大棚温湿度控制系统设计

1、随着大棚技术的普与，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最 重要的一个管理因素是温湿度控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或者停止生长，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。传统的温度控制措施显现出很大的局限性，为此，在现代化的蔬菜大棚管理 中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。该论文主要阐述了基于 STC89C52单片机的大棚温湿度控制系统设计 原理，主要电路设计与软件设计等。 同时设计了能给系统提供稳定工作电压 的电源电路。该系统采用 STC89C52单片机作为控制器，DHT1

2、1作为温湿 度数据采集系统，可对执行机构发出指令实现大棚温湿度参数调节，具有温湿度实时显示和控制等功能。关键词：STC89C52，DHT11，蔬菜大棚，温湿度，传感器AbstractWith the popularizati on of trellis tech no logy, gree nhouse trellisan ever-growingnumber, for vegetable shed speaking, one of themost importa nt man ageme nt factor is the temperature and humidity con trol.

3、Temperature is too low, the vegetables will freeze to death or stop growing, so will always control temperature and humidity in a suitable vegetable growth ran ge. Traditi onal temperature con trol is in greenhousetrellis internal hanging a thermometer, workersaccordingto regulate the temperature re

4、ading the temperaturein side the shelter. Traditi onaltemperaturecon trolmeasures will show great bureau sex. Therefore, in modern vegetable shedman ageme nt zhongtong ofte n temperature and humidity automaticcontrol system, in order to controlthe temperature,adapt to thetrellis vegetable producti o

5、n n eeds.This thesis mai nly elaborated temperature and humidity controlbased on STC89C52 can opysystem desig n prin ciple, mainetc. Using the transformers,This system USES STC89C52circuit desig n and softwaredesig n, cha nge AC to DC become n ecessarily.sin gle chip microcomputer as con troller, DH

6、T11 as temperature and humidity data acquisition system, may to the actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustme nt, temperature and humidity real-time display and con trol, and other fun cti ons.Key words : STC89C52; DHT11;vegetable shed; Temperature and humidity

7、; sen sor目录摘要Abstract II目录Ill.1绪论61.1选题意义61.2国内外发展趋势 61.3系统的主要性能指标 71.4主要工作任务71.5本章小结72系统方案选择和工作原理 82.1系统综述82.2系统设计方案选择 82.3系统工作原理 92.4本章小结1.0.3系统硬件设计123.1 STC89C52构成的最小系统123.1.1 STC89C52单片机简介 12晶振回路 错.误 !未定义书签。复位电路 错.误 !未定义书签。3.2 温湿度传感器的选择 错. 误!未定义书签。温湿测量相关概念 错. 误 !未定义书签。温湿度传感器的发展 错. 误 !未定义书签。DHT11

8、 的工作原理 错. 误 !未定义书签。3.3 温湿度测量回路的设计 错. 误 !未定义书签。3.4 显示电路设计 错.误 !未定义书签。3.5 报警电路设计 错.误 !未定义书签。3.6 控制电路设计 错.误 !未定义书签。3.7 按键电路设计 错.误 !未定义书签。3.8 电源电路设计 错.误 !未定义书签。3.9 本章小结 错.误 !未定义书签。4 系统的软件设计 错.误 !未定义书签。4.1 主程序的设计 错.误 !未定义书签。4.2 温湿度采集程序设计 错. 误!未定义书签。4.3 LCD 显示程序设计 错. 误 !未定义书签。4.4 报警电路程序设计 错. 误!未定义书签。4.5 控

9、制电路程序设计 错. 误 !未定义书签。4.6 本章小结 错.误 !未定义书签。5 系统抗干扰措施 错.误 !未定义书签。5.1 硬件抗干扰措施 错.误 !未定义书签。5.2 软件抗干扰措施 错误味定义书签。5.3 本章小结 .错.误!未定义书签。结论错.误!未定义书签。致 谢错.误!未定义书签。参考文献错误味定义书签。附录 A系统原理图 错误沬定义书签。附录B系统总程序 错误沬定义书签。1绪论1.1选题意义现代人类对生活环境的要求越来越高，尤其是温湿度的影响，温度高了 或者低了都直接影响着这个社会， 而湿度低了或高了也同样影响着我们的生 活以与其他物种的生存条件。植物的生长都是在一定的环境中

