統(tǒng)LCD:1、字符型液晶顯示模塊是一種專門用來(lái)顯示符號(hào)、字母、數(shù)字等點(diǎn)陣式LCD，現(xiàn)在常見的有16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。2、LCD1602主要的技術(shù)參數(shù)：如表3.1所示：表3.11602的主要技術(shù)參數(shù)工作電壓4.5-5.5V容量16×2個(gè)字符最佳工作電壓5.0V工作電流2.0mA字符尺寸2.95×4.35（W×H）mm3、引腳功能說(shuō)明如表3.2所示：表3.2引腳接口說(shuō)明表1602LCD采用了標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或者16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VDD正極2VSS地3VL液晶顯示偏壓4RS數(shù)據(jù)/命令選擇5R/W讀/寫選擇6E使能信號(hào)7D0數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)9D2數(shù)據(jù)10D3數(shù)據(jù)11D4數(shù)據(jù)12D5數(shù)據(jù)13D6數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)15BLA背光源正極16BLK背光源負(fù)極采用指令我們可以控制1602液晶模塊。4、管腳圖，如圖3.3所示：圖3.3LCD1602的管腳圖其中實(shí)物圖如圖3.4所示：圖3.41602字符型液晶顯示器實(shí)物圖兩者之間的尺寸差別如圖3.5所示：圖3.51602LCD尺寸圖1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表在顯示設(shè)備中，液晶顯示模塊速度偏慢。在實(shí)際使用過(guò)程中要確保其在空閑狀態(tài)，否則顯示為字符。如圖3.6是1602的內(nèi)部的顯示地址。如圖3.61602LCD內(nèi)部顯示地址3.4主要模塊的電路3.4.1系統(tǒng)的蜂鳴器電路在實(shí)際生活中我們常常把安全作為首選，這也就要確保系統(tǒng)的安全性。要做到這一點(diǎn)，我們就要設(shè)計(jì)一款安全警報(bào)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)能夠報(bào)警，采取措施消除安全隱患，確保實(shí)際應(yīng)用中的安全。在設(shè)計(jì)中，我們需要應(yīng)用到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能能夠很好地判斷數(shù)據(jù)的上限與下限，起到一個(gè)很好的報(bào)警判斷作用。設(shè)計(jì)出的報(bào)警電路如下圖4.1所示。在電流低于30mA時(shí)蜂鳴器不會(huì)報(bào)警，而AT89C51的P3口電流為15mA，所以我們可以用到NPN型晶體管，在溫度和濕度不在正常范圍內(nèi)時(shí)，晶體管基級(jí)為0，蜂鳴器通電報(bào)警。圖3.7蜂鳴器電路3.4.2晶振電路在單片機(jī)中，晶體發(fā)揮著難以替代的作用，所以它又有一個(gè)名字--晶體振蕩器。我們都知道在單片機(jī)的使用中需要時(shí)鐘頻率，如果頻率越高，那么它的速度也就越快。而頻率的來(lái)源也就是晶體振蕩器。在一般情況下，晶體頻率在50%，而且精度越高的晶體頻率越高。而有一些晶體的頻率可以改變，比方說(shuō)改變加在它身上的電壓時(shí)，晶體頻率也會(huì)發(fā)生改變，這種晶體我們稱它為壓控晶體。當(dāng)然，為了能夠得到更加精確、穩(wěn)定的晶體頻率，我們經(jīng)常會(huì)讓其在電能和機(jī)械能的共同環(huán)境下工作。時(shí)鐘信號(hào)由晶體振蕩器產(chǎn)生，因?yàn)榇蟛糠值南到y(tǒng)都是同步的，所以想要保持電路中信號(hào)同步是很容易的，但是會(huì)有一些時(shí)鐘信號(hào)與無(wú)線電頻率不同步，那么我們就需要用一些手段來(lái)使它們同步，其中就包括一些電子手段。在實(shí)際應(yīng)用中，用晶體連接鎖相環(huán)電路來(lái)給系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)，51單片機(jī)的晶振電路是使用無(wú)源晶振且微調(diào)電容取22uf。圖3.8即為晶振電路。圖3.8晶振電路3.4.3復(fù)位電路在設(shè)計(jì)中，當(dāng)RST端輸入兩次以上的高電平將會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)部復(fù)位，如果把EA端和復(fù)位電路放在一起接在內(nèi)部，我們就可以直接讓EA端輸入高電平，也就是采用上電復(fù)位的方法如下圖3.9所示：如此圖3.9復(fù)位電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要想使本次設(shè)計(jì)成功，軟件設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都保持著絕對(duì)重要的地位，也是我們這次電路設(shè)計(jì)的核心。