基于51單片機的大棚溫濕度檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)--畢業(yè)論文(已改無錯字)

　　

【正文】 與單片機 I/O 口相連，另一端是用接地的方式，用單片機監(jiān)測 I/ O 口是否是低電平，判斷按鍵是否被按下。按鍵電路圖如圖 6 所示。15K 2 K 3 K 4圖 6 按鍵電路圖 控制電路設計如果溫濕度傳感器監(jiān)測出來溫度值高于預先設置的溫度時，系統(tǒng)會自動驅(qū)動繼電器，繼電器帶動風扇進行工作，降低棚內(nèi)的溫度。控制電路圖如圖 7 所示。V C CR 51 KJ 221C O N 2K A 1D 2Q 1R 61 K繼電器溫度控制圖 7 控制電路圖當大棚的溫度或濕度不在預先設定值范圍時，就會自動驅(qū)動設備進行溫濕度的控制。 溫濕度傳感器 數(shù)字溫濕度傳感器簡介 數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 是含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感16器。數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 有很高的技術(shù)含量，特別是對于數(shù)字模塊的采集方面和溫濕度的感知方面。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接 [7]。具有性能好、價格低、品質(zhì)好、感知速度快、抗干擾性好等特點，所以 DHT11 有很廣泛的市場應用。生產(chǎn)DHT11 的研究室對每個傳感器都進行了嚴格的生產(chǎn)要求，校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，如果傳感器要對信號進行監(jiān)測及處理，只需要調(diào)用標準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡捷。DHT11 體積小，消耗的能源少，對信號進行傳輸時，距離可達 20 米以上。所以開發(fā)者不用考慮過多的環(huán)境因素，DHT11 特別容易連接，可以針對不同的用戶開發(fā)不同的產(chǎn)品。DTH11 實物圖如圖 8 所示。圖 8 DHT11 實物圖 工作原理1. 接口說明 根據(jù)不同的條件連接不同的電阻，連接線的距離與 20 米相比，比 20 米短時用 5K 的上拉電阻，比 20 米長時要根據(jù)不同的情況選擇不同的上拉電阻 [8]。DTH11 典型應用電路如圖 9 所示。17M C U D T H 1 15 KV D DD A T AV D D1 P i n2 P i n4 P i n圖 9 DHT11 典型應用電路2. 電源引腳電源提供 3－ 電壓給 DHT11。傳感器上電后，它的響應時間為 1 秒，在響應時間里，要暫停操作。如果需要去耦濾波的話，可以加一個 100nF 的電容在電源引腳（VDD，GND）之間。3. 串行接口 (單線雙向)數(shù)字溫濕度復合傳感器 DTH11 與微處理器之間使用單總線數(shù)據(jù)格式進行通信和同步 [9]，一次通訊時間大概為 4ms，其數(shù)據(jù)由兩部分組成，分別為整數(shù)及小數(shù)部分，具體格式在下文說明,目前小數(shù)部分讀出為零，以后再進行擴展。其操作過程為:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式為 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi 溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) ，校驗位校驗算法為把濕度的整數(shù)和溫度的整數(shù)加起來，把溫度的小數(shù)和濕度的小數(shù)加起來，只保留低 8 位。主機微處理器 MCU 開始發(fā)送起始信號，從機 DHT11 的模式切換到高速，實施數(shù)據(jù)的監(jiān)測，對主機的信號進行響應，在主機的起始信號完全結(jié)束后，從機 DHT11 開始向主機回應響應信號，發(fā)出的數(shù)據(jù)為 40 位，這時對信號進行采集，其中部分數(shù)據(jù)供用戶讀取。如果從機 DHT11 接收一次起始信號，就會觸發(fā)一次信號的采集，如果從機接收不到主機發(fā)送的起始信號，從機 DHT11 溫濕度采集則處于暫停的狀態(tài)。如果把數(shù)據(jù)采集完成 DHT11 的模式由高速切換到低速。通訊總流程圖如圖 10 所示。18V C CG N D單總線主機發(fā)送信號拉高并延時等待D T H 1 1響應拉高延時準備輸出數(shù)據(jù) “ 0 ”數(shù)據(jù) “ 1 ”數(shù)據(jù)傳送結(jié)束上拉電阻拉高總線從機拉低5 0 u s信號線說明 ：主機信號 D T H 信號圖 10 通訊總流程圖 總線空閑狀態(tài)為高電平，主機微處理器把總線拉低讓其等候從機 DHT11的響應，拉低的時間一定要在 18 毫秒以上，這樣做是為了確保從機 DHT11 對主機發(fā)送的起始信號進行順利監(jiān)測。