毕业设计（论文）-基于单片机的鸡舍温度监控系统的设计与实现.doc

本科毕业论文（设计）题目：基于单片机的鸡舍温度监控系统的设计与实现姓 名: 学 号: 专 业: 计算机科学与技术 院 系: 信息工程学院 指导老师: 职称学位: 讲师/硕士 完成时间: 2015年5月 教务处制安徽新华学院本科毕业论文（设计）独创承诺书本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文（设计）作者签名： 日期： 安徽新华学院2015届本科毕业论文（设计）基于单片机的鸡舍温度监控系统的设计与实现摘 要鸡舍的温、湿度对于鸡的生长及产蛋量、蛋的大小、蛋壳的厚度都有影响。精准检测鸡舍温、湿度对于养殖户来说非常重要。传统的温、湿度检测是使用湿度纸、温度表等器件进行温、湿度测量,对于温、湿度不达标的鸡舍，通过人为通风、去湿及降温等工作。这种人工检测温、湿度方法费时费力、效率低且测量的温、湿度误差大。本文叙述了基于STC89c52单片机为核心芯片、DHT11温、湿度传感器、LCD12864液晶显示屏、蜂鸣器、继电器等器件实现温、湿度智能调控系统。该系统利用DHT11温、湿度传感器获取鸡舍温、湿度值，通过与单片机连接的引脚，将温、湿度数据传送至单片机，再通过单片机处理温、湿度数据，通过单片机发送相应的指令给驱动电路及报警电路，通过单片机发送相应的指令与数据给LCD12864，通过LCD12864显示系统的工作状态及当前温、湿度值。为了实现该系统的扩展性，温、湿度智能监控系统添加人机交互功能，通过按键实现温、湿度正常范围值的设置。这样该系统可以扩展到需要维持温、湿度在一定范围内的环境中。本系统的实现能够有效的提高鸡舍温、湿度检测的精准性，对于温、湿度异常能够及时处理，节省人力且能够给鸡提供一个舒适的生长环境，提高了鸡的产蛋率，间接的提高了养殖户的经济收入。关键词：鸡舍温、湿度；DHT温、湿度传感器；STC89c52单片机；LCD12864The design and Realization of House Temperature Monitoring System Based on single chip microcomputerAbstractThe house temperature and humidity will have an influence on the growth of the chicken and the amount ,size, thickness of the egg. It is very important to accurately detect the temperature and humidity for the coop farmers. Traditionally, it was tested by the use of the humidity paper, thermometers and other temperature and humidity measuring devices. For non-compliance coop, artificial ventilation, dehumidification and cooling work will be need to adjust it. Therefore, This artificial method has its limitation, such as time-consuming, inefficient and measurement error. This work describes the achievement of temperature and humidity intelligent control systems on the basis of the core chip of STC89c52 microcontroller , DHT11sensors, LCD12864 displayer, buzzer, relays and other devices. The system uses DHT11 temperature and humidity sensor to acquire house temperature and humidity values and transfers the data to the microcontroller by the connected pin. And then the microcontroller processes the temperature and humidity data and sends the corresponding order to