基于无线技术的温室大棚智能控制系统

1、目录第一章绪论11.1 选题背景11.2 国内外的发展现状11.3 课程内容、目的及思路2第二章 温室控制系统的总体设计32.1 温室环境因子32.2 控制系统设计要求32.3 控制系统总体设计4第三章 温室控制系统硬件设计53.1 基于 STC89C52 的单片机控制系统53.1.1 STC89C52 简介53.1.2 STC89C52 硬件结构53.1.3 STC89C52 管脚说明63.1.4 STC89C52 存储器结构83.1.5 STC89C52 串行口控制寄存器SCON93.1.6 STC89C52 中断系统93.1.7 STC89C52 的空闲模式103.1.8 STC89C5

2、2 的掉电模式103.2 STC89C52 最小系统113.2.1 时钟电路123.2.2 复位电路123.3 传感器采集模块133.3.1 SHT10 传感器简介133.3.2 SHT10 引脚及接口定义143.3.3 SHT10 电气特性及典型应用153.3.4 SHT10 的 通信163.3.5 信号的转换183.4 降温模块193.5 加热模块203.6 按键模块203.7 显示模块213.8 报警模块243.9 无线传输模块25第四章总结27参考文献28Abstract29致谢30附录 1 系统设计Proteus 仿真调试图31附录 2 系统设计Proteus 仿真调试图33基于无线

3、技术的温室大棚智能控制系统摘要：温室大棚在当今的生产生活中的到了越来越广泛的使用，大大的提高了农民的经济收益。在温室大棚中，最关键的是对温室环境因数的实时监视与控制，使温室大棚的环境适合农作物的生长。该系统是在综合对比了当下的控制系统，并结合实际的生产需要，做出了全新的修改及设计。本文研究设计的温室大棚智能控制系统是以无线技术的为基础。系统由温湿度传感器、STC89C52 型单片机、无线收发模块、二氧化碳传感器、控制模块和上位机模块,以及温室内的执行机构等组成。该系统具有极高的智能度和可靠性，系统工作极其稳定。关键词：STC89C52 单片机、温湿度传感器、无线传输、温室第一章绪论1.1 选题

4、背景对农业生产中的一些环境因数进行监控室现如今农业生产中的一个较为重要的环境。这些环境因子严 重影响着农作物的生长、发育和能量交换，例如：环境温度湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等。随着科 学技术越来越成熟，温室大棚的控制管理向着自动化、科学化趋势发展，因此实现此目的最基本的保证是 对环境监测和控制。在这个基础上在对检测到的数据进行分析，并结合具体农作物的生长发育的规律，对 生物生长环境进行实时的控制，从而使农作物生长在最适的环境下，农作物就可以达到优质、高产。蔬菜 大棚是现代社会饮食的主要来源，因此温室大棚内的温度、湿度以及光照强度等环境因素就成了人们研究 的对象。毛发温度表、酒精温度计是最传

5、统的人工测量的工具，通过这些原始工具的测量再对那些温湿度等环 境因素一场的温室大棚进行相应的控制。这种费时实力而且效率低下的人工控制的方法不仅随机性大而且 误差很大。因此一种旨在克服上述弊端并且价格优惠的的自动控制系统应运而生。随着单片机和各种电子元器件件的迅猛发展，温室大棚智能控制系统也在不断的完善与改进。基于单 片机控制的温室大棚控制系统在现阶段比较流行，它们属于半自动控制的系统。这些系统虽然可以取代人 工控制，但是也存在着一些缺点。1.2 国内外的发展现状温室可以向农作物提供最适合的生长加减，并且可以根据农作物的需求改变植物的生长环境，也能避 免外界环境变化对农作物生长的影响。温室大棚使

6、用采光副噶材料最为结构材料，可以在恶劣的环境下为 农作物提供良好的生长环境，从而可以达到调节生产，促进农作物生长发育、提高产品质量产量。温室控制系统设计中的关键技术是对温室大棚内的环境因素进行控制，即关键是提高控制和作业精 度。国外对温室大棚控制的研究起步较早，最早可追溯到20 世纪 70 年代。模拟式的组合仪表是最早采用温室控制系统，可以采集、记录和控制现场的信息。大约 80 年代末，农业技术上出现了分布式的温室控制系统。而当今开发和研究的重点是计算机数据采集控制系统，它是基于多因子综合控制技术。随着智能 控制技术的成熟，自动化控制已不能满足人们的要求，而向自动化、无人化的方向发展成为主流。