10、进行的，其在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。环境中昼夜的温度和湿度变化大，其对植物生长极为不利。因此必须对环境的温度 和湿度进行监测和控制，使其适合植物的生长，提高其产量和质量。本系统 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，控制操作方便， 性价比高的应用于农业种植生产大棚温湿度测控系统。本系统主要完成对大棚内温度和湿度等参数的采集， 并可自行设置温湿度控制的上下限，具有越限报警以与升温、降温、增湿、降湿等功能。本系统温湿度的监控包括以下步骤：由温湿度传感器采集环境温湿 度；将采集到的信息传送给单片机；单片机判断采集信息是否超出预设

11、 上下限；若感应到的温湿度超限，声光报警电路工作幵始报警；同时由 单片机控制升温、降温、增湿或者是降湿；判断温湿度是否回到预设范 围内；以与若异常处理完毕，解除报警。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制 蔬菜大棚温度，适应生产需要。它以先进的技术和现代化设施，人为控制作 物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进 行高效率，高产值和高效益的生产。1.2国内外发展趋势近年来，国内外在湿度和温度传感器研发领域取得了长足进步。温湿度 传感器正从结构复杂、功能简单向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件，也将

12、温度、湿度测量 技术提高到新的水平。国内数字温湿度仪测量温湿度采用的主要方法 有: “温阻”法和“湿阻”法 ,即采用电阻型的温湿度传感器 ,利用其阻 值随温湿度的变化测定空气的温度和相对湿度。受传感器灵敏度的限制,这类温湿度仪的精度不可能很高 ,一般条件下还可以满足需要 ,但是在环境实验 设备等对精度要求颇高的场合就难以满足要求了。目前，国外对温湿度传感器技术的研究也有了较大的进展，特别是用电 阻式温湿传感器发展更快， 人们不仅在电阻式陶瓷温湿度传感器特性方面做 了大量工作，而且在高分子电阻式湿度传感器上做出可喜的研究成果。1.3 系统的主要性能指标 根据生活环境，设计本产品的主要技术指标为：

13、 匸测温范围：0 50 C；湿度测量范围为：20 90 % RH 还温度测量精度：土 2 C5湿度测量误差：土 5 % RH©可设置上、下限报警值，当湿度温度超限时，发出报警信号，并且控 制升温、降温、增湿或者降湿5电源工作范围：DC4.55.5V1.4 主要工作任务在对各类湿度、温度传感器原理介绍的基础上，根据本毕业设计实际的 任务要求，完成湿度、温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，并设计显 示接口电路、电源电路、报警电路、控制电路、部分功能电路的程序。系统 开始工作后，根据初始条件读取湿度值和温度值，测量数据经处理后，将其 与设定的湿温度值比较，如果发现当前的温湿度超限，则发出

14、报警信号，并 且控制升温、 降温、增湿或者降湿。 未超限时， 系统显示正常的湿温度度值。1.5 本章小结 本章主要介绍了所选课题的研究意义、温湿度测量国内外的发展趋势、系统的主要性能指标、与主要任务。温湿度检测与控制是本设计的核心，也 是以后各章节着重介绍的内容。2系统方案选择和工作原理2.1系统综述根据本设计第一章要求的性能指标，方案设计时不仅要考虑怎么样实现 测量一定精度的温湿度信号值的基本功能，还要考虑温湿度超限时系统的报警功能，以与控制功能。根据设计要实现的功能，要考虑系统控制芯片端口 分配方案。选择STC89C52单片机就能够满足设计要求。STC89C52单片机的P1.0 口作为切换

15、LCD显示控制，即正常情况下显示当前温湿度，按下一次按键 切换到设置温湿度界面；P1.1作为选择调节哪一位的控制按键端口；P1.2、P1.3分别作为调加和调减的按键端口；P1.7 口作为声光报警控制口； P1.4、P1.5 口作为温湿度采集控制口； P3.3、P3.4、P3.5、P3.6 口分别作为加热、 降温、加湿、降湿的控制口；XTAL1、XTAL2为晶振回路端口； RST 口作为复位电路接口； P2.0-P2.7 口作为LCD的数据总线输入/输出端口，P3.0、 P3.1、P3.2分别作为RS、TW、E的控制端口。最后还要考虑设计系统选择 元器件的成本。作为大棚温湿度检测控制仪器，系统工