drive and alarm circuit and the corresponding order and data to LCD12864. Then it will display the working status of the system and the current temperature and humidity values by LCD12864. In order to achieve the scalability of the system, the temperature and humidity intelligent monitoring system will add man-machine interactive features which could set the temperature and humidity within the normal range through the button. So the system could control it in a certain range. The realization of this system not only can effectively improve the detection precision of house temperature and humidity and handle the temperature and humidity abnormal timely, but also save manpower and provide a comfortable environment for the growth of chicken and improve the chicken egg production, which will indirectly increase farmers income.Key Words：House temperature and humidity; DHT11 temperature and humidity sensor; STC89c52 microcontroller; LCD12864II目 录1 绪 论11.1 课题的研究背景11.2 温、湿度对鸡的影响11.3 国内外畜禽环境控制的研究概况21.4 本设计的目的和意义21.5 本设计的主要研究内容及结构安排32 系统方案设计52.1 系统的运行方案设计52.1.1 鸡舍环境参数的确定52.1.2 调控系统的方案设计62.2 系统的整体结构设计62.3 硬件设备的选择82.3.1 电源模块82.3.2 单片机的选择82.3.3 温、湿度传感的选择102.3.4 显示模块的选择112.3.5 键盘控制模块的选择113 硬件系统设计133.1 系统框图与说明133.2 主控芯片133.2.1 晶振电路133.2.2 复位电路143.3 温、湿度传感器模块143.3.1 DHT11的工作原理143.3.2 温、湿度电路设计153.4 显示模块163.4.1 LCD12864基本介绍163.4.2 显示电路设计183.5 报警模块183.6 温、湿度控制模块193.7 按键模块204 软件系统设计214.1 主函数设计214.2 DHT11芯片实现温、湿度读取程序设计234.3 LCD12864显示程序设计254.4 报警及温、湿度调控设计284.5 按键识别设计314.6 中断处理程序设计335 系统调试365.1 系统仿真设计与调试365.1.1 仿真图的设计365.1.2 系统软件的设计375.1.3 仿真运行375.2 硬件实物的调试395.2.1 实物的焊接405.2.2 程序烧写软件415.2.3 系统运行测试426 结 论46致 谢47参考文献481 绪 论1.1 课题的研究背景鸡在漫长的进化过程中自身形成了一定的调节能力。环境一旦变化，鸡能够通过特定的反应，以适应当前的环境。鸡的这种调能力，在特定的环境中能够维持体内平衡，但环境变化过于突然或强烈，鸡无法依靠自身调节能力维持其体内平衡，使得鸡的生长、产蛋能力均有所影响，甚至会出现禽类疾病以致鸡的死亡，更甚者出现禽流感影响人的正常生活。我国的养鸡业，在改革开放后得到了蓬勃发展，技术上已经取得一定的成就，同养鸡业发达的国家相比，在鸡的品种、所供应的饲料和对鸡的疾病防治技术上差距逐渐缩小，人们对于饲料的营养水平都有了较深刻的认识，但就环境因素对鸡的生长发育、生产性能影响的认识还有一定的差距，由于环境条件不适，造成鸡生长发育受阻，产蛋、产肉性能下降，甚至发生疾病，给养鸡场、养鸡户造成严重的经济损失，失去了市场竞争能力。我国养鸡业中，大部分是以农户中小规模养鸡业为主，在鸡的饲养环境与设施方面还有很大的差距，所以研究一套针对中小型养鸡场的鸡舍环境控制器意义重大。