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1、基于单片机的大棚温湿度限制系统设计与制作系部：电子与通信工程系学生姓名：孙芳专业班级：通信IICl学号：112231114指导老师：罗红枪2014年3月15日书目摘要O一引言O（一）课题探讨背景与意义O（二）设计方案选择1（三）设计的主要内容和设计思路1二硬件设计2（一）硬件电路原理框图2（二）核心元件选择2（三）模块电路设计4（四）总电路原理图6三软件设计6（一）软件设计总方案6（二）软件程序流程图7（三）程序设计7四实物制作8（一）元器件清单8（二）电路的组装8（三）电路功能测试8总结9致谢10参考文献10附录一：原理图10附录二：元器件清单10附录三：实物制作的正面图、背面图11摘要本文
2、以单片机ST89C52为核心器件,通过对LCD1602温湿度显示模块、时钟模块、复位模块、报警模块、温湿度采集模块、温湿度调整模块的设计，完成了一款基于STC89C52单片机的大棚温湿度限制系统的设计与制作。该温湿度限制系统实现了对整个大棚温度和湿度限制系统的管理和报警功能,解决了人工种植大棚测量温湿度误差大的问题，同时也节约了大批的人力和物力，改进了大棚的种植技术，给大棚种植的用户们带来了肯定的经济效益。该设计成本低，经济好用，操作简洁便利，具有肯定的好用价值和推广意义。【关键词】：STC89C52；模块电路；温湿度限制;报警功能;ABSTRACTThispapertakesST89C52M
3、CUasthecoredevice,thedisplaymodule,oscillatormodule,resetmodule,alarmmodule,temperatureandhumiditydataacquisitionmodule,temperatureandhumiditycontrolmoduleontheLCD1602temperatureandhumidity,completedabasedonthedesignandproductionOfgreenhousetemperatureandhumiditycontrolsystemofSTC89C52singlechipmicr
4、ocomputer.Thecontrolsystemoftemperatureandhumidityinthegreenhousetemperatureandhumiditycontrolsystemmanagementandalarmfunction.Tosolvetheartificialplantinggreenhousetemperatureandhumiditymeasurementerrorproblems,butalsosavealotofhumanandmaterialresources,improvethegreenhouseplantingtechnology,forgre
5、enhouseplantingusersbringcertaineconomicbenefits.Thedesignoflowcost,economicandpractical,simpleandconvenientoperation,andhascertainpracticalvalueandsignificanceofthepromotion.keywords:STC89C52;circuit;temperatureandhumiditycontrol;alarmfunction;一、引言（一）课题探讨背景与意义1.课题探讨背景经济的快速发展，导致了产业的大规模化、集约化。劳动力成本的提高
