蔬菜大棚温湿度控制系统设计毕业设计1

1、*本科毕业设计题 目 蔬菜大棚温湿度 控制系统的设计 姓 名 * 专 业 电子科学与技术 学 号 * 指导教师 * *电气工程学院 二一四年五月毕业设计（论文）任务书 题目 蔬菜大棚温湿度控制系统的设计 专业 电子科学与技术 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等一主要内容： 1. 检测，选择温度和湿度环境参数进行监控。2. 硬件系统设计 （1）温湿度采样系统； （2）单片机控制系统； （3）显示系统； （4）报警控制系统。3. 软件系统设计 （1）单片机系统初始化； （2）对传感器采集的数据信息进行分析，通过单片机控制温度和湿度； （3）显示模块以及报警控制模块。二基本要求：1 查阅

2、相关书籍、资料，确定合理的方案。2 详细叙述工作原理，以及各功能模块。3 采用温湿度传感器测量大棚内温度以及湿度。4 显示模块显示测量的温度和湿度数值。三主要参考资料： 1 谭浩强单片机课程设计m.北京：清华大学出版社，19892 张毅刚单片机原理及接口技术m.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19903 郭天祥新概念51单片机c语言教程m.电子工业出版社，2009完 成 期 限： 指导教师签名： 专业负责人签名： 填 表 日 期： 毕业设计（论文）开题报告课题名称蔬菜大棚温湿度控制系统的设计课题来源教师拟定课题类型by指导教师学生姓名 学 号专 业电子科学与技术开题报告内容：（调研资料的准备，设

3、计的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）1、 调研资料的准备 1、了解选题背景：蔬菜的生长对于温湿度具有一定的要求，因此需要对环境的温度和湿度进行监测和控制。随着科学技术的发展，也要求利用现代化仪器，更方便的测试蔬菜大棚内的温湿度以及控制系统，从而进一步提高蔬菜产量和数量。 2、查阅了相关书籍及参考资料 （1）艾运阶. mcs_51单片机项目教程. 北京：北京理工大学出版社，2012 （2）谭浩强. c语言程序设计（第三版) m. 北京：清华大学出版社，2005 （3）程国钢，陈跃琴，崔荔蒙.51单片机典型模块开发查询手册. 北京：电

4、子工业出版社，2012 （4）白延敏. 51单片机典型系统开发实例精讲. 北京：电子工业出版社，2009二、设计目的、要求 为了更好的利用温室栽培这一高效技术，就必需运用科学的、先进的管理方法，用以对不同种类蔬菜生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。这种自动控制的方法，可以准确的监控与调节温室内的环境，从而提高蔬菜生产产量。1. 采用温湿度传感器测量大棚内温度以及湿度。2. 显示模块显示测量的温度和湿度数值。三、设计思路本设计主要采用由单片机控制的设计方案，主要有传感器、a/d转换器、单片机、电源和显示电路几部分组成。1. 温湿度传感器：传感器是一种可以将重量转化成电量的转换元件，从

5、而可以把温湿度转换成适合于计量求值的信号。2. a/d转换器：a/d转换器是将输入的模拟信息转换成计算机可以识别的数字信息。3. 控制部分：单片机将a/d转换器转换后的数字量进行处理，并送往显示电路显示。 4. 显示单元：使用1602液晶显示屏来显示控制模块送来的数字量，即被测环境温度及湿度。 5. 电源：电源为电路提供直流电源。四、预期成果1. 外文文献翻译、开题报告、文献综述及毕业设计说明书。2. 按设计要求完成实作，实现可以检测并显示室内温湿度数值，当超过设定数值时，系统将发出报警。五、任务完成的阶段内容及时间安排：根据进度要求完成。 六、完成设计（论文）所具备的条件因素1. 学校为我们

