基于51單片機的大棚溫濕度檢測系統的設計與實現--畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，這些價格很低淘寶上都可以買到?？梢栽谧约旱碾娔X上安裝 keil 完成程序的設計。在進行這些時，沒有必要耗費太多的時間去開發。所以，基于 51 單片機的大棚溫濕度監測系統在經濟方面是可行的。法律可行性，自己完成了這個系統所有的部分，對于其中的技術、文檔的內容、程序的設計有自主權，因此不用承擔任何法律責任，也不觸犯任何國家法律，并且沒有侵犯任何公司的專利。所以基于 51 單片機的大棚溫濕度監測系統在法律方面也是可行的。7從以上三個方面分別論證了本系統設計的可行性，證明了本系統是一款非?？尚械漠a品。 需求分析在我國，溫室大棚發展迅速，伴隨著數量的增多，人工的對溫室大棚進行管理出現了管理費事費力等越來越多的弊端，所以如果能夠自動的對溫室大棚的溫濕度、光照強度進行監測和控制，給農民一個預判情況的提醒，讓其能及時采取一定的措施，對于大棚的實時管理、農作物產量的提高是非常有效果的。本系統就是在管理大棚的過程中能夠給農民一個大棚內溫濕度、光照度值高低的判斷，以用來減少不能夠及時調節大棚內溫濕度和光照度等人工管理大棚的缺點。本系統的研究目的是為了實現對溫室大棚環境的監測，從而實現對溫室大棚自動化的管理。設計一款基于 STC89C52 單片機的溫室大棚環境監測系統，人們可以預先設置適宜農作物生長的溫度、濕度和光照度數值，單片機控制溫濕度傳感器和光照度傳感器采集環境的溫濕度和光照度，采集的數據由單片機進行分析和處理，其結果顯示在系統的 LCD1602 液晶顯示屏上，人們可以清楚的看到大棚的溫度、濕度和光照度數值。當監測到的溫度、濕度和光照強度不在預先設置的范圍時，系統中相應的指示燈亮起，單片機控制相應的繼電器驅動打開風扇和加濕器進行工作。 系統需求大棚溫濕度監測系統的設計目的就是為了讓農民在管理大棚的過程中，對溫室大棚的管理實現自動化，及時采取有效的措施，如果僅僅靠農民去管理，不僅不能實時的對溫室的溫濕度和光照強度進行監測和控制，而且浪費時間，在這種情況下容易導致農民不能夠對溫度過高、濕度過低、光照度過低的溫室大棚進行及時的調節。所以為了提高農民對大棚管理的質量，設計本系統是非常有意義的。 用戶需求為了讓農民直觀的對大棚的自動化管理有清楚的認識，本系統需要設計一個能夠精確測量大棚內的溫濕度和光照度的裝置，并能將大棚的溫濕度和光照8度通過 LCD1602 液晶顯示屏直觀的顯示出來，讓用戶更方便的體驗與使用本系統。用戶還能預先設置溫濕度和光照強度，每當測量的溫度大于預先設置的溫度，系統的溫度指示燈就會亮起，系統會通過繼電器自動開啟大棚內的風扇給大棚降溫，測量的濕度小于預先設置的濕度，系統的濕度指示燈就會亮起，系統會通過繼電器自動開啟大棚內的加濕器為大棚加濕，如果測量的光照度小于預先設置的光照度，光照不足指示燈就會亮起，提示農民系統光照不足，農民根據需求考慮是否為大棚增加光照強度，因為農作物進行光合作用時，白天和晚上的光合作用是不一樣的，有的喜陰，有的喜陽，有各自的規律，所以人為不去控制。要做出合適、易懂的的系統給農民，讓農民更好的操作。 功能需求為了滿足用戶使用需求的同時，還能體積小，成本少，便于廣泛投入使用以及測量精確度高的設計目標。本系統還需要具備用戶可以自主設置裝置的溫濕度值，因為根據不同季節不同農作物的生長需求，溫濕度的設置也是需要根據實際情況主動設計的和不可缺少的。本系統主要實現的功能包括：（1）通過溫濕度傳感器對溫室大棚的溫濕度和光照度進行監測。（2）通過 LCD1602 液晶顯示屏顯示監測到的數據，農民可以清楚的看到大棚內的溫濕度和光照度。（3）當溫度過高、濕度過低、光照度過低時，系統中相應的溫度、濕度、光照度指示燈亮起，給農民以提醒的作用。（4）當溫度過高、濕度過低時，系統中相應的繼電器會驅動大棚的內的風扇進行降溫、加濕器進行加濕工作。 性能需求分析設計系統時一定要考慮系統的實用性和便利性，要從各個方面考慮系統是否有使用價值，以下是本系統對性能方面進行的分析：及時有效性：采集到的信息一定要迅速的反饋出來，并連續性的顯示在顯示屏上。具有信息及時有效性。精度高：采集到的溫濕度和光照強度一定要保證精度高，差距不得超過，這樣才有參考價值。9安全性：帶電性的產品一定要保證安全。