蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠性是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。此次最小系統(tǒng)中的電源供電模塊電源是通過(guò)計(jì)算機(jī)的USB口供給，當(dāng)然也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。振蕩電路（時(shí)鐘電路）最重要的是STC89C52單片機(jī)正常工作需要的時(shí)鐘電路提供一個(gè)穩(wěn)定的工作頻率。一般情況下，根據(jù)STC89C52單片機(jī)時(shí)鐘周期的要求，回路需要選用頻率為12MHz的晶振。內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2端口接上時(shí)鐘電源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振，與內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的時(shí)鐘脈沖直接送入單片機(jī)內(nèi)定時(shí)控制部件。電容對(duì)頻率有微調(diào)作用。單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。其數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。復(fù)位電路是由上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩部分組成。上電復(fù)位：STC89系列單片為高電平復(fù)位，通常情況下在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和10uF。按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理方案一：選用DS18B20溫度傳感器作為溫度檢測(cè)模塊。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器。它具有獨(dú)特的單線式接口方式。測(cè)量范圍在55℃~125℃，10℃~85℃，誤差范圍在\+℃。℃。HS1101是電容式濕度傳感器。可測(cè)量相對(duì)濕度范圍在0%~100%RH。方案二：選用DHT11作為設(shè)計(jì)的溫濕度檢測(cè)模塊。DHT11是一種集成型的數(shù)字溫濕度一體傳感器。DHT11采用的是數(shù)字模塊采集技術(shù)與溫濕度傳感技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)確保產(chǎn)品具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。傳感器是由一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件組合而成，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)較快、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量范圍20%~90%RH，0℃~50℃。測(cè)溫精度為\+2℃，測(cè)濕精度為\+5%RH。完全符合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)上述分析，方案一雖然精度更精確，卻稍顯復(fù)雜。方案二即便不能實(shí)現(xiàn)方案一的高精度測(cè)量。卻也能滿足設(shè)計(jì)要求。且簡(jiǎn)便易行、可靠穩(wěn)定。具有超高的性價(jià)比，因此選擇方案二。傳統(tǒng)的溫濕度傳感器需要處理的是模擬信號(hào)，容易受到外界環(huán)境和溫漂的影 響 ，造成測(cè)量精度較低和可靠性較差；此外，溫室內(nèi)除了裝有測(cè)量溫濕度的傳感器外，還需多個(gè)傳感器、放大器和信號(hào)傳輸線。這些都將使得系統(tǒng)安裝和維護(hù)的難度增大，從而使故障率增大。選用數(shù)字型溫濕度傳感器DHT11，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是將傳感器檢測(cè)信息的功能和微處理器的信息處理功能有機(jī)地結(jié)合在一起。采用的是線制串行接口，使得系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易便捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)的傳輸距離可達(dá)20米以上，在很多條件下可以選擇它作為傳感器，除此之外它采用的是使4針單排引腳封裝，連接方便，其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。數(shù)字型溫濕度傳感器的特點(diǎn)是直接輸出數(shù)字量。將溫度感測(cè) 、濕度感測(cè) 、信號(hào)變換 、A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能都集成到一個(gè)芯片上，DHT11傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有可靠性高與穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用日常生活中。DHT11通過(guò)二線數(shù)字串行接口來(lái)訪問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。DHT11溫濕度數(shù)字傳感器采用的是4針單排引腳封裝，傳感器通電后，需要等待1s，這是因?yàn)樾枰竭^(guò)不穩(wěn)定的狀態(tài)，在此期間不需發(fā)送指令，電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。： DHT11實(shí)物：圖 DHT11傳感器模塊程序流程DHT11的技術(shù)參數(shù)如下：供電電壓：~ DC；輸出：?jiǎn)慰偩€數(shù)字信號(hào)；測(cè)量范圍：濕度20～90%RH，溫度0~50℃；測(cè)量精度：濕度177。5%RH，溫度177。2℃；分辨率：濕度1%RH，溫度1℃；互換性：可完全互換。長(zhǎng)期穩(wěn)定性：177。1%RH/年；本次設(shè)計(jì)采用溫濕度傳感器DHT11。它具有測(cè)量精度高，電路連接簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。具體接口如下：引腳1：VDD 供電3～ DC；引腳2：DATA 串行數(shù)據(jù),單總線；引腳3：NC 空腳,請(qǐng)懸空；引腳4：GND 接地,電源負(fù)；有一點(diǎn)必須注意，在引腳2在接單片機(jī)時(shí)，同時(shí)要在數(shù)據(jù)線接一上拉電阻，接到電源上。DHT11典型應(yīng)用電路如下圖所示，連接電路簡(jiǎn)單，僅需要占用控制器一個(gè)I/O口即可完成上下位的連接。一般建議連接線長(zhǎng)度短于20時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。 DHT11溫濕度傳感器外型及管腳 DHT11數(shù)字濕溫度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式，即單個(gè)數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte（40Bit）組成。一次通訊時(shí)間最大3ms,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。 