6、提供的实验室包括：电子产品组装实验室、单片机室等。2.使用 keil、protes等软件。 指导教师签名： 日期： 注：课题来源要填写明确（如教师拟定、学生建议、某企事业单位项目等）课题类型：（1）a工程设计；b技术开发；c软件工程；d理论研究；e制作（作品）（2）x真实课题；y模拟课题；z虚拟课题；要求（1）、（2）均要填，如ay，by等。目 录摘要iabstractii前言iii1设计概述11.1国内外智能控制系统的发展概况11.2系统设计背景22系统设计思想33系统硬件设计53.1单片机模块53.1.1单片机的选择53.1.2单片机最小系统63.2温湿度采集模块73.3液晶显示模块103

7、.3.1 lcd1602概述113.3.2 lcd1602基本参数及引脚功能123.4报警模块133.5控制模块133.6阀值模块144系统软件程序的设计154.1软件程序设计154.2仿真软件介绍164.2.1 proteus简介164.2.2 keilc51编译器简介164.3整体下载与调试174.3.1 usb转串口驱动安装174.3.2下载程序174.3.3调试185 系统总体设计19结论21致谢22参考文献23附 录24附录1：实物照片24附录2：原理图25附录3：程序编写26附录4：元器件清单31蔬菜大棚温湿度控制系统的设计摘 要温湿度控制已成为当今社会研究的热门项目。是农业生产过

8、程中必须考虑的因素，作为最常见的被控参数。现在国外有很多农场对于温室的智能控制系统有了一定的应用，但其成本高昂，针对国内大棚的特点是不能做到全面的普及。正对这一实际情况，研发一套低价格、高性能的温室温湿度控制系统，在我们国内具有非常广泛的应用前景和实际意义。本文以stc89c52单片机为核心控制器，结合dht11电容式数字温湿度传感器，液晶显示屏1602显示以及模拟调节模块，完成电路硬件设计。通过软件编程控制数据下载到单片机完成温湿度显示、阀值设置。此次设计系统能实现的功能如下：通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整，液晶显示屏能实时显示当前环境温湿度。芯片at24c04使存储的温度上限和湿度

9、上限可以掉电永久保存。当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。结合三极管和继电器，该信号也可以驱动继电器打开或切断排风扇转动。文中提出了设计方案，讨论了蔬菜大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。关键词：传感器；温湿度；单片机；智能控制design of control system in temperature and humidity for vegetable greenhouseabstractin todays social studies, temperature and humiditycontrol has become

10、ahot item.is a factor that must be consideredin the industrial and agricultural production process.as the controlparametersof the most common.now there are a lot of farms for overseas greenhouse intelligent control system has a certain application, but its high cost, according to the characteristics

11、 of domestic greenhouse is cant do the comprehensive popularization. is the actual situation, developed a set of low price, high performance of the greenhouse temperature and humidity control system, in our country has a very broad application prospects and practical significance. stc89c52 single-ch

12、ip microcomputer as the core controller, this paper combined with digital temperature and humidity sensor dht11 capacitance type, lcd display and 1602 simulation adjustment module, complete the design of hardware circuit. through software programming control data downloaded to the single-chip microc

13、omputer temperature and humidity display, threshold settings. the design system can realize the function is as follows: through four buttons easily realize the adjustment of the upper limit of temperature and humidity, lcd screen can display the current environmental temperature and humidity in real

14、 time. chip at24c04 storage limit the maximum temperature and humidity can be permanent when power supply drop. when temperature or humidity transfinite alarm signal light lamp accordingly. combined with the transistor and relay, the signal can also drive the relay on or cut off the fan rotation. th

15、is paper puts forward the design scheme, and discusses the vegetable greenhouses, the basic principle of the temperature and humidity measurement and control circuit. the circuit diagram and program flow chart are given with the active program.keywords : sensor；temperature and humidity；mcu；intellige

16、nt control前 言 目前，随着蔬菜大棚数量的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高。特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。传统的蔬菜大棚只是依靠人工来控制，一般是在棚内悬挂温度计，通过观察温度计的实数，根据以往的经验来判断室内的温湿度。而这种方法费时费力，并且有测控精度低、劳动强度大以及测控不及时等弊端，容易造成很大的的损失。这种传统的方法不但大大增加了成本，浪费了人力物力，而且很难达到预期的成果。因此为了实现高效科学化农业生产并提高农业研究方向的准确性，推动我国农业的快速发展，必须大力发展农业设备与相应的农业技术工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度等环境因素。这就需

