蔬菜大棚温湿度控制系统的设计

1前言1.1研究目的及意义自改革开放以来，我国各方面迅速发展，接连在各领域取得巨大突破。在如此高速发展的时代，农业作为我国最重要的基础产业也在发生着潜移默化的变化，伴随着改革开放的进一步深入，我国农村劳动力在慢慢向着城市转移，大量农业人口流向城市，也正因为这份力量的融入，促使城市发展步伐加快。经济的稳步发展使得农业人口的劳动力价值不断提升，社会发展的专业化和具体化越来越明确。从古至今，我国的蔬菜产业经历了一次又一次的革命，每一次都使其朝着更美好的未来发展，不管是提高光能利用率，增强植物过冬能力，降低虫害这些针对性较强的办法，还是嫁接等这类大型工程，无疑都能使农作物的产量成倍提高，也使得城市居民的菜篮子不受地域时节的约束，这也为农业人口带来极大的经济效益。但是，当一件事效率快速提升的同时，就会有许多新的问题出现，农业发展也不例外，在没有一个标准的生产发展体系的情况下，大家盲目的投身于其中，从而出现了零、小、散、乱的生产模式，这也就导致了蔬菜的品质大打折扣，更是出现了农药残留量超标等严重问题危害到消费者的身体健康。同时，由于许多人缺乏理论知识的基础，对市场形式的研究更是少之更少，这也就意味着大部分人没办法很好地掌控市场发展的规律，对于其带来的利与弊更是缺乏了权衡的能力。在这样的形势下，我国倡导的公司化的蔬菜基地，农业合作社以及农业自动化管理则能对农业发展起到引导作用。在农业生产，国防建设，科学研究，对外贸易以及人们生活的各个领域中，过程变量无疑是起到决定性因素的。对于蔬菜种植来说，温度和湿度则是最常见的两个过程变量，它们将直接的影响到植物的生长以及产量。不仅如此，温湿度本就是不易控制的变量，但是由于温湿度在众多领域中都起到至关重要的作用，所以对温湿度的精准控制是当下必须要掌握的重要科技内容。从蔬菜大棚的角度来分析，蔬菜生长环境中的温湿度对大棚产量和质量都起关键作用。作为农业大国，发展自动化农业，将农业生产与科学研究结合无疑是十分重要的，而如何准确地控制好温湿度则是核心内容之一。1.2国内外发展历史及研究现状这些年来，我国农业发展速度十分迅速，自动化农业逐渐映入大众眼帘，蔬菜大棚飞速的发展以俨然成为我国农业生产过程的关键部分。由于我国国土之大，所以不同地区的农业发展受地域和气候影响比较大，例如我国的北方地区，因为气候原因，冬在室外的蔬菜没有办法正常生长，只能等气温变化，这就造成了产量大大下降，究其原因，主要就是蔬菜的生长环境中温湿度的变化。因此，蔬菜大棚内温湿度的检测和控制就显得尤为重要，只有温湿度得到很好地掌控，才能保证蔬菜的正常生长。相比之下，国外的部分地区在这方面已经发展到相对完善的程度，并且在长期的使用和改进中已经形成了一定的标准体系，但是国外的这种标准体系，也仅仅是适用于其自己国家的现状，如果运用到我国农业现状来看并不合适，结合我国各地区气候特点来看，这个体系是缺乏了与其相适应的检测及控制手段。当下许多蔬菜大棚内的温湿度检测与控制都还是采用人工管理的方式，这样就避免不了会出现很多问题，例如检测结果的准确性，人力资源的大量投入，调控措施不及时等等。这些问题的出现，会对蔬菜大棚造成不可估量的损失，尽管投入再多成本和人力资源，也会达不到预期的效果。为了解决现存在的这些问题，更好的发展我国农业，更高效的提高蔬菜大棚生产效率，必须将蔬菜大棚的建设与自动化相关的科学研究结合起来，用科学合理的方式去检测和控制蔬菜大棚的温湿2度，是大棚内的环境达到蔬菜生长的最佳环境。1.3主要设计内容在查阅了大量相关资料并进行了相关知识的学习之后，我对本次蔬菜大棚温湿度控制系统的设计有了初步想法，在对我国当下大部分蔬菜大棚温湿度的检测及控制系统现状有了一定了解之后，对此来设计一种以单片机为基础核心芯片，对蔬菜大棚温湿度进行实时监测以及自动控制来实现升温、降温、加湿、除湿的系统，先对硬件系统进行设计和选型，在此基础上进行软件系统的设计。