单片机农业大棚温湿度监控系统设计
随着农业的不断快速发展，农业大棚的应用越来越广泛。在农业大棚中，最关键的因素是对温湿度的监控。而传统的温湿度检测一般是人工的，效率低，成本高。本设计是一个无线温湿度监控系统。以STC89C52为主要芯片，并用温湿度传感器DHT11收集温湿度数据，把收集到的数据传送给STC89C52，NRF24L01通过模拟SPI口与单片机进行数据传送，然后，NRF24L01将数据发送出去。接收模块NRF24L01接收数据并传送给STC89C52，最后把温湿度的信息显示在显示屏LCD1602上。本设计还能在温湿度达到上限时，进行实时报警，并且可以修改温湿度上限值。本设计能同时实现对温湿度的检测，并且通过简单的无线通讯设备实现对数据的接收与发送，最终实现实时显示和上限报警。该系统最大的特点就是结构简单，可靠，功耗较低和成本低。关键词 STC89C52，无线温湿度监控系统，DHT11，NRF24L01，LCD1602
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的选题背景 1
1.2 课题研究的现状与发展趋势 2
1.3 课题研究的目的与意义 3
1.4 课题研究的内容 4
2 系统总体设计方案 4
2.1 系统功能设计 4
2.2 系统的组成 4
3 系统硬件电路设计 8
3.1 单片机最小系统 8
3.2 温湿度检测 9
3.3 无线收发模块 10
3.4 显示模块 13
3.5 按键模块 14
3.6 报警模块 14
4 系统软件设计 15
4.1 发送机软件设计 15
4.2 接收机软件设计 19
5 软硬件调试 22
5.1 软件调试 22
5.2 硬件调试 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录A 硬件原理图 31
附录B 软件程序 32
1 绪论
在农业大棚的监控和管理中，我们要注意温湿度，因为其决定了作物能否茁壮生长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
。目前，虽然农业大棚四处可见，然而设备的古老、落后的采集方法，让我们的温湿度监控工作费时、费力。这样下去，农业大棚的生产规模扩展不起来，自动化水平也提升不了。农业作为最原始的工作，已经成为社会不可缺少的行业。科技促进了农业的迅猛发展，并逐渐渗入农业大棚中。传统的农业大棚，大多使用廉价劳动力，人为的监控与管理，自动化程度很低[1]。这样的农业大棚就达不到最大的经济效益。所以，我们需要设计一个无线化、自动化和智能化的农业大棚温湿度监控系统。
1.1 课题研究的选题背景
在工业生产中，会出现大量的数据，所以需要员工一直观察设备是否处于正常运行状态，但由于生产环境的限制，满足不了这一要求，这时就需要把数据传输到一个便于观察的场所。这时，一般会采用传统的数据传输方法：铺设很长的数据传输线路。这样不但空间占用大、操作性差、当出现数据传输故障时排查较为复杂。相反，如果使用基于单片机并采用无线收发的方式进行数据采集就方便多了。
近年来，我们的生活方式正向着无线化、自动化不断发展。现在，在家安装智能家居采集监控系统成为了一种趋势，而智能家居的原理就是基于单片机并采用无线收发技术采集室内的各种数据，例如，实时的温湿度数据、有无不良气体等。并且还能进行人性化的自动监控和管理，这样的装置使人们的生活水平大大提升[2]。
在农业生产中，传统的模式都是使用廉价劳动力，并且农业生产都是大面积的，我们只有通过测量农业生产中多个点的数据，才能保证数据的准确性。这样的话，任务量太大，如果依旧使用原来的监控和管理方法明显是行不通的[2]。所以，我们把基于单片机并采用无线收发技术应用到农业生产中，使得农业生产监控和管理更精确、方便、可靠。
综上所述，在各行各业中，这种基于单片机并采用无线收发采集系统已经广泛应用众多不同领域。但凡线路繁琐或不方便布线的场所都可以通过无线方案来处理，这样，设计就变得有意义了。
所以，一个基于单片机并可以进行无线收发的农业温湿度监控系统设计对农业大棚的发展意义重大，也是这个时代需要的技术。
1.2 课题研究的现状与发展趋势
