单片机的大棚温湿度监控系统设计
随着大棚技术的普及，温湿度控制已经成为一种普遍的社会研究项目。本设计是基于STC89C52单片机的温室温湿度控制系统，主要是对温度、湿度、光照度及其它温室环境参数的检测与控制，选用性能优越的温湿度传感器SHT10对温湿度进行实时采集，采用LCD1602实时显示。该系统由单片机系统模块、温湿度采集模块、光照度采集模块、按键检测模块、A/D转换模块、液晶显示模块及时钟模块7个部分组成。通过这个系统，可对温室内的各个环境参数进行有效、可靠地检测与控制，以保证温室内的农作物在最佳的条件下生长，从而达到提高质量和产量的目的[]。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容 1
1.3本系统实现的功能 1
1.4论文组织结构图 2
1.5本章小结 3
2.总体方案的论证与选型 3
2.1主控模块的选型和论证 3
2.2AD转换模块的选型和论证 3
2.3温湿度采集模块的选型和论证 4
2.4光照、采集模块的选型和论证 4
2.5显示模块的选型和论证 4
2.6时钟芯片的选型和论证 5
2.7键盘模块的选型和论证 5
2.8本章小结 5
3.系统硬件设计 6
3.1系统总体结构设计 6
3.2主控模块设计 7
3.2.1单片机最小系统设计 7
3.3温湿度采集模块设计 8
3.3.1温湿度传感器SHT10简介 8
3.3.2温湿度采集电路设计 9
3.3.3温湿度采集电路原理 9
3.4光照度采集模块设计 12
3.4.1光照度采集电路 12
3.4.2 CO2模拟采集电路 13
3.5液晶显示模块设计 13
3.6键盘模块设计 15
3.7DS1302时钟模块设计 17
3.7.1DS1302简介 17
3.7.2 DS1302实时显示 18
3.7.3 DS1302时钟电路 19
/> 3.8电机驱动模块设计 19
3.9风机、光照驱动模块设计 21
3.10本章小结 22
4.系统软件设计 22
4.1主程序 22
4.2温湿度检测子程序 24
4.3 PID温控子程序 24
4.4控制系统处理子程序 27
4.5按键检测程序流程图 28
4.6本章小结 30
5.系统调试 31
5.1硬件调试 31
5.2软件调试 31
5.3系统功能总结 32
5.4本章小结 32
附录1：系统总体电路图 33
附录2： PID温控程序 34
附录3：按键检测程序 39
结束语 41
总体致谢 42
参考文献 43
1.绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着传感技术、计算机的快速发展，现代化温室智能监控系统的开发已成为设施农业的一项热门研究。传统的温室控制是通过人工来控制环境参数的，这种方法效率比较低。现在，农业产业规模不断提高，对温湿度的要求也相应提高。温湿度过低或过高都有可能引起元器件的失效进而引起意想不到的事故，降低系统的可靠性，甚至会危及操作人员的安全。因此，实施对温湿度的监控也日益重要。
温室大棚是作物栽培过程中不可或缺的设施之一，因而对大棚作物的生长来说，大棚内温度、湿度、光照度等环境参数至关重要。本课题提出的温室控制系统是基于单片机技术设计的，能够对大棚内温度、湿度、光照度等参数进行实时检测与控制，为植物生长提供最佳环境，以满足温室作物生长发育的需求。该系统性价比高，可维护性好，抗干扰能力强，精度高，安装方便，是一种智能化、节能化、网络化的方案，有助于促进农作物生长，提高其质量，从而带来更好的经济效益和社会效益[]。
1.2课题研究的内容
课题研究的主要内容包括：
⑴提出对温度、湿度、光照度及浓度的整体检测方案，并对其测量原理进行分析。
⑵根据系统硬件方案，画出各模块的原理图，并对各模块进行分析。
⑶完成系统软件的程序构思，算法设计，编写出完整的程序。
⑷实现系统的抗干扰能力设计及可靠性设计。
⑸分析方案的不足并提出改进方法。
1.3本系统实现的功能
