基于單片機的智能溫室大棚監控系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 6位字符。LCD1602能耗低、可以顯示的內容豐富、小巧輕薄，因此在各類的儀表和設計系統應用得十分廣泛。 LCD1602主要技術參數顯示容量:162個字符 工作電壓:— ，工作電流:() 模塊最佳工作電壓: 字符尺寸:(WH)mm LCD1602引腳電路圖引腳如圖27所示：圖27 LCD引腳LCD1602引腳說明：VSS：電源，VDD：電源正極，VD：液晶顯示偏壓，RS：數據或者命令選擇，R/W：讀/寫選擇，E：使能信號，D0D7：數據，BLA：背光源正極，BLK：背光源負極LCD電路連接如圖28所示：圖28 LCD電路圖 警報系統系統的警報系統采用了聲光報警設計，在本系統中，當溫度或者濕度超出了預定設置的參數范圍（溫度60℃），系統的光報警部分為紅色LED燈警報提示，聲報警部分為蜂鳴器警報提示，因為三極管可以為蜂鳴器提供足夠大的驅動電流，所以在此處加入三極管來驅動蜂鳴器。在正常的溫度和濕度下，系統檢測出的參數符合預先設定的要求，則警報器不發出警報[[][M].北京：科學出版社，2002,7880.]。電路連接如圖29所示：圖29 報警電路連接圖第三章 系統軟件設計智能溫室大棚監控系統軟件設計部分主要有：系統初始化數據收集模塊、數據判斷模塊、LCD顯示模塊、警報模塊。核心單元為AT89C51單片機，溫濕度傳感器對溫室大棚內的溫度和濕度進行測量，將測量到的溫度和濕度參數傳輸到單片機中，通過與預設的參數值進行對比，當所檢測的溫度參數超過預設范圍時（溫度60℃），自動觸發警報系統，警報裝置可發出聲光警報。數據參數直觀的顯示在顯示屏上。設計流程圖如圖31所示：圖31 運行流程圖 初始化與數據采集模塊系統初始化模塊主要功能：實現系統初始化、設定系統工作狀態。具體包括以下幾方面內容：AT89C51單片機的初始化以及定義引腳、LCD1602的初始化以及它的運行方式、整個系統開始正常狀態的運行。整套系統的數據采集由溫濕度傳感器采集，溫濕度數據監測是本系統最重要的模塊之一，實現溫度和濕度的測量，實現將模擬信號轉化為數字信號的功能。溫濕度傳感器采集了溫濕度模擬信號之后轉換為數字信號，將數字信號發送至AT89C51單片機，經過單片機的處理后，LCD1602液晶顯示屏上將直觀的顯示溫度、濕度的數值，以便于人們的操作。由此可以看出，溫度傳感器所測溫度、濕度的準確度直接影響到了整套設計的最終結果。 數據判斷模塊經過SHT10傳感器采集到的溫度和濕度的數值，要與提前預設好了的參數值進行對比。這就是溫濕度的判斷模塊了，兩個參數值先進行判斷、對比，然后進行操控。整個溫濕度參數的判斷模塊是這個系統的橋梁，它決定著系統接下來要執行什么任務。經模塊判斷，如果當前的溫濕度參數超出了預設范圍，那么系統將觸發警報系統。溫度傳感器的精準度直接影響到系統的運行，因此本設計采用了SHT10溫濕度傳感器[[], and validation of a greenhouse climate control ,(406):4661.]。判斷流程如32所示：圖32 判斷流程圖 LCD1602顯示模塊系統的所測得的溫度值和濕度值是由LCD1602進行顯示的。在系統初始化后，LCD1602上不顯示任何數據，當數據經單片機發送至LCD1602時，顯示屏第一行顯示濕度值，第二行顯示溫度值。目前市場上的字符液晶大多數基于HD44780液晶芯片，它們的控制原理都是相同的，所以可以很方便的應用于大部分的字符型液晶[[]V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a SingleChip Microputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier Effect[J] ,2002.]。液晶顯示器驅動程序：void w_cmd(uchar ) //lcd1602寫命令{ rs=0。 lcd=。 en=1。 delay(5)。 en=0。}void w_data(uchar dat) //lcd1602讀數據{ rs=1。 lcd=dat。 en=1。 delay(5)。 en=0。}void w_str(uchar *s) //lcd1602寫字符串{ while(*s) w_data(*s++)。}void lcd_int() //lcd1602初始化{ en=0。 w_cmd(0x38)。 w_cmd(0x0c)。 w_cmd(0x06)。 w_cmd(0x01)。 w_cmd(0x80+0x00)。 w_str(table0)。 w_cmd(0xc0+0x00)。 w_str(table1)。} 警報模塊本設計的警報模塊由兩部分組成，光報警和聲報警。