最开始将计算机应用于管理和监控农业大棚的国度是美国。它所设计的功能是根据作物本身的特性以及生长所需的特殊条件，对作物的温湿度，光照等要素进行自动监控[3]。通过这种自动监控系统，人们可以事先在计算机中输入在作物所需的各种数据，然后由传感器去检测实时的数据，最后计算机把设置的参数和检测到的数据进行对比，根据差异确定农业大棚的监控管理方案。比如说：升温降温、加湿洒水和通风等。
而现在的温湿度检测现状，不外乎以下几类。
目前温度计的种类很多，应用越来越广泛，随处都可以见到它的身影。温度计的种类大体有以下几种：玻璃温度计、双金属温度计、压力温度计、热电偶效应温度计、热阻效应温度计和热辐射温度计[4]。值得一提的是，近年来在温度检测技术领域，多种新型的温度检测技术也得到了发展，并取得了实用性的成功。例如以下的温度检测元件：晶体管温度检测元件、集成电路温度检测元件、核磁共振温度检测器、热噪声温度监测器、石英晶体温度监测器和微波温度监测器等[4]。在这些温度检测元件中，热电偶的使用最普遍，它价钱小、耐用，品种又多，可测量的温度范围很宽。有优点就有缺点，它的缺陷是响应速度慢、精度不高、灵敏度和稳定性较低、使用时间不长，并且只能在有参考量的情况下才能测量，这样既加大了工作量，又使得测量变得复杂[5]。
使用毛发或纤维在湿度不同情况下其长度发生的变动来确定湿度，是最早的湿度检测方法。随着社会的不断发展，我们有了更多的检测技术方法：利用毛发、尼龙袜的伸缩来确定湿度、利用水的蒸发（湿球湿度计）、经过检测露点（光电式、水晶式等）从而推断出湿度或者利用电磁波、吸收式、检测水蒸气的压力来检测[6]。现如今，在进行湿度检测时运用最多的元件就是湿敏湿度检测。我们可以选择的湿敏检测种类多样，检测灵敏。但互换性差，且环境中的杂质对检测的湿度数据有很大的影响，最终导致其测量精度和稳定性下降[7]。
高科技是国外农业大棚行业正在发展的方向，网络化、自动化和智能化在农业大棚中的应用比重越来越大。近几年来，网络化、标准化、规模化和无人化的农业大棚监控和管理，被各国管理温湿度监控的机构提出。现如今，国内外温湿度检测不断发展成熟、单片机运用范围变得越来越生活化、大规模集成电路技术不断进步，一批高质量、高品质的单片机数据采集开始出现在人们的视眼中[8]。
我国现如今大部分的农业大棚温湿度监控的功能与上面提到的差不多。这种监控系统完成了一些的自动化要求，可用于一些小规模的生产，提高了劳动生产速度。设计可根据作物本身的特性以及生长所需的特殊条件，对作物的温湿度，光照等要素进行自动监控[9]。然而，设置值的调节相对于作物的成长是滞后的，这样就不符合作物生长的基本法则。所以在这种自动监控系统和管理的基础上，温湿度自动监控需要向着能顺应不同作物生长的智能化监控发展。
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1 绪论 1
1.1 课题研究的选题背景 1
1.2 课题研究的现状与发展趋势 2
1.3 课题研究的目的与意义 3
1.4 课题研究的内容 4
2 系统总体设计方案 4
2.1 系统功能设计 4
2.2 系统的组成 4
3 系统硬件电路设计 8
3.1 单片机最小系统 8
3.2 温湿度检测 9
3.3 无线收发模块 10
3.4 显示模块 13
3.5 按键模块 14
3.6 报警模块 14
4 系统软件设计 15
4.1 发送机软件设计 15
4.2 接收机软件设计 19
5 软硬件调试 22
5.1 软件调试 22
5.2 硬件调试 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录A 硬件原理图 31
附录B 软件程序 32
1 绪论
在农业大棚的监控和管理中，我们要注意温湿度，因为其决定了作物能否茁壮生长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
。目前，虽然农业大棚四处可见，然而设备的古老、落后的采集方法，让我们的温湿度监控工作费时、费力。这样下去，农业大棚的生产规模扩展不起来，自动化水平也提升不了。农业作为最原始的工作，已经成为社会不可缺少的行业。科技促进了农业的迅猛发展，并逐渐渗入农业大棚中。传统的农业大棚，大多使用廉价劳动力，人为的监控与管理，自动化程度很低[1]。这样的农业大棚就达不到最大的经济效益。所以，我们需要设计一个无线化、自动化和智能化的农业大棚温湿度监控系统。
1.1 课题研究的选题背景