4.1系統(tǒng)流程圖根據(jù)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)軟件流程圖如下圖4.1所示；圖4.1系統(tǒng)軟件流程圖按鍵檢測(cè)過(guò)程中，流程如圖4.2所示：圖4.2按鍵檢測(cè)的流程圖4.2編程思想我們?cè)O(shè)計(jì)的目的就是能夠及時(shí)準(zhǔn)確現(xiàn)實(shí)周圍環(huán)境的溫度與濕度，在數(shù)值不滿足要求使蜂鳴器能夠報(bào)警。接通電路后，會(huì)有報(bào)警聲，隨即LCD復(fù)位，顯示器分為兩行顯示數(shù)據(jù)，第一行為溫度值，第二行為濕度值，我們可以通過(guò)鍵盤輸入報(bào)警數(shù)據(jù)范圍，此時(shí)本最初的測(cè)試溫度的設(shè)計(jì)設(shè)置為28℃，濕度最初設(shè)置為63%，等待傳輸?shù)膬r(jià)值是默認(rèn)值的20倍，則蜂鳴器蜂鳴報(bào)警，顯示器上會(huì)顯示目前的濕度和溫度，然后我們調(diào)節(jié)濕度溫度，讓其在正常范圍內(nèi)，觀察報(bào)警器不報(bào)警，顯示器上仍然顯示當(dāng)前溫度和濕度的數(shù)值，以此類推，反復(fù)測(cè)試。5PROTEUS仿真測(cè)試與實(shí)驗(yàn)分析5.1PROTEUS電路仿真特性（1）數(shù)字電路或模擬電路混連；（2）巨大的裝置數(shù)目；（3）激勵(lì)源也很多，各種激勵(lì)源可以選擇，使仿真更方便；（4）大量的虛擬儀器，各種設(shè)備提供選擇；（5）仿真結(jié)果很好，非常接近實(shí)際運(yùn)行的真實(shí)情況，使仿真更加逼真；（6）分析圖形操作。圖5.1主程序流程圖圖5.2DS1302軟件設(shè)計(jì)圖5.3LCD1602軟件設(shè)計(jì)5.2PROTEUS硬件仿真硬件仿真采用的是英國(guó)名叫Labcenterelectronics的公司出版的EDA工具軟件Proteus軟件仿真，既能得到EDA的結(jié)果，也可以得到單片機(jī)和其他器件的數(shù)據(jù)。在proteus軟件中繪制好原理圖，如下圖5.4所示。包括單片機(jī)復(fù)位電路圖，單片機(jī)時(shí)鐘電路圖，以及DS18B20溫度傳感器，控制電路等，寫入事先編寫好的程序，運(yùn)行硬件仿真電路如下圖5.5所示，顯示出了大棚當(dāng)前的溫度值。圖5.4系統(tǒng)硬件電路圖圖5.5系統(tǒng)當(dāng)前測(cè)試值經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)硬件、軟件的正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)顯示溫度和濕度值，可以自行調(diào)控上下限，通過(guò)按鈕操作，單片機(jī)能夠正確發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)到達(dá)上位機(jī)，上位機(jī)就可以把正確的指令傳送給單片機(jī)，如下圖5.6上位測(cè)試的界面，各點(diǎn)溫濕度顯示結(jié)果均正常，串口數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果正確。預(yù)期設(shè)計(jì)的功能得到了實(shí)現(xiàn)。圖5.6上位機(jī)測(cè)試界面經(jīng)過(guò)多次反復(fù)調(diào)試系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠正確的顯示溫度，并對(duì)調(diào)試中的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了十次測(cè)試，具體數(shù)據(jù)如下表5.1，濕度的測(cè)量誤差基本控制在士1%RH以內(nèi)，溫度的誤差控制在了士±0.5攝氏度。由此判斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度的精確測(cè)量。表5.1溫濕度測(cè)試數(shù)據(jù)圖5.7大棚內(nèi)實(shí)物效果圖隨著溫室技術(shù)的快速普及，所以溫室的數(shù)量迅猛增加，溫室溫度控制已成為一個(gè)非常非常重要的問題。傳統(tǒng)的溫度控制是掛在溫室溫室溫度計(jì)，通過(guò)讀取溫度的值，了解到了大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，然后可根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際溫度與額定設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行相互比較，觀察溫度是否太低或太高。如果是太低，就對(duì)大棚溫室進(jìn)行加溫處理；如果是太高，就對(duì)大棚溫室進(jìn)行冷卻處理。以前這些操作都是在花費(fèi)人工的的情況下手動(dòng)緩慢進(jìn)行的，不僅要花費(fèi)大量的人力和資源，而且還很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤?，F(xiàn)在，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，越來(lái)越多的農(nóng)產(chǎn)品品種的種植大棚，與傳統(tǒng)的溫度控制措施表現(xiàn)出很大的局限性為大量的溫室。