溫室溫濕度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）</p><p><b>　　2010 屆</b></p><p>　　題 目 溫室溫濕度控制系統(tǒng) </p><p>　　專 業(yè) 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　論文字?jǐn)?shù) </p><p>　　完成日期 </p><p&

3、gt;<b>　　溫室溫濕度控制系統(tǒng)</b></p><p>　　摘要：隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大棚溫室栽培作物為人們提供了許許多多的健康農(nóng)產(chǎn)品。大力開發(fā)溫室栽培作物可以創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟效益。而溫室的智能控制系統(tǒng)將直接影響溫室的作物產(chǎn)量。近年來，單片機技術(shù)和各種傳感器技術(shù)的發(fā)展使得溫室智能控制系統(tǒng)的更加完善。雖然現(xiàn)在很多大型農(nóng)場對于溫室的智能控制系統(tǒng)有了一定的應(yīng)用，但其高昂的成本還是

4、不能做到全面的普及。正對這一實際情況，開發(fā)一套低廉，高性能的溫室溫濕度控制系統(tǒng)，在郊區(qū)和一些小農(nóng)場具有非常廣泛的應(yīng)用前景和實際意義。本文以AT89C52單片機為主控芯片，結(jié)合DHT21電容式數(shù)字溫濕度傳感器，8位數(shù)碼管顯示等設(shè)計了一款簡單易操作的溫室溫濕度控制系統(tǒng)。相對其他的溫室智能系統(tǒng)，該設(shè)計有價格低廉，性能優(yōu)越，安全性穩(wěn)定性高等優(yōu)點。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機，AT89C52，溫濕度傳感器，溫室溫濕

5、度控制系統(tǒng)</p><p>　　Temperature and Humidity Control System of Greenhouse</p><p>　　Abstract: With the rapid development of modern agriculture's , greenhouse crops has provided people with many h

6、ealthy agricultural products. Developing greenhouse crops with great efforts can create good social and economic benefits. Meanwhile,the greenhouse's intelligent control system will directly affect the production of

7、 greenhouse crops. In recent years, single chip technology and various of sensor technologies have made the greenhouse intelligent control system more useful. Although the</p><p>　　Key words: microcontrolle

8、r, AT89C52, temperature and humidity sensor, Temperature and Humidity Control System </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1&l

9、t;/b></p><p>　　1.2研究的意義和現(xiàn)狀發(fā)展趨勢以及存在的問題1</p><p>　　1.3研究的目標(biāo)，基本內(nèi)容，方法和措施3</p><p>　　1.4 系統(tǒng)的主要原理3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總設(shè)計以及相關(guān)芯片的介紹4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計4</p&

10、gt;<p>　　2.2單片機的應(yīng)用5</p><p>　　2.3溫濕度傳感器的應(yīng)用6</p><p>　　2.4 顯示部分11</p><p><b>　　2.5繼電器11</b></p><p>　　2.6 電源的應(yīng)用11</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

11、12</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng)12</p><p>　　3.2顯示電路13</p><p>　　3.3輸入模塊電路13</p><p>　　3.4繼電器與單片機接口電路14</p><p>　　3.5 報警電路14</p><p>　　3.6 DHT21溫濕度傳感器電

12、路15</p><p>　　3.7 溫濕度調(diào)節(jié)控制15</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計16</p><p>　　4.1 程序設(shè)計語言簡介16</p><p>　　4.2 Keil C51 軟件的簡介16</p><p>　　4.3 程序主流圖17</p><p>　　4.4

13、按鍵模塊18</p><p>　　4.5 溫濕度采樣模塊20</p><p>　　4.6溫濕度控制模塊21</p><p>　　4.7報警模塊22</p><p><b>　　第五章 總結(jié)23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p&g

14、t;<p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)總電路圖26</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　現(xiàn)代社會隨著科技的發(fā)展尤其是農(nóng)業(yè)科技的日新月異，使

15、得人們能通過創(chuàng)造適合農(nóng)作物生長的環(huán)境來改變其生長周期。滿足人們對作物優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)和低耗的需求。而隨著計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的運用，以及現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速發(fā)展?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)逐漸的趨向于農(nóng)業(yè)的自動化，專業(yè)化。</p><p>　　溫室智能控制系統(tǒng)是微電子技術(shù)，計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的結(jié)晶。他大概經(jīng)歷了四個階段：最開始的原始的手工階段，對于溫室環(huán)境的改變大多只能依靠種植者的經(jīng)驗以避免環(huán)境的過度變化導(dǎo)致的農(nóng)作物的減質(zhì)減產(chǎn)。手工階