在工业生产中，会出现大量的数据，所以需要员工一直观察设备是否处于正常运行状态，但由于生产环境的限制，满足不了这一要求，这时就需要把数据传输到一个便于观察的场所。这时，一般会采用传统的数据传输方法：铺设很长的数据传输线路。这样不但空间占用大、操作性差、当出现数据传输故障时排查较为复杂。相反，如果使用基于单片机并采用无线收发的方式进行数据采集就方便多了。
近年来，我们的生活方式正向着无线化、自动化不断发展。现在，在家安装智能家居采集监控系统成为了一种趋势，而智能家居的原理就是基于单片机并采用无线收发技术采集室内的各种数据，例如，实时的温湿度数据、有无不良气体等。并且还能进行人性化的自动监控和管理，这样的装置使人们的生活水平大大提升[2]。
在农业生产中，传统的模式都是使用廉价劳动力，并且农业生产都是大面积的，我们只有通过测量农业生产中多个点的数据，才能保证数据的准确性。这样的话，任务量太大，如果依旧使用原来的监控和管理方法明显是行不通的[2]。所以，我们把基于单片机并采用无线收发技术应用到农业生产中，使得农业生产监控和管理更精确、方便、可靠。
综上所述，在各行各业中，这种基于单片机并采用无线收发采集系统已经广泛应用众多不同领域。但凡线路繁琐或不方便布线的场所都可以通过无线方案来处理，这样，设计就变得有意义了。
所以，一个基于单片机并可以进行无线收发的农业温湿度监控系统设计对农业大棚的发展意义重大，也是这个时代需要的技术。
1.2 课题研究的现状与发展趋势
最开始将计算机应用于管理和监控农业大棚的国度是美国。它所设计的功能是根据作物本身的特性以及生长所需的特殊条件，对作物的温湿度，光照等要素进行自动监控[3]。通过这种自动监控系统，人们可以事先在计算机中输入在作物所需的各种数据，然后由传感器去检测实时的数据，最后计算机把设置的参数和检测到的数据进行对比，根据差异确定农业大棚的监控管理方案。比如说：升温降温、加湿洒水和通风等。
而现在的温湿度检测现状，不外乎以下几类。
目前温度计的种类很多，应用越来越广泛，随处都可以见到它的身影。温度计的种类大体有以下几种：玻璃温度计、双金属温度计、压力温度计、热电偶效应温度计、热阻效应温度计和热辐射温度计[4]。值得一提的是，近年来在温度检测技术领域，多种新型的温度检测技术也得到了发展，并取得了实用性的成功。例如以下的温度检测元件：晶体管温度检测元件、集成电路温度检测元件、核磁共振温度检测器、热噪声温度监测器、石英晶体温度监测器和微波温度监测器等[4]。在这些温度检测元件中，热电偶的使用最普遍，它价钱小、耐用，品种又多，可测量的温度范围很宽。有优点就有缺点，它的缺陷是响应速度慢、精度不高、灵敏度和稳定性较低、使用时间不长，并且只能在有参考量的情况下才能测量，这样既加大了工作量，又使得测量变得复杂[5]。
使用毛发或纤维在湿度不同情况下其长度发生的变动来确定湿度，是最早的湿度检测方法。随着社会的不断发展，我们有了更多的检测技术方法：利用毛发、尼龙袜的伸缩来确定湿度、利用水的蒸发（湿球湿度计）、经过检测露点（光电式、水晶式等）从而推断出湿度或者利用电磁波、吸收式、检测水蒸气的压力来检测[6]。现如今，在进行湿度检测时运用最多的元件就是湿敏湿度检测。我们可以选择的湿敏检测种类多样，检测灵敏。但互换性差，且环境中的杂质对检测的湿度数据有很大的影响，最终导致其测量精度和稳定性下降[7]。
高科技是国外农业大棚行业正在发展的方向，网络化、自动化和智能化在农业大棚中的应用比重越来越大。近几年来，网络化、标准化、规模化和无人化的农业大棚监控和管理，被各国管理温湿度监控的机构提出。现如今，国内外温湿度检测不断发展成熟、单片机运用范围变得越来越生活化、大规模集成电路技术不断进步，一批高质量、高品质的单片机数据采集开始出现在人们的视眼中[8]。
我国现如今大部分的农业大棚温湿度监控的功能与上面提到的差不多。这种监控系统完成了一些的自动化要求，可用于一些小规模的生产，提高了劳动生产速度。设计可根据作物本身的特性以及生长所需的特殊条件，对作物的温湿度，光照等要素进行自动监控[9]。然而，设置值的调节相对于作物的成长是滞后的，这样就不符合作物生长的基本法则。所以在这种自动监控系统和管理的基础上，温湿度自动监控需要向着能顺应不同作物生长的智能化监控发展。
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