7、国外的 温室控制系统大致经历了 3 个发展阶段：人工控制：在室控制的早期，人们往往采取人工控制技术。它不具备真正意义上的控制系统，也没有第 1 页 共 37 页真正意义上的执行机构。温室环境因数的采集以及对温室内作物的管理都是由人来完成的，人在这个控制 系统中是温室环境控制的核心。人们依据自己长期积累的经验、观测温室内外的气候和作物生长状况，手 动控制温室内环境参数。这种采手动控制的方式，以人们的经验为基础，符合传统农业生产的规律。但是 这种控制方式有着最大的缺陷：劳动生产效率低，不适合大规模生产的需要。自动控制：相对于人工控制，：自动控制系统较省时省力。它是根据农作物的生长状况输入最适合的环

8、境参数，并通过各种传感器及时的检测和控制这些环境参数，然后与设定值进行比较，如果超出设定值 范围，控制系统会启动相应的调节模块，比如加热，降温，洒水等等。这种方式使温室环境因数得到了自 动化生产，劳动效率得到了提高，对于工厂化生产比较适合。为了使农作物较好的生长，自动控制系统可 以通过设定环境参数自动调节温室内的环境。但是这种控制系统也存在一些缺点，比如它不能对农作物生 长状况的改变及时的做出环境调整，不能根据农作物的生长规律进行实时控制。目前我国很大一部分自主 研制的温室大棚控制系统都属于这种控制方式。智能化控制：也称为专家系统。它是通过总结技术知识、收集各种实验数据，运用温室智能控制系 统

9、技术建立起来的系统。它是通过收集和总结农业领域知识、技术和各种试验数据，在生产实践和自动控 制技术的基础上组成的专家系统。该系统是以建立好的植物生长数学模型为理论依据，是一种温室专家控 制系统，它可以适合不同农作物的生长。温室大棚控制技术正向着人工手动控制、自动控制和智能化控制的趋势发展，将会越来越完善，越 来越满足人们的需求。从整体上来看，温室大棚控制技术正朝越来越成熟的方向发展，有基于温室环境因 素综合分析模型、农作物生长模型和农业专家系统完全自动化和智能化的趋势。1.3 课程内容、目的及思路本系统通过温室大棚内的一系列传感器采集数据，并经过简单的处理后经过数据通信模块传送给系 统控制中心

10、（单片机）。单片机分析这些数据后自动做出相应的处理，比如开启天窗、喷洒水雾等。这就 实现了温室大棚在没有人参与下的自动控制。与此同时，在外接的LCD 液晶屏上显示实时的参数，以便观察。外接的键盘可以设定系统要控制的温度值和湿度值，以此满足不同农作物对环境因数的要求。第 2 页 共 37 页第二章 温室控制系统的总体设计2.1 温室环境因子外部环境因素和农作物自身的遗传特性直接影响着农作物的生长发育及产品的最终成果，也是决定作 物质量和产量的关键。因此，改变农作物产量和质量就可以从两个方面下手，一是通过现代的高科技育种 技术获得具有新的遗传特性的种子，再一个就是通过现在的温室大棚控制技术对农作物

11、生长的环境进行检 测和控制，使其长期保持在作物生长所需的环境范围内。农作物的光合作用、呼吸作用以及根对水分、养 分的吸收及生长都和温室内的温度、湿度以及光照强度有着密切的关系。在这些环境因素中温度起着极为 重要的影响，因此，对温室大棚进行控制就要从温度开始。对于同一种作物，它不同的生长发育阶段对环 境因素的要求是不同的，而不同的农作物对生长环境的要求也是不一样的。通常来说，植物白天光合作用 比呼吸作用强烈的多，这就需要较高的温度。而到了晚上，呼吸作用会比光合作用强烈的多，着对温度就 没有太高的要求。此外，温室内的环境也会受到外界环境变化及恶劣天气的影响，因此在温室大棚控制系 统的设计中必须要考

12、虑到这一点。农作物的生长有一定的规律性，它所需的生长环境会因为种类、生长阶 段的不同而发生变化，温室大棚控制系统就是要根据这些需求的变化而做出相应的处理，使温室大棚内的 环境始终适合农作物的生长发育。2.2 控制系统设计要求该系统主要以温度和湿度为主要的控制参数进行系统的设计和制作，本系统主要实现以下功能：1. 可以及时检测到温室大棚内的温湿度，即通过传感器对温室大棚内的温湿度进行实时测量，并将 这些数据通过通信模块传送给单片机，然后单片机进行检测、分析、处理和暂存这些收集到的各路数据， 从而实现温湿度的智能测量和监控。2. 显示功能：可以通过显示屏显示实时参数值以及设定值。3. 根据不同季节

