1、综合实践项目名称 基于单片机的大棚温湿度设计 专业班级 电子 104 学生姓名 指导教师 2013 年 6 月 28 电子 104 班 苏宇宁 大棚温湿度设计I摘 要以 ATMEL S52 单片机为核心,并通过 DHT11 温湿度传感器的工作原理，实现了对当前环境中温度与湿度的测量，并且通过设置好的温度与湿度的上限、下限的值对当前环境下的温度和湿度实施监控，超过预警值则实施自动报警。该系统由温度传感器模块、湿度传感模块和液晶显示模块组成，应用温湿度传感器的工作原理对当前环境实施监控，定时采集数据传送给单片机，单片机根据温湿度传感器采集到的数据进行处理，再将接收的数据显示到 12864 液晶显示
2、屏上，若是超过预期设置的上限和下限，采用二极管模拟报警，由于制作和组合上的精细，使得本设计显得智能化、实用化。关键词：51 单片机；温度传感；湿度传感；12864 液晶显示电子 104 班 苏宇宁 大棚温湿度设计IIAbstractThe design STC52 microcontroller core, and through DHT11 temperature and humidity sensor works to achieve in the current environment, temperature and humidity measurements, and a good
3、temperature and humidity by setting the upper limit, lower limit value of the temperature on the current environment implementation of monitoring and humidity, more than the value of implementing an early warning alarm. The system consists of temperature sensor module, humidity sensing module and li
4、quid crystal display module, the application of temperature and humidity sensor works by monitoring the implementation of the current environment, regularly collected data to the microcontroller, microcontroller based temperature and humidity sensor for processing the data collected, and then will r
5、eceive the data to the LCD screen on the 12864, if more than expected to set the upper and lower limits, the use of diode analog alarm, due to a combination of production and fine, making the design is intelligent, practical.Keywords：51single-chip； temperature sensor；humidity sensor；12864 LCD电子 104
6、班 苏宇宁 大棚温湿度设计- III -目 录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论.11.1 设计目的 .11.2 设计背景 .1第 2 章 设计方案简述.22.1 方案设计 .22.2 方案设计 .3第 3 章 设计部分.43.1 硬件设计 .43.1.1 AT89S52 外围电路简述 .43.1.2 液晶显示模块电路设计 .53.1.3 DHT11 温度湿度传感器电路设计 .83.2 软件设计 .103.2.1 系统软件设计说明 .103.2.2 编程语言的选择 .103.2.3 主程序流程图 .113.2.3 系统的软硬件的调试 .12第 4 章 设计结果及分析.13总结
7、.14参考文献.15附录 1.16附录 2.17电子 104 班 苏宇宁 大棚温湿度设计- 1 -第 1 章 绪论1.1 设计目的近年来,我国的设施农业得到了较大发展,温室大棚钟植技术已突破了传统的农 作物种植受地域自然环境等诸多因素的限制,对农业生产有重大意义。但目前我 国温室大棚的温湿度测量和设备的操作大多还是由人工来完成,当温室较大时,操作人员的劳动强度很大本温湿度控制系统是 以单片机控制为核心, 以瑞士生产的SHT11单片集成温湿度传感器作为温湿度检测元件,初步实现了温室大棚的自动化管理，大大降低了工人的劳动强度。1.2 设计背景系统的一大特点是用户可以通过下位机中的键盘输入温湿度的上
8、下限值和预置值，也可以通过上位机对温湿度的上下限值和预置值进行输入，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。系统下位机设在种植植物的大棚内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，单片机读取数据后将数据送到缓冲区内，通过 LED 数码管进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理；单片机可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电器的控制对相应的设备如喷水器、吹风机、加热器、降温泵等进行操作，调节大棚内温湿度状态。用户直接通过键盘对温湿度的上下限值和预置值进行设置后，如果环境的实时参数超越上下限值，系统
9、自动启动执行机构调节大棚内湿度和温度状态，直到温湿度状态处于上下限值以内为止。如果有预置初值且与当前状态不相等时，系统也会启动执行机构动态调节温湿度状态，直到所处的平衡状态与预置值相等为止。电子 104 班 苏宇宁 大棚温湿度设计- 2 -第 2 章 设计方案简述2.1 方案设计1、温湿度的测量模块 经过温湿度传感器 DHT11 采集数据，再通过 51 单片机对其内部数字进行分析后，将其数值送到 12864 液晶模块上进行显示，本系统可以设定温度范围 050 摄氏度，最小区分度为一度，设定湿度范围为 20%-90%RH，最小区分度为 1%RH。其优点在于 DHT111.湿温度传感器的一体化结构
10、能相对的同时对相对湿度和温度进行测量 。 2.数字信号输出，从而减少用户信号的预处理负担。 3.单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。并且，不需要额外电器元件。 4.独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。 5.全部校准。编码方式为8位二进制数。 6.40bit 二进制数据输出。其中湿度整数部分占1Byte，小数部分1Byte；温度整数部分1Byte，小数部分1Byte。其中，湿度为高16位。最后1Byte为校验和。 7.卓越的长期稳定性，超低功耗。 8.4引脚安装，超小尺寸。 9.各型号管脚完全可以互换。 2、温湿度型号的采集模块传感器是温湿度控制系统中的关键部件，
11、它的精度直接影响到整个测试控制系统的性能。温度传感器选择了 DS18B20；DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的单总线器件。该芯片具有线路简单，体积小的特点。因此，用它组成的测温系统线路简单。它只用一根通信线就可以连接多个 DS18B20 数字温度计，因此十分方便。芯片还具有以下一些特点：（1）仅需一个端口即可完成数据的读取和写入；（2）每个 DS12B20 芯片都有一个独一无二的序列号（3）测量温度范围在-55到 125之间；（4）数字温度计的分辨率可以选择 9 到 12 位；（5）可以设置告警温度的上下限。温度传感器对温度进行测量，测量结果将被放置在 DS18B20 内存
