毕业设计（论文）-温室大棚环境监测系统的设计.pdf

题目温室大棚环境监测系统的设计 学生姓名李 维学号1213024044 所在学院物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级通 信 工 程 专 业 1202 班 指导教师薛转花 完成地点物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 2016 年 6 月 5 日 毕 业 设 计 任 务 书 院(系)物理与电信工程学院专业班级通信 1202学生姓名李 维 一、毕业设计题目温室大棚环境监测系统的设计 二、毕业设计工作自2015年12月10日 起至2016年6月20日止 三、毕业设计进行地点:博远楼物理与电信工程学院通信工程系实验室 四、毕业设计内容要求： 设计目的与意义：随着人们生活水平的不断提高，人们对自身的健康越来越关注，对各类食物 的要求也越来越高，温室大棚作为培育瓜果蔬菜的生长基地，因此对温室大棚中植物的生长环境进 行实时监测是非常重要的，所以对温室大棚环境监测系统设计的研究是很有必要的。本次设计要求 学生根据所学专业知识完成温室大棚环境监测系统的设计，提高学生分析问题、解决问题的能力， 提高学生的实践应用能力。 其具体要求如下： 1. 要求查阅相关资料，至少确定两种设计方案； 2要求自选一种方案完成对温室大棚环境监测系统的设计； 3要求设计系统根据瓜果蔬菜的生长环境要求进行实时监测； 4. 要求完成系统硬件电路的搭建和系统整体测试，实现温室大棚环境智能化监测功能。 毕业论文要求： 1毕业设计论文撰写要求格式规范，设计思路清晰，条理清楚； 2英文文献翻译要求语句通顺流畅，词义准确，用词恰当； 3.毕业设计论文内容完整，准确无误，用 A4 纸张打印 。 进程安排如下： 2016 年 1 月 10 日-3 月 15 日： 查资料，调研，确定方案，并按时在系统中提交开题报告。 2016 年 3 月 16 日-4 月 25 日：对系统硬件电路进行模块化设计，采用编程语言进行软件编程， 完成硬件电路的仿真；在系统中提交外文翻译；完成中期检查报告。 2016 年 4 月 26 日5 月 20 日：进行系统硬件电路的搭建、调试和测试，完成毕业设计验收。 2016 年 5 月 21 日-5 月 31 日：完成毕业设计论文初稿、定稿和终稿，并在系统中提交。 2016 年 6 月 1 日-6 月 15 日： 进行毕业设计答辩，提交毕业设计资料。 指导教师系(教研室)通信工程系 系(教研室)主任签名批准日期2015 年 12 月 20 日 接受设计任务开始执行日期2016 年 1 月 10 日学生签名 温室大棚环境监测系统的设计 作者：李维 （陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业 2012 级 2 班，陕西 汉中 723001） 指导教师：薛转花 摘要在农业生产中，温室大棚的应用越来越广泛，为人们创造了更高的经济效益。本课题设计了一种基于单片机 的温室大棚环境监测系统，电路以单片机 STC89C52 为核心，由温湿度传感器 DHT11、无线收发 GSM 模块和液晶显示 屏 LCD1602 等组成。系统采用 DHT11 采集温湿度信息，LCD1602 实时显示，若超过温湿度设定范围时，蜂鸣器报警， 并启动控制调节装置，通过 GSM 模块发送信息给管理者。经测试，该系统实现了温湿度信息的采集、调节、实时监 控和报警等功能。 关键词温室大棚；单片机；温湿度传感器；GSM 模块 ；液晶显示 Design of greenhouse environmental monitoring system Author:Li Wei (Grade12,Class2,Major of Communication Engineering，School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001,Shannxi) Tutor:Xue Zhuanhua Abstract： In the agricultural production, the application of the greenhouse is more and more extensive, and it has created a higher economic benefit for people.This topic designed a kind of greenhouse environment monitoring system based on single chip microcomputer, which is composed of temperature and humidity sensor DHT11, wireless receiving and sending of GSM module and liquid crystal display LCD1602, and so on. The system used DHT11 to collect the temperature