6、，也促进了农业现代化程度的不断提高。在当今农业种植系统中，大棚种植已经成为特别普遍的种植模式。而在采纳大棚种植模式时，最关键的因素就是大棚的温度、湿度等环境因素。这些环境因素干脆影响了农作物的生长。传统的大棚种植业中，人们一般采纳物理温度计和湿度计来检测大棚的种植环境。虽然用物理温度计和湿度计测量大棚温湿度值的稳定性高，但是该测量方法的精确度较低，实施性也差。鉴于物理温度计和湿度计的上述缺点，本设计拟采纳单片机和温湿度传感器为核心器件，完成一个大棚温湿度限制系统的设计与制作。2.设计意义用单片机和传感器来检测、限制大棚温湿度，能够为大棚种植的用户们节约了大量的时间和人力、物力，可以为他们带来更
7、好的经济效益，具有肯定的实际意义。同时通过自己动手设计基于单片机的大棚温湿度限制系统，并对其进行实物制作、调试、排故、参数分析，不仅将我们在校所学的理论学问和实践充分的结合起来，让我们更加巩固以前所学的学问，而且还可以通过发觉问题、分析问题、解决问题，在提高自己专业技能的同时，训练自身的逻辑思维实力。（二）基于单片机的大棚温湿度限制系统的设计方案选择大棚温湿度的检测限制可以采纳多种方法来实现，而运用不同的方法来设计系统所达到的效果也是各有不同。例如，在工业上通常采纳PLC来作为主限制器,其优势在于其运用梯形图编程，相对简洁，而且抗干扰实力强。但是考虑到本设计是针对一般大棚种植需求，而PLC在价
8、格上就让人有点难以承受，其经济性较差。随着当今世界电子技术的快速发展，数字芯片也越来越多样化，其价格也比较便宜。因此，尽管运用C语言对单片机编程比较困难，但是考虑到它可以实现较多的功能，价格实惠，性价比高，比较符合本设计的用户需求，因此，本系统的设计制作将选用单片机作为主限制器。（三）设计的主要内容和设计思路1.主要探讨内容D温度和湿度限制系统的硬件部分设计，包括电路原理图，绘制具体电路图;2）温度和湿度限制系统的软件部分设计，包括程序设计的流程图，源程序；3）完成温湿度大棚限制系统的制作；4）对系统的实物性能进行相关测试。2.设计思路1）依据设计要求，温湿度的检测采纳SHTlO作为温湿度传感
9、器，将采集到的温湿度信息传给单片机；2）选用STC89C52单片机作为核心元件，将SHTlO传感器采集到的温湿度数据进行处理后，送给LCDI602液晶显示器显示数据；3）当大棚内温湿度超过或低于用户所设定的界限值时，系统就会立马启动报警器装置；4）温湿度的显示采纳了一种特别的能显示字母、数字、符号的液晶显示器LCDI602作为核心元件，它分两行显示，一行显示温度值，一行显示湿度值；5）通过三个按键：一个功能键、一个加键、一个减键来实现对系统温湿度界限值的设置。二、硬件设计(一)硬件电路原理框图硬件电路主要由LCD1602温湿度显示模块、STC89C52单片机限制模块、SHTlo温湿度采集模块、
10、时钟模块、复位模块、报警模块、按键调整温度和湿度模块组成。依据探讨内容的具体要求，硬件电路的主体设计方案如下：采纳STC89C52单片机芯片协作SHTlo温湿度传感器，构成一个具有测量温湿度的限制系统。当温湿度采集模块采集到数据之后，进行A/D转换后，由单片机进行数据处理，最终由LCD1602温湿度显示模块显示数据。再通过按键调整温湿度模块，对温度和湿度进行调整。由STC89C52单片机输出凹凸电平限制温湿度报警模块，当温度超过35低于20,湿度超过70低于30时，STC89C52单片机输出高电平，温湿度报警模块进行报警，反之，当温度在20到35,湿度在30到70之间时;STC89C52单片机
11、输出低电平，温湿度报警模块关闭。其整体框图如图IT所示。图1-1硬件电路原理框图(二)核心元件选择1、关于STC89C52单片机随着电子技术的快速发展，单片机在市场上的应用越来越广泛，种类也越来越多样化。但高性价比、编程简洁的单片机恒久是进行电路设计时的首选。本次设计拟采纳性价比高、编程简洁的STC89C52作为限制系统的核心器件，它是一个抗干扰实力强、功率消耗低、性能高的CMOS8位微限制器。它可组成单片机的最小应用系统，在肯定程度上缩小了系统的体积，将系统成本降到了最低，其应用范围特别的广泛。主要特性如下：(1)低电压，低功耗；(2)具有高性能的价格比；(3)全双工串行口；(4)最高运作频