單片機控制LED燈的報警狀態，經過與預設溫濕度值的對比，系統測得的溫濕度值在其預設的安全范圍內，LED等不被激活點亮；一旦超出了預設范圍，LED被激活亮燈。在光警報被激活的同時，聲警報也被激活。如果溫濕度值超出了預設范圍（溫度60℃），LED燈亮、蜂鳴器發聲，反之，測得的溫濕度在標準范圍之內，LED燈不亮，蜂鳴器不發聲。警報判斷程序如下： if(temset) //溫度高于設定，報警 { for (i = 0。 i 200。 i++) { SPK = 0。 for (j = 0。 j 100。 j++)。 SPK = 1。 for (j = 0。 j 100。 j++)。 } led=0。 } else { SPK = 1。 led=1。 }第四章 仿真與調試在本設計中，我們用到了Keil uVsionProteus進行軟硬件的仿真調試。Keil C51是美國Keil Software公司研發的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，相比匯編，C語言在功能結構、可讀性、維護方面上有著巨大的優勢，易學而且運用簡單。Keil提供了一整套開發方案，包括仿真調試器、宏匯編、C編譯器、庫管理、鏈接器等，通過uVsion 將它們組合在一起。Proteus是全球使用最普遍的EDA工具，從布局原理圖、調試程序到單片機與外接線路的仿真，PCB設計，從理論到產品的完整設計得以實現。是目前全球唯一將模擬仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。Proteus提供了最好的動態仿真效果和視覺感受，強大而全面的數據庫，簡單易懂，功能強大。我們將寫好的程序編入Keil uVsion4中，并形成hex文件。如圖41所示：圖41 程序編譯通過程序的編譯，我們可以從下面的狀態欄看到此程序沒有出現編寫錯誤，這時便可以打開Proteus軟件對其進行模擬電路仿真了。根據設計需要，結合Proteus中已有的功能，選擇適合的元器件，在Proteus中繪制出整體電路圖，如圖42所示：圖42 整體電路整體電路主要由AT89C51單片機、SHT10溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示器、LED燈、蜂鳴器以及各類電子元器件組成，選擇合適的位置對元器件進行整體布局，形成簡單、實用、高效的整體電路圖。雙擊89C51單片機元件，彈出此對話框，如圖43所示：圖43 選擇源文件此時在“Program File”一欄中選擇之前已經完成的hex文件，如圖44所示：圖44 選擇源文件現在電路屬于停止狀態，我們點擊左下角的運行（Play）按鈕，激活電路系統，開始仿真，如圖45所示：圖45 仿真按鈕仿真開始后，我們從上方的模擬LCD顯示屏中可以看到，系統的起始溫度在預設范圍以內（60℃），故未發生警報（LED黑色，蜂鳴器未發出響聲），如圖46所示：圖46 整體電路圖此時的下方的LED燈、蜂鳴器均未響應，我們通過模擬調節溫度（SHT10）來激活警報系統，如圖47所示：圖47 溫度調節將模擬器溫度調節至60℃以上，AT89C51單片機發生響應，此時溫度已經超出了預設范圍，系統發生警報，LED變紅，蜂鳴器發出聲響，如圖48所示：圖48 ℃、LED燈已亮、蜂鳴器報警通過上述仿真實驗，驗證了該設計的正確性，基本達到了設計實驗的要求，當溫度或者濕度超出了預定設置的參數范圍（溫度60℃），系統的光報警部分為紅色LED燈警報提示，聲報警部分為蜂鳴器警報提示。在正常的溫度和濕度下，系統檢測出的參數符合預先設定的要求，則警報器不發出警報 。第五章 結論以上為畢業論文所設計的基于單片機的智能溫室大棚監控系統，先后完成了資料收集，方案的初步設計，各類硬件的選用，畫圖制作，電路的模擬仿真等。系統的設計以AT89C51單片機為核心單元，利用溫濕度傳感器對溫室大棚內的溫度和濕度進行測量，通過與預設的參數值進行對比，當所測量的溫濕度參數超過預設范圍時，自動觸發警報系統，警報裝置可發出聲光警報，數據參數直觀的顯示在顯示屏上。運用Keil、Proteus等軟件對電路進行模擬仿真，在仿真中，通過模擬調節溫度值來激活警報功能，監控系統的設計基本達到了預期效果。在單片機應用發展初期的中國，MCS51系列的單片機在國內的設計中運用得十分普遍 [[]Yeager to troubleshoot your electronic scale[J]..Powder and Bulk .]。這一系統的應用，提高了生產效率，保障了生產質量、保證了生產安全，智能溫室大棚監控系統將會運用得越來越廣泛。通過這次畢業設計，在很大程度上提高了我的獨立思考和動手能力，考察了我的專業知識，將課堂上所學的理論知識運用到生活實際中，更加體會到了鉆研、創新的重要性。在畢業設計的過程中，仿真與調試部分運用到了沒有接觸過的Proteus仿真軟件，在自學使用軟件的過程中遇到了不小的麻煩，但