13、，不同地区和不同农作物的需求，可以设置不同的控制参数，保证农作物在最佳的生 长发育环境中生长。4. 报警功能：可以实现参数超值的声光报警功能。5. 可以根据设定的参数值进行自动控制。即当温室大棚内的参数偏离设定值后，单片机会自动的启动 相应的处理机构，将温室大棚内的环境参数调节至设定值附近。第 3 页 共 37 页2.3 控制系统总体设计系统原理框图如图 2-1 所示，本系统由传感器模块、按键模块、显示模块、报警模块、无线通信模块、STG89C52 单片机主控模块、上位机模块和温室大棚内的处理机构等构成。操作人员可以现场或者通过上位机设定参数值，设置的参数值和采集到的参数值可以在显示模块以及上

14、位机上进行实时的显示。当采集的 参数值比设定的参数值大时，相应的处理机构就会启动工作，使温室内的环境参数保持在设定值附近。反 之，当采集的参数值小于设定值的时候，另一个处理机构也会启动工作，让温室环境保持在最佳值附近。 该系统实现功能是可以实时的、有效的、可靠地监控到温室大棚内环境因素，从而确保农作物生长在最佳 的温室环境，进而提高农作物的质量和产量。时钟电路显示电路复位电路报警电路STC89C52按键电路调节电路传感器电路无线传输图 2-1系统框图第 4 页 共 37 页第三章 温室控制系统硬件设计本系统由STC89C52 型单片机控制模块、温度传感器模块、无线收发模块、上位机（计算机） 以

15、及温室内的执行机构等构成。现分别介绍如下：3.1 基于 STC89C52 的单片机控制系统本系统采用STC 公司生产的基于MCS-51 内核的STC89C52 单片机。3.1.1 STC89C52 简介STC89C52 是一款由 STC 公司生产的 CMOS8 位单片机，具有低电压、高性能等优点，该单片机内部含有 8KB 的系统可编程Flash 存储器。STC89C52 比在传统的 51 单片机有了很大的改进，具有很多 51 单片机不具备的功能，但是STC89C52 仍然使用的是经典的MCS51 内核。高密度和非易失性存储技术在该单片机中得到了具体的应用，并且该单片机兼容标准的 MCS-51

16、指令系统。STC59C52 单片机片内配有灵活的 8 位 CPU（即中央处理器）和系统可编程快速存储单元，为很多嵌入式应用系统的开发提供了更加灵活有效的方案。功能强大的 stc89C52 单片机可灵活应用于各种控制领域。其主要工作特性是：片内程序存储器包括 512 字节的随机 8KB 的 Flash 程序存储器和； 具有 32 根可编程I/O 口线；片内含有看门狗定时器；片内配置了 4KB 的 EEPROM 和 MAX810 复位电路；片内具有 3 个 16 位定时计数器和 4 个外部中断以及一个 7 向量 4 级中断结构； 工作频率范围在 0-40MHz；3.1.2 STC89C52 硬件结

17、构第 5 页 共 37 页复位电路FLASHRAM串行通信口CPU时钟电路定时器计数器I/O口图 3-1 STC89C52 的硬件结构图如上图所示，为STC89C52 的硬件结构图。STC89C52 单片机的CPU 包括运算器和控制器， 这和 MCS51 单片机的结构相同。运算器主要对操作数进行操作包括算数运算、逻辑运算以及位操作。控制器是微处理器的控制执行部件，它的主要任务是主要读取指令代码进行分析、识别，并根据不同的的指令来控制个相关元件，从而保证保证单片机能够协调。3.1.3 STC89C52 管脚说明第 6 页 共 37 页图 3-2 STC89C52 引脚图电源引脚：VCC（40）：

18、电源 GND（20）：接地外部晶振引脚：XTAL1（19）：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2（20）：振荡器反相放大器的输出端。控制引脚：RST/VPP(9)：复位输入。晶振工作时，引脚持续2 个机器周期以高电平将使用单片机复位。ALE/ PROG（30）：地址锁存器控制允许信号。PSEN（29）：外部程序储存器选通信号EA / VPP （31）：外部程序存储器选通信号。当该引脚接高电平时，单片机将从外部存储器读指令，当该引脚接低电平时，将从内部程序存储器读取指令。第 7 页 共 37 页可编程I/O 引脚：STC89C52 有 4 组可编程输入输出口，共 32 个，分别

