单片机的大棚温湿度控制硬件设计(附件)
在经济快速发展的今天，我们现在吃到的农产品中很多都离不开温室大棚的种植。在早期的大棚温室是需要有经验的种植者在里面进行温湿度的感知和手动调控。这种类型的种植方式存在人工成本高、效率低、易出错等问题，难以普及使用。本设计是一个利用STC89C51作为单片机系统核心，与DHT11温湿度采集传感器联合使用制作出一个简单的大棚温湿度控制系统。该系统在我们进行程序编入之后能够利用传感器采集大棚内环境的温湿度，再将温湿度时刻显示在显示器上，当温湿度过高则相应继电器动作控制风扇设备降低温湿度同时蜂鸣器发声报警，否则，就启动加热棒和水泵升高温湿度。与别的温湿度控制系统对比，该设计具有稳定性好，性价比高，耐用等优点。用该控制系统对大棚内的作物进行温湿度的监控，使作物在适宜的条件下更好的生长，达到降低生产成本，提高种植效率，保质保量的生产目标。关键词 STC89C51，温湿度传感器，DHT11，LCD1602
目录
1 绪论 1
1.1 课题背景和意义 1
1.2 国内外现状和研究主攻方向 1
1.3 发展趋势 2
2 本课题研究问的题和拟采用研究手段 3
2.1 课题关键问题的解决思路 3
2.2 主要研究内容 3
2.3 研究的手段及预期效果 4
2.4 器件选择 4
2.5 温湿度传感器模块 4
2.6 STC89C51 7
2.7 复位电路 8
2.8 时钟电路 8
2.9 LCD1602液晶显示 9
3 硬件设计 11
3.1 检测电路 12
3.2 蜂鸣器报警电路 12
3.3 继电器电路 13
3.4 温湿度设置（按键）电路 14
3.5 复位电路 14
3.6 显示电路 15
3.7 晶振电路 16
3.8 电源电路 16
4 硬件调试 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录A原理图 23
1 绪 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
论
1.1 课题背景和意义
现在我国农业正处在从以往的低效率、低产出、低质量向高效率、高产出、高质量转变的新阶段。而大棚种植就是当前农业现代化新阶段下的产物，在我国大部分地区均普遍投入应用。众所周知，农业的现代化生产是离不开环境的制约，而大棚控制系统这一产物的出现就给大棚温室种植提供了科学自动化的基本保障。大棚种植可以根据作物生长所需的条件进行控制，使作物能够在反季节里突破环境约束生长，这比作物直接暴露在室外生长拥有更好的生长环境，作物达到了优质和高产目的[1]。大棚控制系统是要有人来控制各种环境因素，所以想要作物高产和质优就需要在控制技术上努力发展好。
1.2 国内外现状和研究主攻方向
我国大棚是从20世纪七八年代开始大量引进国外大棚技术，从此温室大棚种植方式在我国落地生根，我国也开始投入精力在温室的应用与研究当中去。我国学习从国外引进的温室大棚种植技术，开始进行反季节作物的种植和相关技术的研究。经过常年的学习吸收国外先进技术我国的温室大棚技术也逐渐成熟和发展，技术水平逐年攀升，现在，我国的温室大棚的覆盖面积居于世界首位[2]。
国外以美国为例，他是大棚技术和计算机结合最多和最早的国家。研发的计算机控制系统具有结合作物生长所需条件自动调节大棚温湿度和光照等生长影响因素。这种类型的系统需要种植的人亲自写入大棚内作物生长的环境指标，然后计算机再把传感器采集到的环境数据与预设目标值进行比对，从而控制大棚内对应的运作机构运转，对作物进行加湿，减湿，升温，降温等。这样的系统操作类型也是我国绝大部分地区都在使用的。包括我们自主研发的或者从海外引进的设备都是沿用的这种类型的系统。
此系统存在的问题在于尽管它具有自动化的能力，能够大规模生产，提高了劳动生产效率，并且大棚内温湿度的调控可以通过修改大棚预先的设定数值实现，但是不能对作物自身的生长规律进行改变，因此就这方面而言存在落后。我们今后的发展是在在此控制系统的基础上与生产实践相结合，把温湿度自动控制朝智能化的方向发展且适宜各种作物的控制需要。
目前各国的研究都往网络型，遥测型，高技术型方向上靠，大棚控制逐渐应用局域网控制，大棚温湿度控制技术已建立了向网络型，大规模型，无人化，普通化的发展方向为最近几年的目标。
1.3 发展趋势