and humidity information, LCD1602 real-time display, ifthe temperature and humidity more than set range, buzzer alarm, and start the control regulator, through the GSM module to send information to the manager. After testing, the system realizes the function of collecting, adjusting, real-time monitoring and warning of the temperature and humidity information. Keywords：Single chip STC89C52;DHT11;GSM wireless transceiver module;LCD1602 目 录 1 绪论.1 1.1 课题背景.1 1.2 国内外研究现状.1 1.2.1 国内研究现状.1 1.2.2 国外研究现状.1 1.3 本课题的目的和意义.2 2 方案论证与选择.3 2.1 方案论证.3 2.1.1 方案一 基于 zigbee 的设计方案.3 2.1.2 方案二 基于单片机的设计方案.3 2.2 方案的比较与选择.4 3 系统硬件电路设计.5 3.1 单片机最小系统.5 3.1.1 STC89C52 简介.5 3.1.2 单片机的最小系统.5 3.2 温湿度采集模块电路.6 3.2.1 DHT11 温湿度传感器简介.6 3.2.2 DHT11 温湿度传感器模块电路.7 3.3 GSM 无线收发模块电路.7 3.3.1 无线通信模块的选择.7 3.3.2 SIM900A 模块简介.8 3.3.3 GSM 无线传输模块电路.8 3.4 显示模块电路. 8 3.4.1 字符型液晶显示模块简介.8 3.4.2 字符型液晶显示模块引脚.8 3.4.3 LCD1602 显示模块电路.9 3.5 报警模块电路. 9 3.6 控制调节模块电路.10 3.7 整体硬件电路原理图.10 4 系统软件设计.11 4.1 系统主流程设计.11 4.2 系统子程序设计.11 4.2.1 温湿采集子程序.11 4.2.2 液晶显示子程序设计.14 4.3 软件程序编译与下载.16 4.3.1 软件程序编译.16 4.3.2 软件程序下载.16 5 系统硬件电路制作与调试. 18 5.1 系统电路仿真. 18 5.1.1 Protues 仿真.18 5.1.2 仿真调试. 19 5.2 硬件电路制作与调试.19 5.2.1 硬件电路制作.19 5.2.2 硬件电路调试.20 5.3 硬件电路运行结果及分析.20 6 总结与展望.22 6.1 总结.22 6.2 展望.22 致谢.23 参考文献.24 附录 A 英文文献原文.25 附录 B 英文文献译文.32 附录 C 系统原理图.38 附录 D 系统源程序.39 附录 E 元器件清单.52 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 52 页 1 绪论 1.1 课题背景1.1 课题背景 近年来，温室大棚种植给人们的生活水平带来很大的便利，故而得到了非常迅速的推广和应用。 温室大棚种植环境中的温度和湿度等环境因子对种植物物的生长有了很重要的影响。目前国内可以 实现自动监控大棚中环境因子的系统还不是很常见，而传统的人工控制方式又难达到科学合理种植 的要求，而引进一些具有多功能的大型温室控制系统价格比较昂贵，不适合国情。 针对目前温室大棚发展的趋势，提出了一种温室大棚智能监控系统的设计。根据其智能监控的 特殊性，需要传输温室大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要 使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。 基于 GSM 的温室大棚监控系 统使这些成为可能。 1.2 国内外研究现状1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内研究现状1.2.1 国内研究现状 我国在温室控制技术方面的研究比较晚，我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基 础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术。该技术开始于 20 世纪 80 年代。，但只应用于湿度、 光照和温度等单项环境因子的控制。之后，20 世纪 80 年代，我国的温室控制技术得到了迅速发展。 先后从欧美和日本等发达国家引入了 21.2 平方千米连栋温室设施。但由于只过于注重引进温室设 备，因此忽略了温室的管理技术和栽培技术，而且引进的温室系统能耗过高，以至于致使企业相继 亏损或停产。，我国大型温室跌入了发展的低谷在 90 年代初。以色列温室为代表的北京中以示范农 场的建立，我国开启了第二次引进和学习国外的现代温室技术的序幕。