1、 题 目 农业温室大棚参数无线监控系统设计 学生姓名 靳斌 学号 1113014165 所在学院 陕 西 理 工 学 院 专业班级 电子 1105 班 指导教师 梁芳 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2015 年 5 月 29 日农业温室大棚参数无线监控系统设计作者：靳斌（陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 11 级 5 班，陕西 723000）指导老师：梁芳摘要：文 中 叙 述 了 以 89C51 实 现 农 业 温 室 大 棚 温 湿 度 无 线 监 控 系 统 设 计 方 案 ， 该 方 案 以 89C51 控制 为 核 心 ， 通 过 获 取 温 湿 度 传 感 器
2、 DTH11 的 数 据 ， 得 到 农 业 大 棚 的 实 际 环 境 数 据 并 显 示 。 同 时 将 数 据 通 过nRF2401 传 送 到 终 端 。 检 测 的 数 值 会 和 之 前 设 置 的 标 准 温 湿 度 范 围 进 行 比 较 ， 判 断 是 否 在 这 范 围 内 ， 倘 若 不在 这 个 标 准 的 范 围 内 ， 系 统 就 会 对 此 结 果 执 行 相 应 的 报 警 程 序 。 通 过 测 试 之 后 基 本 实 现 了 所 有 功 能 。关键词AT89C52；DTH11；1602LCD；Design and Research of Greenhouse
3、 Environmental Monitoring System Based on Single Chip MicrocomputerAuthor:jinbin(Grade 11,Class 05,Major in Electronics & Information engineering ,Physics & Telecommunications engineering Dept., Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor: Liang FangAbstract: This paper described
4、the 89C51 to realize agricultural greenhouse temperature and humidity wireless monitoring system design scheme, the scheme uses the 89C51 control as the core, through the acquisition of temperature and humidity sensor dth11 data obtained for agricultural greenhouse environment data and display. At t
5、he same time, the data is transmitted to the terminal by nRF2401. Numerical testing before and set the standard temperature and humidity range are compared, to determine whether within the scope of this, if not within the scope of this standard, the system will in this regard the implementation of t
6、he outcome of the corresponding alarm procedures.after the test basically achieved all the functions.Key Words：AT89C52；DTH11；1602LCD；目 录1 引言 .1 1.1 课题背景 .1 1.2 立题的目的及意义 .11.3 国内外的研究现状及发展趋势 .11.4 本系统主要研究内容 .22 系统总体设计 .32.1 系统功能设计 .3 2.2 系统的组成 .32.3 系统工作原理 .33 系统硬件设计 .53.1 单片机系统设计 .53.2 温湿度传感器设计 .83.3
7、 无线模块设计 .103.4 液晶显示装置设计 .143.5 报警系统设计 .154 系统软件设计 .174.1 系统初始化模块 .174.2 数据采集模块 .184.3 无线模块 .194.4 显示模块 .204.5 报警模块 .225 硬件调试 .23结论 .25致谢 .26参考文献 .27附录 A .28附录 B .33陕西理工学院毕业设计第 0 页 共 49 页1 引言1.1 课题背景改革开放以后，我国的经济水平在快速的发展，我国的社会地位在不断的进步，生活质量水平的好坏相对很多人来说也变得至关重要。如何在一年四季都能种植和培养出优质新鲜的蔬菜，一直是人们研究的课题方向。而基于单片机的
8、温室大棚环境参数监控系统对解决这些问题有着非常重大的意义 1。温室大棚一直都用于植物种植和培育中，但这需要有一套科学的和先进的管理方法才能更好的运用好温室栽培这一高效技术，这样就可用它来监控植物在各个时间段所需要的温度和湿度等一系列环境参数 2。把温湿度监控系统用在温室大棚中，是将单片机的相关应用具体化和实际化了，体现了单片机的一种实际意义，这种应用随着温室大棚的发展将会十分广泛，它代表了一种智能监控的方法。1.2 立题的目的及意义AT89C52 单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实例也很多。使用 AT89C5