19、为P0 口、P1 口、P2 口、P3 口。P0 口（32-39）：一般 I/O 引脚或数据/低位地址总线服用引脚，内部无上拉电阻 P1 口（1-8）；一般 I/O 引脚，内部有上拉电阻P2 口（21-28）：一般 I/O 引脚或高位地址总线引脚，内部有上拉电阻 P3 口（10-17）：一般 I/O 引脚或第二功能引脚，内部有上拉电阻在这些可编程I/O 口中，有部分I/O 口具有第二功能，现介绍如下：表 3-1P1.0 和P1.1 第二功能引脚号P1.0 P1.1功能特性T2（定时/计数器 2 外部计数脉冲输入），时钟输 T2EX 定时/计数 2 捕获/重装载触发和方向控制表 3-2 P3 口引

20、脚第二功能引脚号P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.73.1.4 STC89C52 存储器结构第二功能RXD（ 串 行 输 入 ） TXD（ 串 行 输 出 ） INT0（ 外 部 中 断 0） INT1（ 外 部 中 断 1） T0（定时器 0 外部输入） T1（定时器 1 外部输入） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通）STC89C52 单片机有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K 寻址。1. 程序存储器当 EA 引脚接低电平的时候，单片机将先从外部存储器读取程序。就 STC89C52 单片机而言

21、，当EA 引脚接高电平，单片机将先从内部存储器读取程序，然后才从外部存储器读取程序。2. 数据存储器第 8 页 共 37 页STC89C52 内部还有 256B 的 RAM。这些 RAM 的高 128 字节与特殊功能寄存器重叠。即特殊功能寄存器和 RAM 的高 128 字节的地址是一样的，但是它们在物理上是分开的。当指令访问高128 字节时，是访问RAM 还是访问特殊功能寄存器将取决于这条指令的寻址方式。一般情况下，在直接寻址的方式下将会访问特殊功能寄存器。3.1.5 STC89C52 串行口控制寄存器 SCON表 3-3 SCON 控制位的分布D7D6D5D4D3D2D1D0控制位SM0SM

22、1SM2RENTB8RB8TIRI SM0、SM1 是单片机串口工作方式选择位表 3-4串行口工作方式SM00SM10工作方式方式 0：移位寄存器方式01方式 1：8 位 UART，波特率可变10方式 2：9 位 UART,波特率为fosc/64 或 fosc/3211方式 3：9 位 UART，波特率可变 SM2 ： 多机通讯控允许控制位。当单片机处于工作方式2 或者工作方式 3 的时候，如果SM2 和 REN 同时为高电平，那么从机就只有在接收到RB8=1 的时候才会激活中断请求标志位（RI），并且向主机发送中断请求。从机只有在复位之后才会接收到RB8=0 的数据。当单片机处于方式 1 工

23、作时，如果SM2 为高电平，那么要置位中断请求标志位就必须要接收到有效的停止位；在方式0 时，SM2 应为 0。 REN：启用/禁用串行接收控制位。该孔志伟由软件来置位。当 REN=1 时，串口处于接收的状态，此时就可以启动串口的接收器REX,开始接收数据；当REN=0 的时候，就至今接收数据。 TB8：当串口通信工作在方式 2 或方式 3 时，改位为要发送数据的第九位，也是由软件来置位。3.1.6 STC89C52 中断系统第 9 页 共 37 页STC89C52 有 6 个中断源：INT0 和INT1 是两个外部中断，T0、T1、T2 是三个中断定时器，另外还有一个串行中断。每一个中断源都

24、可以通过执行指定的代码来使中断源有效或者无效。表 3-5中断允许控制位符号位地址功能EAIE.7中断允许控制位，EA=0，中断总禁止；EA=1，各中断由各自的控制位设定-IE.6预留ET2IE.5定时器 2 中断允许控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器 1 中断允许控制位EX1IE.2外部中断 1 允许控制位ET0IE.1定时器 0 中断允许控制位EX0IE.0外部中断 0 允许控制位3.1.7 STC89C52 的空闲模式当单片机处于空闲模式时，单片机内部的CPU 就会进入睡眠状态，但是单片机上的所有外部设备都会继续保持激活的状态。单片机可以通过执行特定的指令进入该状态