在硬件的选择上，主要包括单片机，传感器芯片等，在对这些硬件系统设计选型完成后，搭建硬件平台，传感器采集温湿度数据后，经单片机数据处理，再由云平台进行数据分析，从而调动其他系统运行来实现软硬件联调。2系统总体方案设计2.1方案的比较与选择此次蔬菜大棚的温湿度系统设计，主要由AT89S52单片机为核心内容，使用多个DHT11传感器来进行对蔬菜大棚内部温湿度的检测，由该传感器对大棚内多个点的温湿度数据进行记录然后上传到单片机内部进行处理，从而实现对蔬菜大棚内部的温湿度检测。同时要在该系统中加入其他的硬件及模块，来完善该系统。加入LCD1602液晶显示屏，来显示系统检测到的温湿度数据和时间，既能让使用者直观的看到大棚内温湿度数据，还可以实时显示对数据进行记录的时间。同时还要加入报警器系统，计算机显示系统以及相关的控制器、执行器，当本系统执行前要提前在系统中设定温湿度的上下阀值，当DHT11传感器检测并记录数据后，交由AT89A52单片机做数据处理，数据处理后传送到云平台，云平台对数据进行整理然后上传到计算机显示系统，如果检测到的数据超过预先设定好的阀值，就会触发报警器系统，从而提醒使用者蔬菜大棚内的温湿度异常情况，从而实现蔬菜大棚的温湿度调控系统。AT89S52单片机是可编程微控制器，适合采用C语言来完成程序设计。C语言兼容性强，对比其他编程语言，C语言的使用更为广泛且能被大多数人所接受，针对系统设计来说，能用较为简单的程序实现目标，较好的提高效率。该程序中使用KeiluVision5软件进行仿真，确保实物能够正常的运行程序语句。2.1.1主控芯片的选择（1）AT89S52单片机本设计初步设想采用Atmel公司的单片机，Atmel公司的单片机主要是有三个系列，AT89系列的51单片机，AT90系列的AVR单片机以及AT91系列单片机，我们主要考虑的是51单片机系列产品，因为51单片机比较简单易懂，其功能足以满足本次设计的要求，所以我们先从51系列单片机中选择，其中比较常见的为AT89S52单片机和AT89C52单片机。AT89S52单片机是一款CMOS8位微控制处理器，如果用该单片机作为本次设计的核心芯片，其优点是功耗很低且性能较多，这正好符合我们这次设计的基本要求，而且AT89S52单片机拥有8K在系统可编程Flash存储器。该单片机广泛的应用于各领域的控制系统当中，究其原因，就是因为它所拥有的系统在线编程功能，这无疑是在众多单片机中所拥有的最大优势，并且此功能对我这次所设计的蔬菜大棚温湿度检测系统也有很大的帮助。AT89S52单片机所具备的基础功能有以下这些：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，AT89S52单片机还有断电保护模式，如果电源中断，单片机将停止所有工作，但RAM内容将会保存，直到下一个复位指令出现，才会重新开始工作。（2）AT89C52单片机AT89C52单片机与AT89S52单片机为同一系列单片机，而且型号相差不大，因为两种单片机的功能相差并不大，但是当下两种单片机的使用来看缺有很大的差别，S52单片机大多运用于控制系统中，而C52单片机则大多应用于电子行业中，因为C52单片机兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，所以放在电子产品中最为适合，但是面对控制系统，则显得有些不足，控制系统需要根据实时检测的数据做出更改，所以AT89C52单片机放在此次设计中，并不是最优的选择。（3）方案选择总结以上几点来说，本次设计选择AT89S52单片机作为本次系统中的主要芯片，虽然S52和C52单片机同属于51单片机，并且仅从功能方面来看，两者差异并不大，但是AT89S52单片机拥有在线编译功能，因为蔬菜大棚温湿度检测存在的影响因素较多，要求的实时性高，所以AT89C52单片机并不是最合适选择，而STC89C52作为新一代的单片机其功能较多，在许多方面的功能还处于开发和研究阶段，所以本次设计决定使用AT89S52单片机。