1.2 温、湿度对鸡的影响鸡舍环境对鸡的生长发育影响重大。研究表明，鸡患慢性呼吸道等疾病与养殖环境的优劣密切相关，目前造成养鸡业生产损失较大的最主要的因素之一是鸡场环境控制不合理。鸡舍环境是一个完整的系统，包括光照、温、湿度、灰尘、氨气、二氧化碳以及其他环境因素。国内有关人员的研究表明:对鸡舍环境影响最大的因素是温度和湿度。通过对鸡舍环境的监控与调节能够有效控制鸡群健康，提高鸡的产蛋率。无论鸡舍养鸡数量的多少，维持鸡舍温、湿度的稳定，对于鸡的生长及产蛋都是很重要的。在高密度饲养的鸡舍 ，这个问题尤为重要。研究表明，鸡的适宜温度为1323。生长过程中鸡舍的环境温度不在此范围时饲料转化率就降低。蛋鸡的环境温度不在这个范围时，产蛋量减少，所产蛋的质量也有所下降，并且平均每公斤蛋所耗的饲料有所增加，同时鸡的死亡率也会增加。在温度适宜的情况下，空气湿度对鸡体的热调节机能不会有大的影响，因而对鸡的生产性能影响不大，但在低温时，湿度影响较明显。温度低时，如果湿度过高，那么空气中的水蒸气含量就会偏大，这样会使鸡的散热量过大，导致鸡失热过多，从而导致鸡的采食量变大，对饲料的消耗增大，在严寒的情况下，甚至会导致鸡冻伤。在高温时，鸡只会通过蒸发散热，如果湿度过大，就会对鸡的蒸发散热产生阻碍，产生高温应激。1.3 国内外畜禽环境控制的研究概况鸡舍环境的研究从上世纪70年代开始的，最早研究的是荷兰、美国和日本。1978年，日本东京大学最先研制出基于微型计算机温室综合环境控制系统。该系统能够对温室内的诸多环境因子进行控制。现阶段国际比较典型的代表性产品是以色列环境控制系统，具有很强的实用性，可以根据控制对象的特点选用不同类型的控制器及外围设备，可监测湿度、温度、风向、风速、雨量、光照等数据。日本生产的环境调控集群控制系统还引入了专家系统，不仅能起到环境调控的作用，还能诊断出发病蛋鸡。我国的鸡舍环境监控系统起步较晚，但发展相对较为迅速，应用较为广泛。2011年，彭建盛等研究出了以ADI公司的ADuC824单片机为核心芯片的环境监测系统，该系统能对环境中温度湿度光强噪声等信息进行实时采集，能够实时远程在线监控，且灵敏度高、响应速度快。由于该系统成本较高，难以普及到规模较小的养殖场中。故需设计出一款适用于小规模养殖场且成本低的温、湿度监控系统。1.4 本设计的目的和意义目前在农村大规模养鸡的农户越来越多，养鸡的周期短且设施简单，对于拥挤的养鸡舍而言温度与湿度影响尤为重要。目前，大多鸡舍采用人工检测与控制的方法监控鸡舍的温度和湿度，控制精度不高、且不够及时，容易造成经济损失；另外，人工效率低、易出错、劳动强度大等问题不仅增加了生产成本、浪费了人力资源、又很难达到较好的效果。借鉴单片机在工业上广泛应用的经验，将其应用在农业上也更为方便。性价比高的51系列单片机给计算机在农业自动化方面的应用提供了硬件基础和物质条件。利用单片机温、湿度自控系统对鸡舍的温、湿度进行采集，科学合理地调节鸡舍内的温度、湿度，并及时进行处理，对减少经济损耗有着重要的现实意义。1.5 本设计的主要研究内容及结构安排在上述的研究背景下，本设计主要实现的内容如下：（1）在硬件设计方面，本系统采用51单片机作为整个温、湿度智能监控系统的核心处理器，通过含有已校准数字信号输出的温、湿度的DHT11数字温、湿度传感器来进行温、湿度读取，最后再通过单片机对LCD12864显示屏进行驱动并实现在液晶上显示当前的温、湿度及温、湿度调节状况。能够通过按键调控温、湿度正常范围，通过蜂鸣器及LED指示灯达到报警效果，通过STC89c52单片机进行数据处理输出数字信号对风扇，加湿器，暖气，空调等进行控制。（2）在软件设计方面，重点研究了下列内容。A.实现LCD12864液晶显示屏的初始化、显示字符、显示图像等功能。B数字温、湿度传感器DHT11负责温、湿度信息的读取，通过掌握DHT11的时序图，指令和功能表完成其驱动函数的编写，如读一字节函数，读取当前温、湿度值，通过读温、湿度函数实现与LCD信息传输。C用C语言实现按键的识别并能够实现温、湿度正常范围的调节。D用C语言实现温、湿度异常时STC89c52单片机输出当前温、湿度调节的调节信号及报警信号。本文的结构安排如下：第1章绪论，简述课题研究背景、温度与湿度对鸡的影响、畜禽环境控制的研究概况及本设计的目的与意义。第2章系统方案设计，本章的主要内容为温、湿度监控系统方案设计，首先是鸡舍温、湿度范围的确定，接着是系统整体结构的设计，最后根据系统总体设计划分多个模块，进行模块硬件设备的选择。第3章硬件系统设计，本章主要对各个模块所使用到的硬件进行简单功能介绍及应用，并给出了系统各模块电路连接图。第4章软件系统设计，根据各个模块实现的功能，给出相应的流程图及说明。