25、。单片机处于该种状态是，单片机内部的RAM 和特殊功能寄存器上的数据将保持不变。结束空间模式可以通过软件的中断或者硬件的复位来实现。当使用硬件复位来结束空闲模式 时，就需要 2 个机器周期的复位信号，此时，单片机将禁止访问内部RAM 上的信息，只可以控制访问端口的引脚。当使用硬件复位的方法来终止空闲状态时，为了避免预料不到的写端口，在激活空闲模式的指令的下一条指令就不应该是写端口或者是写外部存储器。3.1.8 STC89C52 的掉电模式STC89C52 提供掉电模式，当单片机处于掉电模式时，晶振将停止工作，但是在这其间片RAM内和特殊功能寄存器上的值将保持不变。最后一条指令的执行将激活掉电模

26、式。表 3-6空闲模式和掉电模式下的外部引脚状态第 10 页 共 37 页模式程序存储器ALEPESNPORT0PORT1PORT2PORT3空闲内部11数据数据数据数据空闲外部11浮空数据地址数据掉电内部00数据数据数据数据掉电外部00浮空数据数据数据3.2 STC89C52 最小系统单片机最小系统电路除了电源外，还应该包括单片机、时钟电路和复位电路。STC89C52 单片机最小系统如图 3-3 所示：图 3-3 单片机最小系统STC89C52 最小系统由两部分组成，现介绍如下：第 11 页 共 37 页3.2.1 时钟电路STC89C52 单片机的 XTAL1 引脚为高增益反相放大器的输入

27、端，XTAL2 引脚为高增益反相放大器的输出端。自激震荡电路就是在XTAL1 与XTAL2 之间接入一个晶振和一个微调电容。STC89C52 的时钟频率为 12MHz。3.2.2 复位电路图 3-4 时钟电路STC89C52 的第 9 引脚（Rest）为复位引脚。当该引脚被拉高保持2 个机器周期以上时，单片机将产生复位。例如当晶振是 12MHz 时，时钟周期为 1us，机器周期为 6us，因此，当第 9 引脚接高电平并保持在 12us 以上，单片机就会产生复位。复位电路有 2 种连接方式，即上电复位和手动复位。上电复位电路中，RST 引脚上串接了一个电容，当复位引脚接+5v 电源时，电容处于充

28、电状态，当充电结束后，电容相当于断开。而在手动复位电路中，是在RST 引脚所串接的电容上并联一个开关，当开关处于断开状态时，电容就处于充电状态，当开关处于闭合状态时，电容处于放电状态，放电时复位引脚处于高电平，从而达到复位的目的。第 12 页 共 37 页3.3 传感器采集模块图 3-5 复位电路单片机是本系统的主控芯片，那么传感器检测到的信号就要通过通信模块传给单片机，由单片机进行分析处理。那么如何准确的确定外界环境的各项参数就显得十分重要。传感器在完成检测和控制中起到十分重要的作用，是检测和控制过程中的关键所在，如是没有传感器对环境参数的原始数据进行检测和转换，控制中心就没有办法对环境参数

29、进行分析处理 并作出相应的控制。当今生产生活中的自动控制控制系统，相当一部分是依赖与各种传感器来采集要控制的各种参数，然后把数据传给控制中心，这样系统才会工作在最适合的状态。虽然市面上大多数传感器在设计上都可以满足系统设计要求，但是从硬件电路设计和性价比上考虑，本系统传感器采用进口的SHT10 温湿度传感器。3.3.1 SHT10 传感器简介SHT10 传感器是Sensirion 温湿度传感器家族中的贴片封装系列。该传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、高性价比等优点。敏感元件的传感器和信号处理电路集成在一块电路板，一个数 字信号输出的校准。CMOSens 技术是Sensirion 公司的专利技

30、术，该技术SHT10 中得到了应用。CMOSens 技术可以保证产品具有更高的稳定性和杰出的稳定性。SHT10 传感器在同一个芯片上包第 13 页 共 37 页含了一个电容性的测湿度敏感元器件和一个用能隙材料制成的测温元件。并通过无缝连接技术与14 位的A/D 转换器和串行接口电路连接在一起。每一个SHT10 传感器都会在极其精确地腔室中进行标定，而且用于校准的系数会用标准的程序形式在OTP 内存中存储下来。这些数据将用来在内部信号的校准。SHT10 的串口和内部的电压调整时采用两线制的，这使得SHT 的外围电路极其简单。SHT10 温湿度传感器凭借其体积小、功耗低等一系列优点得到了广泛的应用

