单片机的蔬菜大棚温湿度控制
单片机的蔬菜大棚温湿度控制[20200128191811]
摘 要
在现在农业生产中，随着大棚技术的普及，温室大棚数量的不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的就是温度和湿度的控制。温湿度不处于作物生长的最适范围，就会影响作物的良好生长，影响效益，所以将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内就很重要。本设计就是主要为了实现大棚温湿度的显示，报警，和调节。
本论文主要阐述了基于AT89C51单片机的蔬菜大棚温湿度控制的设计原理，有电路设计及软件设计等部分。该系统主要由单片机、数字温湿度传感器SHT11、数码管、键盘，LED等组成。该设计采用AT89C51单片机作为控制器，SHT11作为温湿度的采集器，可对执行部分发出指令实现大棚的温湿度参数调节，根据实际需求设计了单片机控制系统，该系统能实现数据的采集，数据处理，数值显示，键盘扫描，温湿度设置及超限报警，温湿度的调节(加湿，降湿，加温，降温）功能。同时介绍了温湿度传感器，单片机接口，及其应用软件的设计，并进行仿真。该系统性能可靠，结构简单，调试方便，能实现对蔬菜大棚内的温湿度的自动调节！
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关键字:温湿度控制；AT89C51；SHT11；超限报警；温湿度调节
引 言 1
一 总体设计 1
（一）、 总体设计 1
（二）、硬件总体设计 1
1、总体方案的设计 1
2、 系统原理 2
二 硬件电路设计 2
（一） 最小系统电路设计 3
1、主控芯片 AT89C51 3
2、时钟电路和复位电路 4
（二）传感器测量传输电路设计 6
1 、SHT11简介 6
2 、SHT11内部结构原理 6
3 、SHT11的应用及接线 7
（三） 按键设置电路设计 9
（四） 数码管显示电路的设计 10
1、 数码管的基本知识 10
2、 数码管的显示 11
3、 数码管的连接 11
（五）报警调节电路的设计 12
（六）驱动电路设计 13
（七）系统整体原理图和PCB 15
三 软件体系结构 17
（一） 主程序的设计 17
（二） SHT11温湿度子程序 19
（三） 温湿度调节程序 20
五 系统仿真及硬件调试 22
（一） 用Keil uVision2进行编译 22
（二） Proteus仿真 22
（三） 实物调试 25
结 论 26
致 谢 27
参考文献 27
附录1 原理图 28
附录2源程序 29
附录3 PCB布线图 43
引 言
近年来随着计算机在社会领域的影响和大规模集成电路的发展，单片机应用也不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，非常适合用于与控制有关的系统，所以被广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，农业生产以及家用电器等领域。
随着现代农业的一步步推进，传统的蔬菜大棚，已满足不了生产需求，自动化的控制大棚生产环境就越来越受要求，温湿度报警调节能够满足农业蔬菜生产对于温湿度控制的需求，让人们清楚地了解当前环境温湿度，并进行相应的报警调节。
这次设计以关注实践为思想，以节约为要求，以设计的实际应用为目的，以提高自己的能力为目标，踏踏实实完成每一项设计工作，以达到预期成果和目的。
在设计中，采用系统模块化设计，然后一个个模块的整合成整个系统，软件的仿真调试，达到最终所要的效果。
一 总体设计
（一）、 总体设计
设计一个基于单片机的蔬菜大棚温湿度控制系统，用单片机作为主控芯片，通过SHT11温湿度传感器采样外部信号：其测量原理是首先利用两只传感器分别产生相对湿度、温度的信号, 然后经过放大, 分别送至A /D转换器进行模数转换、校准和纠错,最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至微控器, 再利用微控器完成非线性补偿和温度补偿。然后通过程序计算温湿度，将数据传输与单片机，通过单片机P0.0-P0.3口输出信号，经过译码器，反相器进行数码管位选，通过P1.0-P1.7口输出信号进行段选，进而通过数码管显示电路来显示温湿度，通过P2.0-P2.5口进行报警，升降温度，增减湿度。
设计主要要求如下：
（1）运用SHT11温湿度传感器有效实现数据采集。
（2）保证单片机对SHT11温湿度传感器采集的信号能够有效读取传输。
（3）在按键的控制下，数码管显示上下限的加减改变。
（4）温湿超限时能够报警和调节。
（二）、硬件总体设计
这次毕业设计采用系统模块化设计。包括传感器测量传输电路、按键设置电路，单片机最小系统电路、数码管显示电路以及超限报警调节电路等。各个电路整合一起就构成了一个基于单片机的温湿度控制系统。