第5章系统调试，主要分为仿真调试与硬件调试，并给出了相应的调试步骤及部分调试功能截图等。最后，对本次鸡舍温、湿度监控系统的实现及调试过程中所得结果进行总结，同时也指出了本次设计过程中遇到的问题以及解决方案。2 系统方案设计系统总体方案的设计包括系统的运行方案设计和系统整体结构设计两个方面的内容。系统运行方案主要针对系统的要求和工艺的要求对系统做出比较详细的方案。系统整体结构设计是在系统运行方案的基础上建立的。对于智能控制器来说，在硬件方面主要考虑的是元器件精度和适用范围，软件部分主要考虑程序的可移植性和可修改性。2.1 系统的运行方案设计系统以STC89c52单片机为控制核心，通过DHT11温、湿度传感器实时采集鸡舍环境参数，并将采集到的数据通过I/O接口传给单片机，单片机对传来的数据进行处理和判断，如果判断当前温、湿度不满足条件，则发指令给控制模块，对执行设备进行驱动。通过显示电路来显示实时的温度、湿度等。2.1.1 鸡舍环境参数的确定鸡舍环境的影响种类有很多，本设计选择温度和湿度作为研究对象，由于温度和湿度是鸡生长发育2个影响最大的因素，参照科学研究和经验所得结论，确定设计所需参数如表21所示：表2-1 温度对鸡的影响鸡舍的适宜湿度，在适宜的温度范围内，相对湿度在60%-65%最佳，如果不是在舍内温度过高或过低的情况下，鸡只对相对湿度 40%-72%的范围也能适应。适合鸡只的舍内相对湿度60%左右，若相对湿度为 45%70%，对蛋鸡生产性能影响不大。温度对湿度的影响如下图2.3所示。综上所述正常温度范围设置为1323，正常湿度的范围设置在40%72%RH，能够有效调高鸡的生长与产蛋率。图2.1温度对湿度的影响。图2.1 温度对湿度的影响2.1.2 调控系统的方案设计调控系统用于调整鸡舍里的温度、湿度。系统默认鸡的适宜温度为1323，适宜湿度40%72%，也可根据实际需求对温、湿度范围进行修改。系统使用DHT11温、湿度传感器检测鸡舍里的温、湿度，并将温、湿度数据传给单片机，单片机对数据进行处理、比较，当判断鸡舍内温度低于13时，对鸡舍进行加热;当温度高于 23时，进行降温;当温度适宜时，湿度对鸡的影响不是很大，所以当湿度高于72%进行通风;湿度低于40%时，对鸡舍进行加湿处理。2.2 系统的整体结构设计系统的总体设计目标是在完成设计任务的前提下，实现系统可靠、成本低、功耗低、精度高等要求。首先依据系统设计的原则对硬件进行初步选型，然后拟定一个系统的草案，同时还要考虑软硬件实现的可行性。总体方案设计如图2.2所示：图2.2 系统总体方案图鸡舍温、湿度智能监控系统需依靠鸡舍内装配的温、湿度传感器采集温、湿度信息，并通过控制设备对驱动电路进行控制，使其驱动执行机构对鸡舍的温、湿度进行调节控制，达到满足鸡的需求的温、湿度，为鸡的生长发育和产蛋提供最适宜的温、湿度，从而提高鸡的生产产量和质量。系统可分为检测单元、控制单元、辅助单元和执行单元四大部分，这四个部分共同完成整个控制系统的正常运行。1、检测单元温、湿度传感器采集电路：传感器负责鸡舍温、湿度检测，并将检测的结果送给控单元STC89c52单片机。2、控制单元：主要实现对系统控制信号的处理，并建立相应的控制规则，是整个系统的核心单元，由检测单元送入的检测信号与主控单元进行分析比较后，通过驱动电路使执行单元工作。3、执行单元：主要包括加热，降温，加湿，除湿四部分，分别完成对温、湿度的调节。在本控制系统中，对温、湿度的调节主要是通过控制取暖器，空调，风扇，加湿器开关来实现。4、辅助单元：包括显示电路、报警电路。其中，显示电路完成对温度、湿度、等进行显示。温、湿度调节过程中，为了能够实现节能的效果，当温度或湿度异常时将对应的值调节到最高值与最低值的均值。当温、湿度异常时，温、湿度调控器件工作，将温、湿度调至正常值。若没有持续调节至均值（最适温、湿度）将会导致温、湿度调节器件频繁的开启与关闭，易导致调控器件的损坏。报警功能设计模块中，但温、湿度异常时根据不同的情况由蜂鸣器发出不同频率的鸣叫，同时显示屏显示相应的温、湿度高低信息及调节器件工作状态。5、按键调节模块：主要是能够实现不同环境养殖的需求的温、湿度范围设置，系统也能使用到其他方面的温、湿度调控。若家用汽车温、湿度监控，生产车间等等。也能够实现不同家禽养殖的温、湿度调控。2.3 硬件设备的选择硬件的选择关系到系统功能的稳定性及系统开发的成本。因此对于本系统的设计，首先考虑系统实现的功能，选择能够满足本系统功能的硬件，同时也应考虑硬件的性能，如系统工作的环境对硬件的要求等。本系统主要考虑到设备的供电问题、系统核心芯片的选择、系统显示部件、温、湿度获取、人机交互部件。2.3.1 电源模块方案一：采用三只干电池作为电源。该方案的优点是设计简明扼要，成本低；缺点是输出功率不高，只能勉强驱动单片机，适合小电流负载。