直到 90 年代中后期，我国自 主开发了一些在对国外温室栽培品种、温室设备配置、栽培技术等各个方面研究性质的环境控制系 统进行了研究。1995 年，北京农业大学研制成功了属于小型分布式数据采集控制系统的“WJG-1 型 实验温室环境监控计算机管理系统”。1996 年，江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行 管理的植物工厂系统。此系统能对光照、温度、CO2 浓度、施肥和营养液等进行综合控制的功能， 这是一种目前国产化比较典型的温室控制技术研究成果。中国农业机械化科学研究院研制成功了一 种新型智能温室系统。该系统由大棚本体、太阳能贮存系统、灌溉系统、通风降温系统、燃油热风 加热系统和计算机环境参数测控系统等组成。1997 年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技 术方面也取得了一定的成果。河北职业技术师范学院的闰忠文研制了蔬菜大棚，在 90 年代末。其能 够对温度和湿度进行实时测量与实时控制。但是因为我国农业的现代化水平比较低，劳动力过剩， 一次性温室的投资大，资金相对短缺而且对操作人员的素质要求比较高等因素，因此限制了温室控 制技术在温室大棚系统的发展。 1.2.2 国外研究现状国外研究现状 西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。 1949 年， 美国建成了第一个植物人工气候室， 借助于工程技术的发展，开展了植物对自然环境的抗御能力和适应性的基础及研究。在 20 世纪 60 年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，首先建成了番茄生产工厂在奥地利，70 年代后，以 色列、美国、荷兰、英国和日本等国家的温室园艺得到了迅猛发展，温室设施开始广泛应用于园艺 作物生产、水产养殖业和畜牧业。近百年来，随着智能控制理论的发展和计算机技术的进步，作为 设施农业的温室大棚成了重要的组成部分，其管理技术和自动控制不断得到提高，在世界各地都得 到了很好的发展。在二十世纪 70 年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，使得温室大棚环境 的控制技术产生了革命性的变化。80 年代，微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，人们对 温室控制要求不断提高，在欧美以微机为核心的温室综合环境控制系统，迈入了网络化，智能化阶 段。 温室产业及相关技术在国外的发展速度很快。 如在荷兰的阿姆斯特丹 RAI 展览馆每年 11 月举办 一次国际花卉展览会，2003 年就有来自世界各国的 477 个厂商展示了各自的产品和实力。荷兰、日 本、以色列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家，温室 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 52 页 以大型温室为主。这些高水平大型温室的环境控制系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室 内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数， 结合作物生长所需最佳条件，有效调节有关设备装置，将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综 合协调调节到最佳状态。 1.3 本课题的目的和意义1.3 本课题的目的和意义 随着科技的飞速发展，人工智能已经走入人们的生活，近年来由于温室大棚良好的经济收益， 使得国外对农作物生长监测开始于 20 世纪 20 年代末，发展速度较快，特别是欧美发达国家，如荷 兰、美国等，实现了机械化自动控制。我国毕竟是农业大国，在农业也是积累的相当多的经验和知 识，但是我国大部分地区都存在山多土地少，土质不好，土壤资源匮乏，气候条件恶劣。这些劣势 不利于农作物的生长，况且随着社会的日益进步，城市化的发展，使得从事农业生产的人越来越少， 而社会对物质的需求却随着社会的发展日益增高，这就使原有的农作种植方式已经不能满足社会发 展的需求，必须对传统的农业进行技术改革。因此农业智能化工作已经到来，而智能就需要对农作 物生长的环境因素掌握和控制，而温度湿度是环境因素里面不可缺少的变量。温室控制技术也是针 对这些因素进行研究的。 温室可以改变植物的生长环境，为植物创造环境，避免外界环境因四季的变化和恶劣气候的变 化对其影响。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料在冬季或者不适宜陆地植物生长的季节栽 培植物。温室生产以达到调节周期促进植物的生长发育、防止害虫及提高产量为目标。而且随着大 棚技术的普及，为了使大棚技术能更好的服务于农业生产，温室大棚的环境监测便成为一个重要的 课题。但是，传统的应用于温室大棚的环境监测系统整体太过庞大，安装和拆卸很不方便，同时易 受干扰和损耗，测量误差也比较大。