17、要研发价格适中的、自动化程度高，便于管理的自动化控制设备，提高管理效率，增加蔬菜产量和质量。本文所设计系统是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高、操作便捷、性价比高的应用于农业种植生产的大棚温湿度测控系统。1设计概述1.1国内外智能控制系统的发展概况现代社会随着科学技术的发展，尤其是农业方面，更多技术应用于农业，农业技术的研究和开发越来越受到重视。众所周知，温室大棚已经成为现代高效经济农业的一个重要组成部分。随着现代控制技术的快速发展，以及计算机网络系统和电子产品的结合性应用，使得现代化农业发展，正走向一种专业化、自动化的发展趋势，这种模式必将是未来农业发展的方向。现代化智能控制系统

18、是一种智能化管理大棚内部环境的科学系统，这种系统需要相应的感应设备来保证其正常运行，智能控制系统就是将科学信息技术运用到农业的体现，通过系统软硬件结合，设定的各种指令，自动化的完成管理工作，不需要大量的人工操作，是一种现代化农业发展的重要便捷工具。应用电子计算机和自动控制技术来实现农业生产和管理的自动化，是现代化农业的重要标志。近几年随着电子信息技术的飞速发展，带来了大棚温室控制与管理技术方面的一场革命。在农业生产、花卉种植、动植物养殖等方面有着广泛的运用，对于农业生产的产量与质量有着巨大的经济效益与社会效应。温室大棚就是建立一个模拟适合植物生长的气环境条件，创造一个人工气象环境，来减小温湿度

19、对植物生长的约束。而且温室大棚能够摆脱环境对植物生长的限制，使不同的农作物在不适合生长的季节产出，从而也使得季节的变化对农作物的生长不再产生过度影响。由于温室大棚能带来丰厚的经济效益，所以温室大棚越来越普及，并且早已成为农民增收的主要手段。现代智能控制系统能够有效、便捷的对温室大棚内部环境控制，这种系统控制过程科学管理，可以提高操作的准确性，同时也降低了对农民体力劳动的强度。除此之外，它还能准确、定时、高效的进行温湿度控制与调节，可以节省人力、物力，从而可以提高农作物产量。现代化智能温室大棚控制系统主要应用于西方先进国家，尤其是美国。然而在我国农业中的使用却不多，同发达国家相比，有着较大的差距

20、。国内即使有些使用的了现代化控制系统，但一方面由于缺乏足够管理经验、技术，不能创造更多经济效益，另一方面由于它本身价格昂贵，使得不能在国内普遍推广。结合我国实际情况，只有提高自动控制系统的智能化，使温室控制系统更加智能、方便。采用廉价的电子产品使其价格能被广大农民所接受，才能使智能温室大棚控制系统在农业中有着广泛应用。1.2系统设计背景 本文主要是应用stc89c52单片机来设计的丝瓜大棚温湿度控制系统。丝瓜是喜温喜光耐热性的作物。但是在排水不良的情况下，结瓜少，瓜身短，瓜茎小，产量低。所以在生产上必须选择适宜丝瓜所适应的生长环境条件。丝瓜种子发芽的适宜温度为2830，3035时发芽迅速，气温

21、高于35时，生长势减弱，甚至出现凋萎而影响花蕾和结实，丝瓜生长发育的最适宜适宜温度为2836。丝瓜喜湿、怕干旱，在土壤湿度含水量70%以上的环境下生长最好，低于50%时生长缓慢，空气湿度不应小于52%，在75%85%时，生长速度快、结瓜多，短时间内空气湿度达到饱和时，仍可正常地生长发育。在瓜类中以丝瓜最耐湿，开花结果盛期要求温度更高，在炎热的夏秋只要不缺水肥，开花结果就会一直很旺盛。一般在温湿度适宜，风较小的天气是最有利于丝瓜的生长。丝瓜也有很大的经济价值。丝瓜中含有丰富的维生素b1能防止皮肤老化，维生素c能增白皮肤等成分，能够使皮肤洁白、细嫩。故丝瓜汁有“美人水”之称。除此之外，还有很大的药