31、。SHT10 采用LCC 封装，可以使用标准回流焊接。图 3-6 SHT10 实物图3.3.2 SHT10 引脚及接口定义表 3-9 SHT10 引脚分配VDD 引脚: SHT10 的供电电压范围为 2.4-5.5V, 建议为 3.3V。在电路的设计过程中可以在VDD 和GND 之间一个滤波电容，一般为 100nF 的电容。第 14 页 共 37 页SCK 引脚 :该引脚是用来和主控芯片进行同步通信的，因为在接口电路中已经包括了全静态逻辑，所以SCK 不存在最小频率。DATA 引脚:为三态结构数据串行数据引脚，用于读取传感器的数据。当单片机向传感器下达命令时, DATA 在 SCK 上升沿有效

32、且在SCK 高电平时必须保持稳定。DATA 在 SCK 下降沿之后 改变。为确保通讯安全，DATA 的有效时间在SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别延长至 TSU and THO。传感器数据读取的过程中, 数据引脚是在SCK 变成低电平以后有效，并且要保持到下一个 SCK 的下降沿 。主控芯片驱动DATA 引脚为低电平，可以避免信号的冲突。需要一个外部的上拉电阻（一般取 10k）将信号上拉至高电平。一般的微处理器的I/O 接口电路中都会自带上拉电阻。3.3.3 SHT10 电气特性及典型应用SHT10能耗、电平的高低以及输入电压的大小都和电源有着密切的关系。电源引脚相对于地的 绝对最大值为+

33、7V 和-0.3V 。如果长时间的传感器工作在绝对最大值，会影响传感器的稳定性。SHT10的电气特性图下表所示：表3-10 SHT10电气特性第 15 页 共 37 页SHT10的典型应用如图所示：图3-7 SHT10 典型应用3.3.4 SHT10 的通信启动传感器：第一，选择电源电压后给传感器接通不低于1V/ms电率的电源。通上电以后，传感器将在11ms后进入休眠状态，在进入休眠状态之前不允许对传感器进行通信。发送命令： 传感器初始化很简单，只要用一组“ 启动传输”时序就可以完成。它包括：在SCK 时钟为高电平“1”的时候DATA变为低电平“0”，然后在SCK变为低电平的时候，数据端DAT

34、A变成一个高平平如下图：图3-8 SHT启动时序图第 16 页 共 37 页SHT10的命令包含3个地址位和5个命令位。当在第8个SCK时钟周期的下降沿结束之后，data 引脚变为低电平，在紧接着的第9个sck时钟周期的下降沿结束之后，DATA恢复为高电平，这就说明SHT10已经正确的接受到命令。表3-11 SHT10命令集温湿度测量：温湿度的测量大约需要20/80/320ms，分别对应8/12/14位测量。测量时首先需要发送一组指令（“00000101”代表相对湿度的测量，“00000011”代表测量温度），然后控制器要等待测量结束。确切的测量时间和内部晶振的速度有着密切的关系，误差会在-3

35、0%的范围内变化。 当DATA引脚被拉至低电平时，SHT10进入空闲状态，并意味着测量的结束。当SCK引脚再次被触发 之前，DATA引脚必须为低电平。这个信号用来来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。在温湿度测量完成之后会传送2个字节的测量数据和1个字节的奇偶校验（CRC）。uC 需要通过下拉DATA 为低电平，以确认每个字节。数据必须工MSB开，并且右值有效，（比方：对于12为的数据，从第5个SCK 时钟起算作MSB；而对于位数据，首字节则无意始义）。在收到CRC的确认位之后，表明通讯结束。还有一种方法可以终止通信，就是在不是CRC-8 校验的时

36、候，可以在测量值LSB后用把ACK拉成高电平并保持。这一系列指令正确完成以后，SHT10 会自动进入休眠状态。通信复位时序 ：假如在通信过程中遇到错误导致通信中断，可以通过下拉时序信号复位。即当DATA 为高电平时，对 SCK进行9次以上的触发。然后发送“传输启动”时序。这一连串动作只能复位串口，状态寄存器中的内容仍然被保留。第 17 页 共 37 页图 3-9 复位时序3.3.5 信号的转换相对湿度：湿度有非线性补偿，为了获得准确的测量数据，务必运用下面的公式进行信号的转换： RHlinear=c +c12· SORH+ c · SO23RH(%RH )SOcRH1表 3

37、-12湿度转换参数cc2312bit-2.04680.0367-1.5955E-68bit湿度信号的温度补偿 :-2.04680.5872-4.0845E-4因为实际的温度和测量时用作参考的温度明显不同，所以湿度信号需要进行温度补偿。温度校正粗略对应于0.12%RH/ 50%RH ，温度补偿公式和所用到的系数如下：RHture= (Tc- 25) · (t + t12· SORH) + RHl i near表 3-13温度补偿系数SOttRH1212bit0.010.000088bit0.010.00128温度信号的转换：由于 SHT10 传感器是使用具有非常好的线性的能隙