另外目前的监测设施的人机界面都设立在温室大棚的附近，从 而造成查看数据不方便，不便于集中管理。本次设计拟采用 GSM 技术实现温室大棚的植物生长环境 的智能检测，使人们能够随时了解温室大棚环境监测参数，及时采取相应措施，保证植物的正常生 长。 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 52 页 2 方案论证与选择 2.1 方案论证2.1 方案论证 2.1.1 方案一 基于方案一 基于 zigbee 的设计方案的设计方案 基于 zigbee 的设计方案是一种采用 CC-Link 的网络，该网络技术系统极大地提高了系统的可靠 性与实时性,并且可以实现远程控制中心、现场设备间通讯的无缝连接以及现场控制,实现温室内的 空气流动,完成了执行器件的闭环控制,使得各个参量得到均衡的调节。该系统具有结构简单、可靠 性高、扩展性好以及布线灵活等特点。但是这种技术及具体设备都会比较昂贵。结构框图如图 3.1 所示。 图 2.1 方案一框图 2.1.2 方案二 基于单片机的设计方案方案二 基于单片机的设计方案 此设计的温室环境监测系统硬件电路主要有监测板和主控板两个硬件主板实现，主控板上有 STC89C52 单片机、LCD1602 和 GSM 无线收发模块组成，监测板上有 DHT11 温湿度传感器和 GSM 无 线收发模块。各部分相互协作，实现温室环境监测系统整体正常运行。整个软件部分分为温湿度的 采集和数据的无线传输。其中温湿度的采集是由 DHT11 芯片完成的。结构框图如图 2.2 所示 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 52 页 图 2.2 方案二框图 2.2 方案的比较与选择2.2 方案的比较与选择 方案一是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率的双向无线通讯技术。但其协议占带宽的开 销量对信道宽度要求较高，而反过来会影响通讯距离和环境适应性，价格相对昂贵。方案二采用的 数字式传感器，把 DHT11 作为温湿度检测的一个整体。在测量过程中可对进行自动校准相对的温度 和湿度，而且准确的测量温湿度。DHT11 其相应速度快，互换性好，抗干扰性强，不需要外部器件 和外部参考源。故最终方案确定为方案二。 方案二以 DHT11 为传感器、GSM 为无线收发模块、STC89C52 单片机为控制核心组成环境监测系 统实现对试验现场温度、湿度等数据进行远程无线测量与控制，该系统包括传感器电路、无线收发 电路、显示电路和报警电路等组成部分。 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 52 页 3 系统硬件电路设计 本课题设计的系统硬件电路包括：单片机最小系统、无线收发模块电路、报警模块电路及显示 模块电路。 3.1 单片机最小系统3.1 单片机最小系统 本设计使用的是 STC 公司的 STC89C52 单片机。 3.1.1 STC89C52 简介简介 STC89C52 是 STC 公司生产的一种高性能、低功耗的 CMOS8 位微控制器，具有 8K 字节的系统可 编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单 片机不具备的功能。在单芯片上，有系统可编程 Flash 和 8 位 CPU，使得 STC89C52 为众多嵌入式控 制系统提供超有效、高灵活的解决方案。以下是 STC89C52 具有的标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 接口线，看门狗定时器 MAX810 复位电路，内置 4KB EEPROM，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模 式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内 容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。 它的主要特点如下： （1）工作电压：5.5V-3.3V（5V 单片机）/3.8V-2.0V（3V 单片机）； （2）增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可任意选择，并且指令大妈 完全兼容 8051； （3） 工作频率范围： 0-40MHz， 相当于普通 8051 的 0-80MHz， 而实际工作频率可以达到 48MHz； （4）具有看门狗功能； （5）片上集成 512 字节 RAM； （6）用户应用程序空间为 8K 字节； （7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），不需要专用编程器，无需专用仿真器，可 通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序，所花费时间很短； （8 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触 发中断方式唤醒； （9） 具有 EEPROM 功能； （10）一共 3 个 16 位定时器/计数器。