主機微處理器的起始信號如果被從機 DHT11 接收到，從機就需要等侯主機的起始信號結(jié)束了，然后發(fā)送 80us 低電平響應信號。主機發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待 2040us，開始讀取從機 DHT11 向主機發(fā)送的響應信號，主機發(fā)送起始信號可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可, 上拉電阻把總線拉高。如果總線處于低電平時，這時從機向主機發(fā)送響應信號，從機在對響應信號發(fā)送完之后，把總線拉高 80us，準備發(fā)送數(shù)據(jù), 每一位數(shù)據(jù)開始發(fā)送時都是以50 us 低電平時隙進行的，數(shù)據(jù)位 0 或 1 是取決于高電平的長短，對響應信號進行讀取，如果這種信號是高電平，從機 DHT11 沒有任何響應，需要對線路進行檢查，看連接是否正常。如果最后面的一位數(shù)據(jù)完成傳送，從機 DHT11 要把總線拉低 50us，然后上拉電阻把總線拉高進入空閑狀態(tài)。 溫濕度傳感器電路 數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 是重要的工作原件，電路連接簡單，僅僅是將傳感器的數(shù)據(jù)輸入/輸出管腳直接接到單片機 I/ O 口 [10]，通過單片機控制傳感19器 DHT11 實時監(jiān)測并讀取大棚空氣溫度，濕度。溫濕度傳感器電路圖如圖 11所示。V C CD A T AN CG N DP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7R E S E TR X D / P 3T X D / P 3I N T 0 / P 3U 3D T H 1 1V C C1234R 3 1 0 K1 0 KK 1V C C+C 31 0 U FR 11234567891 01 11 2U 1圖 11 溫濕度傳感器電路圖圖中 VCC 腳為電源引腳、DATA 腳接單片機的 口、NC 腳為空腳、GND 腳接地。因為 DHT11 是利用單線進行傳輸，所以其電路接線簡單。 光照傳感器 光照傳感器的簡介BH1750 FVI 是一種常見的光照強度監(jiān)測儀，它屬于一種光強度傳感器，其結(jié)構(gòu)是采用較低制作成本的一種微控制器從而達到控制的目的，利用 I2C 總線接口進行數(shù)據(jù)傳輸，可在普通的液晶顯示器上實時顯示光強度測量值。 光照傳感器的主要特性不區(qū)分光源數(shù)字型環(huán)境光強度傳感器 BH1750FVI 是由日本 RHOM 株式會社研發(fā)的一種集成電路，采用兩線式串行總線接口，可以根據(jù)收集的光線強度數(shù)據(jù)來進行環(huán)境監(jiān)測，具有 1～65 535 lx 的高分辨率，可支持較大范圍的光照強度變化。BH1750 FVI 結(jié)構(gòu)框圖如圖 12 所示。20 A D CO S CP DV C CA M PG N DA D D RD V IS C LS D AL o g i c +I2C I n t e r f a c e圖 12 BH1750FVI 結(jié)構(gòu)框圖由結(jié)構(gòu)框圖易知，如果接近人眼反應的高精度光敏二極管 PD 監(jiān)測到了外部的光照強度，通過集成運算放大器將 PD 電流變化為 PD 電壓，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取 16 位數(shù)字數(shù)據(jù) [11]，然后被邏輯和 IC 界面進行數(shù)據(jù)處理與存儲。OSC 是內(nèi)部的振蕩器，提供內(nèi)部邏輯時鐘，要讀取出內(nèi)部存儲的光照數(shù)據(jù)需要通過相應的操作指令。數(shù)據(jù)傳輸使用標準的 I2C 總線，按照時序操作時比較方便。如果 PD 監(jiān)測到了棚內(nèi)的光照，BH1750 FVI 對光照值讀取的速度很快，利用 OSC給其他元件提供頻率，如果開發(fā)者對 BH1750 FVI 進行操作，就會得到監(jiān)測的數(shù)值，開發(fā)者容易使用。 光照傳感器電路為了使得到的數(shù)據(jù)更加準確，本系統(tǒng)測量光照度時采用精度非常高的光照度傳感器，該模塊與單片機通訊方式組成了標準的 IIC[12]，使用方便，便于開發(fā)者進行開發(fā)，適用于光照強度監(jiān)測。光照傳感器電路圖如圖 13 所示。G N DA D D RS D AS C LV C CV C C12345U 2B H 1 7 5 0圖 13 光照傳感器電路圖21 LCD1602 液晶顯示屏 LCD1602 簡述字符型液晶顯示屏是提供字母、數(shù)字、符號等顯示的點陣式 LCD，現(xiàn)在常用的模塊為 161，162 ， 202 和 402 行。