而且在整个系统工作中，电压会随着时间的推移不断降低，进而出现死机等情况。方案二：采用独立的稳压电源。电源的稳压的特性较好，能够保证整个系统稳定工作。综上分析，为使系统调试方便，能够稳定工作，必须有可靠电源，所以决定选择第二种方。2.3.2 单片机的选择对于单片机的选择，如果用8031 系列，由于它没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不可用；51 系列单片机STC89c52的ROM 为8K，满足本系统设计的1。且性能价格比较高，本人选择STC公司51系列的单片机STC89c52。其封装图如图2.3所示。图2.3 STC89c52封装图STC89c52单片机的主要引脚功能如表2-2所示： 表2-2 STC89c52引脚功能图端口号引脚编号功能VCC40接+5V,提供电源VSS19接地XTAL1、XTAL219、18分别接11.05926MHZ晶振两端RST9当输入两个周期的高电平进行复位P0端口39328 位双向三态I/O端口，作为低 8 位地址总线/数据总线的分时复用端口，当作为通用的 I/O口使用，为准双向口，需外接上拉电阻;当作为普通的输入端口时，应先向端口的输出锁存器写入高电平。P1端口1-8标准的8位双休I/0口，自带上拉电阻，可直接与外设连接。P2端口10-178位准双向 I/O 口，自带上拉电阻。普通的输入端口使用时，应先向端口的输出锁存器写入高电平P1.0和P1.1端口除了上述功能外还具有作为定时器/计数器2功能2，其具体功能特性如表2-3所示：表2-3 P1.0和P1.1引脚复用功能引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P3口作为普通的输入端口使用时，应先向端口的输出锁存器写入高电平。P3 口作为第二功能使用时，各引脚的定义如表2-4所示：表2-4 P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）2.3.3 温、湿度传感的选择方案一：DS18B20具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可以将温度直接转化成串行数字量供微处理器处理3。在温度测量系统中，常采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网优点。其供电方式简单，可用数据线供电，所需的外围器件较少，甚至不需要外围器件。湿度的检测则采用湿敏电阻通过AD转换器将模拟信号转化为数字信号可供微处理器处理。方案二：DHT11温、湿度传感器具有对温、湿度温、湿度实时监测，具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点；另外DHT11芯片内部集成了12、14位A/D转换器，且采用数字信号输出，因此抗干扰能力也比同类芯片高。该芯片在自动控制、温、湿度监测等领域均已得到广泛应用。DHT11的主要特性有：（1）将温、湿度传感器、A/D转换、信号放大调理、IIC总线接口全部集成于一芯片；（2）可给出全校准相对湿度及温度值输出；（3）带有工业标准的IIC总线数字输出接口；（4）具有露点值计算输出功能；（5）具有卓越的长期稳定性；（6）是只读输出分辨率为14位，温度值输出分辨率为12位；（7）小体积（7.655.0823.5mm），可表面贴装；（8）具有可靠的CRC数据传输校验功能；（9）片内装载的校准系数可保证100%互换性；（10）电源电压范围为3.55.5V；（11）电流消耗，测量时为550A，休眠时为3A。通过比较，温、湿度传感器DHT11具有更高的性价比，DHT11能够构建经济的测温、测湿网络。因此在本次设计中，选用的是数字温、湿度传感器DHT11，故采用的是方案二。但在仿真时由于仿真软件中不包含DHT11，因此在仿真过程中采用方案一。2.3.4 显示模块的选择方案一:用数码管或点阵LED 显示。方案二:用液晶1602 显示。方案三:用液晶12864 显示。温、湿度的显示可以用数码管或LED，而且价格便宜。但是数码管只能显示简单的设计系统，与本设计要求也不相符。对于要显示大量信息时，使用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多的数据。由于1602 液晶显示数据有限，只能够显示一些基本的西文字符且显示数据的可读性不好，而使用可以显示汉字的12864 液晶显示器能够增强显示信息的可读性。用12864 的绘图功能还可绘制出温、湿度调节器件的工作状态图4。至于实时温、湿度则采用12864 加DTH11同步控制，让人看起来会很方便。综上分析，由于1602只能显示字符的缺陷，不能达到本设计的要求。