单片机和组态王的大棚温湿度远程监控系统设计【字数：13064】
在日常活动中，温度和湿度深深地影响着人们的生活，人们不但对于日常环境中的温湿度变化十分关注，对于其他领域如工业、医疗等地点的温湿度也很重视。本设计旨在设计一款可以检测温湿度的远程监控系统，避免不必要的劳动力损失，保证数据的精准性。本课题主要设计基于单片机和组态王的大棚温湿度远程监控系统，以STC89C52RC微型控制器作为主控芯片，利用组态王与单片机的串口通信采用Modbus RTU协议完成监控系统。在硬件设计上采用DHT11温湿度传感器、NRF24L01无线模块、LCD1602液晶显示屏作为STC89C52RC的外围电路。此设计功耗低、成本低、布线简单，焊接难度小。本监控系统测量精度高、扩展方便，可以在一定范围进行无线检测，通过上位机组态王显示当前的温湿度及实时趋势，在大棚的温湿度检测中有广阔的应用前景。
目 录
1.前言 1
1.1 课题的目的与意义 1
1.2 国内外研究状况 1
1.3 对设计任务的分析 2
1.4 预期结果 2
2.总体方案设计与论证 3
2.1 系统方案设计 3
2.2 主控芯片方案论证 3
2.3 无线通信方案论证 4
2.4 温湿度检测方案论证 4
2.5 显示方案论证 4
2.6 组态软件方案论证 5
2.7 通信协议方案论证 5
3.系统硬件设计 6
3.1 硬件电路设计概述 6
3.2 STC89C52RC最小系统设计 6
3.3 NRF24L01无线电路设计 7
3.4 电源电路设计 9
3.5 显示电路模块设计 9
3.6 温湿度传感器模块设计 10
4.软件系统设计 11
4.1 系统软件设计概述 11
4.2 主程序设计 11
4.3 显示模块软件设计 13
4.4 温湿度检测模块设计 15
4.5 无线发射模块软件设计 16
4.6 无线接收模块软件设计 18
4.7 串口通信协议设计 19
4.8 通信 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
部分总体设计 21
5.组态王界面设计 24
5.1 组态王方案设计 24
5.2 定义外部设备 24
5.3 定义外部设备变量 25
5.4 建立画面 26
5.5 动画连接 27
5.5 画面命令语言 28
5.7 实时趋势曲线 29
6.系统的调试及实验结果 30
6.1 调试步骤 30
6.2 实验结果 30
6.3 本章小结 33
7.结 论 34
参考文献 35
致 谢 36
附 录 37
1.前言
1.1 课题的目的与意义
温湿度是人类日常生活作息中常常接触到的物理量，在日常生产和生活中温湿度对劳动输出影响较大。在一些温湿度变化较大的特殊场合，无法预测其温湿度是否适合人类的活动。随着科技的发展，灵活地运用温湿度检测技术可以避免很多不必要的损失。
在农业生产中，大棚的使用愈发重要，而大棚内的温湿度对于农作的生长发育尤为重要，温湿度的变化直接影响到农作物的质量与产量。例如冬季在大棚内种植蔬菜，棚内的温度过低会直接冻死蔬菜。为了人们可以随时实用自己喜欢的蔬果，让蔬果保持在最适合生产发育的环境十分重要，因此大棚内的温湿度控制需要严格把握。
过去采集温湿度往往依靠人工，人们轮流值班用简陋的设备来检测单一空间、时间内的温湿度。这种检测方式存在着很多不足，劳动里利用率不足，并且所测得的数据误差会较大，缺乏科学准确性。
大棚的温湿度检测首先要解决的问题就是如何自动采集检测温湿度，过去采集数据的主要方式是人工，这种方式会造成数据的采集精度低、效率也不高，为此设计出一款自动采集数据的温湿度测量系统显得尤为重要。传统的温湿度检测系统价格高昂，体积大，电源的供给成为困难，同时布置完成后很难再次根据需求来灵活调整位置，重复使用性差。所以，采用无线检测具有优势。
为解决传统温室大棚在工厂化生产过程中自动化程度较低以及经济效益不高、维护不便的问题，构建一种基于51单片机的远程温湿度监控系统。此系统以STC89C52RC芯片、NRF24L01无线模块、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示屏等模块构成的电路作为下位机对温室大棚内的温湿度变量数据进行实时监控，并实时将数据投送到上位机组态王界面上。
综上所述，可知该课题的研究对类似的项目有普遍的意义。温湿度的检测在工业过程中至关重要，所以利用上位机对温湿度进行监控显得尤为重要。单片机以其低廉的价格、微小的功耗、强大的数据处理能力在工业领域获得了领先的地位。组态王凭借稳定的工作性能、兼容性高的通信，也在各种工业领域获得大量的使用。
1.2 国内外研究状况
如今，很多检测设备都是通过有线来连接的。由于有线设备的稳定性，满足了绝大多数工业领域的要求，所以很多公司仅仅满足采用这种方式。但是有线设备只能通过线路来传输数据，这增加了很多不必要的财力支出，另外还在线路布局、接口设置、线路完整性上浪费了时间，此外有线设备对于地点的要求会使很多公司无法满足。因此，在无法使用有线设备的情况下，使得了无限设备的产生。与有线设备相对比而言，无线设备不需要线路铺设，而且可以满足实时数据的采集和处理。
组态王软件作为国内的一款通用监控操作组态软件，以其稳定可靠的工作性能、友善的人机界面、丰富的兼容性等诸多优良特性，给工业控制领域现场的数据采集、监控、处理带来了极大的便利性，得到了大量的推广与使用[1] 。
1.3 对设计任务的分析
