基于單片機的智能溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(已修改)

　

【正文】 基于單片機的智能溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室大棚的應(yīng)用越來越廣泛，為人們創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟效益。在溫室大棚中，最關(guān)鍵的是溫濕度控制方法。傳統(tǒng)的溫濕度控制方法完全是人工的，不僅費時費力，而且效率低。本文旨在論述一種溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)主要由單片機AT89S5溫濕度傳感器DHT1無線通信模塊nRF240液晶顯示LCD1602等組成。采用溫濕度傳感器DHT11來測量溫濕度，它的精確度高，而且DHT11直接是輸出數(shù)字信號，可直接與單片機相連。通過無線傳感器nRF2401來進行信號傳送，這樣能夠降低布線的麻煩。顯示部分使用的是LCD1602來顯示溫濕度。本系統(tǒng)的核心是單片機AT89S52，接收傳感器所測的數(shù)據(jù)并處理，然后執(zhí)行各種操作。本系統(tǒng)智能度高，可靠性高，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，且綜合性價比較高，具有較大的市場應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：單片機，溫濕度控制系統(tǒng)，溫濕度傳感器DHT11，LCD顯示，無線模塊nRF2401Design of temperature and humidity intelligent greenhouse control system based on SCMAbstract :In agricultural production, more and more extensive application in the greenhouse, create more economic benefits for the people. In the greenhouse, the most critical is the temperature and humidity control method. Temperature and humidity control of traditional methods is entirely artificial, not only timeconsuming effort, and low efficiency. The system consist of the microcontroller AT89S52 ,digital temperature and humidity sensor DHT11,wireless sensor NRF2401,LCD1602 and other ponents. To measure the temperature and humidity using temperature and humidity sensor DHT11, its precision is high, and the DHT11 is directly output digital signal, can be directly connected with the singlechip microputer. Through the NRF2401 to transmit signals, it can reduce the trouble of wiring. The display part is using LCD1602 to display the temperature and humidity. The core of this system is AT89S52, the measured sensor data received and processed, and then perform various operations. The system of high intelligence, high reliability, the system is stable, and the higher price, has great market prospect.Keyword:SCM, Temperature and humidity control system, Temperature and humidity sensor DHT11, LCD display, Wireless module NRF24013目錄1 引言 1 課題背景 1 立題的目的及意義 1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容 32 系統(tǒng)總體設(shè)計 3 系統(tǒng)功能設(shè)計 3 系統(tǒng)的組成 4 系統(tǒng)工作原理 43 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 單片機系統(tǒng)設(shè)計 6 溫濕度傳感器設(shè)計 11 無線模塊設(shè)計 16 液晶顯示裝置設(shè)計 21 報警系統(tǒng)設(shè)計 234 系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 系統(tǒng)初始化模塊 26 數(shù)據(jù)采集模塊 26 無線模塊 27 顯示模塊 29 報警模塊 305 硬件調(diào)試 31結(jié)論 36附錄 37參考文獻 71致謝 74第II頁 共II頁1 引言 課題背景在現(xiàn)代的大棚種植技術(shù)中，溫度、濕度是大棚蔬菜能否茁壯成長的重要因素。目前我國大棚生產(chǎn)規(guī)模雖然 空前巨大，但是大棚的設(shè)備比較陳舊，溫度采集方式落后，農(nóng)村采用煤油溫度計的溫度采集方式，不僅溫度采集較為老套，并且費時費力，不利于大棚生產(chǎn)規(guī)模的擴大，也不利信息化程度的提高[1]。 農(nóng)業(yè)是人類社會最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重要的行業(yè)，由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個大的發(fā)展，進行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命[2]。科技的發(fā)展促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，溫室大棚在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)的溫室大棚的自動化程度很低，基本是是粗放型的人工操作，即便對于所給定的量，在操作中無法進行有效的控制，很大程度上限制了溫室大棚的經(jīng)濟效益。以前種植植被一般都用溫室栽培，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學(xué)的，先進的管理方法，用以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監(jiān)控。溫濕度控制對于單片機的應(yīng)用具有一定的實際意義，它代表了一類自動控制的方法，而且其應(yīng)用十分廣泛。 立題的目的及意義AT89S52單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統(tǒng)的實例也很多。使用AT89S52單片機能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動控制，而且AT89S52單片機易于學(xué)習(xí)、掌握，性價比高。使用AT89S52單片機設(shè)計溫濕度控制系統(tǒng)，可以及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此[3]。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室當(dāng)中無疑為植被的生長提供了更加適宜的環(huán)境。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢美國是將計算機應(yīng)用于大棚和管理最早，最多的國家之一。美國開發(fā)的大棚計算機控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)作物的特點和生長所需要的條件，對大棚內(nèi)的光照，溫度，濕度等諸多因素進行自動控制。這種自動控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需的環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計算機根據(jù)傳感器的實際測量值與事先設(shè)定的目標(biāo)進行比較，以決定大棚溫濕度的控制過程，按照相應(yīng)的機構(gòu)進行加熱，降溫或者是澆水，通風(fēng)等[4]。