16、作的可靠性，实用性， 长久性指标也是系统在设计时值得考虑的几个因素。2.2系统设计方案选择根据目前国内外市场上常用的各种温湿度检测仪器，结合本设计的设计任务要求，能实现本设计要求的方案基本上有以下三种。J纯模式这种方案所有的电路均采用模拟电路构成，包括湿度、温度信号的采样、放大电路、报警电压的电位调节设置，模拟比较器的选用以与驱动超限报警电路，模拟的电磁结构的指针式显示电路等，尽管这种电路也能起到温度， 湿度的实时测量与报警，但是不能获得湿度、温度的历史数据，显示方式也 不够直观，在抗干扰性能上由于电路没有足够的判断能力可能会增加误报警 从而引起错误动作，而且在价格上也无优势可言，由上述原理构

17、成的这类仪 表被称之为第一代仪表，目前设计的仪表中极少使用这类结构。迂数字式在信号的采样、 放大电路、 报警设置以与报警电路等环节与第一种方案 区别不大，只是在放大电路后采用了 A/D 转换电路，它将模拟量转换成数 字量，然后经过驱动电路进行数码显示，它最大的好处是显示直观，这是模 拟式产品向智能式产品过渡的中间型产品，属于第二代仪表，在上个世纪 80 年代的设计中大都采用这种结构的方案，在日常生活中看到的大都是未 被替换的产品。在目前的设计中，基本上是不采用这种方案的。智能式 这是目前检测类仪器首选的方案，利用目前成熟的单片机技术，依靠单 片机的处理能力， 对数据前向通道采集到的湿度， 温度

18、数据进行判断、 处理、 存储，并可采用十分简单的方法通过显示驱动芯片将显示信息送出进行数码 显示。对测量所得结果超限时的报警处理可以按照测量时间的不同情况分别 设置不同的报警值。系统将会对测量回路巡回监测。常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计 或毛发湿度计来测量湿度的方法， 早已无法满足现代科技发展的需要。 这是 因为测量湿度要比测量温度复杂的多， 温度是个独立的被测量， 而湿度却受 其它因素（大气压强、温度）的影响。所以湿度的测量比温度的测量要复杂 的多。目前国内外对温度和湿度测量产品有很多， 但是大部分的产品都是用红 外热辐射的传感器制作的。 这种产品结构复杂，

19、价格昂贵并不适用于大气的 测量。 本设计使用比较常见的温湿度传感器和价格便宜的电子元器件，实现检测系统的智能化。它还具有较高的安全性，可靠性，适用于一般的家庭。 鉴于国外欧美等国家微电子技术的发展， 在不少的测试领域， 将一个系统的 所有电路，包括 CPU 都集成在一块芯片上，构成一个集成的系统，况且这 也是目前仪表发展的方向。所以本设计采用集成芯片 DHT11 作为温湿度传 感器。鉴于以上情况，本课题考虑到国内目前的现状，构成器件的来源以与 微电子技术的发展趋势，本设计决定采用智能化的设计方案设计。从节约能源和成本与使用方便的角度考虑， 每一个设计都要本着满足设 计要求的前提下，尽量简单方便

20、快捷的设计。这个原则适用各个领域。由于 各种不可克服的误差和适用环境的影响， 检测仪表都存在一定的误差。 不过 我们还要竭尽所能的降低误差，提高设计的精度。2.3 系统工作原理根据上述的方案选择和本课题的设计目标，加上目前智能仪表的一般特点，本系统的原理结构框图如图 2 - 1所示。由系统的原理图可以看出，实 现本设计智能测量系统的核心是 STC89C52单片机。湿度和温度信号检测 可以使用传统的电阻式温湿传感器测量，也可以采用集成的智能温湿传感器芯片测量。集成传感器芯片内部自带有信号放大电路。放大电路是提高单片机对信号进行识别的有效方法， 而且在复杂电路的各种设计领域中是最常用 也是必须要采

21、用的方法。由温湿度传感器检测到的温湿度信号经过芯片内部 的A/D转换电路，将模拟信号转化成数字信号后通过输入通道传送给单片 机。为了提高测量的精度，提高信号的转换质量，作为模拟信号转化成数字 信号的A/D转换器，对其本身的性能要求也很高，因此传感器芯片内要有 性能良好的A/D转换器。作为智能化的检测仪器，由LCD实现的显示器使人们直观的观看到测量到的温度和湿度的值。在本设计系统中，正常情况下，显示电路可以实时的显示室内的温度和湿度。当温度和湿度超限时， 报警电路可以立即发出警报，同时控制系统幵始调节温湿度值，以便实现坏境温度和湿度的调整。图2-1系统原理图2.4本章小结本章介绍了设计测量仪器的