分别为 T0T1T2； (11)通用 I/O 口（32 个），复位为：P1/P2/P3/P4 是准双向口，P0 口是漏极开路输出，作 为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口时，则要加上拉电阻； （12）通过异步串口（UART），还可以定时器软件实现多个 UART； （13）温度的工作范围工业级是（-40-85），商业级是（0-75）； （14）PDIP 封装。 单片机的工作模式分为空闲模式、正常工作模式、掉电模式可有外部中断唤醒，适用于水表， 气表等电池供电系统。而对于单片机的引脚功能这里就不一一列举。 3.1.2 单片机的最小系统单片机的最小系统 单片机 STC89C52 作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电 路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源 稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响 复位。该设计采用含有二极管的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降（电 池电压不足）等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 52 页 可令系统可靠复位。此设计中 P0 口做为输出口用来驱动 LCD 显示，而 P0 口内部又没有上拉电阻， 所以加上 10K 上拉电阻。 单片机主控制电路即包括了单片机的时钟电路和复位电路。本设计采用的是内部时钟电路。 RST 引脚是单片机复位端，高电频有效。在引脚端输入至少连续两个单片机周期的高电 频，单片机复位。使用时，在引脚与 VSS 引脚之间接一个 10K的下拉电阻，与 VCC 引脚之 间接一个约 10F 的电解电容，即可保证上电复位。 晶振在单片机电路中的作用是非常大的，其产生单片机所必需的时钟频率是结合单片机的内部 电路，单片机是建立在晶振的基础上执行一切指令。晶振是利用一种特殊的晶体，其产生共振在 机械能和电能之间相互转化，为提供精确稳定的单频震荡，提供给系统基本的时钟信号。 XTAL1 和 XTAL2 是外接时钟电路的接入端，C1、C2 为负载电容，Y1 为 12MHz（11.059MHz）的晶 振。本系统中采用 11.0592MHz 的晶振，因为对系统的精度有所要求。如图 3.1 所示。 图 3.1 单片机的最小系统 3.2 温湿度采集模块电路3.2 温湿度采集模块电路 3.2.1 DHT11 温湿度传感器简介温湿度传感器简介 DHT11 温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字 模块采集技术和温湿度传感技术，确保温湿度传感器具有极高的可靠性和稳定性，传感器包括一个 NTC 测温元件和一个电阻式感湿元件，并与 一个高性能 8 位单片机相连接，因此该传感器具有响应 快，抗干扰的能力强，性价比高等优点，单线制的串行接口，是系统的集成变得体积小，功耗低， 简易快捷，由于 4 针单排引脚封装，所以连接方便。以下为 DHT11 的引脚说明： 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 52 页 表 3.1 DHT11 的引脚说明 DHT11 供电电压为 3V-5.5V，传感器上电后要等待一秒以越过不稳定状态，在此期间，无需发送 任何指令，电源引脚（VDD,GND）之间加一个用于滤波的 100nF 的电容。串行接口单线双向 DATA 用 于微处理器与 DHT11 之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，通讯一次的时间 4ms 左右，用户 MCU 发送一次开始信号后，DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11 发送 结束相应信号，送出 40bit 的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据，从高速模式 下，DHT11 接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，不会主动进 行温湿度采集。采集数据后，转换到低速模式。总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待 DHT11 响应，主机把总线拉低必须大于 18ms，保证 DHT11 能检测到起始信号 ，然后发送 80us 低电平响应 信号，主机发送开始信号结束后，延时等待 20-40ms 后，读取 DHT11 的响应信号，主机发送开始信 号后，可以切换到输入模式 ，或者输出高电平均可，总线由上拉电阻拉高，一次完整的数据传输为 40bit，高位先出，数据格式为 8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 温度整数数据+8bit 温 度小数数据+8bit 校验和。