所以采用方案三。2.3.5 键盘控制模块的选择方案一：采用44矩阵式键盘。由于本系统通过按键实现的只有选择、加、减三中功能，使用44矩阵式键盘需占用8个端口，对于52端口本来就少的单片机来说无非是资源的浪费，何况本系统根本不需使用16个按键，只需3个就行了。方案二：采用独立式按键。但按键较多时，选择独立式按键将占用大量的I/O且布线不方便，采用独立式按键适合于按键较少的情况。在本设计中所需要的控制点数的较少，只需要几个功能键，简便、易操作、成本低就成了首要考虑的因素。所以此时，采用独立式按键结构。3 硬件系统设计在硬件设计中，主要考虑的问题就是结合中小型养鸡场的实际情况，设计出切合实际的实用型控制器，能够尽可能减少人工操作，提高工作效率，并且要尽量实现性价比高、操作简单、故障率低。硬件电路设计主要包括电源电路、复位电路、键盘电路、传感器采集电路、显示电路、数据输出电路等。3.1 系统框图与说明本系统初步计划由STC89c52单片机主控模块、DHT11温、湿度传感器模块、LCD12864显示模块、按键模块、报警模块、驱动模块组成。系统框图如下图3.1所示： 主 控 单 片 机ATmeaga128A最小系统电路LCD12864显示系统DTH11温、湿度系统报警模块驱动模块按键模块图3.1 系统框图3.2 主控芯片单片机主要工作是对传感器传来的数据进行处理和判断，如果判断当前环境参数不满足要求，则发指令给控制模块，对执行设备进行驱动。并将当前的温、湿度信息及执行部件的工作状态通过控制LCD12864液晶显示器的显示出来。由于单片机芯片是无法单独工作的，因此还需为单片机连接晶振电路提供稳定的时钟信号，连接复位电路能够进行复位功能。3.2.1 晶振电路晶振电路的主要任务是为STC89C52单片机提供一个稳定的工作频率5。基于STC89C52单片机时钟周期的要求，选用频率为11.05926MHz的晶振保证振荡稳定可靠的工作在晶振两端分别连接30PF电容。如图3.2所示：图3.2晶振电路3.2.2 复位电路复位电路具有实时检测CPU的功能，能够及时发现CPU陷入死循环并使系统复位。如果失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环的运行时间周期，如果发现周期超过最大周期时间，该系统被认为陷入“死循环”，需进行出错处理。本设计中采用DS1232看门狗芯片作为复位电路。复位电路图如图3.3所示：图3.3 复位电路图3.3 温、湿度传感器模块3.3.1 DHT11的工作原理DHT11温、湿度传感器包括一个温度传感器件和一个电阻式感湿元件6，具有质量优良、响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。DHT11引脚说明如表3-1所示：表3-1 DHT11引脚说明Pin名称注释1VDD供电3.55.5V2DATA串行数据，单总线3NC空脚，悬空4GND接地，电源负极当总线空闲状态为高电平时，单片机将总线拉低等待DHT11响应,为了保证DHT11能够检测出起始信号，总线拉低的时间必须大于18ms7。DHT11 接收到单片机的开始信号后,等待主机开始信号结束，然后发送 80us 低电平响应信号。主机发送开始信号结束后，延时等待 20-40us后，读取 DHT11 的响应信号，单片机发送开始信号后，可以切换到输入模式，或者输出高电平均可，总线由上拉电阻拉高。当总线空闲状态为低电平时，说明 DHT11发送响应信号，DHT11发送响应信号后，再把总线拉高 80us，准备发送数据，每一位数据都以 50us 低电平时隙开始，高电平的长短定了数据位是0还是1。如果读取响应信号为高电平，则 DHT11没有响应，请检查线路是否连接正常。当最后一位数据传送完毕后，DHT11 拉低总线50us，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。3.3.2 温、湿度电路设计由于STC89C52单片机不具备IIC总线接口8，所以只能单片机通过I/O口线来虚拟IIC总线。用P0.6来虚拟数据线DATA。由于该系统处于开发阶段，温、湿度传感器与单片机的连接距离小于1米故加10k电阻作为上拉电阻。DHT11首先由温度传感器、湿度传感器分别检测出相对湿度和温度信号，然后经过内部的放大电路放大后分别送到ADC中进行A/D转换、标准和纠错，最后通过二线制的串行接口，将相对湿度和温度的数据送至STC89C52单片机，再利用STC89C52单片机完成非线性补偿和温度补偿。传感器采集电路如图3.4所示：图3.4 DHT11电路图3.4 显示模块3.4.1 LCD12864基本介绍LCD12864是一种显示分辩率为128*64的显示屏，具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字、也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。