1、 学号： 20090127082013 届本科生毕业论文（设计）题 目： 空气温湿度测量仪设计学院(系)： 机械与电子工程学院专业年级： 机械电子工程 091学生姓名： 申士杰指导教师： 朱兆龙合作指导教师：完成日期： 2013年6月空气温湿度测量仪设计摘 要植物生长都需要适宜的环境条件，环境温湿度是最主要的环境因子之一。空气温湿度的测量对农业生产十分关键。通过比较多种温湿度测量方法，设计一种基于单片机的空气温湿度测试仪。本设计采用 51 单片机 STC89C51 为核心处理器，由空气温湿度传感器所测数据送入单片机，进行运算处理，最终在 LCD016L 上显示测量结果。系统基于模块化设计确定各
2、模块单元，并选择相应的电子元器件，进而进行电路设计。系统硬件电路主要由单片机外围电路、传感器电路、电源电路、液晶显示电路等组成。在此基础上，设计系统软件；软件部分包括单片机外围模块、温湿度传感器模块、电源模块以及人机交互模块的程序设计。电路原理图在 proteus 软件进行仿真，仿真结果表明电路原理上可行。根据设计方案，空气温湿度测量仪可以具有读取方便，操作简单，测量精确的优点。关键词: 空气温湿度；液晶显示；STC89C51；SHT10Design of Air temperature and humidity meterAbstractTemperature and humidity en
3、vironment is the most important factor for that Plant growth requiring appropriate environmental conditions. The measurement of temperature and humidity is critical to agricultural production. Therefore, by comparing a variety of temperature and humidity measurement methods, design a microcontroller
4、-based tester of temperature and humidity . This design uses 51 single core processor STC89C51 by air temperature and humidity sensors of the measured data into the microcontroller, operation processing, culminating in LCD016L display the measurement result . System is based on a design of modular t
5、o determine each module unit, and select the appropriate electronic components, and circuit design further. System hardware circuit by the MCU peripheral circuit, sensor circuit, power circuit, liquid crystal display circuit and other components .On this basis, design system software; software parts
6、 includes module of On this basis, design system software; software part includes control module, the module of temperature and humidity sensor, the module of power and the module of human-machine interaction programming ,the module of temperature and humidity sensor, the module of power and the mod
7、ule of human-machine interaction programming. Schematic circuit is simulation in the proteus, and simulation results show that schematic is viable. According to design, the measuring instrument of air temperature and humidity may have the advantages of easy operating, easy reading and having precise
8、 measurements.Keywords：temperature and humidity of air ; LCD; STC89C51; SHT10 1目 录1 绪论 .31.1 研究背景 .31.2 研究现状 .31.2.1 国外研究现状 .31.2.2 国内研究现状 .41.3 研究目的与内容 .41.4 论文结构 .42 系统结构设计及元器件选型 .62.1 系统结构设计 .62.2 器件选型 .72.2.1 单片机模块选型 .72.2.2 测量模块选型 .72.2.3 液晶模块选型 .82.2.4 硬件选型综述 .92.3 本章小结 .103 硬件电路设计与实现 .113.1 硬
9、件设计准备 .113.2 单片机模块外围设计 .113.3 温湿度传感器 .123.4 电源模块设计 .133.5 用户交互模块设计 .143.5.1 LCD 显示设备设计 .143.5.2 按键电路与报警电路设计 .153.6 本章小结 .164 系统软件设计 .174.1 开发软件平台概述 .174.2 系统程序设计 .184.2.1 系统主程序设计 .184.2.2 传感器读取参数子程序设计 .194.2.3 LCD 显示子程序设计 .214.2.4 警报子程序设计 .234.3 本章小结 .255 系统仿真 .265.1 仿真调试 .265.2 仿真结果分析 .265.3 本章小结 .