大型溫室施工中的溫度檢測(cè)技術(shù)也提出了越來(lái)越高的要求。結(jié)論在整個(gè)實(shí)踐的過(guò)程中，我積累了很多經(jīng)驗(yàn)，碰到了很多書本上課堂上都碰不到的問題，雖然問題很多，但是經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與同學(xué)們的幫助，這些問題都得到了解決，其中我也學(xué)到了很多，掌握了許多編程的思想與技巧。但是因?yàn)橛幸欢ǖ木窒扌裕O(shè)計(jì)出來(lái)的電路不是很美觀，在一些元件方面都沒有做到很完美，但是結(jié)果還是好的。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，對(duì)主要芯片AT89C51的單片機(jī)的基本功能，有一個(gè)基本的了解。

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致謝時(shí)光如水，大學(xué)生活一晃而過(guò)，回首走過(guò)的歲月，心中倍感充實(shí)。三年的大學(xué)生活，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在學(xué)習(xí)和生活實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。三年來(lái)，無(wú)論在學(xué)習(xí)、生活還是工作中，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，讓我擁有一段充實(shí)而又愉快的大學(xué)生活。在這畢業(yè)之際，感恩之情難以用言語(yǔ)，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意。首先，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也如愿以償?shù)耐瓿闪?，這里首先向我的指導(dǎo)老師卜捷捷表示最誠(chéng)摯的感謝，同時(shí)也感謝那些幫助過(guò)我的同學(xué)和朋友們。感謝我的論文指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。從論題的選擇、過(guò)程的批閱與建議到論文的定稿，無(wú)不凝聚著老師的心血和汗水，四年的本科學(xué)習(xí)和生活期間，老師的敬業(yè)精神和樸實(shí)大方的性格也深深感染著我，使我受益良多。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中卜老師給我提供了極其用心的指導(dǎo)與極大的幫助，首先在一開始的選題中我便遇到了困難，由于當(dāng)時(shí)選題的時(shí)候過(guò)于疏忽大意沒有用心，沒有認(rèn)真的加以分析，所以之前有很多不懂的地方，卜老師誨人不倦的為我們講解了畢業(yè)設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的種種問題，并為我們提供了完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)模板無(wú)論我遇到什么樣的難題，他總能很耐心的為我們講解，同時(shí)鞭策我們抓緊時(shí)間完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，有問題或者不合理的地方他便為我點(diǎn)出來(lái)，加以指導(dǎo)。卜老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度讓我倍受感激。同時(shí)在此也感謝王佩同學(xué)，她解決了許多我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的難題，特別是剛開始操作軟件的學(xué)習(xí)中，她給了我極大大的幫助。其次，感謝我的所有老師。常言道：不積跬步，無(wú)以至千里。我的論文之所以能夠順利的完成，各位任課老師更是功不可沒，是你們?nèi)陙?lái)的認(rèn)真負(fù)責(zé)讓我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在論文中得以體現(xiàn)。在此向全體老師表示由衷的謝意，感謝你們?nèi)陙?lái)的辛勤栽培。再次，感謝我的父母。雖然生活比較辛苦，可正是因?yàn)槿绱?，才成就了我今日我?dú)立而又堅(jiān)韌的性格，讓我在漫長(zhǎng)的人生旅途中自強(qiáng)不息，永不言敗。在未來(lái)的日子里，我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù)父母對(duì)我的殷切期望！最后，感謝各位老師在百忙之中對(duì)拙筆進(jìn)行評(píng)閱，但是,由于本人的學(xué)識(shí)尚淺，文中存在很多的缺陷和不足,希望通過(guò)以后的學(xué)習(xí)和研究能夠得到彌補(bǔ)，敬請(qǐng)老師對(duì)我的論文提出寶貴意見和建議。在此向畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中所有給予我?guī)椭睦蠋熍c同學(xué)最誠(chéng)摯的謝意。