38、材料PTAT 制成。因此可以使用下面的公式将数字输出转化为温度值，转换过程中用到的系数如下表：第 18 页 共 37 页T = d + d12· SOT表 3-14温度转化系数oTSOd ( C)2d (oF )214bit0.010.01812bit0.040.072表 3-15温度转化系数VDD 5V4V3.5V3V2.5d (oC)1-40.1-39.8-39.7-39.6-39.4d ( F )o1-40.2-39.6-.9.5-39.3-38.93.4 降温模块降温模块包括两个部分：（1） 自然通风一般情况下，在温室大棚的四周会留有通风窗口，所以当温室大棚内的温度高于设定值

39、是， 可以通过开启电动机让通风窗口打开，进行自然降温。这种降温方式在温室大棚内外的温差很大的时候才会有很好的效果，因此冬天使用此方法比较好。虽然这种方法经济实惠，但是在实际的使用效果上不是很明显。如果通风是由外部的风引起的，温暖的地区，利用自然通风会有更好的效果。（2）机械通风机械式通风是为了弥补自然通风的不足，它使用降温风扇等冷却装置将温室大棚内的热量逼 出来，同时由于存在分压差而将外界比较湿润的空气吸进大棚内，从而达到降温的效果。此方案第 19 页 共 37 页需要保持适当的气密性，只有这样冷空气才会从进气口进入温室大棚，热空气才会从排风口排出去。此种降温方式还是比较可靠地，一般的温室大棚

40、都会使用此种降温方式并结合自然通风。3.5 加热模块该系统的加热模块选用热风机供暖的形式。热风机的工作效率非常高，因为它可以直接加热温室大棚内的空气，因此它可以在 10 分钟内将温室大棚内的温度提高。这种方法代替了旧的加热系统设备复杂的缓慢的加热问题。此外，被加热的空气可以杀死空气中的有害病菌，从而减少病虫害的发生，提高产品的质量和产量。温室热风机供暖系统省去了复杂的设备设施，热风通过管道均匀分配到温室中，热风机供暖系统具有结构紧凑、占地面积小、热效率高的特点。3.6 按键模块键盘是人机数据交换的通道，在需要人工输入数据或者人工输入控制命令的时候，键盘是一个方便有效的途径。所以在绝大多数的单片

41、机应用系统中都需要设计和应用键盘。键盘有若干个按键组成，按键是常开行开关，当按键按下时，开关闭合、电路接通，手松开时开关弹起，电路断开。按照一定的方法赋予各个键相应的判别地址，以及赋予相应的各个按键的相应功能，当一个键按下时，系统须判别出是哪个键按下，然后调动相应的按键功能子程序实现该按键的功能操作。为了防止当键按下时由于抖动引起的误判，还必须采取某种手段实现按键的“消 抖动”。本系统采用软件延时法“消抖动”。根据系统的特点和功能的要求，本系统安排了6 个键，采用查询方式判别各个不同按键。各个按键对应的功能设计如下:1、参数设置键 K1:长时间按下参数设置键，进入到参数控制范围设置和查看状态，

42、可通过加一键和减一键实现参数设定范围值的加一和减一参数修改操作，直至该参数设置正确完成，再次按 下该键可显示另一参数的查看和设置，第三次按下该按键后，退出设置状态并进入温度显示界面。2、加一键:按下该键，参数设定值加一。3、减一值:按下该键，参数设定值减一。4、显示切换键 K4:按下该键，退出参数设置状态，使数显示屏返回到温度测试参数值显示状态。再次按下该按键，显示屏将显示湿度测试参数值。第三次按下该按键后，再一次进入设置状态。第 20 页 共 37 页已-：一户七， 主寸一，汇肛E忆I丘l且 1.I1.R4IIIIIIIIIIIIIIIII设置-，r 、-10kR5 1.，且 11.1 r，

43、示力环10kR6伶II10kl消音L |R10亡10kR11亡停止10k图 3-10按键连接图3.7 显示模块本系统的显示模块使用LCD1602 液晶显示屏。LCD1602 显示屏外围电路简单，程序编写方便， 因此得到了广泛的应用。LCD1602 一次可以显示 32 个字符，分两行显示。它具有黄绿色背光，并且对比度可调，与单片机连接十分简单。连接电路如下图所示：第 21 页 共 37 页图 3-11LCD1602 与单片机的连接电路图LCD1602 是一款专门用来显示数字、字母和符号的显示模块。它又叫作 LCD1602 字符型液晶， 是一种点阵型液晶显示模块。它是由若干个点阵字符位组成（包括5