2.1.2温湿度传感器的选择在当前自动化农业生产中，应用最多、最为广泛的传感器就是温度传感器和湿度传感器。在蔬菜大棚温湿度的检测中，我们需要注意的是空气和土壤的温湿度环境是不同的，并且蔬菜种植后不同阶段的植物生长所需要的外界3环境也不同，这就需要我们更好的去检测温湿度的实时变化情况和控制温湿度变化。温湿度传感器的种类繁多，按照功能分大致分为温度传感器，湿度传感器和温湿度复合传感器，按检测的类型分可大致分为两种，空气温湿度传感器和土壤温湿度传感器，顾名思义这两种分别用来测量空气和土壤中的温湿度情况。同时，在系统设计中，要避免传感器受到其他因素影响，例如阳光的直接照射，这样的外界因素会影响到传感器的测量精度，还容易损坏传感器。（1）FC-28湿度传感器湿度传感器的种类繁多，根据其各自的功能特性分别被运用到许多地方，因此我们在选择传感器的时候不仅要参考成本等因素，还要研究其功能，温湿度检测是本次设计的重点之一，所以在选择传感器的时候我们要仔细思考，选择适合本次设计的才能保证设计的正常进行。FC-28传感器是湿度检测领域中较为常见的一种湿度传感器，成本较高，它常常被使用在水位检测和堤坝检测上，所以它需要长时间的安置于土壤中，那么FC-28是如何实现长期使用在土壤中而不损坏的呢，这源于它特殊的构成，它的探头和探针都是由不锈钢及防水材料构成的，所以FC-28被作为重要的湿度检测采集装置使用于大型工程中。将其于其他执行器配合起来使用，可以有效地对不同层度土壤湿度进行定点检测和实时检测。该传感器主要用于检测土壤的湿度，而我们设计的系统不仅要检测土壤湿度，可能还要检测空气湿度，并且仅用于小面积的蔬菜大棚，所需的成本较小，所以不建议采用。（2）HM1500湿度传感器在一些湿度检测的项目工程中，往往需要检测数据达到十分精确的地步，例如水电工程，化学工程中等，在这些工程中，现在常用的湿度传感器多为HM1500湿度传感器，像化学工程中许多数据需要分开检测，同时又要保证精确度的情况下，可能需要多个传感器同时工作，那HM1500传感器无疑最佳选择，因为它与其他的传感器相比，体积要小的多，安装也很方便，这样就可以避免去使用一个庞大的工程，大大降低了成本。该传感器主要特点，尺寸小、互换性好、可靠性高等。但是HM1500传感器没有电极保护装置，我们在设计时无法使用机械安装，所以有一定的危险性。其次，虽然该传感器对部分化学环境抵抗性高，但对于部分化学品来说抵抗性位置，所以不宜使用。（3）DS18B20温度传感器蔬菜大棚内除了湿度以外，温度也是十分重要的一个影响因素，温度的检测需要十分精确，但是温度的测量又很容易遭受到外界干扰。现在农业生产中，被大家广泛使用的是DS18B20温度传感器，之所以该传感器使用率如此之高，是因为DS18B20传感器不管在实用性还是可靠性上都有着较大的优势，DS18B20传感器是数字温度传感器，通过该传感器采集检测到的数据是通过数字信号传输到单片机，而且DS18B20拥有的型号多种多样，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式等等。这些也就是该传感器能够适用于多种场合的原因，不同的场合可以用不同的组装方式改变其外观。因此，该传感器暂时保留。（4）DHT11温湿度传感器在蔬菜大棚温湿度检测与控制系统中，因为测量的难度会伴随着大棚面积的增大而增加，不仅如此还会收到外界众多因素的影响，所以将温湿度检测集于一个传感器检测将有利于降低该系统的设计难度，DHT11就是一款能够同时检测温湿度数据的传感器，并且它拥有于DS18B20温度传感器一样的性能，它也可以做到数字信号传输，并且DHT11的数字信号采集模块比DS18B20更加完善，从系统整体的设计来看，如果使用DHT11温湿度传感器来检测温湿度实时变化，能够简化系统，并且更加节约成本。因此该复合传感器具有这品质高，响应快的特点，不仅如此，该传感器在检测温湿度时抗干扰能力极强，不会因检测数据较多而影响结果的准确度，如果需要采用多点测量，相比其他传感器性价比极高。