12、率35MHz,6T/12T可选;(5)内带2K字节EEPRoM存储空间；(6)应用程序空间为8K字节；(7)具有看门狗功能；(8)具有EEPRoM功能;(9)可编程串行通道；引脚功能说明STC89C52管脚排列如图1-2所示图1-2ST89C52外部引脚图VCC（40脚）供电电压。GND（20脚）接地。PO口一一PO端口是一个双向的I/O端口，即地址和数据线的复用口，且为漏极开路，它的每一个引脚都可以驱动8个逻辑门电流。其高阻抗输入可用端口写“1”的方式实现，PO口访问外部ROM、RAM时;它也可以作为数据和地址的低八位。Pl口Pl同PO口是一个双向的I/O口，其芯片中内置上拉电阻，它的缓冲器
13、可以驱动4个TTL门电流。P2口P2也是一个双向I/O口，其芯片中也有内置上拉电阻，它的输出缓冲可以汲取四个TTL门电流。当是运用为输入口，运用端口写“1”，电阻跳到高电位，这就是由于内部上拉导致的。P3口P3口同上面端口一样也是一个双向I/O,其管脚内部带有8个上拉电阻，可以同时接收和输出4个TTL门电流。RST一一复位输入。用此端口来完成单片机的复位操作，在高电平状态下此端口有效。ALEprocALE是当访问外部存储器时，用来锁存低8位地址的输出脉冲。除此之外它也是可以作为输入脉冲，那就是在FlaSh编程时。像一般状况下，ALE端以晶振1/6的恒定频率周期输出正脉冲信号。所以它可以用于定时
14、目的或者是当时钟运用。然而在每次访问外部RAM时有一点还需强调一下，它会自动地跳过一个ALE脉冲。另外，此引脚被微微地拉高一些。该标记位的设置在执行外部模式下时是无效的。PSEM外部ROM的选通信号。EAVPP一一函：是低电平有效，当G引脚为“0”状态时，在此期间，运用外部ROM（0000H-FFFFH）,不管MCU是否有内部RoM。请留意，当其锁定内部复位引脚时，加密的方式为1；当该引脚保持“1”状态，期间运用单片机的内部程序存储器。XTALl它是一个输入端口，主要用于反向振荡放大器和单片机内部时钟发生电路的输入。XTAL2反向振荡器的输出端。2、关于SHTIo温湿度传感器在目前的市场上，传
15、感器的种类各种各样，但是考虑到本次设计是用于大棚的温湿度测试，所以我们要选择一特性价比高，购买便利，市场占有率高的产品。本设计采纳的是SHTlO传感器作为核心元件，构成温湿度采集模块。该产品的功能并不困难，但完全可以满意此次设计任务需求，而且它的性价比在传感器当中很高。此产品的稳定性和牢靠性都很高，其抗干扰实力也很强并且响应超快。此外，由于具备体积小、功耗低的特点，SHTlO传感器已经成为各类电子应用的最佳选则。SHTXX系列分别有SHTlX系列、SHT7X系列，SHTlO属于SHTIX系列中的经济型的温湿度传感器，其性能特点如(图1-3)所示。图1-3相对温度、湿度精度曲线由图1-3可以得出
16、，无论是从温度来看还是湿度来看，SHTlo都比其它传感器的误差大，但是若从市场价格方面来考虑，SHTlO的价格都要比其它传感器的价格低。考虑到本次设计的适用场合是蔬菜大棚的种植系统，对环境温湿度的检测要求并特别严苛，允许适当范围的误差存在，其价格的优势完全可以弥补该缺陷，符合本次设计需求。3、关于LCD1602液晶显示器随着当今电子技术的快速发展，液晶显示器被广泛的应用于各行各业，随之它的种类也更加的多样化。但由于本设计是既要显示温度又要显示湿度，所以我们选择了一种特别的能显示字母、数字、符号的液晶显示器LCDI602作为核心元件，构成了液晶显示模块。它功耗低、体积小、显示内容非富，可以同时显