16、段過后出現(xiàn)了各種各樣的機械設(shè)備，大片溫室安裝了這樣的機械來作為控制器。二十世紀(jì)七十年代計算機的出現(xiàn)使得各種機械設(shè)備退出了歷史的舞臺。而溫室的智能控制便是于二十世界九十年代中期問世 [1] 。</p><p>　　溫室溫濕度控制系統(tǒng)是溫室智能控制系統(tǒng)的一個分支系統(tǒng)。</p><p>　　溫室溫濕度控制系統(tǒng)是溫室管理者對于溫室的溫濕度環(huán)境的一種微電子技術(shù)，計算機技術(shù)和自動控制系統(tǒng)相結(jié)合的一種創(chuàng)

17、新發(fā)明。它更精確和系統(tǒng)的控制著溫室的溫濕度環(huán)境。使得溫室更適合農(nóng)作物的生長?，F(xiàn)在一般的溫室都有實施溫室溫濕度控制系統(tǒng)的硬件條件。采用溫室溫濕度控制系統(tǒng)更能方便管理者的操作，提高工作效率節(jié)約各種資源，也提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，使其質(zhì)量和數(shù)量都能達到很高的標(biāo)準(zhǔn)，符合我國的現(xiàn)代化發(fā)展 [7] 。</p><p>　　運用溫室溫濕度控制系統(tǒng)進行溫室的管理，能更有效的提高溫室管理者的工作成績。溫室的管理，特別是大型溫室的管理具

18、有農(nóng)作物數(shù)量大，品種多，需求的最佳環(huán)境變化大能缺點。利用計算機的強大記憶和計算能力，對各種環(huán)境需求進行集中系統(tǒng)有效的控制。大大降低了溫室管理者的勞動強度。</p><p>　　1.2研究的意義和現(xiàn)狀發(fā)展趨勢以及存在的問題</p><p><b>　　1.2.1選題意義</b></p><p>　　溫室，又被稱為“暖房”。是用來栽培植物的設(shè)施。在

19、外界環(huán)境不能滿足植物健康生長時給與植物最適合的環(huán)境，以保障植物能按照種植者的期望所成長。溫室智能系統(tǒng)是保障溫室正常運作的控制系統(tǒng)[2]。而溫室溫濕度控制系統(tǒng)正是其中的一個子系統(tǒng)。在溫室智能系統(tǒng)中起到非常巨大的作用。它主要負(fù)責(zé)控制溫室的溫度和濕度，如果沒有溫室溫濕度控制系統(tǒng)，溫室環(huán)境將得不到有效的控制。溫室也將失去它存在的意義?，F(xiàn)在市場上溫室溫濕度控制系統(tǒng)有很多種，它對溫室或不可缺，但它也存在著這樣那樣的不足與缺陷。通過該課題的研究可以充

20、分了解到該系統(tǒng)領(lǐng)域，以提出相關(guān)缺陷的改進，促進該系統(tǒng)的發(fā)展。功能完善的溫室溫濕度控制系統(tǒng)，在促進社會經(jīng)濟發(fā)展，提高人民生活水平質(zhì)量有著重大的意義。</p><p><b>　　1.2.2研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　溫室溫濕度控制系統(tǒng)這一項技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到廣泛的運用，該系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了專業(yè)化，精確化和大規(guī)模生產(chǎn)化。規(guī)范的營運操作使得溫室的相關(guān)產(chǎn)品得到大

21、量的生產(chǎn)，成為如今世界上一項新型的產(chǎn)業(yè)。系統(tǒng)所用的單片機也有多種多樣，比如PIC系列和AT89C52[3]等。而各個系統(tǒng)在各方面也有各自的優(yōu)缺點。目前來說溫室溫濕度控制系統(tǒng)主要有單片機作為主要的中央控制器，通過溫濕度傳感器收集信息，以強大的數(shù)據(jù)庫，和精確及時的計算能力作為依靠，迅速做出控制，以達到對溫室環(huán)境的控制[4]。</p><p>　　現(xiàn)代溫室的控制理論主要有PID控制法和模糊理論控制法。</p>