方案一：采用12864液晶顯示屏。液晶顯示模塊是12864點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）以及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接相接，提供兩種界面來(lái)連接微處理機(jī)：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、睡眠模式等。方案二：采用LCD1602液晶顯示屏。LCD1602 是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02 即32個(gè)字符。LCD1602只能顯示字母、數(shù)字和符號(hào)能顯示16*2個(gè)字符，但寄存器不止32個(gè)，有一些顯示效果，如字符一個(gè)個(gè)顯示、字符從左到右或從右到左顯示等等，顯示效果簡(jiǎn)單。總結(jié)：在編程使用方面，兩者難度差不多，原理差不多，都是寫(xiě)指令、寫(xiě)地址、寫(xiě)數(shù)據(jù)等等。當(dāng)然12864液晶屏顯示更全面、字符更多。相比于1602液晶屏、12864能更形象具體的實(shí)現(xiàn)顯示功能。不過(guò) 1602 液晶屏也能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。網(wǎng)上買(mǎi)比較廉價(jià)，最低的六塊錢(qián)左右。而12864液晶顯示屏最便宜的也要四十塊錢(qián)。從造價(jià)方面考慮，當(dāng)然是價(jià)格低廉的優(yōu)先。而LCD1602就是最好的選擇。 LCD1602概述顯示器使用最多的是發(fā)光二極管顯示器( LED )和液晶顯示器( LCD )。由于它們都具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電少、價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于智能儀表場(chǎng)合，尤其是單片機(jī)系統(tǒng)中大量應(yīng)用。LCD以其功耗低、視覺(jué)范圍廣等特點(diǎn)也被廣泛應(yīng)用。對(duì)于溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，顯示電路的設(shè)計(jì)也是不可缺少的。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，不僅需要顯示測(cè)量的溫濕度值，而且還要顯示不同的溫濕度報(bào)警參數(shù)，顯示模塊的設(shè)計(jì)是十分必要的。考慮到本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)(工作溫濕度、顯示行列數(shù)、光線等因素)，設(shè)計(jì)中選用的是LCD1602顯示器。該顯示器的大屏幕顯示具有顯示清晰、視覺(jué)范圍廣、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別。使用的單片機(jī)系統(tǒng)液晶顯示器作為輸出設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn):由于液晶顯示接收信號(hào)中的每個(gè)點(diǎn)保存后的顏色和亮度，恒定的光，而不是作為一個(gè)陰極射線管(CRT)顯示需要不斷刷新新的亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器顯示效果好、質(zhì)量高。液晶顯示器都是數(shù)字式的，接口與單片機(jī)系統(tǒng)相接更加穩(wěn)定，從而使得操作更加便捷。 LCD1602顯示器主要是由顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)，通過(guò)液晶分子的組合來(lái)達(dá)到顯示的目的，顯示特性比以往的顯示器高，性價(jià)比也比較高。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，液晶顯示器內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC是主要的功耗來(lái)源，因此耗電量比其它顯示器要小得多。 LCD1602基本參數(shù)及引腳功能LCD1602技術(shù)參數(shù)如下：顯示容量：162個(gè)字符；芯片工作電壓：～；工作電流：()；模塊工作電壓：；字符尺寸：(WH)mm；LCD1602引腳說(shuō)明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。 LCD與單片機(jī)接口電路液晶顯示的原理主要是利用液晶的物理特性，由電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行有效控制，上電就會(huì)顯示出來(lái)，也可以顯示出設(shè)定的圖形及其文字與字母。液晶顯示器的特點(diǎn)：厚度比較薄、能夠被大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、能夠便捷的實(shí)現(xiàn)全彩色顯示，近些年來(lái)，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)、手機(jī)移動(dòng)通信等領(lǐng)域。： 1602顯示模塊該模塊主要是結(jié)合溫濕度采集模塊，通過(guò)采集模塊部分采集的信息轉(zhuǎn)化電信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)處理后，進(jìn)入顯示模塊。所測(cè)溫濕度與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值或低于下限值則報(bào)警燈亮，否則就作為正常的采樣值，進(jìn)行顯示和控制。溫濕度傳感器采集來(lái)的溫濕度與單片機(jī)設(shè)定的溫濕度值相比較。報(bào)警電路中加了兩個(gè)發(fā)光二極管，，只要其中任何一個(gè)過(guò)限，報(bào)警燈就會(huì)亮。當(dāng)溫度大于設(shè)定值，其中一只二極管發(fā)光；當(dāng)濕度大于設(shè)定值，另一只發(fā)光二極管亮。兩個(gè)發(fā)光二極管的顏色不同，這樣可以通過(guò)顏色的不同來(lái)判斷是溫度超出范圍還是濕度超出范圍，這樣以來(lái)是操作者比較方便管理與判斷。單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路，即通過(guò)三極管來(lái)放大驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈（不同顏色的發(fā)光二極管）。繼電器是電子控制元器件，通常被應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，本質(zhì)上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。本電路采用常開(kāi)繼電器組成控制電路，本次設(shè)計(jì)只是降低溫室數(shù)值。降溫設(shè)備工作原理：當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，與單片機(jī)連接的引腳將送入低電平，三極管將導(dǎo)通，繼電器有電流通過(guò)將吸合，則降溫裝置將進(jìn)行降溫工作，使溫度降低。當(dāng)溫度下降到設(shè)定范圍之內(nèi)時(shí)，置其引腳為高電平，三極管將截止，繼電器停止工作，處于常開(kāi)狀態(tài)