17、示两行，每行16个字符液晶模块，既可以是数字也可以是字符。主要特性如下：(1)电压为+5；(2)内含复位电路；(3)体积小，重量轻，功耗低；(4)数字式接口，操作便利；(5)显示各种限制吩咐；(6)显示质量高；(三)模块电路设计1、温湿度采集模块的设计为了实现硬件测量温湿度的功能，该模块电路选用SHTIO温湿度传感器为核心元件，构成了温湿度采集模块。该模块主要就是通过传感器采集温湿度值，进行A/D转换，再由单片机进行数据处理。其具体接法如图2-2所示。图2-2SHTlO的接口电路SHTlO的采纳两线制的串行接口，一根是串行时钟线SCK,一根是数据线DATA,其中DATA三态门用以读取数据。ST
18、C89C52单片机的P2.0端口连接到SCK,实现与SHTIO之间的同步通讯。电路上接了1个IOKQ的上拉电阻，将信号提拉至高电平，避开了在数据传输过程中出现信号冲突的现象。因为当SCK时钟下降沿来临时DATA将变更状态，它只有在SCK时钟上升沿时才有效。2、报警模块的设计为了实现模块的报警功能，该设计选用了有源蜂鸣器为核心器件，构成了报警模块。该模块主要就是依据传感器所测的温湿度值是否在界限值内，来推断是否要启动报警装置。当所测得的温度和湿度值高于或低于用户所设定的范围时，系统就会主动启动报警装置。反之系统就会关闭报警装置。其具体电路图2-3所Zjo图2-3报警模块电路该报警模块电路主要有两
19、个电阻、9012三极管、一个蜂鸣器和LED灯组成，但是考虑到单片机引脚电流太小，还不足以驱动蜂鸣器，所以电路上接了一个IK的电阻，通过电阻给三极管一个偏置电压，从而使三极管驱动蜂鸣器达到报警的效果。当三极管从单片机P4口获得一个低电平常，三极管导通同时蜂鸣器两端获得约+5V电压，即而发出哗哗声；反之，当获得高电平常，三极管截止，蜂鸣器停止发声。3、按键模块的设计该模块设计相对简洁，为了让人们操作起来能更加简洁，选用按键来作为调整温湿度的元件，采纳键盘扫描电路，利用简洁的低电平扫描方式，通过开关的每一端连接单片机，另一端接地，以是否是低电平来推断按键是否被按下，进而调整温湿度的上下值。该模块电路
20、如图2-4所示。图2-4按键模块电路当Sl按键被按下时，单片机端口收到低电平信号，此时选择S2、S3按键来完成对温湿度上下限值的设置。4、时钟模块和复位模块的设计当单片机一旦上电，就会马上复位；假如单片机在运行中因受到外界因素的干扰而出现程序跑飞或死机的状态，可以通过上电复位使其复原。复位是指单片机系统的各个部件全部复原为初始状态的一种操作,具体电路如图2-5(b)所示。(a)时钟电路(b)复位电路图2-5STC89C52的复位模块和时钟模块电路图中电容Cl和电阻Rl构成了上电复位，利用电容充电来实现重置功能。本次的设计系统采纳的是内部时钟的方式，利用单片机内部的高增益反相放大器构成时钟电路，
21、它的外部电路简洁，只须要电容(C2和C3)和12M的晶振即可，其具体接法如时钟电路图2-5（a）所示。时钟电路中电容C3和C2可以用来微调振荡的频率，其取值范围一般为3010pF,本次的设计系统选择的电容值是30pF；石英晶振的值可以选择的范围是0到24MHz,它对单片机电路产生的时钟信号的振荡频率起确定性作用，在本次的设计系统中选择的是12MHz,所以单片机时钟信号的震荡频率就是12MHzo5、LCDI602显示模块为了便利读写温湿度值，这里选用LCD1602液晶显示器来显示温湿度值，该模块主要是将传感器测量的温湿度值在显示屏上清晰的显示出来，分两行显示，温度和湿度各显示一行。其具体电路图2
22、-6所示。图2-6显示模块电路1.CDI602有三个存储器,分别是CGROM、CGRAM、DDRAM,第一个用来存储LCDI602固定的一些字符模式，其次个用来存储用户自己设置的字符，第三个用来存储要显示的字符。（四）总电路原理图综上对各模块电路的设计，绘制基于单片机的大棚温湿度限制系统的设计的总原理图，详见附录一。三、软件设计软件设计相对于硬件设计，其敏捷性特别大，它可以依据系统的不同要求对程序进行相应的变更。让我们在不变更硬件结构的状况下，只须要变更一下软件程序就能实现各种想要的功能。单片机的很多功能都是通过软件来限制完成的。在本设计中，软件结构采纳模块化设计方法，主要包括SHTlO温湿度
