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1、精选优质文档-倾情为你奉上 摘要随着大棚技术的普及，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，蔬菜就会被冻死或则停止生长，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。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。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。 本论文主要阐述了基于AT89C51单片机的温室大棚温湿度控制系统设计原理，主要电路设
2、计及软件设计等。该系统采用AT89C51单片机作为控制器，SHT11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，根据实际需求设计了单片机硬件系统，该系统能够实现数据采集，数据处理，数值显示，键盘扫描等功能功能。同时介绍了温湿度传感器，单片机接口，及其应用软件的设计，该基于单片机和SHT11温湿度传感器的大棚温湿度控制系统，该系统性能可靠，结构简单，能实现对温室内温湿度的自动调节。关键词：AT89C51；SHT11；大棚；温湿度；控制系统；传感器；单片机AbstractWith the popularization of trellis technology, green
3、house trellis an ever-growing number, for vegetable shed speaking, one of the most important management factor is the temperature and humidity control. Temperature is too low, the vegetables will freeze to death or stop growing, so will always control temperature and humidity in a suitable vegetable
4、 growth range. Traditional temperature control is in greenhouse trellis internal hanging a thermometer, workers according to regulate the temperature reading the temperature inside the shelter. If only by artificial control both consumption manpower, and easy to place regular orders. Now, with the i
5、mprovement of agricultural industry scale, for larger quantity of trellis, traditional temperature control measures will show great bureau sex. Therefore, in modern vegetable shed management zhongtong often temperature and humidity automatic control system, in order to control the temperature, adapt
6、 to the trellis vegetable production needs. This thesis mainly elaborated based on AT89C51 tomatoes canopy temperature and humidity control system design principle, main circuit design and software design, etc. This system USES AT89C51 single chip microcomputer as controller, SHT10 as temperature an
7、d humidity data acquisition system, may to the actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustment, has the upper and lower level computer directly set temperature range, temperature and humidity real-time display, and other functions.According to the actual demand des
8、ign the microcontroller hardware system, this system can realize data acquisition, data processing, the numerical display, keyboard scan function function. At the same time, temperature and humidity sensor is introduced, and its application software interface chip design, this based on SCM and SHT10