22、;<p>　　PID控制法，即比例（P）控制，積分（I）控制，微分（D）控制。此類控制法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于溫室控制系統(tǒng)中。但由于溫室農(nóng)作物生長周期的數(shù)據(jù)復(fù)雜性，需求環(huán)境因素的變化量大，以及各種外部環(huán)境因素的原因，導(dǎo)致了計算機對環(huán)境的監(jiān)控出現(xiàn)偏差，控制也將相應(yīng)的出現(xiàn)何種錯誤指令。最終使得溫室農(nóng)作物的減質(zhì)減產(chǎn)。相對來說此類控制方法的效果不夠理想[10] 。</p><p>　　模糊控制法，是以模糊集合為基礎(chǔ)

23、的，它的基本思想是收集模糊性現(xiàn)象，以處理具有模糊現(xiàn)象的事物為目標(biāo)。并將其轉(zhuǎn)化成精確的數(shù)據(jù)為計算機所能處理。它不主張使用復(fù)雜繁瑣的數(shù)學(xué)模型來解決問題。</p><p>　　模糊控制具有的優(yōu)點為以下幾點：1、模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。主要采用語言型控制規(guī)則。設(shè)計中是不需要精確的數(shù)據(jù)模型的。因此便于理解和操作；2、模糊控制適用于動態(tài)特征不容易掌握的對象；3、模糊控制由于采用語言控制規(guī)則，具有很強的獨立性，能與語言規(guī)

24、則之間找到折中的控制選擇。4、模糊控制采用的語言控制規(guī)則具有一定的啟發(fā)性設(shè)計，有利于模擬人工控制，大大的提高了系統(tǒng)的適應(yīng)能力，并具有一定的智力；5、模糊控制的抗干擾性強[5]。</p><p>　　模糊控制的主要缺陷：信息收集的信息模糊，將導(dǎo)致系統(tǒng)控制的精確性下降。如果要提高系統(tǒng)的精確性，則需要收集更大量的環(huán)境因素和建議更精確的模糊語言規(guī)則。從而導(dǎo)致了決策速度的降低，嚴(yán)重時甚至不能做到實時控制。模糊控制的規(guī)則選擇

25、和運用也無精確的標(biāo)準(zhǔn)[6]。</p><p>　　1.2.3.發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著計算機技術(shù)，微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的進一步發(fā)展，使得全球市場對溫室溫濕度控制系統(tǒng)的要求進一步細(xì)致化和增強化。因此溫室溫濕度控制系統(tǒng)也在智能性，安全性，可靠性，方便性等方面得到飛速發(fā)展。具體在一下幾個方面：1、智能化技術(shù)。由于溫室作物的生長周期長，過程復(fù)雜，其所需要的最佳環(huán)境也是一個模糊的動態(tài)數(shù)

26、據(jù)。這造成了溫室控制的不精確性[8]。而且考慮到溫室作物的安全性，以及溫室管理所涉及的市場，人員，技術(shù)，設(shè)備等因素，溫室控制還是無法實現(xiàn)無人化管理。模糊控制理論的提出以及應(yīng)用，適應(yīng)了溫室環(huán)境環(huán)境控制的特點，是現(xiàn)階段溫室溫濕度控制技術(shù)發(fā)展的主要趨勢之一；2、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。過去的溫室控制系統(tǒng)主要由一個主機終端作為控制中心，對各個子系統(tǒng)進行控制調(diào)節(jié)。這種模式的使用不夠靈活，可靠性差。一旦主機出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。分布式系統(tǒng)的發(fā)展方向

27、是采用了無控制中心的方式，每個子系統(tǒng)都有個自己的任務(wù)。當(dāng)一個字系統(tǒng)出現(xiàn)故障并不會影響其他子系統(tǒng)的運行; 3、多因子控制方式。實現(xiàn)以各個因子相互影響控制。能提高溫室控制的效果；4、人機智能系統(tǒng)的集成。溫室環(huán)境控制的各個系統(tǒng)的相互制約。因其復(fù)雜性，需要提供新型的概</p><p>　　1.2.4研究存在問題</p><p>　　溫室溫濕度控制系統(tǒng)對于溫室的溫濕度檢測調(diào)控的精確性和及時性有待改善