（2）方案选择对比以上四种温湿度传感器，最后的选择是用DHT11温湿度传感器来作为本系统的温湿度数据检测部分。FC-28湿度传感器和HM1500湿度传感器虽然在测量湿度数据上都较为良好，但作为蔬菜大棚内部的湿度检测来说，都不够完善。由于大棚内部的湿度变化较频繁，且系统必须长时间运作,所以对于该系统来说DHT11温湿度传感器是最佳选择，DHT11可同时检测温度和湿度两个变量，简化了我们的系统设计流程，并且DHT11的有效使用范围与蔬菜大棚测量面积相符，成本低，耗能低，更加适合该蔬菜大鹏温湿度系统的运行。2.1.3实时时钟的选择（1）使用单片机实现系统技术单片机中存在许多功能不同的模块，我们可以通过编程的方法来用单片机实现实时时钟技术，也可以通过计算和储存外部检测到的信号来实现，但两者对应的工作方式不同，一种是定时器一种是计数器，两者的工作原理不同，工作模式也存在差异。在51系列的单片机中，T0和T1分别作为两个16位可编程器，都可以实现实时时钟的功4能。因为检测对象是单片机时钟的脉冲个数计数器：采集引脚上输入的时钟脉冲计数，每一个机器周期都会对T0,T1采样一次，若第一次采样结果为高电平，下一次的采样结果就是低电平，就会形成一个下降沿脉冲，则计数器计数加1。使用该方法计时有一定的缺陷，首先计时不够准确，存在偏差。其次，方法较为复杂，如果需要实现上位端同时显示，则需要的程序代码较为复杂，所以不建议使用。（2）使用DS1302时钟芯片对于本次蔬菜大棚温湿度控制系统的设计而言，加入实时时钟模块是十分必要的，因为大棚内部温湿度的检测是实时的，我们的温湿度控制系统更是需要根据不同的时间做出相应的改变。对于使用单片机编程来实现实时时钟的方法显然过于复杂，而且会导致单片机无法进行其他工作，固然不是最优解，因此我们添加DS1302时钟芯片作为新的选择对象，作为时钟芯片可以直接与单片机相连，而且其本身的功能经过调试后可以直接与系统连接使用。DS1302时钟芯片的功能很多，而且连接方式简单，可以根据实际情况进行调整，例如每月的30天或者31天，闰年的天数等等，最重要的是DS1302时钟芯片可以存储信息，不需要每次重新设置，这无疑使系统的设计简单了许多。（3）方案选择本设计采用DS1302时钟芯片来实现系统内部的实时时钟显示，使用单片机实现实时时钟较为麻烦，要同时对定时器和计数器进行设计和编程，所以采用DS1302时钟芯片实现实时时钟较为简便。2.1.4显示模块的选择为了显示时间、温度和学习/休息剩余时间等功能，此设计使用了一块横向可显示16列字符、纵向显示2行字符的液晶显示器。LCD1602液晶显示器大小适宜、价格低廉，可以有效显示我们所需要的信息。2.1.5报警器模块的选择报警器系统的存在无疑是为了起到警示作用，利用LED灯或者蜂鸣器来起到报警作用，以提醒使用者该系统出现问题。当系统开始运行，传感器不断地记录数据并上传，当某一时刻的温湿度数据超过我们提前设定好的上下阀值时，报警器系统则会启动。初步考虑，报警器系统采用LED灯和蜂鸣器组合使用的方式来完善，因为该系统需要控制的变量有温度和湿度两部分，所以对应的采用两个方式来实施报警有利于我们更快的发现是哪个变量出现问题，方便我们更快的做出回应去处理异常数据。2.2系统总体框图图2.1温湿度检测总体框图该系统由两个DHT11温湿度传感器测量不同位置的温湿度数值，检测后数据传给单片机进行处理，检测结果会显示在LCD1602显示屏上，如果两点有任意一组数据异常超过设定的上下阈值，蜂鸣器就会报警，在根据LCD1602显示数值来判断是哪里的温湿度异常。当温湿度异常时，蜂鸣器报警，执行器启动，由继电器来实现升温、降温、加湿和除湿的功能，待数据恢复到阈值以内，蜂鸣器停止报警。53系统硬件设计3.1单片机最小系统设计要想正确的使用单片机，首先先要了解其主要的功能特性以及引脚的分配情况。图3.1AT89S52单片机单片机引脚接线介绍如表3.1所示：表3.1单片机引脚介绍引脚序号9号引脚40号引脚20号引脚29号引脚30号引脚31号引脚32号引脚18号引脚19号引脚3.1.1时钟电路设计