引脚功能表如表3-2所示：表3-2 LCD12864引脚说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”，表示DB7DB0为显示数据RS=“L”，表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”，数据被读到DB7DB0R/W=“L”，E=“HL”， DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7-14DB0DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式续表16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端LED12864显示字形与显示图像主要通过以下指令实现的。表3-3为实现显示的基本指令。表3-3基本指令指令指 令 码功 能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除显示0000000001清除显示屏幕，把DDRAM位址计数器调整为“00H”设定CGRAM位址0001设定CGRAM位址到位址计数器（AC）设定DDRAM位址001设定DDRAM位址到位址计数器（AC）读取忙碌状态（BF）和位址01BF读取忙碌状态（BF）可以确认内部动作是否完成，同时可以读出位址计数器（AC）的值写资料到RAM10写入资料到内部的RAM（DDRAM/CGRAM/TRAM/GDRAM）读出RAM的值11从内部RAM读取资料（DDRAM/CGRAM/TRAM/GDRAM）3.4.2 显示电路设计显示屏是单片机最简单的输出设备，通过它可以了当前的温、湿度9，当前温、湿度调节器件工作的状态，及按键的调节的状态等。本系统显示模块使用LCD12864液晶显示屏，LCD12864并行和串行两种连接方式，由于并行连接方式数据传输速度比串行连接传输速度快，因此本系统采用并行连接方式。为了防止直接加5v电压烧坏背光灯故在第19引脚加10K 电阻用于限流10。第3引脚为液晶对比度调节端，通过连接10K电阻调节显示器的液晶对比度。其与单片机的连接图如图3.5所示：图3.5 LCD12864连接图3.5 报警模块蜂鸣器是一种使用直流电压供电的结构一体化的电子发声器件11。当温、湿度异常时蜂鸣器鸣叫。为了使蜂鸣器能够正常的发出声音，需使用三极管进行信号的放大。蜂鸣器与单片机的连接图，如图3.6所示。单片机的 P0.5 口输出高电平时，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器，从而使蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作。图中还添加了工作指示灯，当温、湿度正常时，绿灯点亮，但温、湿度异常时，红灯点亮，蜂鸣器鸣叫报警。图3.6 报警器电路图3.6 温、湿度控制模块单片机是一个弱电器件，一般情况下它们工作电压在 5V 甚至更低12。驱动电流也非常小，而本系统需要它去控制空调、风扇、加湿器等大功率器件，所以，就需要有一个功率驱动的环节来衔接。继电器是一种在电路设计中应用特别广泛的电控制器件，它可以用小电流去控制大电流，当输入量的变化或量值达到规定要求时，对被控电路实现“通”、“断”控制，故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，继电器实物如图3.7所示。继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节，继电器驱动电路如图3.8所示。继电器驱动包含两个方面:一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个大功率器件，因此需要有驱动电路，常用的是三极管驱动，三极管在电路中起开关作用，工作在截至或放大状态。第二个作用就是继电器去驱动其他负载。 图 3.7继电器实物图 图 3.8 继电器电路图设计共使用四个继电器，分别与加热、降温、加湿、除湿器件连接。它们分别与单片机的 P0.0、P0.2、P0.3和 P0.4口连接。3.7 按键模块键盘是单片机最简单的输入设备，通过它可以向单片机系统输入数据和控制命令等，从而实现人机对话。本设计所需的按键接口较少，适合选用独立式键盘，键盘与单片机采用非编码键盘接口，用软件程序来实现键盘的定义与识别，这种方式操作速度快，且硬件电路、键盘结构和软件结构简单，成本低，使用灵活。