本系统的核心是利用单片机实现对温室环境参数的采集，其基本功能如下：
（1）温度检测，测温范围0～50℃，测温精度±2℃，PID算法控制，LCD显示屏显示；
（2）湿度检测，湿度设定范围20%80%RH，测湿精度±5%RH，驱动电路控制，LCD显示；
（3）光照度检测，光照度设定范围勒克斯（lux），LCD显示；
（4）二氧化碳浓度模拟检测，电位器模拟控制，LCD显示；
（5）可由键盘电路实现对参数限值的修改；
（6）LCD显示屏显示当前时间。
1.4论文组织结构图
1.5本章小结
本章内容是论文的开头部分，即绪论。绪论，顾名思义就是简要介绍了论文的主要内容，提出了课题研究的背景、意义及内容，并列出了相应的解决方法，为论文后面的设计部分奠定了扎实的理论基础。
2.总体方案的选型与论证
本系统主要包括以下几个模块：主控模块、A/D转换模块、温湿度采集模块、光照度采集模块、键盘模块、显示模块及时钟模块，下面就其中几个主要模块进行选型和论证。
2.1主控模块的选型和论证
方案一：采用16位、超低功耗的系列单片机。它集模拟电路，数字电路，微处理器于一体。提供强大的功能。不过该芯片造价昂贵，不适合一般的设计与开发。
方案二：采用51系列的STC89C52单片机。该单片机是一个高可靠性，高性能，超低价的8位单片机，提供32个IO口，支持在线编程和调试，方便程序的调试及下载。
综合比较，51系列单片机兼具功能强大、价格低廉的优点，故采用方案二。
2.2AD转换模块的选型和论证
方案一：采用比较常用的，该芯片包括一个8位的，逐次逼近型的部分。功能类似“数据采集系统”。它可选通8路模拟输入通道,然后进行分时转换，多应用于各种自动控制场合[]。
方案二：采用模数转换器。是20脚装的10位开关电容逐次逼近模数转换器，接口采用串行通信。特点是性价比高、输入通道多、易于和单片机接口，各种数据采集系统多选择用它[]。
由于本设计中所涉及的外围电路比较多，占用单片机端口随之增加，为了减少端口的使用，采用方案二中的具有多输入通道可实现串行转并行的TLC1543。
2.3温湿度采集模块的选型和论证
方案一：采用温度传感器和相对湿度传感器构成的温湿度检测系统。
方案二：采用集温湿度传感器于一体的芯片为核心的温湿度检测系统。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容 1
1.3本系统实现的功能 1
1.4论文组织结构图 2
1.5本章小结 3
2.总体方案的论证与选型 3
2.1主控模块的选型和论证 3
2.2AD转换模块的选型和论证 3
2.3温湿度采集模块的选型和论证 4
2.4光照、采集模块的选型和论证 4
2.5显示模块的选型和论证 4
2.6时钟芯片的选型和论证 5
2.7键盘模块的选型和论证 5
2.8本章小结 5
3.系统硬件设计 6
3.1系统总体结构设计 6
3.2主控模块设计 7
3.2.1单片机最小系统设计 7
3.3温湿度采集模块设计 8
3.3.1温湿度传感器SHT10简介 8
3.3.2温湿度采集电路设计 9
3.3.3温湿度采集电路原理 9
3.4光照度采集模块设计 12
3.4.1光照度采集电路 12
3.4.2 CO2模拟采集电路 13
3.5液晶显示模块设计 13
3.6键盘模块设计 15
3.7DS1302时钟模块设计 17
3.7.1DS1302简介 17
3.7.2 DS1302实时显示 18
3.7.3 DS1302时钟电路 19
/> 3.8电机驱动模块设计 19
3.9风机、光照驱动模块设计 21
3.10本章小结 22
4.系统软件设计 22
4.1主程序 22
4.2温湿度检测子程序 24
4.3 PID温控子程序 24
4.4控制系统处理子程序 27
4.5按键检测程序流程图 28
4.6本章小结 30
5.系统调试 31
5.1硬件调试 31
5.2软件调试 31
5.3系统功能总结 32
5.4本章小结 32
附录1：系统总体电路图 33