目前，我國絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進口的國外設(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。雖然這種自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化，適合規(guī)模化生產(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率，通過改變大棚溫濕度的設(shè)定目標(biāo)，可以自動的對大棚內(nèi)溫濕度進行調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié)對作物的生長來說還是相對滯后的，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。所以在這種自動控制系統(tǒng)和實踐的基礎(chǔ)上，溫濕度自動控制向著適合不同作物生長的智能化控制發(fā)展。國外大棚業(yè)正致力于高科技發(fā)展，遙測技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于大棚的管理和控制中，近幾年各國溫度控制技術(shù)提出建立大棚行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，朝著網(wǎng)絡(luò)化，大眾化，大規(guī)模，無人化的方向發(fā)展的思路[5]。目前國內(nèi)外的溫濕度檢測使用的溫濕度檢測元件種類繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛加之單片機和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[6]。基于單機片的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計研究較少。隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，人們對自己的生活環(huán)境要求越來越高。特別在溫室大棚中，對溫濕度要求更為嚴格。基于單片機的溫室溫濕度控制統(tǒng)設(shè)計，將對環(huán)境的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)做詳細的設(shè)計與實現(xiàn)。 本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)主要完成的任務(wù)：1. 進行溫濕度控制系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計。2. 利用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11測量大棚內(nèi)的溫濕度。3. 通過采集溫度及濕度值，準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異，及時的啟動報警裝置（包括警報燈的提示功能以及提示音等）進行報警，并采取相應(yīng)的方案。4. 利用LCD對溫濕度進行實時顯示。5. 利用NRF24L01無線模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳輸2 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)功能設(shè)計1. 溫濕度監(jiān)控：實現(xiàn)對溫室大棚溫濕度參數(shù)的實時采集，測量空間的溫度和濕度，由單片機對采集的溫濕度值進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、顯示，實現(xiàn)溫濕度的智能檢測。2. 控制處理：當(dāng)溫濕度越限時報警，并根據(jù)報警信號提示采取一定手段控制。3. 無線傳輸：用溫濕度傳感器將測量的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線模塊進行傳輸。溫濕度傳感器達到的技術(shù)指標(biāo)： 測量范圍： 濕度2090%RH， 溫度050℃ 測量精度： 濕度+5%RH， 溫度+2℃ 系統(tǒng)的組成以單片機為控制核心，采用溫濕度測量技術(shù)，通信技術(shù)，控制技術(shù)等技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測量元件，構(gòu)成智能溫濕度測量控制系統(tǒng)。可分為溫濕度測量電路，顯示電路，報警電路，無線模塊，：單片機AT89S52，溫濕度傳感器DHT11，1602LCD顯示模塊，LED燈，報警裝置蜂鳴器,NRF2401無線模塊等。 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)以單片機AT89S52為核心，數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、報警都要通過單片機。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能數(shù)字溫濕度傳感器DHT11完成；通過單片機把采集的數(shù)據(jù)顯示在1602LCD上；當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時，有蜂鳴器實時報警，并將數(shù)據(jù)通過NRF2401無線傳輸給另一個單片機上顯示。單片機采用C語言編程。 流程框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)過上面的總體方案和實施措施的討論后可以開始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，根據(jù)總體功能和性價比及其運行速度等因素的考慮，選用AT89S52單片機。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。AT89S52使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，AT89S52擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案[11]。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止[12]。： AT89S52引腳圖（1）電源及時鐘引腳（4個） VCC:電源接入引腳； GND:接地引腳； XTAL1:晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）； XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）。（2）控制線引腳（4個） RST/VPD:復(fù)位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳； ALE/PROG:地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳(低電平有效）； EA/Vpp:內(nèi)外存儲器選擇引腳（低電平有效）/片內(nèi)EPROM（或FlashROM）編程電壓輸入引腳； PSEN:外部存儲器選通信號輸出引腳（低電平有效）。(3) 并行I/O引腳（32個，分成4個8位口） ～:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳； ～:一般I/O引腳； ～:一般I/O引腳或高位地址總線引腳； ～:一般I/O引腳或第二功能引腳。其內(nèi)部主要由CPU、RAM、ROM、通用I/O及總線構(gòu)成，：8051時鐘程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器定時計數(shù)器并行I/O口串行通信口中斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線 AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；單片機的寄存器MCS51器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64K尋址。程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于 89S52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H～1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。數(shù)據(jù)存儲器：AT89S52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指