23、采集子程序、LCDI602液晶显示子程序、输出限制子程序、键盘扫描子程序等几个子程序模块,各子程序模块最终由主程序来调用。（一）软件设计总方案程序主要包括主程序、SHTlO温湿度采集子程序、LCDI602液晶显示子程序、蜂鸣器报警子程序、键盘扫描子程序组成：D主程序：进行缓存初始化，以与对各个子程序进行合理运用；2）SIITlO温湿度采集子程序：收集测量得到的数据；3）LCD1602液晶显示子程序：将测量得到的结果，清晰的在液晶显示屏上显示出来；4）蜂鸣器报警子程序：推断温湿度是否在用户设置的界限值内，是否须要启动报警装置；5）键盘扫描子程序：设定温湿度的界限值。（二）软件程序流程图图3-1软
24、件程序流程图（三）程序设计1 .主程序主程序进行缓存初始化，以与对各个子程序进行合理运用，该模块流程图设计如图3-2所示。图3-2主程序流程图2 .SHTlo温湿度采集子程序温湿度采集的功能是测量大棚的温度和湿度并将其结果转换为数字量送给单片机。SHTlO通过依次拉低或拉高时钟线和数据线来实现复位时序和启动传输时序，这个相对简洁；但读时序和写时序有点困难，程序起先时由写时序来发送吩咐，等测量结束后，由读时序来读回测量数据。该模块流程图设计如图3-3所ZjxO图3-3SHTlO温湿度采集子程序流程图部分源程序如下：.LCD1602液晶显示子程序1.CD1602液晶显示子程序用来显示采集到的温湿度
25、值，其流程图如图3-4所示：图3-4LCDI602液晶显示子程序流程图其部分源程序如下：3 .蜂鸣器报警子程序流程图蜂鸣器报警子程序通过推断温湿度来确定是否要启动报警装置，其流程图如图3-5所示其部分ifif（sLED亮5.键盘二通戈图3-6键盘扫描子程序流程图其部分源程序如下：1.CD_disp_str（0,2,”“）;/清屏set_temp_up=1;设置温度上限位四、实物制作（一）元器件清单依据前面所述的原理图选择相应的元器件，各元器件的具体参数清单详见附录二。（二）电路的组装此次设计的大棚温湿度限制系统是用万用板板来进行实物制作的，其制作步骤如下：1）用数字万用表检查各个元器件的好坏；
26、2）将检查好的各个元器件在万用板上布局好，再对其进行焊接；3）比照原理图，把各个元器件之间用导线连接好；4）再次照着原理图检查焊接好的电路板，看是否存在引脚虚焊漏焊的状况;5）实物制作完成进行相关性能的测试。完成制作后的大棚温湿度限制系统的实物图详见附录三。（三）电路功能测试当把电路板比照原理图焊接好以后，要对电路板上的每个部分的电路进行逐一的调试工作。对于硬件调试，在通电前应先检查元件的安装位置是否正确，各个元件间的连线是否连接正确，元件是否存在虚焊、漏焊、焊接错误等状况，测量核实电源电压的数值和极性是否正确。只有这样才能削减错误、保障调试顺当进行。通电后视察有无异样气味，显示器显示是否正常
27、，一旦有异样状况发生，应立马切断电源。在以上状况都正常的状况下方可进行软件调试。当发觉硬件电路有问题时，应当首先依据各单元电路功能依次进行调试排查。直到每个部分的电路检查过，都保证没有错误时，再进行整机调试。此次设计的单片机大棚温湿度限制系统，用户们是可以依据自己需求来对温湿度界限值进行设置，其具体调试结果如下所示：1、首先按下Sl键，进入系统预定温度上限值设置状态，调整S2、S3按键，再次按下Sl键，进入系统预定温度下限值设置状态，调整S2、S3按键；再一次按下Sl键，进入系统预定湿度上限值设置状态，调整S2、S3按键，最终再按一次Sl键，进入系统预定湿度下限值设置状态，调整S2、S3按键；