22、用价值，古籍记载 ，丝瓜具有清热化痰、行血脉等功效。此次设计的温湿度的控制系统主要包括以下几个方面：感应环境温湿度，判断温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，报警灯发出报警；同时相应的控制设备工作，如本次设计利用继电器和排风扇组成的控制系统；除湿设备工作后，单片机系统判断异常是否处理完毕；以及若异常处理完毕，解除报警。本次设计就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，操作便捷、性价比高的应用于农业种植生产的丝瓜大棚温湿度测控系统。2系统设计思想在传统的温湿度测控系统中,往往只是采用模拟技术进行设计。传感器采用热电阻、热电偶等模拟器件。温湿度测控系统还需要额外加补偿电路，电路安装复杂，

23、价格昂贵,而且必须经过a/d转换后才可以被微处理器识别和处理，这样就可能会出现一些错误或者误差，例如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题，从而影响到测控系统的精确性，影响整个系统的稳定性能。随着科学技术的不断提高，更多的科学技术应用到现代化农业中，温湿度测控系统也正在朝着集成化、智能化、自动化的方向发展。现代农业的发展，尤其是蔬菜大棚的推广，也要求要有现代化设施来控制棚内温湿度等含量，便于自动化管理。然而目前应用于温室大棚的温湿度测控系统大多数采用模拟温度传感器、多路模拟开关、a/d转换器及单片机等组成的传输系统。这种温湿度度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，

24、才能把传感器采集的信号送到采集卡上，这种系统成本高。同时线路上传送的都是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。本次设计系统是采用stc89c52单片机和dht11的低成本的温湿度测控系统。系统主要包括系统硬件的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括单片机、显示模块、报警灯、温湿度传感器、按键、排风扇等六部分，系统显示模块由dht11温湿度传感器及lcd1602字符型液晶模块构成，该电路系统简单、工作稳定、集成度高、调试方便，具有一定的实用价值，很容易在现代化农业中推广实施。此次设计系统的一大特点是可以通过下位机中的按键输入温湿度的上限值和预置值，温湿度传感器可以将环境中检测的温湿度非电量

25、参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理，然后送至下位机中的单片机，单片机读取数据将数据送到缓冲区内，通过进lcd1602行实时显示，同时与预先设定的参数值进行比较处理；同时可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电器的控制对相应的设备如排风扇进行操作，以保证大棚的温湿度范围能够在预置的范围内，调节大棚内温湿度状态。系统采用数据处理模块（stc89c52单片机）、信息采集模块（dht11温湿度传感器）、液晶显示模块、设置模块、报警模块、调控模块设计而成。数据处理模块是采用微处理器芯片stc89c52，其可靠性高，抗干扰能力强，来完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。温湿度采集

26、模块使用的是dht11数字温湿度传感器，温度测量范围050，湿度测量范围20%rh90%rh。可以满足一般的检测需要,它使用单总线方式，接口简单，并且无需另外校准。分辨率为8bit，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。假如要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。配用eeprom芯片at24c04，使存储的温度上限和湿度上限可以掉电永久保存。可以通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整。当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。该信号也可以通过三极管驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。其系统原理设计框图如图2.1所示：图中stc89c52单片机每2秒就会从

27、dht11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外部eeprom存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。该报警信号可以通过三极管驱继电器，以控制外部风机或加热器。图2.1 系统原理设计3系统硬件设计3.1单片机模块3.1.1单片机的选择方案一：at89c52是美国atmel公司生产的低电压、高性能cmos型8位单片机，该单片机器件是采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，可以兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器( cpu )与flash存储单元，功能

28、强大。其片内的8k程序存储器是flash工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。对于写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。其次，at89c52目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。at89c52可以构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于8k，四个i/o口全部提供给用户。可用5v的电压编程，而且擦写时间仅仅需要l0ms。并且at89c51芯片可以提供三级程序存储器加密，提供了简捷而又可靠的加密手段，可以完全保证程序或者系统不被仿制。po口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于

