基于单片机温湿度测控系统.docx

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基于单片机温湿度测控系统

摘要

在农业生产中，温室大棚的应用越来越广泛，也能为人们创造更高的经济效益。

在温室大棚中，最关键的是温湿度控制方法。

传统的温湿度控制方法完全是人工的，不仅费时费力，而且效率很低。

本文旨在论述一钟温室大棚温湿度控制系统的设计及工作原理。

该系统主要由单片机、数字温湿度传感器DHT11、液晶显示、键盘等组成。

采用温湿度传感器DHT11来测量温湿度，它的精确度高，而且DHT11直接是输出数字信号，可直接与单片机相连。

显示部分使用的是液晶显示来显示温湿度。

本系统还有附带键盘，能够对大棚所需要的温湿度上下限值直接设定和修改。

本系统的核心是单片机SCT89C52，接收传感器所测的数据并处理，然后执行各种操作，如喷水，吹风等。

本系统智能度高，可靠性高，系统工作稳定，且综合性价比较高，具有较大的市场应用前景。

【关键词】单片机SCT89C52数字温湿度传感器DHT11大棚温度湿度

ABSTRACT

Inagriculturalproduction,moreandmoreextensiveapplicationingreenhouse,alsocancreatehighereconomicbenefitsforpeople.Inthegreenhouse,thekeyisthetemperatureandhumiditycontrolmethod.Temperatureandhumiditycontrolmethodoftraditionalisentirelyartificial,notonlytime-consumingandlaborious,butalsotheefficiencyislow.Thispaperdiscussesthedesignandtheworkingprincipleoftemperatureandhumiditycontrolsystemofagreenhouse.Thesystemismainlycomposedofsinglechipmicrocomputer,digitaltemperatureandhumiditysensorDHT11,liquidcrystaldisplay,keyboard,etc..TomeasurethetemperatureandhumidityandthetemperatureandhumiditysensorDHT11,ithasahighprecision,andtheDHT11isdirectlyoutputdigitalsignal,canbedirectlyconnectedwiththesinglechip.Thedisplaypartistheuseofliquidcrystaldisplaytodisplaythetemperatureandhumidity.Thesystemhaskeyboard,temperatureandhumidityingreenhouseontheneedtolimitonthevaluesetandmodify.ThecoreofthissystemisSCT89C52MCU,receivingsensordataandprocessing,andthenperformvariousoperations,suchaswater,airetc..

Thesystemofintelligentdegreeishigh,thereliabilityishigh,thesystemisstable,andthehigherprice,hasgreatmarketprospects.

[keyword]single-chipdigitalSCT89C52temperatureandhumiditysensorDHT11greenhousetemperatureandhumidity

前言

在现代的大棚种植技术中，温度、湿度是大棚蔬菜能否茁壮成长的重要因素。

现在我国大棚生产规模虽然空前巨大，但是大棚的设备比较陈旧，温度采集方式落后，广大农村采用煤油温度计的温度采集方式，不仅温度采集较为老套，并且费时费力，不利于大棚生产规模的扩大，也不利于信息化程度的提高，不符合党中央提出的科技兴农的战略目标。

农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类顿以生存的最重要的行业，由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。

科技的发展促进了农业的发展，温室大棚在农业中的应用越来越广泛。

传统的温室大棚的自动化程度很低，基本是是粗放型的人工操作，即便对于所给定的量，在操作中无法进行有效的控制，很大程度上限制了温室大棚的经济效益。

现代智能控制系统是进行温室大棚温湿度控制的有效手段和工具，它可以提高操作的准确性，有利于控制过程的科学管理，也降低了对操作者本身素质的要求和体力劳动强度。

除此之外，它还能准确、定时、定量、高效的进行温湿度控制，可以节省人力、体力而提高质量和产量。

智能温室大棚控制系统在我国农业中的使用为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，有很多是基本停留在人工操作，即使有些使用的了自动控制系统，但是也是以经验来自行设定很多参数，使得不能物尽其用而又造成浪费。

只有提高自动控制系统的智能，使得在农业生产中更加智能和方便并采用廉价的器材使其价格能被广大农业生产者所接受，才能促进智能温室大棚温湿度控制在农业中的广泛应用和提高其经济效益。

随着微型计算机和传感器技术的迅猛发展，其价格低、可靠性高，给改造农业带来了很多便利。

用高新技术改造农业生产，是我国农业和国民经济持续发展的根本大事。

本文旨在对温室大棚温湿度监控系统的设计，一种基于mcs-51单片机的控制系统，通过高灵敏度的温湿度传感器检测大棚内的温湿度，并通过控制系统进行温室度调节。

1.1课题来源......................................................................................................................5

1.2国内外发展现状、趋势以及面临的挑战.................................................................5

1.3研究的目的、意义及主要内容...................................................................................5

第二章系统总体方案设计........................................................................................................7

第三章硬件的选型...................................................................................................................9

3.1STC89C52单片机..........................................................................................................9

3.1.1单片机概述............................................................................................................9

3.1.2STC89C52单片机的引脚说明...............................................................................10

3.1.3复位电路.................................................................................................................13

3.1.4晶振电路.................................................................................................................13

3.2温湿度传感器................................................................................................................14