28、最终将温湿度界限值设置为：温度范围在1835C,湿度在40%69%之间，其显示结果如图4T所示：（a）温度上下限值（b）湿度上下限(c)温湿度的显示结果图4T温湿度界限值内的显示结果由图4-1(c)可知，当前的温度为20.6C,湿度为63.6乐其实测量值均在界限值内，属于正常状态，所以报警装置处于关闭状态，不报警。2、再次调整S2按键，变更温度的下限值为22C,变更湿度的下限值为65%,温湿度的上限值都保持不变，其显示结果如图4-2所示。(a)温度下限值(b)湿度下限值(c)温湿度的显示结果图4-2低于温湿度下限值的显示结果由图4-2(C)可知，由于当前温度是20.7C,湿度是62.8%,都低
29、于当前所设置的温湿度下限值，指示灯LI、L3亮起，报警器报警。3、再次调整S3按键，变更温度的上限值为20,变更湿度的上限值为60%,温湿度的下限值都保持不变，其显示结果如图4-3所示。(a)温度上限值(b)湿度上限值(c)温湿度的显示结果图4-3超过温湿度上限值的显示结果由图4-3(C)可知，由于当前温度为20.7C,湿度依旧为64.8%,都超出当前所设置的温湿度上限值，指示灯L2、L4亮起，报警器报警。总结经过实物调测验证，本设计能够实现系统对温湿度的实时检测，可以依据用户需求随意调整温湿度的正常范围，而且当环境温湿度超过或低于用户所设的界限值时，系统会自动报警，提示用户与时实行措施，保证
30、大棚种植的环境需求。本设计整体电路简洁，显示清晰，成本较低，运用便利，用户很简洁驾驭其运用方法，具有较高的好用价值。利用该系统，自动对大棚环境进行温湿度监测,可以给大棚种植节约了大批的人力和物力，提高了大棚的种植效率，能给用户带来了更好的经济效益和社会效益。本设计虽然已经完成了预定目标，实现了既定功能要求，但是仍存在一些不足。例如，显示器显示的温湿度值稳定性不高，按键调整温湿度还不够简洁，报警信号过于单一等，这些都有待进一步的改善。通过此次设计与实物制作，虽然也遇到过很多问题，但都通过查找资料、主动的向他人请教学习，个人主动思索，基本上都能与时解决。此次设计不仅巩固了自己在校所学的学问，也提高
31、了自己发觉问题、解决问题的实力。致谢好不简洁把毕业论文给写好了，在这段时间里少不了老师和同学们的帮助，在这里尤其感谢我的论文指导老师，多谢她对我论文的细心指导，也感谢她在我有问题时，能够与时的帮我解决问题，同时也感谢辅导员这段期间对我们的关切,是她在第一时间给我们通知学校里的各种信息，让我们在第一时间里知道了论文的书写要求。当然也得感谢我同学对我的帮助，在我最初写论文困惑的时候，是她主动的开导我，帮我一起想论文题目，在我遇到问题的时候，是她帮助我一起把问题给解决了。最终还得再感谢我的论文指导老师，多谢她对我论文的细致批阅，才可以让我的毕业论文得以顺当完成。在此也感谢其他老师和同学的帮助，真的是
32、特别感谢！参考文献1黄勤易等.基于EDA技术的数字电路设计性试验探讨.现代电子技术2005年20期2曾关云.单片机汉字与图片显示系统设计.科技信息2010年30期3缪玉珍.SHT10温湿度检测设计要点与故障分析.日用电器2012年6期4项莹莹.应用于煤矿平安的ARM7平台设计.湖南高校20095黄小东等；AT32UC3A0512无线传输的温湿度检测仪设计；单片机与嵌入式系统应用2012年3期5于军等；基于单片机STC89C52温湿度测控系统的设计；吉林化工学院学报2012年11期。附录一：原理图附录二：元器件清单名称型号规格数量备注单片机STC89C521液晶显示屏LCD16021传感器SHTlO1晶振CRYSTAL11.0592M1电阻RESIK6电阻RES4.7K1电阻RESIOK1蜂鸣器1电解电容CAP-ELECIOuF1瓷片电容CAP30PF1按键3三极管9012PNP1LED灯5IC芯片插座40DIP1USB座子1USB线1LCD1602座子16DIP1排阻1附录三：实物制作的正面图、背面图