29、对外部存储器的读/写操作。方案二：stc89c52系列单片机的指令系统和at89c52系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题：（1）at89c52不带isp下载，但是要用下载器才行，stc89c52可以用usb转串口下载，下载软件可以到stc厂家网上去下。（2）stc单片机执行指令的速度很快，大约是at的330倍。虽然快是好事，但是这样一来，在at上好使的程序在stc上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块，用stc时注意得加长延时，大约是at的1030倍就差不多，这一点可以通过调试验证。（3）stc89c52单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然能够正常工作，

30、甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下at肯定不行，所以当一个系统用stc单片机好用，但用at的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、c语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用stc系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故本系统选择stc89c52单片机作为主控芯片。足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。3.1.2单片机最小系统单片机最小系统主要是由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。对于一个完整设计来讲，首要

31、问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠性是系统平稳运行的前提和基础。此次最小系统中的电源供电模块电源是通过计算机的usb口供给，当然也可使用外部稳定的5v电源供电模块供给。振荡电路（时钟电路）最重要的是stc89c52单片机正常工作需要的时钟电路提供一个稳定的工作频率。一般情况下，根据stc89c52单片机时钟周期的要求，回路需要选用频率为12mhz的晶振。内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚xtal1和xtal2，在xtal1和xtal2端口接上时钟电源即可构成时钟电路，此系统设计中采用内部时钟产生方式。在xtal1和xtal2两端跨接

32、晶振，与内部的反相器构成稳定的自激振荡器。其发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制部件。电容对频率有微调作用。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚rst上外接电阻和电容，实现上电复位。当在stc89c52单片机的rst引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。其数值可以由rc电路计算出时间常数。复位电路是由上电复位和按键复位两部分组成。上电复位：stc89系列单片为高电平复位，通常情况下在复位引脚rst上连接一个电容到vcc，再连接一

33、个电阻到gnd，由此形成一个rc充放电回路保证单片机在上电时rst脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10k和10uf。按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、rst也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。如图3.1为单片机最小系统原理。图3.1 单片机最小系统原理3.2温湿度采集模块方案一：选用ds18b20温度传感器作为温度检测模块。ds18b20是一线式数字温度传感器。它具有独特的单线式接口方式。测量范围在-55125，-1085，误差范围在-+0.5。最高精度可达0.

34、0625。hs1101是电容式湿度传感器。可测量相对湿度范围在0%100%rh。方案二：选用dht11作为设计的温湿度检测模块。dht11是一种集成型的数字温湿度一体传感器。dht11采用的是数字模块采集技术与温湿度传感技术，这两项技术确保产品具有较高的可靠性与稳定性。传感器是由一个电阻式感湿元件和一个ntc测温元件组合而成，并与一个高性能8位单片机相连接。具有品质卓越、响应较快、抗干扰能力强、稳定性高等优点。测量范围20%90%rh，050。测温精度为-+2，测湿精度为-+5%rh。完全符合本次毕业设计的要求。经上述分析，方案一虽然精度更精确，却稍显复杂。方案二即便不能实现方案一的高精度测量

35、。却也能满足设计要求。且简便易行、可靠稳定。具有超高的性价比，因此选择方案二。传统的温湿度传感器需要处理的是模拟信号，容易受到外界环境和温漂的影 响 ，造成测量精度较低和可靠性较差；此外，温室内除了装有测量温湿度的传感器外，还需多个传感器、放大器和信号传输线。这些都将使得系统安装和维护的难度增大，从而使故障率增大。选用数字型温湿度传感器dht11，其最大的优点就是将传感器检测信息的功能和微处理器的信息处理功能有机地结合在一起。采用的是线制串行接口，使得系统集成变得简易便捷。超小的体积、极低的功耗，信号的传输距离可达20米以上，在很多条件下可以选择它作为传感器，除此之外它采用的是使4针单排引脚封

36、装，连接方便，其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。数字型温湿度传感器的特点是直接输出数字量。将温度感测 、湿度感测 、信号变换 、a/d 转换和加热器等功能都集成到一个芯片上，dht11传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有可靠性高与稳定性高的特点，被广泛的应用日常生活中。dht11通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。dht11温湿度数字传感器采用的是4针单排引脚封装，传感器通电后，需要等待1s，这是因为需要越过不稳定的状态，在此期间不需发送指令，电源引脚（vdd，gnd）之间可增加一个100nf的电容，用以去耦滤波。dht11实物图如图3.2

