一种温室大棚温湿度自动监控系统的设计
本文结合了大学所学的专业知识，设计了一款以STC89C51单片机以及DHT11温湿度传感器作为核心元件的大棚温湿度自动监控系统，实现了对大棚环境中温湿度的实时准确测量并且采取相应措施实现对大棚内环境的控制，完成了大学学习生涯里的最后一门作业。本系统的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的大棚温湿度自动监控控制市场，能够大幅度降低目前大棚温湿度自动监控系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
目录
一、引言 1
（一）大棚温湿度监控系统发展背景介绍 1
（二）温湿度控制系统国内外发展现状 2
（三）本文主要研究内容 2
二、方案选择及元器件介绍 3
（一）主控芯片的选取 3
（二）STC89C51控制芯片简介 4
（三）DHT11温湿度传感器 5
（四）HK4100FDC5V继电器介绍 5
（五） LCD1602显示器介绍 6
（六）蜂鸣器简介 7
三、硬件系统设计 8
（一）大棚温湿度控制系统硬件结构框图设计 8
（二）STC89C51单片机最小系统设计 8
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三）DHT11温湿度传感器电路设计 10
（四）继电器电路设计 10
（五）显示器电路设计 11
（六）报警电路设计 12
四、软件系统设计 13
（一）软件工作流程设计 13
（二）DHT11温湿度传感器工作流程设计 14
（三）继电器控制流程图设计 15
（四）显示器工作流程设计 16
（五）报警电路工作流程设计 17
总结
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
18
参考文献 19
致谢 20
附录一原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三元件列表 23
附录四程序 24 引言
大棚温湿度监控系统发展背景介绍
所谓的“大棚温湿度监控系统”是指温湿度监控系统内部被植入了一定程度的控制系统，它已经不再是传统意义上的温湿度监控系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现对大棚环境中的温湿度识别和检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，实现对大棚中作物的实施保护以及为农作物提供适宜的生产环境，能够最大程度的提升大棚作物产值，这在很大程度上颠覆了人们对于温湿度监控系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能温湿度监控系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能温湿度监控系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能温湿度监控系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能温湿度监控系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成温湿度传感器、铂电阻传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能温湿度监控系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对温湿度控制系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的温湿度调节速度来打破传统的温湿度监控系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能温湿度监控系统控制系统是非常必要的。
温湿度控制系统国内外发展现状
目前国内外对于智能温湿度监控系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能温湿度监控系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能温湿度监控系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.001摄氏度精度的温湿度监控系统，如此高的监控精度已经突破了现有的温湿度监控系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能温湿度监控系统控制系统，但是距离千分之一的监控精度指标还有一小段距离。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统大棚温湿度自动监控系统的发展基础上，设计出一款能够实现大棚温湿度自动监控功能的智能大棚温湿度自动监控控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对大棚温湿度自动监控系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述。
下列为本课题将要实现的功能指标：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对DHT11温湿度传感器、液晶屏、继电器等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，对大棚各项参数进行显示；
3）通过DHT11温湿度传感器对大棚环境温湿度进行实时准确检测，并将检测结果发送给单片机；
4）当大棚内温湿度出现异常时，单片机控制相应继电器开关对加湿器以及加热器等进行启闭；
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。这种单片机在一些应用环境较为恶劣的场合非常常见，如路口的交通灯控制系统、工业生产中的主机运行等，在这些环境中，由于机器众多，电磁干扰现象非常严重，因此一些不采取保护措施的单片机就无法正常工作，而PIC单片机在不影响主频速度的情况下，通过改进内部电路结构同时施加一定的屏蔽措施，从而使得它能有条不紊的工作。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
目录
一、引言 1
（一）大棚温湿度监控系统发展背景介绍 1
（二）温湿度控制系统国内外发展现状 2
（三）本文主要研究内容 2
二、方案选择及元器件介绍 3
（一）主控芯片的选取 3
（二）STC89C51控制芯片简介 4
（三）DHT11温湿度传感器 5
（四）HK4100FDC5V继电器介绍 5
（五） LCD1602显示器介绍 6
（六）蜂鸣器简介 7
三、硬件系统设计 8
（一）大棚温湿度控制系统硬件结构框图设计 8
（二）STC89C51单片机最小系统设计 8
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三）DHT11温湿度传感器电路设计 10
（四）继电器电路设计 10
（五）显示器电路设计 11
（六）报警电路设计 12
四、软件系统设计 13
（一）软件工作流程设计 13
（二）DHT11温湿度传感器工作流程设计 14
（三）继电器控制流程图设计 15
（四）显示器工作流程设计 16
（五）报警电路工作流程设计 17
总结
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
18
参考文献 19
致谢 20
附录一原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三元件列表 23
附录四程序 24 引言
大棚温湿度监控系统发展背景介绍
所谓的“大棚温湿度监控系统”是指温湿度监控系统内部被植入了一定程度的控制系统，它已经不再是传统意义上的温湿度监控系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现对大棚环境中的温湿度识别和检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，实现对大棚中作物的实施保护以及为农作物提供适宜的生产环境，能够最大程度的提升大棚作物产值，这在很大程度上颠覆了人们对于温湿度监控系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能温湿度监控系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能温湿度监控系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能温湿度监控系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能温湿度监控系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成温湿度传感器、铂电阻传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能温湿度监控系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对温湿度控制系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的温湿度调节速度来打破传统的温湿度监控系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能温湿度监控系统控制系统是非常必要的。
温湿度控制系统国内外发展现状
目前国内外对于智能温湿度监控系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能温湿度监控系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能温湿度监控系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.001摄氏度精度的温湿度监控系统，如此高的监控精度已经突破了现有的温湿度监控系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能温湿度监控系统控制系统，但是距离千分之一的监控精度指标还有一小段距离。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统大棚温湿度自动监控系统的发展基础上，设计出一款能够实现大棚温湿度自动监控功能的智能大棚温湿度自动监控控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对大棚温湿度自动监控系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述。
下列为本课题将要实现的功能指标：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对DHT11温湿度传感器、液晶屏、继电器等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，对大棚各项参数进行显示；
3）通过DHT11温湿度传感器对大棚环境温湿度进行实时准确检测，并将检测结果发送给单片机；
4）当大棚内温湿度出现异常时，单片机控制相应继电器开关对加湿器以及加热器等进行启闭；
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。这种单片机在一些应用环境较为恶劣的场合非常常见，如路口的交通灯控制系统、工业生产中的主机运行等，在这些环境中，由于机器众多，电磁干扰现象非常严重，因此一些不采取保护措施的单片机就无法正常工作，而PIC单片机在不影响主频速度的情况下，通过改进内部电路结构同时施加一定的屏蔽措施，从而使得它能有条不紊的工作。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
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