我们纵观国内外的大棚控制技术发展历史可以把大棚控制技术大致划分为3个基本的发展阶段：（1）人为用手操作阶段：这个阶段是大棚刚开始出现的初期产生的控制类型，这一阶段需要有经验的种植者亲身体会大棚环境状况即温湿度和作物生长的态势，然后对大棚内作物生长环境进行改变，人工的升降温等等。这里种植者类似于传感器和执行单元并没有实际上的控制系统结构。这里面种植者类似控制系统的计算机中枢核心，而种植者的人工操作是最直接有效和快速的对作物生长干预，遵循旧式农业生产规律，这种控制方式的生产效率低，难以适应农业现代化的需要，对种植者而言要求很高，难以达到普遍推广使用。（2）自动控制阶段：这一阶段是一种需要种植者提前输入作物所需的环境参数值，然后经过计算机处理将传感器传来的数据跟提前设置好的数值进行对比，之后再对相关机构进行动作来改变环境状况如升降温，加湿除湿等等以满足作物生长需要。这里计算机与传感器等配合起来的系统代替了有经验的种植者工作，基本实现了大棚生产自动化，适宜大规模生产，大大提高了劳动生产效率。种植者输入环境预设值，对大棚内环境因素自动调节，其弊端在于不能及时根据作物生长规律而对预设值进行及时改变，这就是所谓的作物内在生长法则难以插手，我国当下都是这种类型的控制系统不管是自主研发还是从国外引进的设备。（3）智能化控制阶段：这一阶段凝聚的智慧层面更深更广，它是由农业生产方面知识积累，经验技能和各种试验数据等基础上构建的一个专业控制系统，它是通过建立数学上的分析模型当作基本依据而研制出来的一个可以适用于不同作物生长需要的大棚栽培温湿度控制技术。可见大棚发展在向信息自动采集分析与控制的具有农业专家型与模型分析的系统方向发展，大棚的控制技术将向着越来越多功能化，先进化的趋势发展。
随着时代的发展人们对食品的需求也发生变化，绿色有机的健康食品是大家的共同追求。近几年来我国对农产品积极引导，农业科技水平含量不断上升，温室大棚技术应运而生。作物栽培逐渐离不开温室大棚，要想作物生长态势好就要 解决好温湿度的监控和检测，温湿度是大棚种植的重要参数，作物生长的产量和品质牵扯到环境优良，而环境优良又关系到温湿度这一数据指标。其重要性可见一斑。我国为了缩小城乡差距，提高农民收入，实现农业的现代化促进农业发展，需要价格合适且自动化水平高的设备。随着单片机技术的娴熟其成本及相关电子材料价格适宜。此次设计为解决该问题，设计了一种可以对温湿度进行监测，设定温湿度的上限和下限值，再根据监测数据对温湿度进行报警，显示和控制等。此系统适宜在种植者里或其他方面普及使用。
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1 绪论 1
1.1 课题背景和意义 1
1.2 国内外现状和研究主攻方向 1
1.3 发展趋势 2
2 本课题研究问的题和拟采用研究手段 3
2.1 课题关键问题的解决思路 3
2.2 主要研究内容 3
2.3 研究的手段及预期效果 4
2.4 器件选择 4
2.5 温湿度传感器模块 4
2.6 STC89C51 7
2.7 复位电路 8
2.8 时钟电路 8
2.9 LCD1602液晶显示 9
3 硬件设计 11
3.1 检测电路 12
3.2 蜂鸣器报警电路 12
3.3 继电器电路 13
3.4 温湿度设置（按键）电路 14
3.5 复位电路 14
3.6 显示电路 15
3.7 晶振电路 16
3.8 电源电路 16
4 硬件调试 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录A原理图 23
1 绪 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
论
1.1 课题背景和意义
现在我国农业正处在从以往的低效率、低产出、低质量向高效率、高产出、高质量转变的新阶段。而大棚种植就是当前农业现代化新阶段下的产物，在我国大部分地区均普遍投入应用。众所周知，农业的现代化生产是离不开环境的制约，而大棚控制系统这一产物的出现就给大棚温室种植提供了科学自动化的基本保障。大棚种植可以根据作物生长所需的条件进行控制，使作物能够在反季节里突破环境约束生长，这比作物直接暴露在室外生长拥有更好的生长环境，作物达到了优质和高产目的[1]。大棚控制系统是要有人来控制各种环境因素，所以想要作物高产和质优就需要在控制技术上努力发展好。