3.2.1DHT11产品概述......................................................................................................14

3.2.2DHT11传感器电路引脚接线..................................................................................14

3.2.3DHT11传感器工作原理..........................................................................................14

3.2.4串行接口（单线双向）.........................................................................................15

第四章硬件电路设计.................................................................................................................18

4.1按键电路.........................................................................................................................18

4.1.1键盘模块设计..........................................................................................................18

4.2显示电路.........................................................................................................................19

4.3温湿度传感器................................................................................................................20

4.4系统电源设计................................................................................................................21

4.5信号采集变换部分........................................................................................................22

4.6信号处理部分................................................................................................................23

4.7串口通信电路................................................................................................................24

4.8报警电路........................................................................................................................25

第五章结论.................................................................................................................................26

第六章附录.................................................................................................................................28

第一章绪论

1.1课题来源

来源于生产/社会实践

1.2国内外发展现状、趋势以及面临的挑战

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，计算编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。

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，通过改变大棚温室度的设定目标，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展，遥测技术，网络技术，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。

1.3研究的目的、意义及主要内容

本系统的设计的硬件主要包括：

主要是单片机AT89C51，检测系统，显示电路，A|D电路，报警电路等。

利用传感器测量大棚内的温湿度经过信号处理，将传感器测得的数据送至控制系统（STC89C51），与预设的农作物最适合生长的温湿度值的上下限进行对比，并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示。

如果不同作物的适合生长的温度不一样，可以通过键盘电路修改预设值。

控制系统根据比较的结果对调节系统发出相应的指令，启动相应的调节设备如喷水机，吹风机，加热器，降温等，调节大棚内的温湿度状态。

如果测得的数据超过了预设值的上下限，则报警电路会报警。

这样就实现了对大棚温湿度的自动控制。

本文主要研究内容如下：

1.进行温湿度控制系统的整体研究与设计。

2.利用键盘设置温湿度的上下限值。

3.利用数字温湿度传感器DHT11测量大棚内的温湿度。

4.利用LCD对温湿度进行实时显示。

5.利用315M无线传输系统进行农田与监控室之间的数据传输。

5.当大棚温湿度值超出设定范围值时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器对大棚温湿度进行调节。

第二章系统总体方案设计

由于该系统在配电房内运行及设计上的要求，硬件部分选用STC89C52单片机作为控制器，硬件系统由温湿度采集部分、模数转换与处理部分、动态显示部分、系统电源部分、RS232串行总线通信、继电器输出部分、报警部分及自动手动控制部分组成。

系统硬件结构框图如图2.1所示：

图2.1系统硬件结构框图

系统的软件设计采用汇编语言，对单片机进行编程实现各项功能。

本软件为了实现温度、湿度显示，报警，A/D转换和对温湿度的控制等功能，采用主程序调用各个子程序来实现相应的功能的方法。

系统上电复位后，将调用初始化程序对单片机的端口初始化，将需要使用的内存单元进行清零，然后自动采样后调用A/D转换子程序并显示当前温湿度值，当有键按下时，进入中断，运行中断程序，将温、湿度上下限的初值写入内存单元，并且显示在动态显示部分上。

然后系统调用A/D转换子程序，将DHT11温湿度传感器电路输出的模拟信号转换为数字信号，将数字信号读入单片机，每次将读入的数据与上、下限进行判断，以决定是否调用报警和调温、调湿子程序，并且在此过程中实时显示当前温湿度值。

如果高于温度上限，系统启动报警功能及排风扇，加快室内外的空气对流，达到迅速降温的目的；如果高于湿度上限，系统也启动报警功能予以报警，并启动加热丝，使室内温度迅速上升，当温度上升一定值时，启动排风扇，将室内的高湿度空气排到室外，达到降低湿度的目的。

第三章硬件的选型

3.1STC89C52单片机

3.1.1单片机概述

单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。

它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器叶数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。

正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器（MCU）代替单片微型计算机（SCM）这一名称。

“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。

1、单片机的主要特点有:

（1）具有优异的性能价格比。

（2）集成度高、体积小、可靠性高。

（3）控制功能强。

（4）低电压，低功耗。

2、单片机的主要应用领域:

（1）工业控制

（2）仪器仪表

（3）电信技术

（4）办公自动化和计算机外部设备

（5）汽车和节能

（6）制导和导航

（7）商用产品

（8）家用电器

因此，在本课题设计的温湿度测控系统中，采用单片机来实现。

在单片机选用方面，由于STC89系列单片机与MCS-51系列单片机兼容，所以，本系统中选用STC89C52单片机。

3.1.2STC89C52单片机的引脚说明

图3-1STC89C52单片机引脚图

芯片引脚如图3-1所示：

VCC:

电源。

GND:

地。

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表1所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如上表2-1所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

RST:

复位输入。

晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。

看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

PSEN:

外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。

当STC89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。

EA/VPP:

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。

为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。

在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1:

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2:

振荡器反相放大器的输出端。

程序存储器：

如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。

对于89S52，如果EA接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H～1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：

2000H~FFFFH。

数据存储器：

STC89C52有256字节片内数据存储器。

高128字节与特殊功能寄存器重叠。

也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而