22、三种方式。最传统的是纯模模式。随着科学 技术的进步，采用这种设计方案设计出来的产品由于自身的缺陷性已满足不 了当今社会的要求，所以基本上被淘汰了。数字式检测仪表目前在实际应用 中也很少用到。智能式是目前检测仪表设计采用的主流方案，也是本设计选用的方式。根据设计要求，本章对系统工作的原理也做了简要说明。3系统硬件设计为了实现检测系统的智能化，系统的硬件设计包括控制系统最小系统的 设计，湿度和温度测量回路的设计，显示电路的设计，报警电路设计，控制 电路设计，以与电源电路的设计。3.1 STC89C52构成的最小系统微型计算机即单片机是因工业测控系统数字化，智能化的迫切需求而发 展起来的。在测控领域

23、，现在使用最多还是STC89C52单片机。STC89C52单片机是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。由于单 片机具有较高的性能比，此单片机易于幵发、使用灵活、而且体积小、抗干 扰能力强，可以兼容种类众多的支持芯片、较为丰富的软件资源，可以工作 于各种恶劣的条件下，工作稳定等特点。考虑到本系统的需要以与本人对单 片机的熟悉程度，因此本设计选用STC89C52单片机作为本系统的 CPU。由 STC89C52单片机为核心的单片机最小系统包括晶振电路和复位电路。3.1.1 STC89C52 单片机简介STC8

24、9C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗/超强抗干扰 的单片机，指令代码完全兼容传统 8051单片机，12时钟/机器周期和6时 钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选 择，指令代码完全兼容传统 8051.g工作电压：5.5V3.3V （5V单片机）/3.8V2.0V （3V单片机）5工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工 作频率可达48MHz5用户应用程序空间为 8K字节片上集成512字节RAM通用I/O 口（ 32个），复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口 /弱上拉， P

25、0 口是漏极幵路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。SP （在系统可编程）/IAP （在应用可编程），无需专用编程器，无需专 用仿真器，可通过串口（ RxD/P3.0,TxD/P3.1 ）直接下载用户程序，数秒即 可完成一片段具有EEPROM功能色具有看门狗功能10共3个16位定时器/计数器。即定时器 TO、T1、T21D外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒10通用异步串行口（ UART ）,还可用定时器软件实现多个 UART 工作温度范围：-40+85 C （工业级）/075 C （商业级）

26、 104PDIP 封装STC89C52RC 单片机的工作模式掉电模式：典型功耗 <0.1卩A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行 原程序空闲模式：典型功耗 2mA 正常工作模式：典型功耗 4Ma 7mA 掉电模式可由外部中断唤醒， 适用于水表、 气表等电池供电系统与便携设 备单片机管脚图如图 3-1 所示：K.丿T2/P1. 0 |1401 VCCT2EX/F1. 1 I2391 fcl o/AnnP1. 2 133S1 FO. l/ADlP1. 3 |14371 FO. 2/ADZP 1. 4 |5361 PO. 3/AD3P 1. 56351 POk1/AD4P 1. 6 173

27、41 PQ. F /APFP 1. 7 |8331 PO.6/AD6RST 19321 FO. 7/AD7RXD/P3. Q 11 0311 EATXD/P3. 1 |1 1301 ALE/PROGINTO/P3. 2 |11 2291 PSENINT1/P3. 3 |1 32S1F2. 7/A1ETO/P3 4 |112716/A14T1/P3.5 11 5261F2. 5/A13WR/P3.S 11S251F2. 4/A12RD/P3.7 |117241P2. 3/Al 1XTAL2118231P2. 2/A1OXTAL1|11922P2. 1/A9VSS 112 02 11P2. O/A

28、图3-1 STC89C52 单片机管脚图STC89C52单片机引脚功能说明：VCC （40引脚）：电源电压VSS （20引脚）：接地P0端口（ P0.0P0.7, 3932弓I脚）：P0 口是一个漏极幵路的 8位双 向I/O 口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口 P0写入“ 1 ”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0 口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0 口内部上拉电阻有效。 在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指 令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（ P1.0P1.7，18引脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的8位双向