引脚功能复位引脚，用来连接复位电路+VCC引脚，负责接电源为接地端，相当于电源负极外部存储读选信号地址锁存允许信号程序存储器的内外部选通I/O口XTAL1引脚，晶振电路输出端XTAL2引脚，晶振电路输入端晶振电路会像时间一样准确地运动，所以我们也成它为时钟电路，单片机内部所有的电路的运行都需要一个标准的时钟控制信号来控制，而这个时钟信号就由晶振电路来提供。因此，晶振电路提供的时钟信号是保证单片机系统正常工作的重压因素，单片机执行各种操作必须由时钟电路来提供。AT89S52单片机内有一个高增益的反向放大器，该放大器的输入端是19号引脚，输出端是18号引脚也就是XTAL1和XTAL2引脚，所以这两个管脚上我们接了一个11.0592MHz的晶振电路，另外并联的两个的电容能够使振荡稳定。如图3.2所示，电路左端接地，右端分别与单片机的XTLA1引脚和XTLA2引脚连接，作为时钟电路的输入输出端。6图3.2时钟电路3.1.2复位电路设计在微型计算机系统中，单片机的复位电路是一定不能缺少的重要部分。有效复位信号使单片机内部寄存器恢复到初始状态，这样才能保证单片机系统中每一个模块都能恢复正常状态且正常运行。复位电路接到了单片机的9号引脚上。因为单片机的9号引脚的功能就是使单片机复位。首先在地和电源之间接一个电容与电阻的串联电路，开始的时候电容上是没有电荷的，在电容上电瞬间，电容充电，相当于短路，电压加全都加在了电阻两端，所以引脚的电位就被拉到了5V，高电位输入单片机就会进行复位操作。然后电源持续作用，几毫秒之后，电容充电完成，此时电容就会相当于断路，没有电流流过电阻，所以引脚又被拉到了低电平，单片机进行正常工作。按下按钮，电容与并联的电阻组成电路，电容放电，断开按钮，电容又充电，单片机复位，几个毫秒之后，单片机进入工作状态。如图3.3所示复位电路，下端接地，通过RST引脚与单片机相连接，RST引脚就是单片机上的9号引脚，专门负责与复位电路相连接的复位引脚。图3.3复位电路3.1.3电源电路在本次设计中，电源的设计也是十分重要的，因为蔬菜大棚温湿度控制系统是一个需要长时间的运行的系统，因此电源系统的设计要考虑的电力消耗以及器件承受能力。51系列的单片机大部分都是使用的5V直流电来供电运行，但是正常情况下的外接电流都是220V的交流电源，如果直接使用，单片机肯定会损坏，所以我们需要设计一种电源电路去将220V交流电转换成5V直流电源才能使系统正常运行。将220V电源变成5V电源首先要做的就是降压，那肯定要先使用变压器来实现降压，但是变压器并不能改变电压性质，也就是说经过变压器处理过后的5V电压还是一个交流电压，所以需要设计一个电路来把交流电转换成直流电，整流桥电路就可以实现，把两个电容并联，这样可以把脉冲过滤掉以此去掉直流电路中的尖峰，但是直流电压中可能还会出现波动，为避免此情况最后通过三端稳压集成电路LM7805，使得电路输出稳定的直流电压，电压稳定性得到大大提高。如图3.4所示的电源电路，220V接通后经左端的变压器转换成5V交流电，在通向整流桥电路将交流电转换成直流电，由两个并联的电容去掉直流电流中的尖峰，最后经LM7805集成电路稳定电流，输出5V直流电。单片机与其他两个电路的VCC端都将直接与5V直流电路端口相连。7图3.4电源电路如果要使单片机系统能够正常的工作，就必须保证单片机系统有以上三个基础电路，复位电路，电源电路，晶振电路连接后，单片机最小系统如图所示图3.4单片机最小系统3.2温湿度检测设计本次蔬菜大棚温湿度控制系统的设计采用DHT11数字温湿度传感器作为温湿度采集模块，选用两个DHT11数字温湿度传感器来检测不同位置的温湿度变化情况，作为一个复合式传感器，DHT11具有品质高，响应快的特点，其完善的数字模块采集技术可以将传感器检测到的温湿度数据以数字信号的方式输出，输出信号传送到单片机，再由单片机处理后传送给相应的执行器做出反应。