附录2： PID温控程序 34
附录3：按键检测程序 39
结束语 41
总体致谢 42
参考文献 43
1.绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着传感技术、计算机的快速发展，现代化温室智能监控系统的开发已成为设施农业的一项热门研究。传统的温室控制是通过人工来控制环境参数的，这种方法效率比较低。现在，农业产业规模不断提高，对温湿度的要求也相应提高。温湿度过低或过高都有可能引起元器件的失效进而引起意想不到的事故，降低系统的可靠性，甚至会危及操作人员的安全。因此，实施对温湿度的监控也日益重要。
温室大棚是作物栽培过程中不可或缺的设施之一，因而对大棚作物的生长来说，大棚内温度、湿度、光照度等环境参数至关重要。本课题提出的温室控制系统是基于单片机技术设计的，能够对大棚内温度、湿度、光照度等参数进行实时检测与控制，为植物生长提供最佳环境，以满足温室作物生长发育的需求。该系统性价比高，可维护性好，抗干扰能力强，精度高，安装方便，是一种智能化、节能化、网络化的方案，有助于促进农作物生长，提高其质量，从而带来更好的经济效益和社会效益[]。
1.2课题研究的内容
课题研究的主要内容包括：
⑴提出对温度、湿度、光照度及浓度的整体检测方案，并对其测量原理进行分析。
⑵根据系统硬件方案，画出各模块的原理图，并对各模块进行分析。
⑶完成系统软件的程序构思，算法设计，编写出完整的程序。
⑷实现系统的抗干扰能力设计及可靠性设计。
⑸分析方案的不足并提出改进方法。
1.3本系统实现的功能
本系统的核心是利用单片机实现对温室环境参数的采集，其基本功能如下：
（1）温度检测，测温范围0～50℃，测温精度±2℃，PID算法控制，LCD显示屏显示；
（2）湿度检测，湿度设定范围20%80%RH，测湿精度±5%RH，驱动电路控制，LCD显示；
（3）光照度检测，光照度设定范围勒克斯（lux），LCD显示；
（4）二氧化碳浓度模拟检测，电位器模拟控制，LCD显示；
（5）可由键盘电路实现对参数限值的修改；
（6）LCD显示屏显示当前时间。
1.4论文组织结构图
1.5本章小结
本章内容是论文的开头部分，即绪论。绪论，顾名思义就是简要介绍了论文的主要内容，提出了课题研究的背景、意义及内容，并列出了相应的解决方法，为论文后面的设计部分奠定了扎实的理论基础。
2.总体方案的选型与论证
本系统主要包括以下几个模块：主控模块、A/D转换模块、温湿度采集模块、光照度采集模块、键盘模块、显示模块及时钟模块，下面就其中几个主要模块进行选型和论证。
2.1主控模块的选型和论证
方案一：采用16位、超低功耗的系列单片机。它集模拟电路，数字电路，微处理器于一体。提供强大的功能。不过该芯片造价昂贵，不适合一般的设计与开发。
方案二：采用51系列的STC89C52单片机。该单片机是一个高可靠性，高性能，超低价的8位单片机，提供32个IO口，支持在线编程和调试，方便程序的调试及下载。
综合比较，51系列单片机兼具功能强大、价格低廉的优点，故采用方案二。
2.2AD转换模块的选型和论证
方案一：采用比较常用的，该芯片包括一个8位的，逐次逼近型的部分。功能类似“数据采集系统”。它可选通8路模拟输入通道,然后进行分时转换，多应用于各种自动控制场合[]。
方案二：采用模数转换器。是20脚装的10位开关电容逐次逼近模数转换器，接口采用串行通信。特点是性价比高、输入通道多、易于和单片机接口，各种数据采集系统多选择用它[]。
由于本设计中所涉及的外围电路比较多，占用单片机端口随之增加，为了减少端口的使用，采用方案二中的具有多输入通道可实现串行转并行的TLC1543。
2.3温湿度采集模块的选型和论证
方案一：采用温度传感器和相对湿度传感器构成的温湿度检测系统。
方案二：采用集温湿度传感器于一体的芯片为核心的温湿度检测系统。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3152.html