37、：图3.2 dht11实物dht11传感器模块的软件流程如图3.3所示：图 3.3 dht11传感器模块程序流程dht11的技术参数如下：供电电压：3.35.5v dc；输出：单总线数字信号；测量范围：湿度2090%rh，温度050；测量精度：湿度5%rh，温度2；分辨率：湿度1%rh，温度1；互换性：可完全互换;长期稳定性：1%rh/年；本次设计采用温湿度传感器dht11。它具有测量精度高，电路连接简单等特点。具体接口如下：引脚1：vdd 供电35.5v dc；引脚2：data 串行数据,单总线；引脚3：nc 空脚,请悬空；引脚4：gnd 接地,电源负；有一点必须注意，在引脚2在接单片机时，

38、同时要在数据线接一上拉电阻，接到电源上。dht11典型应用电路如下图所示，连接电路简单，仅需要占用控制器一个i/o口即可完成上下位的连接。一般建议连接线长度短于20时用5k上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。 图3.4 dht11温湿度传感器外型及管脚 dht11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5byte（40bit）组成。一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分。一次完整的数据传输为40bit，高位先出。 3.3液晶显示模块方案一：采用12864液晶显示屏。液晶显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块，可

39、显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16x16点阵）、128个字符（8x16点阵）以及64x256点阵显示ram（gdram）。可与cpu直接相接，提供两种界面来连接微处理机：8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。方案二：采用lcd1602液晶显示屏。lcd1602 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。lcd1602只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单。总结：在编程使用方面，两者难度差不多，原理差不多，都是写指令、写地址、写

40、数据等等。当然12864液晶屏显示更全面、字符更多。相比于1602液晶屏、12864能更形象具体的实现显示功能。不过 1602 液晶屏也能实现设计的要求。网上买比较廉价，最低的六块钱左右。而12864液晶显示屏最便宜的也要四十块钱。从造价方面考虑，当然是价格低廉的优先。而lcd1602就是最好的选择。3.3.1 lcd1602概述显示器使用最多的是发光二极管显示器( led )和液晶显示器( lcd )。由于它们都具有结构简单、耗电少、价格低廉、接口简单、寿命长等优点，被广泛应用于智能仪表场合，尤其是单片机系统中大量应用。lcd以其功耗低、视觉范围广等特点也被广泛应用。对于温湿度测控系统的设计

41、而言，显示电路的设计也是不可缺少的。在本设计系统中，不仅需要显示测量的温湿度值，而且还要显示不同的温湿度报警参数，显示模块的设计是十分必要的。考虑到本设计的特点(工作温湿度、显示行列数、光线等因素)，设计中选用的是lcd1602显示器。该显示器的大屏幕显示具有显示清晰、视觉范围广、价格低等优点。lcd1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为hd44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。使用的单片机系统液晶显示器作为输出设备具有以下优点:由于液晶显示接收信号中的每个点保存后的颜色和亮度，恒定的光，而不是作为一个阴极射线管(crt)显示需要不断刷新新的亮点。因此，液

42、晶显示器显示效果好、质量高。液晶显示器都是数字式的，接口与单片机系统相接更加稳定，从而使得操作更加便捷。 lcd1602显示器主要是由显示屏上的电极控制液晶分子状态，通过液晶分子的组合来达到显示的目的，显示特性比以往的显示器高，性价比也比较高。 相对来说，液晶显示器内部的电极和驱动ic是主要的功耗来源，因此耗电量比其它显示器要小得多。3.3.2 lcd1602基本参数及引脚功能lcd1602技术参数如下：显示容量：162个字符；芯片工作电压：4.55.5v；工作电流：2.0ma(5.0v)；模块工作电压：5.0v；字符尺寸：2.954.35(wh)mm；lcd1602引脚说明：第1脚：vss为