9、2 单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且 AT89C52 单片机易于学习、掌握，性价比较高的。使用 AT89C52 单片机设计温湿度控制系统，可以精确、及时的反映室内的温湿度的变化。完成比如升温直到设定温度、降温直到设定的温度、在设定温度的上下限范围内保持恒温和多种控制方式并存，在湿度和温度控制的方面也是一样的 3。将此温湿度控制系统应用到农业温室中必然会为植物的成长提供了更好的适宜的环境。1.3 国内外的研究现状及发展趋势美国是将计算机应用于大棚和管理最早，最多的国家之一。美国开发的大棚计算机控制与管理系统可以根据作物的特点和生长所需要的条件，对大棚内的光照，温度，湿度等诸多因素进行自动
10、控制。这种自动控制系统需要种植者输入温室作物生长所需的环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标进行比较，以决定大棚温湿度的控制过程，按照相应的机构进行加热，降温或者是浇水，通风等 4。目前，我国绝大部分自主开发的大棚温湿度控制或者进口的国外设备都属于这种系统。虽然这种自动控制系统实现了自动化，适合规模化生产，提高了劳动生产率，通过改变大棚温湿度的设定目标，可以自动的对大棚内温湿度进行调节，但是这种调节对作物的生长来说还是相对滞后的，难以介入作物生长的内在规律。所以在这种自动控制系统和实践的基础上，温湿度自动控制向着适合不同作物生长的智能化控制发展。国外大棚业正致力于高科技发
11、展，遥测技术，网络技术 5，控制局域网已逐渐应用于大棚的管理和控制中，近几年各国温度控制技术提出建立大棚行业标准，朝着网络化，大众化，大规模，无人化的方向发展的思路 6。目前国内外的温湿度检测使用的温湿度检测元件种类繁多、应用范围也较广泛加之单片机和大规模集成电路技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片机数据采集系统。基于单机片的温湿度监测控制系统的设计研究较少。随着经济和社会的不断发展，人们对自己的生活环境要求越来越高。特别在温室大棚中，对温湿度要求更为严格。基于单片机的温室温湿度控制统设计，将对环境的温湿度监测系统做详细的设计与实现。1.4 本系统主要研究内容本系统主要完成的任务：陕西
12、理工学院毕业设计第 1 页 共 49 页1. 进行温湿度控制系统的整体研究与设计。2. 利用数字温湿度传感器 DHT11 测量大棚内的温湿度。3. 通过采集温度及湿度值，准确的判断标准值与当前值之间的差异，及时的启动报警装置（包括警报灯的提示功能等）进行报警，并采取相应的方案。4. 利用 LCD 对温湿度进行实时显示。5. 利用 NRF24L01 无线模块实现数据的近距离传输。陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 49 页2 系统总体设计2.1 系统功能设计1. 温湿度监控：实现对温室大棚温湿度参数的实时采集，测量空间的温度和湿度，由单片机对采集的温湿度值进行循环检测、数据处理、显示，实现温湿度
13、的智能检测。2. 控制处理：当温湿度越限时指示灯亮起，并根据报警信号提示采取一定手段控制。3. 无线传输：用温湿度传感器将测量的温湿度数据通过无线模块进行传输。2.2 系统的组成以单片机为控制核心，采用温湿度测量技术，通信技术，控制技术等技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量控制系统。可分为温湿度测量电路，显示电路，报警电路，无线模块，图 2.1 选用的主要器件有：单片机 AT89C52，温湿度传感器DHT11，1602LCD 显示模块，LED 灯，NRF2401 无线模块等。图 2.1 系统组成2.3 系统工作原理本系统以单片机 AT89C52 为核心，数据采集、传输、显示、报
14、警都要通过单片机。数据采集通过单总线的智能数字温湿度传感器 DHT11 完成；通过单片机把采集的数据显示在 LCD上；当采集的数据超出给定范围时，有 LED 灯实时报警，并将数据通过 NRF2401 无线传输给另一个单片机上显示。单片机采用 C 语言编程 7。温湿度检测电路（温湿度传感DHT11) AT89C52单片机NRF2401 无线模块数据显示电路（LCD1602)报警电路陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 49 页YN图 2.2 流程框图温湿度检测报警89C52 单片机LCD 液晶显示终止不报警LCD 液晶显示判断 是否满足设定值 系统初始化陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 49 页
15、3 系统硬件设计3.1 单片机系统设计通过上面地总体方案和实施措施的议论后就应该最先着手硬件系统的设计，软件系统设计的基础、硬件系统是应用系统的根本，根据性价比 、运行地速度还有部分功能地实现等因素的考虑后，选用 AT89C52 单片机是一个比较合理的选择。AT89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。AT89C52 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 89C51 产品指令和引脚完全兼容 8。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，AT89C52 拥有灵巧的 8 位 CPU
16、 和在系统可编程 Flash，使得 AT89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 9。AT89C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式 10。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚排列如图 3.1 所示：图 3.1 a AT89C52 引脚图