28、。在節(jié)能，無污染和操作性上也需要進行強化。</p><p>　　1.3研究的目標(biāo)，基本內(nèi)容，方法和措施</p><p><b>　　1.3.1研究目標(biāo)</b></p><p>　　本次課題主要研究基于單片機AT89C52的溫室溫濕度控制系統(tǒng)。采用單片機AT89C52與DHT21溫濕度傳感器監(jiān)控測量溫室的溫度與濕度。并利用點陳式液晶顯示器顯示相關(guān)

29、數(shù)據(jù)。期望在控制方面進一步提高。并利用中央CPU把溫室溫濕度控制系統(tǒng)的控制偏差降低到一定的水平。通過此次研究能更加完善溫室溫濕度控制系統(tǒng)，滿足各溫室管理者的需求。</p><p>　　1.3.2課題主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本次課題主要研究基于單片機AT89C52的溫室溫濕度控制系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容有一下幾點：（1） 系統(tǒng)能顯示當(dāng)前的溫度和濕度。（2）系統(tǒng)能顯示設(shè)定的溫濕度。（3）

30、系統(tǒng)可保持恒溫和恒濕度，并可控制溫濕度上升下降。（4）系統(tǒng)對于控制溫濕度范圍有限制，并能在超出上下限時報警。（5）系統(tǒng)對控制的細(xì)節(jié)有記載。</p><p><b>　　1.3.3研究方法</b></p><p>　　研究溫室溫濕度控制系統(tǒng)的監(jiān)控測量原理，以及它在運用中存在的一些問題，并設(shè)計基于單片機AT89C52的溫室溫濕度控制系統(tǒng)來解決目前存在的這些問題。首先研究單

31、片機AT89C52的原理以及它的應(yīng)用。接著分為溫度測量，濕度測量，程序編寫，數(shù)碼管顯示和繼電器輸出等部分進行研究。最終設(shè)計出一款集溫濕度顯示，微調(diào)，控制，以及外接電路等功能的溫室溫濕度控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.3.4研究措施</b></p><p>　　在清楚了解研究方法后，制定相應(yīng)的研究措施。主要措施有以下幾點：（1）充分的了解研究方法的各個分部分

32、，及其相關(guān)原理。這要求研究者查閱大量的相關(guān)文獻資料，并進行歸納總結(jié)。（2）基本上要求自己設(shè)計出相關(guān)的電路圖以及相關(guān)的程序。在具體實行時可請指導(dǎo)老師進行指導(dǎo)。（3）充分利用自己已有的資源。利用多次實驗的方法。把誤差減小到最低限度。（4）在最后設(shè)計制造成品時，請指導(dǎo)老師進行改正和完善。</p><p>　　1.4 系統(tǒng)的主要原理</p><p>　　該系統(tǒng)以單片機AT89C52為核心，利用DH

33、T21電容式數(shù)字溫濕度傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，通過8位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，核心CPU數(shù)據(jù)處理以及反饋繼電器。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總設(shè)計以及相關(guān)芯片的介紹</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　現(xiàn)在市場上的溫室溫濕度控制系統(tǒng)通常由溫濕度傳感器，單片機，電源，顯示器，鍵盤，控制器組成。本設(shè)計大致與上述組件相同。在A/D轉(zhuǎn)化模塊中，本設(shè)計采用

34、了集成在單片機內(nèi)部的A/D。系統(tǒng)的大致原理圖如圖2-1。</p><p><b>　　圖2-1系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　系統(tǒng)總電路圖如圖2-2。</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)總電路圖</p><p>　　下面對該系統(tǒng)的各個組成部分進行詳細(xì)介紹。</p><p><b>

35、;　　2.2單片機的應(yīng)用</b></p><p>　　2.2.1單片機的選型方案比較</p><p>　　將微處理器(CPU),存儲器（ROM和ROA等），輸出/輸入（I/O口），定時/計數(shù)器，終端系統(tǒng)等集成在一塊集成電路芯片上。稱之為單片機微型計算機，簡稱單片機（MCU）。</p><p>　　片機組件是整個系統(tǒng)的核心部分，它起到了信號收集，信號處理，

36、按鍵處理，顯示控制，代碼輸出等各種至關(guān)重要的工作。</p><p>　　選擇單片機的型號方面有幾個不同的方案：</p><p>　　方案一：選用AT89C51單片機。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨即存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易

37、失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大，性價比高。</p><p>　　方案二：選用AT89C52單片機。AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），

38、器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。</p><p>　　方案三：選用AT89S51單片機。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度