1、总体方案的设计
总体设计方案系统框图如图1所示总体设计方案系统框图：
图1 总体设计方案系统框图
2、 系统原理
系统以AT89ｃ51单片机作为主控芯片，利用SHT11传感器中的两只传感器分别产生相对湿度、温度的信号, 然后经过放大, 分别送至A /D转换器进行模数转换、校准和纠错,最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至微控器, 再利用微控器完成非线性补偿和温度补偿，，将数据传输与单片机通过程序计算脉冲信号，对获取的信号进行温湿度的计算，以获得温湿度值，通过译码器，反相器进行信号处理；通过数码管显示电路显示扫描输出出来，。对于设定的温湿度上下限，用KEY1按键来确定需要改变的数值，用KEY2对选择的数值进行加１，用KEY3对所选择的数值进行减１。当超过上下限时，用一个输出口来用于超限报警。当超限时，单片机控制用P2.0－P2.5口进行相应的温湿度调节。
（二）、软件总体设计
硬件是载体，实现功能还需要软件的支持，而软件我用C语言程序进行实现。为了实现对温湿度的显示、报警、调节。所以软件将功能实现就需要这些程序：基本驱动程序，复位程序、温度处理程序，计算温度程序、计算湿度程序，延时程序、显示温湿度处理程序、按键处理程序、中断程序，系统初始化程序。
二 硬件电路设计
本设计是基于AT89ｃ51的温湿度控制系统。设计采用系统电路分块的设计理念；。此次设计主要工作是：根据大棚温湿度环境，通过SHT11温湿度传感器采样，通过数码管上显示温湿度，通过按键改变上下限，通过单片机控制超限报警调节。硬件系统主要有以下几部分组成，下面介绍。
（一） 最小系统电路设计
最小系统电路主要包括有单片机，晶振电路，复位电路。
1、主控芯片 AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
引脚功能：
(1)电源及时钟引脚
VCC：电源接入引脚；
VSS：接地引脚；
XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡时，此引脚接地）；
XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡时，此引脚 作为外部振荡信号的输入端）。
摘 要
在现在农业生产中，随着大棚技术的普及，温室大棚数量的不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的就是温度和湿度的控制。温湿度不处于作物生长的最适范围，就会影响作物的良好生长，影响效益，所以将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内就很重要。本设计就是主要为了实现大棚温湿度的显示，报警，和调节。
本论文主要阐述了基于AT89C51单片机的蔬菜大棚温湿度控制的设计原理，有电路设计及软件设计等部分。该系统主要由单片机、数字温湿度传感器SHT11、数码管、键盘，LED等组成。该设计采用AT89C51单片机作为控制器，SHT11作为温湿度的采集器，可对执行部分发出指令实现大棚的温湿度参数调节，根据实际需求设计了单片机控制系统，该系统能实现数据的采集，数据处理，数值显示，键盘扫描，温湿度设置及超限报警，温湿度的调节(加湿，降湿，加温，降温）功能。同时介绍了温湿度传感器，单片机接口，及其应用软件的设计，并进行仿真。该系统性能可靠，结构简单，调试方便，能实现对蔬菜大棚内的温湿度的自动调节！
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关键字:温湿度控制；AT89C51；SHT11；超限报警；温湿度调节
引 言 1
一 总体设计 1
（一）、 总体设计 1
（二）、硬件总体设计 1
1、总体方案的设计 1
2、 系统原理 2
二 硬件电路设计 2
（一） 最小系统电路设计 3
1、主控芯片 AT89C51 3
2、时钟电路和复位电路 4
（二）传感器测量传输电路设计 6
1 、SHT11简介 6
2 、SHT11内部结构原理 6
3 、SHT11的应用及接线 7
（三） 按键设置电路设计 9
（四） 数码管显示电路的设计 10
1、 数码管的基本知识 10
2、 数码管的显示 11
3、 数码管的连接 11
（五）报警调节电路的设计 12
（六）驱动电路设计 13
（七）系统整体原理图和PCB 15
三 软件体系结构 17
（一） 主程序的设计 17
（二） SHT11温湿度子程序 19
（三） 温湿度调节程序 20
五 系统仿真及硬件调试 22
（一） 用Keil uVision2进行编译 22
（二） Proteus仿真 22
（三） 实物调试 25