12、中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。电子 104 班 苏宇宁 大棚温湿度设计- 3 -图 2-1 DS18B20 温度传感电路2.2 方案设计根据设计要求确定了系统的总体方案，整个系统由单片机、温湿度传感器、显示模块、报警器、温湿度调节系统以及键盘等 6 部分组成。系统功能原理图如图 1 所示。用户预先输入温湿度报警值到程序中，该值作为系统阈值。温湿度传感器监测值传输给单片机，当单片机比较监测到的数值超出所设定阈值时，驱动蜂鸣器报警，并为温湿度调节系统提供控制信号，实现自动控制。温湿度调节系统包括加湿模块、除湿模块、加温模块和制冷模块。图 2-2 DHT11 电路连接图单
13、片机发送一次开始信号后，DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11 发送响应信号，送出 40bit 的数据，并触发一次信号采集，如果没有接收到单片机发送来的信号，DHT11 不会主动进行温度采集，采集数据后转换到低速模式。湿度测量范围 1%99%；最小进步为 1%；电子 104 班 苏宇宁 大棚温湿度设计- 4 -第 3 章 设计部分3.1 硬件设计单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性。系统电路原理图如图 2
14、所示。本系统主要硬件设计包括电源电路、晶振电路、复位电路、LCD 显示电路以及温湿度传感器电路。控制电路的核心器件是由美国 Atmel 公司生产的 AT89S52 单片机，属于 MCS-51 系列。AT89S52 是一种低功耗、高性能的 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器，采用的工艺是 Atmel 公司的高密度非易失存储器技术；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，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 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；价格低廉、性能可靠、抗干扰能力
15、强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。3.1.1 AT89S52 外围电路简述单片机 AT89S52 作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分- 合过程中引起的抖动而影响复位。该设计在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，可令系统可靠复位。10UFC310KR1S1VCCRST位位位位 图 3-1 复位电路图 图 3-2 时钟电路112MC130pC230pXTAL2XTAL1位位位位电子 104 班 苏宇宁 大棚温
16、湿度设计- 5 -AT89S52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别为该反向放大器的输入端和输出端。这个反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容 C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容 C1、C2 虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。如果使用石英晶体,电容应该使用 30pF。还可以使用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接 XTAL1 端,即内部时钟发生器的输入端, XTAL2 应悬空
17、。由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的,所以外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。3.1.2 液晶显示模块电路设计这部分设计液晶屏显示，包括显示温度、显示湿度以及设置温湿度上下限值。LCD12864 内部提供 1282 字节的字符显示 RAM 缓冲区（DDRAM） 。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示 RAM 实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示 CGROM（中文字库） 、HCGROM（ASCII 码字库）及 CGRAM（自定义字形）的内容。三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000
18、006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006 共 4 个）显示自定义字型，02H7FH 显示半宽 ASCII 码字符，A1A0HF7FFH 显示 8192 种 GB2312 中文字库字形。字符显示 RAM 在液晶模块中的地址80H9FH。字符显示的 RAM 的地址与 32 个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表 3 所示。表 3：80H 81H 82H 83H 84H 85H 86H 87H90H 91H 92H 93H 94H 95H 96H 97H88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH98H 99H 9AH 9BH 9CH 9DH 9EH
19、 9FHLCD 通过 RS、R/W、E 构成的时序图实现数据的读与写，时序图如图 5-4、图 5-5所示。电子 104 班 苏宇宁 大棚温湿度设计- 6 -图 3-3 MPU 写资料到 ST7920（8 位数据线模式）图 3-4 MPU 从 ST7920 读资料（8 位数据线模式）模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩充指令如下表 4、表 5：指令表 4：（RE=0：基本指令）指 指 令 码 功 能令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清除显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 将 DDRAM填 满 “20H“,并 且 设 定DDRAM的 地 址 计 数 器
20、 (AC)到 “00H“地址归位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X设 定 DDRAM的 地 址 计 数 器 (AC)到“00H“,并 且 将 游 标 移 到 开 头 原 点 位置 ;这 个 指 令 不 改 变 DDRAM 的 内 容显示状态开/关0 0 0 0 0 0 1 D C BD=1: 整体显示 ONC=1: 游标 ON B=1:游标位置反白允许进入点设定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或显示移位控制0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X设定游标的移动与显示的移位控制位;这个指令不改变 DDRAM 的内容功能设定 0 0 0 0 1 DL X RE X XDL=0/1：4/8 位数据RE=1: 扩充指令操作RE=0: 基本指令操作