39、、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。</p><p>　　方案三的單片機功能十分強大，但由于初次接觸該單片機，對其使用能都不是很熟悉，短時間內(nèi)無法上手。因此不選用方案三。方案一和方案二都是出自美國ATMEL公司的單片機，而方案二中的

40、AT89C52單片機相比方案一中的AT89C51單片機，功能更加的強大。對此單片機也比較熟悉。性價比也高。綜上所述，本設(shè)計決定采用方案二的AT89C52單片機。</p><p>　　2.2.2 AT89C52單片機簡介</p><p>　　AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反

41、復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89C52單片機的引腳示意圖如圖2-3。</p><p>　　圖2-3 AT89C52單片機引腳示意圖</p>&l

42、t;p>　　AT89C52單片機主要功能特性如下：</p><p>　　1.兼容MCS51指令，8K可反復(fù)擦寫Flash ROM</p><p>　　2.2個雙向I/O口，256x8bit內(nèi)部RAM</p><p>　　3.3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率0-24MHZ</p><p>　　4.2個串行中斷，可編程UART串行

43、通道</p><p>　　5.2個外部中斷源，共6個中斷源</p><p>　　6.2個讀寫中斷口線，3級加密位</p><p>　　7.低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能</p><p>　　2.3溫濕度傳感器的應(yīng)用</p><p>　　2.3.1溫濕度傳感器的選型方案比較</p><p

44、>　　溫度：度量物體冷熱的物理量，是國際單位制中7個基本物理量之一。</p><p>　　濕度：濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系，但用數(shù)字來進行表示比較困難。平常所說的濕度一般指相對濕度量。</p><p>　　相對濕度：在計量法中規(guī)定，濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。用RH%表示。即氣體中（通常為空氣中）所含水蒸氣量（水蒸氣壓）與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量（飽和水蒸氣壓）的百分比

45、。</p><p>　　由于溫度與濕度與人們的實際生活有著密切的關(guān)系。所以溫濕度一體的傳感器就出現(xiàn)了。</p><p>　　溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成相對容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置。</p><p>　　選擇溫濕度傳感器的型號方面有幾個不同的方案：</p><p>　　方案一：選用DHT11/12數(shù)字式溫濕度傳感器。DH

46、T11/12數(shù)字式傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保其具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11/12傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程

47、中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。</p><p>　　方案二：選用DHT21電容式數(shù)字溫濕度傳感器。DHT21數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式

48、感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。</p>

49、<p>　　方案三：選用SHT11溫濕度傳感器。SHT11是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的基于CMOSensTM技術(shù)的具有I2C總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器。具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點。</p><p>　　方案三所選用的SHT11溫濕度傳感器的功能十分的強大。但由于不是特別的熟，加上性價比問題對此方案排除。而方案一中所用的DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器

50、在精度方面略微顯的有點粗糙。而方案二中的DHT21電容式數(shù)字溫濕度傳感器無論在精確度上還是性價比上都相對符合設(shè)計要求。綜上所述，本設(shè)計采用方案二中的DHT21電容式數(shù)字溫濕度傳感器。</p><p>　　2.3.2 DHT21電容式數(shù)字溫濕度傳感器簡介</p><p>　　DHT21數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)

51、，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成

52、為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。</p><p>　　圖2-4 DHT21傳感器外觀</p><p>　　DHT21電容式數(shù)字溫濕度傳感器的特點：</p><p>　　1.相對的濕度和溫度測量</p><p>　　2.全部都進行了校準(zhǔn)，并數(shù)字式輸出</p><p>　　3.卓越的長期穩(wěn)定性</p>

53、;<p><b>　　4.無需額外部件</b></p><p>　　5.超長的信號傳輸距離</p><p><b>　　6.超低的耗能</b></p><p><b>　　7.4個引腳安裝</b></p><p><b>　　可以安全互換</b&g

54、t;</p><p><b>　　傳感器性能說明</b></p><p>　　表2-1傳感器性能說明</p><p><b>　　接口</b></p><p>　　圖2-5 DHT21傳感器接口電路</p><p>　　DHT21引腳說明</p><p&

55、gt;　　表2-2 DHT21引腳說明</p><p><b>　　電源引腳</b></p><p>　　DHT21的供電電壓為5V。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去偶濾波。</p><p><b>　　單總線接口</b>