本系統使用的是最小系統，傳感器模塊都焊接良好，電路沒有短路斷路狀態，比較安全。便利性:本系統使用成品較小，比較方便攜帶，并且 LCD1602 液晶顯示屏上可以顯示從采集端傳過來的信息，比較便利。 系統總體結構 系統設計要求溫度參數、濕度參數和光照參數是本系統的主要控制變量，通過控制這些變量從而達到控制整個系統的目的，其主要功能有：1. 由單片機控制溫濕度傳感器和光照傳感器對棚內的溫濕度和光照度進行實時循環監測采集，測量空間的多點溫度、濕度、光照度數值，實現大棚的自動化控制多點監測。把監測的值存在單片機中并加以分析和處理，通過LCD1602 液晶顯示屏顯式，整個過程是使用單片機完成的，從而在大棚中的監測實現自動化多點監測和控制。，系統中相應的指示燈常亮，自動控制系統能夠完全做出溫度濕度或者光照度的參數處理，將大棚的溫度濕度、光照度調節到預先設置的參數數值范圍。當監測到的溫度高于預先設置的溫度值時,相應繼電器將驅動風扇冷卻。當濕度低于預先設置的濕度值時,系統中的繼電器將驅動加濕器實施加濕。當光強度低于設置值時,報警指示器燈常亮是光線不足的提示。3. 能夠根據不同地點、季節、農作物種類的不同，設置不同的參數值，可以使農作物在最佳適宜的環境條件下成長。 系統結構分析單片機是系統的主要核心控制部件，溫濕度傳感器、光照傳感器作為系統的測量元件，自動化的監測溫度、濕度和光照度。系統分為溫濕度采集模塊、光照度采集模塊、液晶顯示模塊、溫度控制模塊、濕度控制模塊、復位電路及晶振模塊。系統結構框圖如圖 1 所示。10溫濕度傳感器采集模塊L C D 1 6 0 2 液晶顯示模塊復位電路及晶振模塊光照傳感器采集模塊單片機濕度控制模塊溫度 控 制模塊圖 1 系統結構框圖 系統實現原理預先對大棚的溫度、濕度和光照強度進行設置，單片機控制溫濕度傳感器和光照度傳感器采集溫室大棚的溫濕度和光照度，將采集到的數據傳給單片機后，利用這些數據和系統預先設置的數據值做對比并進行處理，結果在 LCD1602 液晶顯示屏上顯示。當單片機采集的結果不在預先設置的范圍時，單片機控制打開指示燈，并對相應的繼電器進行操作，使繼電器驅動打開系統中的設備工作，同時向溫濕度調節器發送信息，調節棚內的溫濕度，使溫濕度調節到正常范圍。如果采集的溫度值高于預先設置的溫度值時，系統中的溫度控制電路進行自動調節控制，繼電器驅動打開棚內的風扇從而對農作物生長環境進行降溫。如果采集的濕度值低于預先設置的濕度值時，系統中的濕度控制電路進行自動調節控制，繼電器驅動打開加濕器對農作物生長環境進行加濕。對棚內的光照強度實施測量，如果測量的光照強度低于預先設置的值時，系統的指示燈就會打開。因為白天和夜晚的光合作用一般是有規律的，所以光照強度不去控制，只對溫室的溫濕度進行控制，如果光線不足時系統只有指示燈提醒。113 硬件部分設計 STC89C52 單片機 STC89C52 的主要特性STC89C52RC 單片機是新一代單片機，其優點是運行速度快，功耗少，有超強抗干擾的能力，指令代碼完全兼容傳統的單片機 [3]，在機器周期上有兩種選擇，分別是 12 時鐘和 6 時鐘。其主要特點有： 8051 單片機，可以在 6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/ 機器周期上進行任意選擇，指令代碼與傳統的 8051 單片機的代碼是通用的。：～（5V 單片機）/～（3V 單片機） ；單片機工作頻率范圍：0～40MHz，而對于普通的 8051 工作范圍為 0～80MHz 。，可以使用其他的編譯器，也可以使用其他的仿真器，下載客戶程序時直接利用串口（ RxD/ ， TxD/ ），一般在較短的時間內就可以完成，RXD 是串行通信輸入端,TXD 是串行通信輸出端。 8K 字節 ，運行內存為 512 字節。 I/O 口 （32 個）復位后為： P P P P4 是并行雙向 I/ O 接口， P0 口輸出端是漏極開路電路，當作為總線擴展使用時，不用外接電阻，而作為 I/ O 端口使用時，需要外接電阻。 EEPROM 功能 ；具有看門狗功能。 3 個 16 位定時器/計數器。即 T0、TT2 三種定時器。 4 路為下降沿中斷或低電平觸發電路，可以用外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒 Power Down 模式 [4]。 