如图3.5所示为DHT11传感器的基础电路，VCC端接电源，GND端接地，DQ端接单片机引脚，传感器检测到的数据也是通过该引脚传输到单片机中。图3.5温湿度采集电路3.3温湿度控制设计本设计的温湿度控制采用电磁继电器实现，电路图如图3.6所示，在本设计中有升温、降温、加湿、除湿四路继电器控制电路，以其中一路为例。系统的温湿度控制系统都是用继电器来模拟，左端的RELAY口与单片机相连接，单片机检测处理后的数据通过该引脚传输到控制电路，而右端的P1口连接到具体的执行器上，例如加热炉、暖风机、加湿器等，VCC端接电源，GND接地。当RELAY1口输入的是一个低电平信号时，PNP三极管没有电流通过，集电极没有电流，开关K1与上面的触点闭合，不会发生改变，执行器和LED等不会运作；当RELAY1输入的是一个高电平信号时，PNP三极管有电流通过，集电极有电流，开关K1与下面的触点闭合，LED灯亮，继电器工作导致相关执行器执行加湿的工作。图3.6.1加湿控制电路图3.6.2除湿控制电路3.4液晶显示模块设计本次蔬菜大棚温湿度控制系统中液晶显示模块也是十分重要，如果去掉显示模块，那DHT11传感器检测到的数据，设定的上下阈值以及时间的显示就没有办法被使用者直观的观察到，就只能通过软件编程来实现，但是如果每一次看都要从编程中找是十分麻烦的，所以为了使观察更简洁，决定用LCD1602液晶显示器来作为系统的显示模块，LCD液晶显示器可以显示的内容有字母、数字、字符等，所以足以满足本次设计需求。LCD1602在本次设计中可以用来显示传感器实时检测到的温湿度数据、实时时间以及调整的阈值。LCD1602显示器电路如图3.7所示，通过RS、RW、E与AT89S52单片机进行信号流通，负责与单片机之间进行指令传输，D0到D7引脚与单片机连接负责数据传输，单片机的数据传输到LCD1602显示屏上，并在显示屏上显示。关于RS、RW、E引脚的具9体功能：表3.2LCD1602主要引脚功能RS引脚RW引脚E引脚RS、RW引脚的接口信号说明：表3.3RS、RW信号说明

数据/命令选择读/写选择使能信号RS低电平低电平高电平高电平

RW低电平高电平低电平高电平

功能说明写入指令或显示地址写入数据写入数据读出数据图3.7LCD1602显示电路3.5实时时钟模块设计DS1302实时时钟芯片是DALLAS公司推出的涓流充电实时时钟，它内部含有一个实时时钟和31字节的静态RAM，该DS1302实时时钟芯片可以为系统提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，并且能根据具体情况进行调整。当单片机关闭时，使用附带的电池进行供电，从而保持时钟断电续走，由于其保持数据和时钟信息的功耗低于1uw，且能对电池进行涓流充电，因此电池能使用很长一段时间。DS1302时钟芯片的管脚如图所示，X1和X2为晶振电路管脚，应与32.768KHz石英晶振电路相连，Vcc2为主电源管脚，Vcc1为备用电源管脚，当Vcc2比Vcc1高时，由Vcc2供电，当Vcc1比Vcc2高时，由Vcc1供电，SCLK为串行时钟输入，I/O为数据信号输出/输出，CE是芯片操作的基础，且必须当CE为高电平时才能对芯片进行操作。图3.8实时时钟模块3.6报警器模块设计本次设计中的报警器模块是由蜂鸣器来实现的，但是蜂鸣器的工作电流一般来说都比较大，以至于单片机的I/O口是无法直接驱动蜂鸣器去实现报警的，所以要使用其他的方式去驱动蜂鸣器实现蔬菜大棚温湿度控制系统的报警器模块。一般情况下，所用到驱动方式有两种，第一种是用放大电路来驱动，另一种是通过使用三极管放大电流来驱动蜂鸣器，两种驱动方式没有太大的差异，相比之下前者在实物上较容易实现，后者在仿真中较为简洁，本次设计中，选用第二种方式来驱动蜂鸣器，从而实现报警器模块。