9、 temperature and humidity sensor shelter, temperature and humidity control system reliable performance, the system structure is simple, can realize the automatic adjustment of the temperature and humidity in a greenhouse.Key words：AT89C51; SHT10;vegetable shed; Temperature and humidity; Control Syst
10、em; sensor;Single-chip microcomputer目录00123 55699026271. 绪论1.1 系统设计背景植物的生长都是在一定的环境中进行的，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的温室大棚温湿度测控系统。本系统温湿度的监控包括以下步骤：感应环境温湿度；判断感应到的温湿度是否异常；若感应
11、到的温湿度异常，判断异常是否超过预设时间；若异常超过预设时间，则异常报警；判断异常是否处理完毕；若异常处理完毕，解除报警。并可以利用控制器和单片机机来达到机房温湿度的远程控制，从而实现温室大棚温湿度管理的实时性和有效性。为此，在现代化的温室大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制大棚温度，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 系统功能、优势及特点该检测系统充分利用AT89C51单片机的软、硬件资源,辅以相应的测量电路和SHT10数字式集成温湿度传感器等智能仪器,能实现多任务
12、、多通道的检测和输出。它具有测量范围广、测量精度高等特点,前端测量用的传感器类型可在该基础上修改为其他非电量参数的测量系统。温湿度检测系统采用SHT11为温湿度测量元件。系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性,经过一定的添加或改造,很容易增加功能。根据温室大棚内的温湿度传感器采集到的信息，利用数据总线将传感器信息送给单片机，以及进行LCD显示，报警，查询等功能。监控中心可向现场控制器发出控制指令，监测仪根据指令控制风机、水泵、等设备进行降温除湿，以保证大棚内作物的生长环境。监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知大棚管理人员采取相应措施来确保大棚内的环境正常。2. 设计内容
13、 2.1 总体方案的设计2.1.1 设计思想大棚温湿度控制系统上电工作后，用户首先通过键盘输入温度及湿度的初值，单片机系统将用户设置的初值保存在X25045芯片中，单片机进入主程序后，开始以查询的方式检测温湿度传感器SHT11的温湿度状态，并将相应的数值通过显示器显示输出。当温室内的温度（或湿度）小于设置的初值时，单片机将通过控制输出接口使加温设备（或加湿设备）开始工作；当温室内的温度（或湿度）大于（或等于）设置的初值时，单片机将通过控制输出接口使加温设备（或加湿设备）停止工作。2.1.2 系统组成及框图 系统由电源电路、温湿度传感器SHT11、X25045芯片、键盘，显示和控制模块（AT89
14、C51）组成。 1、温湿度传感器：负责检测并采集各控制点温湿度数据。 2、数据通讯转换器：负责温湿度数据采集数据的信号转换，复位等。 3、软件部分：软件部分负责对所有数据进行读取分析，并执行各项管理功能。 4、控制部分（即温湿度调节系统）：执行远程控制指令。 控制部分连接增湿装置、干燥装置、温度的控制装置等。其系统原理图如图2-1所示：温湿度检测电路复位电路输入按键温湿度调节系统键盘，报警电路显示电路单片机控制系统电源图2-1 大棚温湿度控制原理框图2.2 系统主要电路的设计2.2.1 主要芯片89C51的功能及引脚图芯片89C51共有40个引脚，其中电源引脚有4个，控制引脚有4个，并行的I/
15、O接口有32个，其引脚图如图2-2所示：图2-2 89C51引脚 （1）电源及时钟引脚（4个）Vcc:电源接入引脚；Vss:接地引脚；XTAL1:晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚接地）；XTAL2:晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端）。（2）控制线引脚（4个）RST/VPD:复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；ALE/PROG:地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚(低电平有效）；EA/Vpp:内外存储器选择引脚（低电平有效）/片内EPROM（或FlashROM）编程电压输入引脚；PSEN:外部存储器选通信号输出引脚（低电平有效）
16、。(3)并行I/O引脚（32个，分成4个8位口）P0.0P0.7:一般I/O引脚或数据/低位地址总线服用引脚；P1.0P1.7:一般I/O引脚；P2.0P2.7:一般I/O引脚或高位地址总线引脚；P3.0P3.7:一般I/O引脚或第二功能引脚。2.2.2 温湿度检测电路的设计本系统选择的温湿度传感器是由 瑞士Sensirion公司推出了SHT11单片数字温湿度集成传感器，采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSens technology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与l4位的AD转换