附錄#include<AT89X52.h>//調(diào)用51單片機(jī)的頭文件#include<Intrins.h>#include<math.h>#include<string五>#include<reg51.h>//PID設(shè)置部分structPID{unsignedintSetPoint;//設(shè)定目標(biāo)DesiredValueunsignedintProportion;//比例常數(shù)ProportionalConstunsignedintIntegral;//積分常數(shù)IntegralConstunsignedintDerivative;//微分常數(shù)DerivativeConstunsignedintLastError;//Error卜11unsignedintPrevError;//Error卜2}unsignedintSumError;//SumsofErrorsunsignedcharKp;unsignedcharTd;unsignedcharTi;unsignedinthightime,count,el,e2,e3,duk,uk}structPIDspid;//PIDControlStructureunsignedintrout;//PIDResponse(Output)unsignedintrin;//PIDFeedback(Input)//LCD1602液晶相關(guān)I/O設(shè)置sbitE=P2^3://1602液晶的E腳接在P2.3口上sbitRW=P2^4://1602液晶的RW腳接在P2.4口上sbitRS=P2^5://1602液晶的RS腳接在P2.5口上//寄存器的定義unsignedintt,h,k;unsignedintTimeout;unsignedcharRH_H;unsignedcharRH_L;unsignedcharT_H;unsignedcharT_L;unsignedcharCheckdata;//延時(shí)函數(shù)voidDelay(unsignedintj)unsignedchari;for(;j>O;j一)for(i=O;i<54;i++);//LCD1602液晶忙檢測(cè)函數(shù)voidLCD1602少usy(void)PO7=1://將P0.7置1，為讀狀態(tài)做準(zhǔn)各RS=0://RS=0,RW=1,E=1時(shí)，忙信號(hào)輸出到DB7，由P0.7讀入RW=1://RS=0,RW=1,E=1時(shí)，忙信號(hào)輸出到DB7，由P0.7讀入//RS=0,RW=1,E=1時(shí)，忙信號(hào)輸出到DB7，由P0.7讀入while(PO_7==1);//由P0.7讀入1，表示1602液晶忙，需要等待E=0://讀完以后，恢復(fù)E的電平//LCD1602寫命令函數(shù)voidLCD1602Write_com(unsignedcharcombuf)RS=0://選擇指令寄存器RW=0//選擇寫狀態(tài)PO=combuf://}}命令字通過(guò)PO口送至DB//E高電平將命令字寫入1602液晶E=0://寫完以后，恢復(fù)E的電平}//1602寫命令函數(shù)(帶忙檢測(cè))voidLCD1602esWrite_com一usy(unsignedcharcombuf){LCD1602少usyQ;//調(diào)用忙檢測(cè)函數(shù)LCD1602Write_com(combuf);//調(diào)用忙檢測(cè)函數(shù)}//LCD1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)(帶忙檢測(cè))voidLCD1602esWrite_databusy(unsignedchardatabufj{LCD1602少usy();//調(diào)用忙檢測(cè)函數(shù)RS=1://選擇數(shù)據(jù)寄存器RW=0://選擇寫狀態(tài)PO=databuf://}}命令字通過(guò)PO口送至DBE=1;E=0://E高電平將命令字寫入1602液晶//寫完以后，恢復(fù)E的電平//LCD1602液晶顯示地址寫函數(shù)voidLCD1602Write_address(unsignedcharx,unsignedchary)x&=OxOf://列地址限制在0-15問y&=0x01;//行地址限制在0-1問iffy==0)//如果是第一行LCD1602Write_com少usy(x}Ox80);//}}列地址寫入else//如果是第二行LCD1602Write_com少usy((x+0x40)}0x80);//將列地址寫入//LCD1602液晶初始化函數(shù)voidLCD1602_init(void)Delay(150);//調(diào)用延時(shí)函數(shù)LCD1602Write_com(Ox38);//8位數(shù)據(jù)總線，兩行顯示模式，5*7點(diǎn)陣顯示Delay(50);//調(diào)用延時(shí)函數(shù)LCD1602Write_com(Ox38);//8位數(shù)據(jù)總線，兩行顯示模式，5*7點(diǎn)陣顯示Delay(50);//調(diào)用延時(shí)函數(shù)LCD1602Write_com(Ox38);//8位數(shù)據(jù)總線，兩行顯示模式，5*7點(diǎn)陣顯示LCD1602Write_com少usy(Ox38);//8位數(shù)據(jù)總線，兩行顯示模式，5*7點(diǎn)陣顯示LCD1602Write_com少usy(Ox08);//顯示功能關(guān)，無(wú)光標(biāo)LCD1602Write