43、地电源。第2脚：vdd接5v正电源。第3脚：vl为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。第4脚：rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：r/w为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和r/w共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低电平r/w为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。第6脚：e端为使能端，当e端由高电平变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：d0d7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第

44、16脚：背光源负极。与单片机接口电路如图3.6所示。图3.5 lcd与单片机接口电路液晶显示的原理主要是利用液晶的物理特性，由电压对其显示区域进行有效控制，上电就会显示出来，也可以显示出设定的图形及其文字与字母。液晶显示器的特点：厚度比较薄、能够被大规模集成电路直接驱动、能够便捷的实现全彩色显示，近些年来，它已经被广泛应用在笔记本电脑、数码摄像机、手机移动通信等领域。电路中液晶接口如图3.7所示：图3.6 1602显示模块3.4报警模块该模块主要是结合温湿度采集模块，通过采集模块部分采集的信息转化电信号，经单片机系统处理后，进入显示模块。所测温湿度与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值或

45、低于下限值则报警灯亮，否则就作为正常的采样值，进行显示和控制。温湿度传感器采集来的温湿度与单片机设定的温湿度值相比较。报警电路中加了两个发光二极管，一个与单片机的p2.5连接，另一个与单片机的p2.6连接，只要其中任何一个过限，报警灯就会亮。当温度大于设定值，其中一只二极管发光；当湿度大于设定值，另一只发光二极管亮。两个发光二极管的颜色不同，这样可以通过颜色的不同来判断是温度超出范围还是湿度超出范围，这样以来是操作者比较方便管理与判断。单片机io引脚输出的电流较小，因此需要增加一个电流放大的电路，即通过三极管来放大驱动报警灯（不同颜色的发光二极管）。3.5控制模块继电器是电子控制元器件，通常被

46、应用于自动控制电路中。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，本质上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本电路采用常开继电器组成控制电路，本次设计只是降低温室数值。降温设备工作原理：当温度高于设定上限温度时，与单片机连接的引脚将送入低电平，三极管将导通，继电器有电流通过将吸合，则降温装置将进行降温工作，使温度降低。当温度下降到设定范围之内时，置其引脚为高电平，三极管将截止，继电器停止工作，处于常开状态，降温装置停止工作。降温等其他继电器控制设备原理与加温设备原理相似。 3.6阀值模块温湿度阈值存储在eeprom芯

47、片at24c02中，并可以通过k1k4按键调节并保存，其中k1为温度上限增加，k2为温度上限减小，k3为湿度上限增加，k4为湿度上限减小。at24c02是iic芯片，其电路如图3.8所示：图3.7 at24c02的芯片引脚4系统软件程序的设计4.1软件程序设计软件的设计是本次设计中最重要的环节之一，是此次设计的重点，软件设计将直接影响本次设计的测控系统能否成功。与硬件设计相对应，软件设计也是采用的模块化程序设计的方式，模块包括主程序模块，初始化参数设置模块，读出温湿度子程序、按键处理子程序、lcd1602显示子程序等。系统进行软件设计时，必须先知道系统的组成，数据的读取，数据的传输，信号的控制

48、的与显示，以及信号的传输处理和控制系统的运转。然后进行软件设计时，先搞清楚各个部分的子程序及它们的流程图，然后进行c语言编程，最后将它们系统的编程。本系统设计的工作流程是，开始并初始化后，先从键盘上输入要设定的温度和湿度的上限值；传感器读取设定的温湿度值，读取成功后，线性拟合数据，然后 lcd 显示读取的数据，如果温湿度数值过限，则报警灯就会亮，然后通过继电器启动控制设备；直到读取的数据在温湿度上限范围内，控制设备停止工作，显示屏显示当前的温湿度值。设计软件主程序流程图如图4.1所示：图4.1 主程序流程主程序编写、管脚定义程序以及各子程序编写见附录3。4.2仿真软件介绍本设计用到了prote

49、us和keilc51两种软件，两者能完美的结合在一起，实现虚拟的实物效果，为以后的实物焊接提供了保障。4.2.1 proteus简介proteus软件是由英国labcenterelectronics公司开发的eda工具软件，proteus软件有者三十多多年的历史，在世界范围内被广泛使用，除了具有和其它eda工具一样的原理布图、pcb自动布线以及电路仿真的功能外，其最大的功能是，它的电路仿真是互动的，主要是针对微处理器应用，除此之外，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等。4.