17、器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正的过程中使用。两线制的串行接口，使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选。下图23为SHT11传感器内部结构框图 DATAGNDVDD湿度传感器温度传感器放大器14位模数转换器标定储存器I2C总线接口SCK 图23 SHT11内部结构图2.2.3 温湿度传感器SHT11的工作原理SHT11的温湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿
18、敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化引起的误会。CMOSensTM技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模/数转换器、校准数据存储器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。SHT11的每一个传感器都是在极为精确得湿度室内中校准的。SHT11传感器的校准系数预先存在OTP内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个14位的A/D转换器相连，可将装换后的数字温湿度值送给I2C总线器件，从而将数字信号转换为符合I2C总线协议的串行
19、数字信号。由于将传感器与电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其他类型的温湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性，而A/D转换的同时完成，则降低了传感器对干扰噪声的敏感程序。其次在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只温湿度传感器都具有相同的功能，即具有100%的互换性。最后，传感器可直接通过I2C总线与任何类型的微处理器、微控制器系统连接，从而减少了接口电路的硬件成本，简化了接口方式。2.2.4 温湿度调节系统的设计温湿度调节系统包括加湿模块除湿模块、加温模块和制冷模块。它是由单片机的IO 口控制的，有效控制电平为+5V，执行
20、机构的各种设备都是在市电下正常工作的，必须采用IO口控制继电器的导通和切断来控制市电的通断，也即控制执行设备的工作状态。由于单片机的IO不能提供足够的电流，不能直接驱动继电器导通，因此，我们采用达林顿管，将进行两级放大，提供了足够大的驱动电流，让继电器中的电感线圈产生足够大的磁力，将开关吸合。用户预先输入温湿度报警值到程序中，该值作为系统阈值。温湿度传感器监测值传输给单片机，当单片机比较监测到的数值超出所设定阈值时，驱动蜂鸣器报警，并为温湿度调节系统提供控制信号，实现自动控制。2.2.5 X25045简介 X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时
21、器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。X25045引脚如图3所示。图3 X25045引脚图X25045硬件连接图如图4所示。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。图2电路中，CPU的复位信号共有3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后
22、加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。图4 X25045看门狗电路硬件连接图 看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态寄存器的相应位来设定的。如表1所示，X25045状态寄存器共有6位有含义，其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的工作设置有关。表1 X25045状态寄存器WD10，WD0=0，预置时间为1.4s。WD10，WD0=1，预置时间为0.6s。WD11，WD0=0，预置时间为0.2s。WD11，WD0=1，禁止看门狗工作。看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最
23、大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。3. 硬件设计3.1 温湿度测量电路 温湿度测量用的是SHT11温湿度传感器，该传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与l4位的AD转换器以及串行接口电路实现无缝连接。该传感器与89C51的电路连接图，如图32所示： 图32 SHT11的测量时序如下：当一个SCK为高电平时，DATA出现低电平，然后SCK变为低电平
24、，接着当SCK再为高电平时，DATA也变为高电平则表示开始数据读写（启动序列）温湿度传感器SHT11送出的温度、湿度数据必须经过数据转换才能表示实际的温度和湿度，其公式如下：Tc=d1+d2SOTRHLinear=C1C2SORHC3SORH2RHTrue=（Tc25）(t1t2SORH)RHLinear式中：Tc为温度；RHTrue为经过温度补偿的相对湿度；d1、d2与温度分辨率有关；C1、C2、C3、t1、t2与湿度分辨率有关；SOT表示从SHT11中读出的温度值；SORH表示从SHT11中读出的湿度值。其对应关系如表2、表3所示表2温度校正系数d1d214b（5V）400.01表3湿度校