1.2 国内外现状和研究主攻方向
我国大棚是从20世纪七八年代开始大量引进国外大棚技术，从此温室大棚种植方式在我国落地生根，我国也开始投入精力在温室的应用与研究当中去。我国学习从国外引进的温室大棚种植技术，开始进行反季节作物的种植和相关技术的研究。经过常年的学习吸收国外先进技术我国的温室大棚技术也逐渐成熟和发展，技术水平逐年攀升，现在，我国的温室大棚的覆盖面积居于世界首位[2]。
国外以美国为例，他是大棚技术和计算机结合最多和最早的国家。研发的计算机控制系统具有结合作物生长所需条件自动调节大棚温湿度和光照等生长影响因素。这种类型的系统需要种植的人亲自写入大棚内作物生长的环境指标，然后计算机再把传感器采集到的环境数据与预设目标值进行比对，从而控制大棚内对应的运作机构运转，对作物进行加湿，减湿，升温，降温等。这样的系统操作类型也是我国绝大部分地区都在使用的。包括我们自主研发的或者从海外引进的设备都是沿用的这种类型的系统。
此系统存在的问题在于尽管它具有自动化的能力，能够大规模生产，提高了劳动生产效率，并且大棚内温湿度的调控可以通过修改大棚预先的设定数值实现，但是不能对作物自身的生长规律进行改变，因此就这方面而言存在落后。我们今后的发展是在在此控制系统的基础上与生产实践相结合，把温湿度自动控制朝智能化的方向发展且适宜各种作物的控制需要。
目前各国的研究都往网络型，遥测型，高技术型方向上靠，大棚控制逐渐应用局域网控制，大棚温湿度控制技术已建立了向网络型，大规模型，无人化，普通化的发展方向为最近几年的目标。
1.3 发展趋势
我们纵观国内外的大棚控制技术发展历史可以把大棚控制技术大致划分为3个基本的发展阶段：（1）人为用手操作阶段：这个阶段是大棚刚开始出现的初期产生的控制类型，这一阶段需要有经验的种植者亲身体会大棚环境状况即温湿度和作物生长的态势，然后对大棚内作物生长环境进行改变，人工的升降温等等。这里种植者类似于传感器和执行单元并没有实际上的控制系统结构。这里面种植者类似控制系统的计算机中枢核心，而种植者的人工操作是最直接有效和快速的对作物生长干预，遵循旧式农业生产规律，这种控制方式的生产效率低，难以适应农业现代化的需要，对种植者而言要求很高，难以达到普遍推广使用。（2）自动控制阶段：这一阶段是一种需要种植者提前输入作物所需的环境参数值，然后经过计算机处理将传感器传来的数据跟提前设置好的数值进行对比，之后再对相关机构进行动作来改变环境状况如升降温，加湿除湿等等以满足作物生长需要。这里计算机与传感器等配合起来的系统代替了有经验的种植者工作，基本实现了大棚生产自动化，适宜大规模生产，大大提高了劳动生产效率。种植者输入环境预设值，对大棚内环境因素自动调节，其弊端在于不能及时根据作物生长规律而对预设值进行及时改变，这就是所谓的作物内在生长法则难以插手，我国当下都是这种类型的控制系统不管是自主研发还是从国外引进的设备。（3）智能化控制阶段：这一阶段凝聚的智慧层面更深更广，它是由农业生产方面知识积累，经验技能和各种试验数据等基础上构建的一个专业控制系统，它是通过建立数学上的分析模型当作基本依据而研制出来的一个可以适用于不同作物生长需要的大棚栽培温湿度控制技术。可见大棚发展在向信息自动采集分析与控制的具有农业专家型与模型分析的系统方向发展，大棚的控制技术将向着越来越多功能化，先进化的趋势发展。
随着时代的发展人们对食品的需求也发生变化，绿色有机的健康食品是大家的共同追求。近几年来我国对农产品积极引导，农业科技水平含量不断上升，温室大棚技术应运而生。作物栽培逐渐离不开温室大棚，要想作物生长态势好就要 解决好温湿度的监控和检测，温湿度是大棚种植的重要参数，作物生长的产量和品质牵扯到环境优良，而环境优良又关系到温湿度这一数据指标。其重要性可见一斑。我国为了缩小城乡差距，提高农民收入，实现农业的现代化促进农业发展，需要价格合适且自动化水平高的设备。随着单片机技术的娴熟其成本及相关电子材料价格适宜。此次设计为解决该问题，设计了一种可以对温湿度进行监测，设定温湿度的上限和下限值，再根据监测数据对温湿度进行报警，显示和控制等。此系统适宜在种植者里或其他方面普及使用。
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