44、X7 或者 5X11）,每一个点阵字符位都是用来显示字符的。这些字符在显示的时候每一行以及每一个字符之间都会有一个点距 的间隔，这就使得它不能够去显示图片。LCD1602 的管脚定义图如图 3-5 所示：图 3-12 LCD1602 的管脚定义图第 22 页 共 37 页VSS：接地VDD： 接 5V 电 源 正 极V0：调节显示器对比度端口，当此端口接电源时，对比度最弱，反之接地时，其对比度最高。因此可以在此端口接一个可变电阻进行对比度的调节。 RS：寄存器选择端口，当此端口接高电平时选择数据寄存器，反之选择指令寄存器。 RW：读写信号端口，接高电平时进行读数据操作，接低电平时进行写数据操作

45、。E： 为使能端。D0D7：为 8 位双向数据端。BLABLK:背灯电源端口。BLA 为正极，BLK 为负极。LCD1602 液晶显示模块内部的控制器共有11 条控制指令，具体指令如下表所示：表 3-1 1602 液晶模块内部的控制指令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D02光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址010 写数到CGRAM 或

46、DDRAM）111 从 CGRAM 或 DDRAM 读数11BF计数器地址0 要写的数据内容1 读出的数据内容显示器的所有操作都是通过执行这些指令来完成的。具体指令的功能如下： 指令 1：清除显示，指令码 01H 表示将光标复位到初始位置 00H.指令 2：光标复位，执行此指令后，光标将会返回到00H 位置。指令 3：光标和显示模式设置指令I/D：表示光标移动方向，当I/D 为高电平事，表示光标右移，接低电平事左移S： 表示屏幕上显示的文字是否要移动。当S 为高电平时，表示文字要移动，反之无效。指令 4：显示开关控制。第 23 页 共 37 页D：显示总开光，当此引脚为高电平时表示显示打开，反

47、之表示显示关闭。 C：光标显示开关，当接入高电平时表示显示光标，低电平表示不显示光标。B：光标闪烁开关，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5:移动选择开关， 当 S/C 为高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。指令 7：字符发生器RAM 地址设置。指令 8：DDRAM 地址设置。指 令 9： 忙 信 号 的 读 取 以 及 光 标 地 址 指 令BF：为信号忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者

48、数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。指令 11：读数据。3.8 报警模块本系统的报警模块采用的是XY 系列压电式蜂鸣器。该蜂鸣器具有耐高温、耐腐蚀、声音清脆稳定、性能稳定可靠等优点。声光报警电路采用蜂鸣器和发光二极管作为声光报警器件，发光二极管正向导通电压一般 为 1.6V 或 2.4V，由于反向击穿电压超过5V，具有非常大的工作电流，所以需要给发光二接管串接限流电阻。正向导通时电流流过，发光二极管发光，发光强度跟电流成正比。发光效率和发光颜色跟材料有关。由单片机输出发光二极管和蜂鸣器的控制信号，当系统检测到各参数处于正常控制范围内时，单片机驱动绿色发光二极管发光，检测到某个参数处

49、于正常值之外时，单片机驱动红色发光二极管发光，同时驱动蜂鸣器发出报警声音信号。由于蜂鸣器也具有3 OmA 左右非常大的工作电流，所以也需要给蜂鸣器串接限流电阻。第 24 页 共 37 页图 3-13 报警电路3.9 无线传输模块本系统的无线通信模块采用一款双频GSM/GPRS 模块MC52i 无线模块。该无线通信模块内部嵌有TCP/IP 协议栈。MC52i 无线模块是目前市场上体积最小的双频GSM/GPRS 模块。具有MC35i、MC39i、TC35i 的所有功能和快速GPRS 技术。该模块具有高速、易于集成等优点广泛的应用到了笔记本微型电脑灯等很多设备中。在远程监控、无线电话、车载终端和无线POS 终端等领域也得到了广泛的应用。MC52i 技术特点： 体积小、重量轻、低功耗 支持数据、语音、短信息和传真 R&TTE，FCC，GCF 和 YCRB 标准认证 AT 命令控制GSM07.05 工作频率：900/1800MHZ MC52i 模块特性： 支持电压范围：3.3 至 4.4V； 电流消耗：3.0mA（睡眠）；10.0mA（闲置）；300mA（通话，最高 2.0A）；100uA（掉电） 功率：2W-类别 4