STC89C52 的引腳圖單片機的引腳圖如圖 2 所示。12P 1 45P 1 567P 1 68P 1 7P 0 3P 0 4P 0 5P 0 63 63 53 43 3P 3 7 / R D1 7X T A L 21 81 9X T A L 12 0G N DP 2 3P 2 2P 2 1P 2 02 42 32 22 1R E S E T9P 3 0 / R X D1 01 1P 3 1 / T X D1 2P 3 2 / I N T 0P 0 7E AA L EP S E N3 23 13 02 9P 1 01P 1 123P 1 24P 1 3V C CP 0 0P 0 1P 0 24 03 93 83 7P 3 3 / I N T 11 3P 3 4 / T 01 41 5P 3 5 / T 11 6P 3 6 / W RP 2 7P 2 6P 2 5P 2 42 82 72 62 5Y 1C 12 2 P FC 22 2 P FK 1+C 3V C C1 0 KR 1V C C圖 2 STC89C52 引腳圖RST（9 引腳）：復位方式輸入。當輸入連續 24 個時鐘周期以上高電平時，系統開始用來完成單片機內部的復位初始化操作。在復位的同時，ALE、PSEN輸出高電平。ALE 地址鎖存信號， PSEN 為外部程序存儲器的讀選通信號。XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。XTAL1（19 引腳）：為振蕩器反相放大器的輸入端和內部時鐘發生電路的輸入端。 GND（20 引腳）：接 5V 電源地端。ALE/ ROG（30 引腳）：地址鎖存控制信號輸出端 ：在訪問片外程序存儲器期間，下降沿用于鎖存 P0 輸出的低 8 位地址的輸出脈沖 [5]。在編程時，此引腳（ROG）用作編程脈沖輸入端。VCC（40 引腳）：電源電壓。 電源電路設計本系統的電源電路是由兩部分構成，分別為電源和二極管，電源使系統運13行順利，保證系統有充足的能量。電源電路圖如圖 3 所示。2R 21 KL E DD 1V C CS 1J 1電源1圖 3 電源電路圖 復位電路設計第 9 腳為復位引腳（Reset），如果在引腳連接的高電平比 2 個機器周期多，復位的動作就能夠產生。用 12 MHz 的時鐘脈沖作為例子，每個時鐘脈沖 1us，兩個機器 T 為 12 us，那么，在第 9 腳上外接一個 12us 以 上的高電平脈沖，那么就會發生復位的動作。外接了一個電容在復位引腳上就是上電復位,當復位引腳接 +5 V 電壓時，此時的電容是作為短路的，經過一小段時間后，電容就將會處于充電的狀態，此刻的電路是相當于斷開的。另外的一種就是手動復位，其接法就是在 STC89C52 的復位引腳外接的電容上并聯一個開關。如果開關沒有按下，電容處于充電狀態；如果按下開關，電容開始放電，從而，在復位引腳上產生了高電平，從而達成了電路復位的目的。復位電路圖如圖 4 所示。K 1+C 3V C C1 0 KR 1圖 4 復位電路圖14 晶振電路設計晶體振蕩器電路用于向 MCU 提供時鐘信號。兩種晶體振蕩器，包括有源晶振和無源晶振，是時鐘電路最主要的組成部分，晶體振蕩器是為集成電路和其他器件提供相應的基準頻率。XTAL1 是單片機作為時鐘電路反向放大器的輸入端，XTAL2 是單片機作為時鐘電路反向放大器的輸出端，反向放大器可以用作片內振蕩器的配置，可以使用陶瓷振蕩器和石晶振蕩器。使用外部時鐘源驅動器件時，此時的 XTAL2 是不需要連接的 [6]。使用二分頻觸發器實現對于時鐘電路內部連接的時鐘信號的輸入。在現實生產應用中，不需要要求外部連接時鐘信號的脈寬，但首先是要求脈沖的電壓與電路的電壓相同。晶振電路圖如圖5 所示。I N T 1 / P 3 31 3T 0 / P 3 41 41 5T 1 / P 3 51 6W R / P 3 6R D / P 3 71 7X 21 81 9X 12 0G N DY 1C 12 2 P FC 22 2 P F圖 5 晶振電路圖 按鍵電路設計本系統使用的按鍵電路是采取最簡單的低電平掃描方式實現，共有 K K3 、 K4 三個開關， K2 為設置鍵，可以對溫度、濕度和光照度進行設置， K3為加鍵，K4 為減鍵，利用開關的一端