56、;</p><p>　　DATA用于DHT21和微處理器之間的同步通訊，運用單總線數(shù)據(jù)的格式，每次通訊時間為5ms，傳輸數(shù)據(jù)位40bit，高電位出。</p><p>　　數(shù)據(jù)的格式：40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度的數(shù)據(jù)+16bit溫度的數(shù)據(jù)+8bit校驗和</p><p>　　當(dāng)溫度為零下時，溫度數(shù)據(jù)的最高位為1。</p><p>　　中央C

57、PU首先發(fā)出一次開始信號，然后DHT21便由低耗能模式轉(zhuǎn)變成高速模式，到中央CPU發(fā)出的開始信號結(jié)束后DHT21發(fā)出相應(yīng)信號，并發(fā)出40bit的數(shù)據(jù)，并進行一次數(shù)據(jù)采集。圖2-6為溫濕度數(shù)據(jù)采集示意圖。</p><p>　　圖2-6溫濕度數(shù)據(jù)采集示意圖</p><p>　　當(dāng)空閑的時候總線就是高電平，當(dāng)通訊開始后中央CPU拉低總線500us后釋放總線。然后延時40us后中央CPU開始檢測D

58、HT21的響應(yīng)信號，大概是一個80us的低電平，然后DHT21再拉高總線大概80us于是進入傳送數(shù)據(jù)。圖2-7為數(shù)據(jù)傳送圖。</p><p><b>　　圖2-7數(shù)據(jù)傳送圖</b></p><p>　　高電平的后面是傳送的數(shù)據(jù)位了，每1bit數(shù)據(jù)是一個低電平的時隙與一個高電平組合而成的。低電平的時隙為一個50us的低電平，這就是數(shù)據(jù)位的開始端，以后的高電平長度決定著該

59、數(shù)據(jù)位的數(shù)值，比較長的高電平為1，比較短的高電平為0?？倲?shù)40bit的數(shù)據(jù)，最后1bit傳送數(shù)據(jù)后，DHT21再將總線拉低50us，然后再釋放總線，而上拉電阻則負(fù)責(zé)拉高總線。如圖2-8為數(shù)字1的信號。圖2-9為數(shù)字0。</p><p>　　圖2-8 數(shù)字1的信號</p><p>　　圖2-9數(shù)字0的信號</p><p><b>　　2.4 顯示部分<

60、/b></p><p>　　要實現(xiàn)人機交流，就必須有一個輸出裝置和一個輸入裝備。顯示部分就是該系統(tǒng)的輸出部分。常用的顯示部分有數(shù)碼管，液晶顯示器等。</p><p>　　方案一：采用數(shù)碼管作為顯示器件。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。能顯示數(shù)字，小數(shù)點，和部分英文字母。具有使用簡單，耗能小，性價比高優(yōu)點。</p><p>　　方案二：采用液

61、晶顯示器作為顯示器件。液晶顯示器，或稱LCD。為平面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。</p><p>　　方案一與方案二相比而言，方案一的性價比更高，使用簡單，且本設(shè)計對于顯示部分的要求不高。故此采用方案一中的8位數(shù)碼管顯示器作為顯示部分。</p><p><b>　　2.5繼電器</b></p><p&

62、gt;　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p><b>　　2.6 電源的應(yīng)用</b></p><p>　　電源是每個系統(tǒng)必不可少的部分組件之一。</p>&

63、lt;p>　　方案一：采用干電池供電。采用9V的干電池。一共9V的總電壓。通過穩(wěn)定電路把電壓穩(wěn)定在5V，提供整個系統(tǒng)的運行。</p><p>　　方案二：采用220V交流電源供電。通過變壓器穩(wěn)定電壓。</p><p>　　方案二相較與方案一缺少安全性。故此采用方案一中的9V干電池供電。</p><p>　　圖2-10 電源電路圖</p><

64、p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　建立AT89C52單片機最小系統(tǒng)所需元件列表</p><p>　　表3-1 單片機最小系統(tǒng)元件表</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)電路，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 單片機最小系統(tǒng)電路</p

65、><p>　　以上構(gòu)成了AT89C52單片機的最小系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.2顯示電路</b></p><p><b>　　圖3-2 顯示電路</b></p><p>　　該系統(tǒng)所用顯示部分為8位數(shù)碼管。其裝有8只發(fā)光的二極管和相關(guān)的驅(qū)動電路。如圖3-2 為發(fā)光二極管的輸入端口，當(dāng)輸入端位