结 论 26
致 谢 27
参考文献 27
附录1 原理图 28
附录2源程序 29
附录3 PCB布线图 43
引 言
近年来随着计算机在社会领域的影响和大规模集成电路的发展，单片机应用也不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，非常适合用于与控制有关的系统，所以被广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，农业生产以及家用电器等领域。
随着现代农业的一步步推进，传统的蔬菜大棚，已满足不了生产需求，自动化的控制大棚生产环境就越来越受要求，温湿度报警调节能够满足农业蔬菜生产对于温湿度控制的需求，让人们清楚地了解当前环境温湿度，并进行相应的报警调节。
这次设计以关注实践为思想，以节约为要求，以设计的实际应用为目的，以提高自己的能力为目标，踏踏实实完成每一项设计工作，以达到预期成果和目的。
在设计中，采用系统模块化设计，然后一个个模块的整合成整个系统，软件的仿真调试，达到最终所要的效果。
一 总体设计
（一）、 总体设计
设计一个基于单片机的蔬菜大棚温湿度控制系统，用单片机作为主控芯片，通过SHT11温湿度传感器采样外部信号：其测量原理是首先利用两只传感器分别产生相对湿度、温度的信号, 然后经过放大, 分别送至A /D转换器进行模数转换、校准和纠错,最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至微控器, 再利用微控器完成非线性补偿和温度补偿。然后通过程序计算温湿度，将数据传输与单片机，通过单片机P0.0-P0.3口输出信号，经过译码器，反相器进行数码管位选，通过P1.0-P1.7口输出信号进行段选，进而通过数码管显示电路来显示温湿度，通过P2.0-P2.5口进行报警，升降温度，增减湿度。
设计主要要求如下：
（1）运用SHT11温湿度传感器有效实现数据采集。
（2）保证单片机对SHT11温湿度传感器采集的信号能够有效读取传输。
（3）在按键的控制下，数码管显示上下限的加减改变。
（4）温湿超限时能够报警和调节。
（二）、硬件总体设计
这次毕业设计采用系统模块化设计。包括传感器测量传输电路、按键设置电路，单片机最小系统电路、数码管显示电路以及超限报警调节电路等。各个电路整合一起就构成了一个基于单片机的温湿度控制系统。
1、总体方案的设计
总体设计方案系统框图如图1所示总体设计方案系统框图：
图1 总体设计方案系统框图
2、 系统原理
系统以AT89ｃ51单片机作为主控芯片，利用SHT11传感器中的两只传感器分别产生相对湿度、温度的信号, 然后经过放大, 分别送至A /D转换器进行模数转换、校准和纠错,最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至微控器, 再利用微控器完成非线性补偿和温度补偿，，将数据传输与单片机通过程序计算脉冲信号，对获取的信号进行温湿度的计算，以获得温湿度值，通过译码器，反相器进行信号处理；通过数码管显示电路显示扫描输出出来，。对于设定的温湿度上下限，用KEY1按键来确定需要改变的数值，用KEY2对选择的数值进行加１，用KEY3对所选择的数值进行减１。当超过上下限时，用一个输出口来用于超限报警。当超限时，单片机控制用P2.0－P2.5口进行相应的温湿度调节。
（二）、软件总体设计
硬件是载体，实现功能还需要软件的支持，而软件我用C语言程序进行实现。为了实现对温湿度的显示、报警、调节。所以软件将功能实现就需要这些程序：基本驱动程序，复位程序、温度处理程序，计算温度程序、计算湿度程序，延时程序、显示温湿度处理程序、按键处理程序、中断程序，系统初始化程序。
二 硬件电路设计
本设计是基于AT89ｃ51的温湿度控制系统。设计采用系统电路分块的设计理念；。此次设计主要工作是：根据大棚温湿度环境，通过SHT11温湿度传感器采样，通过数码管上显示温湿度，通过按键改变上下限，通过单片机控制超限报警调节。硬件系统主要有以下几部分组成，下面介绍。
（一） 最小系统电路设计
最小系统电路主要包括有单片机，晶振电路，复位电路。
1、主控芯片 AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
引脚功能：
(1)电源及时钟引脚
VCC：电源接入引脚；
VSS：接地引脚；
XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡时，此引脚接地）；
XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡时，此引脚 作为外部振荡信号的输入端）。
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