50、2.2 keilc51编译器简介本次设计是在keil c环境下开发的，keil c软件支持c语言的编程及调试，运用方便，是做c语言毕业设计者的首选。设计的首要任务是安装和学习使用这个软件，在简单的学习和了解keil c后，便可以在此环境下开始了进行设计工作。在编译完keil c后，再运用stc_isp_v480 软件烧录到开发板上，实现实物与程序的连接。在烧录前要对stc_isp_v480进行一些必要的设置。第一步：设置mcu type为stc89c52rc；第二步：打开编写好并编译的程序文件，它是以.hex为后缀的文件；第三步：选择对应的com端口（可在我的电脑的设备管理处查看com选项）；

51、第四步：点击download 下载。keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。c51工具包的整体结构，uvision与ishell分别是c51 for windows和for dos的集成开发环境(ide），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。keil c51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用c来开发，体会更加深刻。4.3整体下载与调试4.3.1 usb转串口驱动安装打开usb驱动

52、文件夹下的pl2303_prolific_driverinstaller_v130.exe安装文件，按提示安装usb转串口驱动程序。安装完成后，插入usb下载线后，在开始-控制面板-打印机和其他硬件-设备管理器，在“端口”分支下有（prolific usb-to-serial comm port(comx)。x表示串口号，如果没有说明usb转串口驱动没有安装，须重新安装。记住括号里的com口号。4.3.2下载程序打开stc单片机下载软件文件夹，点击运行stc_isp_v481.exe程序，出现如下界面如下图。正确选择mcu 类型，com口（与刚才安装的com号一致），最高波特率和最低波特率都选

53、2400bps或者1200bps（下载线内pl2303芯片所限，没办法！），并打开正确的.hex数据文件。按下电路板上的电源按纽，保证其有个失电至上电的过程，则窗口显示开始烧录芯片。在完成对程序的调试及烧录之后，还需要对其进行演示，把开发板与电脑连上，设置好对应的接口，完成供电及下载。下载完成后程序自动运行，或重上电后程序正常运行。图4.2 下载软件4.3.3调试在计算机上，利用keil软件对第一步输入的源程序进行编译，变为可执行的目标代码。如果源程序有语法错误，则其错误将显示出来，然后返回到第一步进行修改，再进行编译，直到语法错误全部纠正为止。在线调试。对于与系统、硬件无联系的程序，可以借助

54、在线调试手段，发现逻辑错误后，返回到第一步修改，直到逻辑错误纠正为止。对于与系统硬件紧密相关的程序，则需对软件和硬件同时进行调试，将程序烧入cpu，然后将cpu插入系统。发现硬件故障后应排除故障，发现逻辑错误后应修改程序，消除逻辑错误。5 系统总体设计该系统能够正常运行，主要是靠硬件部分和软件部分相结合，两者相辅相成，缺一不可。其中硬件部分主要是由六个大的模块构成，分别是单片机控制模块、传感器模块、液晶显示模块、报警模块、控制模块以及阈值设置模块。其中单片机控制模块是此次设计的核心模块，主要是指stc89c52芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体

55、，实现功能的需要，从dht11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外部eeprom存储器中，掉电不失，并且温湿度上限可以通过四只按键上调或下调。当温度或湿度值超过设定上限值时，报警信号点亮相应报警灯。例如湿度超出上限，报警信号可以通过三极管驱动继电器，以控制外部排风扇。软件部分也是此次设计的核心，系统软件采用汇编语言编写，按照模块化的设计思路设计程序。将设计程序在keil软件上仿真测试，并下载到单片机中。软硬件结合，完成系统的总体设计。电路的总体设计如图5.1所示：图5.1 电路总体设计系统具体工作方式如下：通过dht11检测出当前环境下的温湿度，将所测数据交给stc89c52单片机进行分析和处理，并分别存