系统使用3个按键分别是选择按键、加、减按键。由于为了体现人机交互的及时性故使用中断处理，因此选择按键连接P3.2（外部中断0），其他按键分别为P3.3，P3.4引脚。图3.9按键电路图。图3.9 按键电路图4 软件系统设计整个软件系统采用模块化思想，分为LCD12864液晶显示模块，DHT11温、湿度读取模块，按键扫描模块，报警模块及温、湿度调节模块，均形成统一的函数接口，方便在在功能程序中调用。采用这种方法不仅使程序模块化，使程序结构层次分明，便于管理和维护，同时可方便以后开发的调用，只要按照函数接口参数的定义，在功能程序模块中调用接口函数即可，而不必关心底层驱动是如何实现的，这样缩短了开发周期，开发效率大大提高。4.1 主函数设计程序的编译与执行均是从main函数开始的13。main函数的设计，关系到整个系统的运行流程及效率。本系统主要实现DHT11温、湿度传感器对鸡舍温、湿度的检查，LCD12864显示屏显示当前温、湿度及温、湿度正常范围值、温、湿度调控器件的工作状态等，按键能够实现温、湿度范围的调节，温、湿度调控器件能够在温、湿度异常时进行鸡舍温、湿度调节、温、湿度异常时通过判读异常的类型进行不同频率的报警。因此在设计主函数时首先考虑系统如何将鸡舍的温、湿度显示处理，所以首先对STC89c52单片机的各个I/O口进行初始化，并将LCD12864初始化，为后续的显示提供可靠的环境，接着读取DHT11温、湿度传感器的温、湿度值，将当前的温、湿度值与温、湿度正常范围内的值进行比较，若温、湿度异常则执行相应的温、湿度调控器件并报警。最后将当前的温、湿度值及温、湿度调控器件工作的状态通过LCD12864显示屏显示出来。主函数主要通过调用相应模块的函数实现整个系统的运行。主程序流程图如图4.1所示。系统上电后，首先实现显示屏的初始化化，接着读取DHT11温、湿度传感器的温、湿度值，单片机判读当前温、湿度是否处于正常状态，若温湿异常单片机发送指令给驱动电路，正常则不作处理，接着单片机发送指令与数据给显示屏，显示当前的工作状态。循环上述过程，直到单片机断电。图4.1 主程序流程图其部分代码如下：void main()uchar i;EA=1; /开放总中断 EX0=1; /允许使用外中断0 IT0=1; /选择负跳变来触发外中断buzz=1;Delay_xms(100); /上电，等待稳定LCD_init(); /初始化LCD系统工作显示界面for(i=0;i3;i+)RH(); /读取温、湿度Delay_xms(1000);clr_screen(); /清屏show1(); /温、湿度初始状态下的显示Delay_xms(2000*5);while(1)show2();/温、湿度正常，异常时的显示及报警，温、湿度调控器件工作4.2 DHT11芯片实现温、湿度读取程序设计该程序主要实现DHT11芯片的初始化及温、湿度的读取与温、湿度显示数据的处理。当单片机上电后首先进行DHT11传感器的初始化，接着等待单片机发送开始信号，当单片机发送一次开始信号后 ，读取DHT11寄存器中的40位数据（高8位温度数据、低8位温度数据、高8位湿度数据、低8位湿度数据、8为校验码）。通过与校验码比较判读读取的数据是否有效，若有效则进行温、湿度的更新，无效则等待下次温、湿度的读取。其工作流程图如图4.2所示：图4.2 DHT11 工作流程图以下程序为温、湿度读取程序，主要实现获取DHT11温、湿度传感器中的温、湿度值及校验码。通过校验码达到所读取的数据是否有效，若数据无效者丢弃读取的数据等待下次的读取。其部分代码如下：void RH(void) /主机拉低18ms P2_0=0; Delay(180); P2_0=1; /总线由上拉电阻拉高主机延时20us Delay (40); /主机设为输入判断从机响应信号 P2_0=1;/判断从机是否有低电平响应信号如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!P2_0) U8FLAG=2; /判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束 while(!P2_0)U8FLAG+); U8FLAG=2; /判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态 while(P2_0)U8FLAG+);/数据接收状态使用COM（）读取DHT11温、湿度传感器值，分别接收温度高8位数据、温度低8位数据、湿度高8位数据、湿度低8位数据及校验8位数据 if(uchartemp=ucharcheckdata_temp)/判断读取的数据是否出错 保存当前有效的温、湿度值 温、湿度值显示处理