25、正系数C1C2C3t1t212b40.04050.0.010.000083.2 LCD显示电路 LCD显示电路用LCD1602字符型液晶显示模块与单片机连接进行数值显示，其电路图如33所示： 图33 1602LCD采用标准14脚或16脚接口，RS为寄存器选择器，RS为高电平时选择数据寄存器，为低电平时选择指令寄存器。R/W为读写信号线，为高电平时进行读操作，为低电平时进行写操作，当RS和R/W同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当RS为低电平时，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。E为使能端，当E端由高电平跳变为低电平时，液晶模块执行命令。D0D7为8
26、位双向数据线。3.3 键盘扫描电路 KEY1为温度和湿度设定切换，KEY2为温度或湿度加1，KEY3为温度或湿度减1，KEY4当前状态与设定状态切换，KEY5为上下限设定切换。接口电路如图34所示。 图343.4 输出接口控制电路如图35 图353.5单片机与X25045接口电路 单片机与X25045接口电路如图36所示。图36本设计选用了P1口的P10P12及74LS138的11脚，由于X25045的RESET为漏极开路的输出端，所以应接上拉电阻。写操作至少需要24个时钟周期，片选必须拉低并在操作期间保持低电平。单片机可以连续写入16个字节的数据，但这16个字节必须写入同一页，一页的地址开始
27、于地址X XXXX 0000,结束于地址X XXXX 1111，如果待写入的字节地址已到达一页的最后，而时钟还在继续存在，计数器就将回绕到该页的第一个地址并覆盖前面所写的内容。在本设计中，一页存储三组数据，每组数据有五个字节组成，分别包括日、月、小时、分钟和秒。而一页的最后一个字节用于存放每次读取该页的次数，以便于新的数据可再从首地址写入，达到循环存储数据的目的。4. 系统软件的设计 软件设计主要分为主程序、温湿度传感器数据读取子程序、LCD显示程序、键盘扫描，按键去抖动的处理、控制器控制流程。4.1系统主程序本系统的智能核心是AT89C51，其监控程序和应用软件全部固化在EPROM内。他的工
28、作过程是：当系统接通电源后，AT89C51单片机进入监控状态，同时完成对各个端口的初始化工作，当有按键按下时，产生申请中断，进入响应的中断程序，完成键盘处理工作。当没有外部控制信息的输入时，系统会自动采集温湿度传感器的电压值，最终数据在LCD显示屏上显示。主程序流程图如图41所示:初始化各端口初始化温湿度传感器温湿度值是否符合正常值？控制电路调节温湿度查询键盘，是否有键按下？显示开始调用湿度检测电路测量温湿度值 延时程序 N Y Y N 图41 主程序流程图4.2 键盘扫描子程序，消抖程序流程图键盘扫描子程序如图42：开始初始化键1是否按下键2是否按下键3是否按下键4是否按下键5是否按下温湿度
29、是否正常温，湿度切换温，湿度加1温，湿度减1当前与设定切换上，下限切换报警，控制电路调节温湿度YNY NYNYNYNNY 图42 键盘扫描程序流程图消抖程序流程图如图43： 开始延时去抖是否有键闭合是否有键闭合扫描取得键值闭合键释放否结束 N Y Y N Y YN Y 图43 键盘扫描流程图4.3 1602LCD液晶显示程序流程图LCD显示流程图如图44所示：开始LCD初始化延时设第一行显示位置显示第一行内容设第二行显示位置显示第二行内容结束 图44 LCD显示程序流程图4.4 温湿度读取子程序温湿度利用SHT11温湿度传感器测量温度。温湿度读取子程序流程图如图45所示：控制程序调节温湿度温湿
30、度是否正常显示温湿度值结束计算温湿度值读取温湿度值开始SHT11初始化NY 图45 温湿度读取子程序流程图4.5 键盘扫描源程序ORG 0000HAJMP MAINMAIN:DISPLAY:LCALL KEYMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AAJMP DISPLAYKEY: LCALL KSFJNZ K;ACCLCALL DELAYLJMP KEYK1:LCALL DELAYLCALL KSFJNZ K2LCALL KEYK2:MOV R2,#0EFH;R2MOV R1,#00HMOV P1,R2L1:JB P1.0,L2MOV A,00HAJMP LL2
31、:JB P1.1,L3MOV A,#04HAJMP LL3: JB P1.2,L4MOV A,#08HAJMP LL4:JB P1.3,LNMOV A,#0CHAJMP LLN:MOV A,R2RLAMOV R2,ACCMOV P1,R2INC R1CJNE R2,#0FEH,L1L:ADD A,R1PUSH ACCK: LCAL DELAYLCALL KSFJNZ KPOP ACCRETKSF:MOV P1,#0FHMOV A,P1XRL A,#0FHRETDELAY:MOV R3,#01HLL:MOV R4,#0AHLLL:DJNZ R4,LLLDJNZ R3,LLRETTAB:DB0C0
32、H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,84HEND键检查子程序KEY-SCAN:MOV DPTR,#6000HMOV A,#00HMOVX DPTR,AMOV A,P1CPL AANL A,#07HRET4.6 显示程序RS EQU P2.0RW EQU P2.1E EQU P2.2PSB EQU P2.3RST EQU P2.5LCD_X EQU 30HLCD_Y EQU 31HCOUNT EQU 32HCOUNT1 EQU 33HCOUNT2 EQU 34HCOUNT3 EQU 35HLCD_DATA