本系统设计以达到对外界的温湿度数据的采集，并通过无线模块将数据传输，再由上位机来显示温湿度。硬件分为两个部分，发送端和接收端。发送部分以STC89C52RC为核心，由2个DHT11温湿度传感器、无线发送模块组成。接收部分同样以STC89C52RC为核心，由DHT11温湿度传感器、无线接收模块、液晶显示屏组成[2] 。另外，接收部分由RS232物理层连接到上位机组态王，通过Modbus RTU协议通信,组态软件实时监控下微机系统工作,确保系统具有良好的实时性、准确性和可靠性。
目 录
1.前言 1
1.1 课题的目的与意义 1
1.2 国内外研究状况 1
1.3 对设计任务的分析 2
1.4 预期结果 2
2.总体方案设计与论证 3
2.1 系统方案设计 3
2.2 主控芯片方案论证 3
2.3 无线通信方案论证 4
2.4 温湿度检测方案论证 4
2.5 显示方案论证 4
2.6 组态软件方案论证 5
2.7 通信协议方案论证 5
3.系统硬件设计 6
3.1 硬件电路设计概述 6
3.2 STC89C52RC最小系统设计 6
3.3 NRF24L01无线电路设计 7
3.4 电源电路设计 9
3.5 显示电路模块设计 9
3.6 温湿度传感器模块设计 10
4.软件系统设计 11
4.1 系统软件设计概述 11
4.2 主程序设计 11
4.3 显示模块软件设计 13
4.4 温湿度检测模块设计 15
4.5 无线发射模块软件设计 16
4.6 无线接收模块软件设计 18
4.7 串口通信协议设计 19
4.8 通信 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
部分总体设计 21
5.组态王界面设计 24
5.1 组态王方案设计 24
5.2 定义外部设备 24
5.3 定义外部设备变量 25
5.4 建立画面 26
5.5 动画连接 27
5.5 画面命令语言 28
5.7 实时趋势曲线 29
6.系统的调试及实验结果 30
6.1 调试步骤 30
6.2 实验结果 30
6.3 本章小结 33
7.结 论 34
参考文献 35
致 谢 36
附 录 37
1.前言
1.1 课题的目的与意义
温湿度是人类日常生活作息中常常接触到的物理量，在日常生产和生活中温湿度对劳动输出影响较大。在一些温湿度变化较大的特殊场合，无法预测其温湿度是否适合人类的活动。随着科技的发展，灵活地运用温湿度检测技术可以避免很多不必要的损失。
在农业生产中，大棚的使用愈发重要，而大棚内的温湿度对于农作的生长发育尤为重要，温湿度的变化直接影响到农作物的质量与产量。例如冬季在大棚内种植蔬菜，棚内的温度过低会直接冻死蔬菜。为了人们可以随时实用自己喜欢的蔬果，让蔬果保持在最适合生产发育的环境十分重要，因此大棚内的温湿度控制需要严格把握。
过去采集温湿度往往依靠人工，人们轮流值班用简陋的设备来检测单一空间、时间内的温湿度。这种检测方式存在着很多不足，劳动里利用率不足，并且所测得的数据误差会较大，缺乏科学准确性。
大棚的温湿度检测首先要解决的问题就是如何自动采集检测温湿度，过去采集数据的主要方式是人工，这种方式会造成数据的采集精度低、效率也不高，为此设计出一款自动采集数据的温湿度测量系统显得尤为重要。传统的温湿度检测系统价格高昂，体积大，电源的供给成为困难，同时布置完成后很难再次根据需求来灵活调整位置，重复使用性差。所以，采用无线检测具有优势。
为解决传统温室大棚在工厂化生产过程中自动化程度较低以及经济效益不高、维护不便的问题，构建一种基于51单片机的远程温湿度监控系统。此系统以STC89C52RC芯片、NRF24L01无线模块、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示屏等模块构成的电路作为下位机对温室大棚内的温湿度变量数据进行实时监控，并实时将数据投送到上位机组态王界面上。
综上所述，可知该课题的研究对类似的项目有普遍的意义。温湿度的检测在工业过程中至关重要，所以利用上位机对温湿度进行监控显得尤为重要。单片机以其低廉的价格、微小的功耗、强大的数据处理能力在工业领域获得了领先的地位。组态王凭借稳定的工作性能、兼容性高的通信，也在各种工业领域获得大量的使用。
1.2 国内外研究状况
如今，很多检测设备都是通过有线来连接的。由于有线设备的稳定性，满足了绝大多数工业领域的要求，所以很多公司仅仅满足采用这种方式。但是有线设备只能通过线路来传输数据，这增加了很多不必要的财力支出，另外还在线路布局、接口设置、线路完整性上浪费了时间，此外有线设备对于地点的要求会使很多公司无法满足。因此，在无法使用有线设备的情况下，使得了无限设备的产生。与有线设备相对比而言，无线设备不需要线路铺设，而且可以满足实时数据的采集和处理。
组态王软件作为国内的一款通用监控操作组态软件，以其稳定可靠的工作性能、友善的人机界面、丰富的兼容性等诸多优良特性，给工业控制领域现场的数据采集、监控、处理带来了极大的便利性，得到了大量的推广与使用[1] 。
1.3 对设计任务的分析
本系统设计以达到对外界的温湿度数据的采集，并通过无线模块将数据传输，再由上位机来显示温湿度。硬件分为两个部分，发送端和接收端。发送部分以STC89C52RC为核心，由2个DHT11温湿度传感器、无线发送模块组成。接收部分同样以STC89C52RC为核心，由DHT11温湿度传感器、无线接收模块、液晶显示屏组成[2] 。另外，接收部分由RS232物理层连接到上位机组态王，通过Modbus RTU协议通信,组态软件实时监控下微机系统工作,确保系统具有良好的实时性、准确性和可靠性。
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