10、276 总结与展望 .2826.1 总结 .286.2 展望 .28参考文献 .29附录一 .30附录二 .31附录三 .32致 谢 .53第一章 绪论31 绪论1.1 研究背景我国耕地面积逐年减少，截止2011年，我国耕地面积为1.33亿公顷，比上年减少30万公顷，人均耕地面积仅为926，不到世界人均的40%，我国农业需要向优质、高效、高产的现代化农业转型。如何在有限的农业资源基础上，面向我国农业特点，借助先进的科技手段提高生产效率已经成为必须解决的重大问题。我国现阶段农业生产具有以下特点：农作物对某些环境因子变化敏感，当环境因子出现极端情况时，如不能及时采取措施，农作物就可能大面积减产，造
11、成严重经济损失。如若持续高温，容易造成病虫滋生蔓延，从而影响植株的正常生长发育；如若持续低温，则容易冻死菜苗，造成寒害。我国地域辽阔、气候多样，生产条件千差万别，不同作物、不同品种均需因地制宜进行管理，而目前我国农业生产以小家庭模式为主，农业技术人员缺少、农民知识水平较低，缺乏针对性的科学生产指导。基于以上需求，有必要设计一种低成本、面向小规模生产的设施农业的环境监测预警控制设备。能够实现环境因子的实时监测和远程灾害气候预警预报，从而有效避免夏季高温和冬季寒害带来的损害，增加农业生产的产量。本文设计一种操作简单、精确检测控制的低成本监控预警设备，使之既能保证对设施环境的实时检测及预警，同时在此
12、基础上可以增加另外的模块，对温室设施农业的发展具有重要意义。1.2 研究现状自从监控应用到设施农业以来，国内外许多公司、高校和研究机构纷纷投入力量加入到这一领域。但直到本世纪初，人们在该领域的研究工作还基本上处于起步阶段。直到 2002 年，微电子技术、嵌入式技术和微机电系统技术的成熟，使人们看到设施农业监控应用的潜能。至此，监控应用的研究进入了迅速发展阶段。1.2.1 国外研究现状国外借助其电子技术与传感器技术方面的优势，环境及生物信息的获取与监视的数字设备较为成熟，已有很多基于数字检测的先进的产品化设备出售。其代表国家有荷兰，日本，以色列和美国等。例如，美国加州大学伯克利分校所设计的环境实
13、时监测系统，应用在俄勒冈州的一个葡萄园中，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度和日照等信息，通过无线通信技术发送到信号接收节点，再通过网络发送到计算机上，再由计算机系统中的相关应用软件对数据进行分析处理，最后由葡萄园主从显示系统中观看分析结果。英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测 50km 以外空气温湿度测量仪设计4温室内的光、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。以色列温室环境控制系统是现阶段比较典型的代表性产品，具有很强的实用性，可以根据控制对象的特点选用不同类型的控制器及外围设备，具体特点包括：具有一个综合性的、实用灵活的、由许多控制应用程序构成的软件包，可检测温度、湿度、风速、
14、风向等数据，主控制与控制网络的通信可以通过电缆、无线或手机等方式进行；软件基于 Windows 平台。1.2.2 国内研究现状与国外应用相比，国内在农业方面的数字监控领域的研究起步较晚，但也取的了很快进展。从国内对环境监控来看，大部分温室利用传统测量仪器相对比较普遍，这种测量仪器在测量的便捷性和准确性上有很大的缺限。一些其他的温湿度测量仪不但价格昂而且不利于以后的功能的扩展即建立整个温室的远程的监测控制设备。威讯紫晶科技公司开发了无线环境监测系统，由采集终端、数据收集器将测量到的温度、湿度数据等通过 GPRS 网络无线发送到中心监控主机，可以同时监测上百个采集器，网关支持 ZigBee 技术，
15、具有低成本、低功耗和安全简易等特点。适合大面积多因子的环境监测，如连栋温室等。在这复杂的系统中基础的模块就是温湿度屏显模块。这个系统主要是对大型的温室，其投资较大，系统比较复杂，操作复杂。1.3 研究目的与内容本项设计面向设施农业生产，采用传感和屏显信息技术，将传统农业与农业信息化、数字化结合，研制精准农业信息监测设备。该设备能向用户提供精确、实时的作物生长的环境信息，对灾害气候进行现场预警，并提供部分控制功能，可调控部分环境因子，实现农作物生长环境的最佳条件。满足大规模推广需求，易于实现项目成果的产品化。本文以 STC89C51 单片机为核心处理器，通过对空气温湿度测量仪的模块化，选择出不同
16、的元器件类型 20，根据元器件类型的型号进行各个模块的软件编写，进行本次设计的电路硬件和软件的校核，最终设计产品准确显示空气的温湿度。1.4 论文结构本论文章节结构按如下安排：第一章介绍监测系统的研究背景、国内外利用现状、研究目的和论文结构。第二章给出系统设计原理框图，选择器件类型以及对设计中用到的元器件的介绍。第三章硬件电路的设计，包括主控模块、温湿度传感器模块、电源模块以及人机交互模块电路设计。第四章主要是软件设计与实现，介绍单片机开发软件 Keil，重点是各个模块软件第一章 绪论5设计。第五章主要是系统仿真验证分析。第六章主要是总结与展望。空气温湿度测量仪设计62 系统结构设计及元器件选
17、型本章节主要是对系统结构设计和系统各个模块器件的选型。先确定系统结构，再根据系统结构的类型确定各个系统模块器件的类型。选出的各个模块的型号关系到此次设计的所用的电路的类型和软件编程的复杂程度，因此要考虑清楚每一个器件的优点缺点，为以后的工作减少负担。2.1 系统结构设计所谓的模块化设计，简单的说就是将产品的某些要素组合起来，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块化设计已被广泛用于机床、电子产品、航空、航天等设计领域。本文设计的温湿度屏显设计是实现设施温室作物的温湿度的数字显示以及现场报警，如果加上一些外加模块也可以提供对卷帘机和滴灌设备的控制。采用模块化设计思想，该系统主要由主控模块、测量模块、电源模块、用户交互模块及相关软件组成。整个系统以单片机为控制核心，系统运行时，首先将数据采集模块采集到的环境数据传送到单片机模块上，并将采集到的数据显示在液晶屏上,由存储在单片机的决策算法对数据进行分析后做出是否报警灯开和启蜂鸣器响起。也可以在以后的开发中加入通信模块从而对于采集到的数据可定时发送给用户，也可以定期存储，当用户远程通过短信索取时发送给用户，设备的控制支持现场的按键操作，也可以通过短信息远程控制。系统模块示意图如 2-1 所示：图 2-1 温湿度仪模块示意图