66、高電壓“1”的時候二極管發(fā)光。我們能通過I/O口對以上裝置進行直接控制。</p><p><b>　　3.3輸入模塊電路</b></p><p>　　本次設(shè)計的輸入模塊采用獨立式鍵盤的輸入模塊。此類型的鍵盤結(jié)構(gòu)十分簡單，每個按鍵的電路都是相互獨立的，并都有一根單獨的數(shù)據(jù)線來實現(xiàn)按鍵的接通與切斷狀態(tài)。而單片機的一條I/O口線則對應(yīng)一個按鍵。圖3-3為獨立式按鍵結(jié)構(gòu)圖。&

67、lt;/p><p>　　圖3-3 獨立式按鍵結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.4繼電器與單片機接口電路</p><p>　　本次設(shè)計單片機對所收集的數(shù)據(jù)將有4個處理方案。采用了4個繼電器來完成4類處理方案。圖3-4為繼電器控制電路。</p><p>　　圖3-4 繼電器控制電路</p><p><b>　　3.5 報

68、警電路</b></p><p>　　本次設(shè)計有2個溫濕度的設(shè)定最低點和2個溫濕度的設(shè)定最高點。當(dāng)當(dāng)前溫濕度中的某項數(shù)據(jù)高于或低于該范圍時，單片機將對其產(chǎn)生處理方案，在反饋給繼電器的同時也將啟動報警電路。圖3-5為蜂鳴器電路。</p><p>　　圖3-5 蜂鳴器電路 </p><p>　　3.6 DHT21溫濕度傳感器電路</p>

69、<p>　　本設(shè)計采用了DHT21溫濕度傳感器。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，功能強大，使用方面。易學(xué)易懂。圖3-6為DHT21溫濕度傳感器電路。</p><p>　　圖3-6 DHT21溫濕度傳感器電路</p><p>　　3.7 溫濕度調(diào)節(jié)控制</p><p>　　本次設(shè)計的溫濕度控制系統(tǒng)主要監(jiān)控溫度和濕度2個量。單片機將設(shè)計1個溫度和濕度的正常區(qū)域。當(dāng)當(dāng)前溫度或

70、者濕度不存在正常區(qū)域是單片機將做出相應(yīng)的處理：（1）當(dāng)溫度高于正常區(qū)域時，啟動小型空調(diào)制冷功能。（2）當(dāng)溫度低于成長區(qū)域時，啟動小型空調(diào)制熱功能。（3）當(dāng)濕度高于正常區(qū)域時，啟動小型干燥機。（4）當(dāng)濕度低于正常區(qū)域時，啟動小型噴水機。以上處理方案來控制溫濕度。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　4.1 程序設(shè)計語言簡介</p><p>　

71、　程序設(shè)計語言，通常簡稱為編程語言，是一種用來定義計算機程序的語言法則。它是一種標(biāo)準(zhǔn)化的交流技巧，用來對計算機發(fā)出指令。</p><p>　　程序設(shè)計語言有三種：匯編語言，高級語言，機器語言。其中機器語言是計算機唯一能直接懂的語言。而匯編語言和高級語言編寫的程序?qū)⒆罱K翻譯成機器語言。本次設(shè)計的系統(tǒng)采用C語言編程。運用的編程軟件為Keil C51。</p><p>　　4.2 Keil C5

72、1 軟件的簡介</p><p>　　Keil C51是美國Keil software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在結(jié)構(gòu)性，功能上，可維護性上，可讀性有著十分明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。</p><p>　　Keil C51軟件提供了豐富庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具。該軟件目標(biāo)代碼效率十分之高，多語言匯編代碼很便于理解。更具有高級語言的優(yōu)勢。圖4-1

73、為Keil C51軟件的界面。</p><p>　　圖4-1 Keil C51軟件界面</p><p><b>　　4.3 程序主流圖</b></p><p>　　圖4-2為程序的主流程圖。</p><p>　　圖4-2 程序主流程圖</p><p><b>　　4.4按鍵模塊</

74、b></p><p>　　本設(shè)計采用獨立式輸入模塊的按鍵設(shè)計。圖4-3為按鍵掃描流程圖。</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　