如图3.9所示为蜂鸣器报警电路图，BEEP与单片机I/O口连接，当单片机判断检测到的数据在阈值范围内时，BEEP输入的是低电平，PNP三极管没有电流，电路不工作，当检测到的数据超过阈值范围，BEEP输入的是高电平，PNP三极管有电流通过，电路工作蜂鸣器报警。图3.9蜂鸣器报警模块3.7按键模块设计本次设计中的按键模块由四个按键来实现，分别与单片机四个引脚相连，另一端直接接地，四个按键分别实现“温湿度阀值最高值增加一”、“温湿度阀值最低值增加一”、“温湿度阀值最高值减少一”、“温湿度阀值最低值减少一”，通过这四个按键来控制系统设定的阈值。如图3.10为按键模块电路设计，KEY接口直接与单片机相连，根据使用者要求按键设置阀值，指令通过KEY传送给单片机，再由单片机做出指令给其他模块。11图3.10按键模块4软件设计4.1软件系统环境及设计思路作为一个完善的设计，硬件和软件是必不可少的，本次设计的蔬菜大棚温湿度控制系统，为了能让其展现出自动控制功能的完善，软件设计则成为了必不可少的一部分。如果说硬件设计是整个设计思路的基础，那么软件设计就是整个设计的完善，只有在硬件的基础上加以程序设计，才能是系统更加完善，让系统功能处分的展示出来。软件程序的开发是一个复杂且有选择性的过程，复杂是因为软件设计的方式和途径很多，不管是设计语言也好，编辑软件也好都有着众多的选择性，这也是软件开发选择性高的一方面，此外软件开发没有很多的局限性，它不像硬件的设计有一定的规则和局限，软件设计可以根据你的设计要求来改变，随着你的要求多少，软件设计的难易程度也会做出相应改变。本章节的主要内容是使用C语言对蔬菜大棚温湿度控制系统进行软件设计，也就是对相应的模块进行程序编写，以此来实现蔬菜大棚温湿度控制系统中单片机最小系统以及温湿度检测和控制系统正常运行，C语言具有结构化设计形式灵活、语言相对简洁，可以进行语言移植的优点，在进行软件编程之前，首先要有一个大体的思路，有思路设计好框架才能对软件进行具体的编程，所以我们首先要设计各个模块的程序流程图。根据“蔬菜大棚温湿度控制系统的设计”这一课题的要求，依据先前所设计的硬件原理，软件系统的设计需要完成实时的蔬菜大棚内部温湿度检测功能，并且要将传感器实时监测到的数据通过数字信号传输到单片机中，再与提前设定好的阈值进行比较，在阈值范围内，系统正常运行继续实时检测大棚内温湿度的变化，如果超过阈值范围，则蜂鸣器报警，同时将升温、降温、加湿、除湿中某一指令传送给执行器。系统开始运行后，所有模块初始化操作，LCD1602显示器显示两个DHT11传感器检测到的实时温湿度数据，如果检测到有按键输入，则显示所设定的当前阈值，设定完成后，显示当前温湿度检测值，系统根据显示的数值与设定阈值进行比对，如果检测数据超过设计阈值，则进入温湿度控制程序来进行对蔬菜大棚内部的温湿度调节，直至调节到温湿度符合设定阀值时，系统正常运作。4.2主程序流图本次蔬菜大棚温湿度控制系统的设计以AT89S52单片机为核心处理器，两个DHT11数字温湿度传感器来实时检测蔬菜大棚内温湿度变化，采集数据并以数字信号输出给核心处理器，经过信号处理后与设定好的阈值相比较，比较过后再有系统决定下一步执行器应该做出什么相应的处理。整个系统的主要程序大概包括一下几个部分：程序初始化运行，根据实际情况决定是否执行按键程序来改变阈值，传感器检测实时数据并显示，判断数据是否超过或低于阈值。如图4.1所示12图4.1主程序流程图4.3子程序流程图4.3.1温湿度检测系统程序设计本次设计中较为重要也是不可缺少的部分也就是温湿度系统的设计部分，温湿度系统程序的设计包括两部分，一是温湿度检测系统设计，另一部分则是温湿度控制系统的设计。首先来说温湿度检测系统设计，本次设计中采用DHT11数字温湿度传感器来实现温湿度数据的检测，DHT11传感器便于控制，易于实现，并且作为新一代的数字传感器，系统设计较为简单，不需要设置额外的AD转换模块。其次就是温湿度控制系统的设