LCD1602 液晶顯示屏可以清楚給用戶和開發(fā)者顯示各種字母和數(shù)字，占整個開發(fā)系統(tǒng)面積小、顯示內(nèi)容豐富、對系統(tǒng)能源消耗低。LCD1602 液晶顯示屏能夠進行 2 行 16 個字符的顯示，有 D0 D7，8 位數(shù)據(jù)總線及三個控制端口 RS， R/ W， EN，工作電壓為 5 V，對比度和背光調(diào)節(jié)兩個功能字符 [13]。它還由很多個點陣字符位組成，例如 5X7或 5X11 等，每個點陣字符位進行一個字符的顯示。每位之間有一個點距的間隔起到了字符間距的作用，每行之間也有間隔起到了行間距的作用，所以不能進行圖形的顯示。可以對顯式屏的亮暗程度進行調(diào)節(jié)，用戶可以清楚的看到上面的 16 個字符。 LCD1602 引腳LCD1602 液晶顯示原理圖如圖 14 所示。VSS：為電源地。 VDD：接 5V 電源正極。 VL：LCD1602 液晶顯示屏的對比度調(diào)整端，該口可以通過不同的連接，使屏幕有不同的對比度。當接正電源時對比度最小，當接地電源時對比度最大。RS：選擇不同的寄存器，該口可以通過不同的電平應用不同的寄存器。如果為高電平 1 的時用作選擇數(shù)據(jù)寄存器、當為低電平 0 時用作選擇指令寄存器。R/W：用來作為讀寫信號時使用，如果是高電平 1 的時候功能是讀操作，如果是低電平 0 的時候功能是寫操作。如果為低電平 0 時， RS 和 R/ W 都是可以用來寫入指令或顯示地址的功能使用，如果 RS 是低電平、 R/ W 為高電平時，只能讀忙信號，相反如果 RS 為高電平時、 R/ W 為低電平時，此時只可以寫入數(shù)據(jù)。E：該端為使能端。 D0～D7：為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 22BLA～BLK:空腳或背燈電源。15 引腳：背光正極。16 引腳：背光負極。V S SV D DV LR SR / WED 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7B G / V C CB G / G N DL C D 1L C D 1 6 0 2V C CV C C123W 11 0 K4567891 01 11 21 31 41 51 6圖 14 LCD1602 液晶顯示原理圖 LCD1602 指令表LCD1602 液晶顯示屏顯示的指令編碼實現(xiàn)是通過屏幕方式、讀寫操作方式和對光標進行操作方式。表 LCD1602 的指令表序號 指令 R/S R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 顯示控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光標/字符 0 0 0 0 0 0 S/C R/L * *23移位6 功能 0 0 0 0 1 0 N F * *7置字符器存儲地址0 0 0 1 是用作設置字符存儲器的地址使用的8置顯示數(shù)據(jù)存儲器地址0 0 0 是作為顯示數(shù)據(jù)存儲器的地址使用9讀忙標志和地址0 0 0 是作為計算數(shù)據(jù)的地址使用10寫數(shù)到CGRAM 或DDRAM0 0 是作為寫數(shù)據(jù)指令使用11從 CGRAM或 DDRAM 讀數(shù)0 0 是作為讀出數(shù)據(jù)指令使用注：① 、指令 1：將液晶顯示器清除，指令碼 01H,作用是使光標在 00H 地址位置進行復位。②、指令 2：光標復位， 將光標撤到 00H 的地址。③、指令 3：如果有新的數(shù)據(jù)，控制光標和顯示屏上文字的移動方向。如果 I/ D 為 0，則寫入新數(shù)據(jù)后光標左移；如果 I/ D 為 1，則寫入新數(shù)據(jù)后光標右移，如果 S=0，則寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏上的文字不移動；如果 S=1，則寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏上全部文字整體右移 1個字符。④、指令 4：設置顯示器開 /關(guān)、光標顯示/ 關(guān)閉、光標是否閃爍，如果 D 為 0 時則顯示器關(guān)，如果 D 為 1 時顯示器；，如果 C 為 0 時，光標關(guān)閉，如果 C 為 1 時，光標顯式；如果 B 為 0 時，光標閃爍，如果 B 為 1 時，光標不閃爍。⑤、指令 5:使整個顯示屏移位或使光標移位，如果 S/ C 為 0， R/ L 為 0，光標左移 1 格，且 AC 值減 1，如果 S/ C 為 1， R/ L 為 1，光標右移 1 格，且 AC 值加 1，如果 S/ C 為1， R/ L 為 0，顯示器上字符全部左移一格，但光標不動， S/ C 為 1， R/ L 為 1，顯示器24上字符全部右移一格，但光標不動⑥、指令 6：設置數(shù)據(jù)總線位數(shù)和顯示的行數(shù)及字型，如果 DL 為 0，數(shù)據(jù)總線為 4 位，如果 DL 為 1，數(shù)據(jù)總線為 8 位；如果 N 為 0，顯示 1 行，如果 N 為 1，顯示 2 行；如果