33、 EQU 36HLCD_DATA1 EQU 37HLCD_DATA2 EQU 38HSTORE EQU 39HORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:MOV SP,#5FHCLR RET:复位LCALL DELAY4SETB RETNOPSETB PSB:通讯方式为8位数据并口初始化LGSO:MOV A,#34H;34H扩充指令操作LCALL SEND_IMOV A,30H;LCALL SEND_IMOV A,#01H;清除显示LCALL SEND_IMOV A,#06H;制定光标的移动方向LCALL SEND_IMOV A,#0CH;开显示LCALL SEND_ITU
34、_PLAY1：MOV DPTR,#TU_TAB1LCALL PHO_DISPLCALL DELAY3显示汉字和字符HAN_WR2：LCALL CLEAR_PHAN_WR2A:MOV DRTR,#TAB1AMOV COUNT,#10HMOV A,#80HLCALL SEND_ILCALL QUSHUHAN_WR2B:MOV DOTR,#TAB1BMOV A,#90HLCALL SEND_ILCALL QUSHUHAN_WR2C:MOV DPTR,#TAB1CMOV COUNT,#10HMOV A,88HLCALL SEND_ILCALL QUSHUHAN_WR2D:MOV DPTR,#TAB1D
35、MOV COUNT,#10HMOV A,#98HLCALL SEND_ILCALL QUSHULCALL DELAY3LCALL FLASHLCLL CLEAR_PJMP TU_PLAY2TU_PLAY1：MOV DPTR,#TU_TAB1LCALL PHO_DISPLCALL DELAY3TU_PLAY2：MOV DPTR,#TU_TAB2LCALL PHO_DISPLCALL DELAY3TU_PLAY3：MOV DPTR,#TU_TAB4LCALL PHO_DISPLCALL DELAY3显示点阵LATPLAY1：MOV A,#01HLCALL SEND_IMOV LCD_DATA1，#
36、0CCHMOV LCD_DATA2，#0CCHLCLL LAT_DISPLCALL DELAY3LCALL CLEAR_PKU_PLAY2：LJMP TU_PLAY1PHO_DISP:MOV COUNT3，#02HMOV LCD_X,#80HPHO_DISP1：MOV LCD_Y,#80HMOV COUNT2，#20HPHO_DISP2:mov count1,#10hLCALL WR_ZBPHO_DISP3:CLR AMOVC A,+DPTRLCALL SEND_DINC DPTRDJNZ COUNT1,PHO_DISP3INC LCD_YDJNZ COUNT2,PHO_DISP2MOV LC
37、D_X,#88HDJNZ COUNT3,PHO_DISP1MOV A,#30HLCALL SEND_IRETCLRRAM:MOV LCD_DATA1,#00HMOV LCD_DATA2,#00HLCALLL LAT_DISPRET显示点阵子程序LAT_DISP:MOV COUNT3，#02HMOV LCD_X,#80HLAT_DISP1:MOV LCD_Y,#80HCLR F0MOV COUNT2，#20HLAT_DISP2：MOV COUNT1，#10HLCALL WR_ZBLAT_ISP3：JB F0，LAT_DISP32MOV LCD_DATA,LCD_DATA1AJMP LAT_DIS
38、P31LAT_DISP32：MOV LCD_DATA,LCD_DATA2LAT_DISP31：MOV A,LCD_DATALCALLL SEND_DDJNZ COUNT1，LAT_DISP31INC LCD_YCPL F0DJNZ COUNT1，LAT_DISP31INC LCD_YCPL F0DJNZ COUNT2，LAT_DISP2MOV LCD_X,#88HDJNZ COUNT3，LAT_DISP1MOV A,#36HLCALL SEND_IMOV A,#30HLCALL SEND_IRETWR-ZB:MOV A,#34HLCALLL SEND_IMOV A,LCD_YLCALLL SE
39、ND_IMOV A,LCD_XLCALLL SEND_IMOV A,#30HLCALLL SEND_IRET4.7 温湿度采集程序unsigned char write_byte(unsigned char value) unsigned char i; unsigned char error=0; for(i=0x80;i0;i/=2) if(i&.value)SDATA=1; else SDATA=0; SCK=1;nop_();_nop_();_nop_(); SCK=0; SDATA=1; SCK=1;erroe=SDATA; SCK=0; return error;unsigned
40、char read byte(bit ack) unsigned char i; unsigned char val=0; SDATA=1; for(i=0x80;i0;i/=2) SCK=1; if(SDTAT)val=(val | i); SCK=0; SDATA=! ack; SCK=1;_nop_();_nop_();_nop_();SCK=0; SDATA=1; return val; 参考文献1蔡振江.单片机原理及应用 北京.电子工业出版社.2007.22刘迎春传感器原理设计与应用M，北京：国防科技大学出版社，2005：205-2073余成波，胡新宇，赵勇. 传感器与自动检测技术M
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