75、Y</b></p><p>　　圖4-3 按鍵掃描流程圖</p><p>　　本次設(shè)計的采用6個按鍵。分別為1,2,3,4,5,6號鍵。1號鍵功能為上調(diào)。2號鍵功能為下調(diào)。3號鍵功能為顯示當(dāng)前溫濕度。4號鍵功能為顯示設(shè)定的溫濕度。5號鍵功能為開始調(diào)節(jié)溫度。6號鍵功能為開始調(diào)節(jié)濕度。此次按鍵功能的流程圖如圖4-4。</p><p>　　圖4-4按鍵功能流程

76、圖</p><p>　　4.5 溫濕度采樣模塊</p><p>　　DHT21溫濕度傳感器將在溫室的各個點采集溫濕度的數(shù)據(jù)，每隔一定的時間會將該數(shù)據(jù)進行記錄。并轉(zhuǎn)化成模擬量數(shù)據(jù)傳送給中央CUP單片機進行處理。然后進行循環(huán)的記錄和傳送。圖4-5為溫濕度傳感器對于溫濕度的采樣流程圖。</p><p><b>　　N</b></p>&

77、lt;p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4-5 溫濕度采樣控制流程圖</p><p>　　4.6溫濕度控制模塊</p><p>　　當(dāng)溫濕度不在正常區(qū)域是，系統(tǒng)啟動相關(guān)處理方案。如圖4-6為溫濕度控制流程圖。</p><p><b>　　Y</b></p><

78、;p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　N </p><p><b>　　Y</b></p><p>&

79、lt;b>　　N</b></p><p><b>　　Y </b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　圖4-6 溫濕度控制模塊流程圖</p><p><b>　　4.7報警模塊</b></p><p>　　當(dāng)當(dāng)

80、前溫濕度傳感器測量到的溫濕度不在正常的區(qū)域內(nèi)時，報警系統(tǒng)啟動。圖4-7為報警系統(tǒng)流程。</p><p>　　圖4-7 報警系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計主要采用了AT89C52單片機和DHT21溫濕度傳感器來實現(xiàn)溫室的溫濕度控制，主要包括溫濕度的采樣模塊，報警模塊，接口模塊，單片機系統(tǒng)，

81、顯示模塊等幾個部分。</p><p>　　硬件和軟件模塊也基本完成。通過調(diào)試也基本能達到預(yù)期的功能。</p><p>　　這是一個集合溫度和濕度檢查，控制的系統(tǒng)，能給溫室的溫濕度控制帶來很大的方面。在無人控制的狀態(tài)下，該系統(tǒng)也能合理的調(diào)整溫室的溫度在10℃-30℃之間，以及濕度在10%-50%之間。如果當(dāng)前溫濕度不在此區(qū)間，系統(tǒng)將啟動相關(guān)程序控制溫濕度回到設(shè)定的正常溫濕度。使溫室環(huán)境達到農(nóng)

82、作物最佳環(huán)境。</p><p>　　目前溫室溫濕度控制系統(tǒng)正面向著集成化，系統(tǒng)化，智能化發(fā)展。相信未來一定會發(fā)展出更加完善的溫室溫濕度控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯將隨著畢業(yè)設(shè)計的答辯而結(jié)束。通過本次設(shè)計，鍛煉了我的自主創(chuàng)新能力，以及實踐能力。這是對我大學(xué)四年的一次嚴(yán)格的檢測。在本

83、次設(shè)計中我也得到了很多人的指導(dǎo)和幫助。</p><p>　　本文是在我的導(dǎo)師吳小紅老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的。在這里，我衷心的感謝吳小紅老師。導(dǎo)師學(xué)識淵博，眼光敏銳，見解精辟，具有開拓創(chuàng)新精神以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范是我終身的學(xué)習(xí)楷模。導(dǎo)師對我耐心的指導(dǎo)和嚴(yán)格的要求使得我對自己的專業(yè)知識有了更進一步的理解。而且這一端學(xué)習(xí)的回憶會激勵著我在今后的工作中克服一個又一個困難。真誠的向吳小紅老師致以崇高的敬意！</p>

84、<p>　　現(xiàn)代社會計算機技術(shù)日新月異的發(fā)展著。人們需要不斷的學(xué)習(xí)。再加上本人的水平有限。對于設(shè)計中存在的不盡人意的地方歡迎老師和同學(xué)們的指正，在此深表感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]高智富.溫室環(huán)境控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)揮趨勢[J].中國市場學(xué)術(shù)論叢,2007(9):106-109</p>&l

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