数据传送正确时校验和数据等于“8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数 据+8bit 温度整数数据+8bit 温度小数数据”所得结果的末 8 位。 3.2.2 DHT11 温湿度传感器模块电路温湿度传感器模块电路 图 3.2 DHT11 温湿度传感器模块电路 3.3 GSM 无线收发模块电路3.3 GSM 无线收发模块电路 3.3.1 无线通信模块的选择无线通信模块的选择 本设计采用的是 SIM900A，是一款尺寸紧凑型、高可靠性的无线模块，采用 SMT 封装的双频 GSM/GPRS 模块解决方案，采用功能强大的处理器 ARM9216EJ-S 内核，能满足低成本、紧凑尺寸的 开发要求。可以内置客户应用程序。SIM900A GSM/GPRS 使用工业标准界面，使得具备 GSM/GPRS 900/1800MHz 功能的 SIM900A 以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。 SIM900A 能满足 M2M 几乎所有应用要求， 尤其是小巧、 紧凑型的设计。 其物理尺寸为： 24mm x 24mm x 3mm。可广泛应用于车载跟踪、车队管理、无线 POS、手持 PDA、智能抄表与电力监控等众多方向。 设计此系统的是基于短消息方式，简单、方便使用、价格低廉的实用性系统，因此选用的是 SIM900A。 引脚号引脚名称类型引脚说明 1VCC电源正电源输入 3-5.5V 2Dout输出单总线，数据输入/输出 3NC悬空空脚，扩展未用 4GND接地电源地 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 52 页 3.3.2 SIM900A 模块简介模块简介 GSM 通信模块是数据传输的通信核心。SIM900A 可以安全快速可靠地实现系统方案中的语音传 输、传真、短消息服务和数据。 SIM900A 是一个 2 频的 GSM/GPRS 模块，工作的频段为： EGSM 900MHz 和 DCS 1800MHz。SIM900A 支持 GPRS multi-slot class 10/ class 8（可选）和 GPRS 编码格式 CS-1, CS-2, CS-3 and CS-4。 模块和用户移动应用的物理接口为 68 个贴片焊盘，提供了模块和客户电路板的所有硬件接口。其主 串口和调试串口可以帮助用户轻松地进行开发应用。 SIM900A 内嵌 TCP/IP 协议，扩展的 TCP/IP AT 命令让用户能够很容易使用 TCP/IP 协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。模块的工 作电压为 3.44.5V。该模块有 AT 指令集接口，支持文本和 PDU 模式的短消息等。常用工作模式有 正常工作、掉电模式、最小功能模式等模式。 全功能 UART 接口，天线连接器和天线焊盘。SIM900A 是紧凑型、 高可靠性的无线模块，采用 SMT 封装的双频 GSM/GPRS 模块解决方案，采用功能强大的处理器 ARM9216EJ-S 内核，能满足低成本、紧 凑尺寸的开发要求。 3.3.3 GSM 无线传输模块电路3.3.3 GSM 无线传输模块电路 如图 3.3 所示，GSM 的数据输入口 RXD 与单片机 STC89C52 的输入口 TXD 相连，其数据输处口 TXD 与单片机 STC89C52 的输处口 RXD 相连,进行数据的传输。 图 3.3 GSM 无线传输模块电路 3.4 显示模块电路3.4 显示模块电路 本设计用的是字符型液晶 LCD1602 来显示采集的温湿度数据。 3.4.1 字符型液晶显示模块简介字符型液晶显示模块简介 1602 液晶模块内部的字符发生存储器存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：英文字 母的大小写、阿拉伯数字和常用的符号等，每个字符都有相对应得一个固定代码， 3.4.2 字符型液晶显示模块引脚字符型液晶显示模块引脚 LCD1602 液晶显示模块引脚如下表 3.2 所示。 表 3.2 LCD1602 模块引脚 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 52 页 3.4.3 LCD1602 显示模块电路显示模块电路 液晶显示器 LCD1602 与单片机 STC89C52 的接口由一组 8 位数据传输线和 3 跟控制线完成。 LCD1602 的 RS、RW、E 分别由单片机的 P1.2、P1.1、P1.0 来控制，数据输入口 DB0DB7 由 P0.0P0.7 传输数据，因为是接在 P0 口,所以要接上拉电阻。LCD1602 与单片机的接口电路如图： 图 3.4 LCD1602 显示模块电路 3.5 报警模块电路3.5 报警模块电路 本设计的报警电路采用了一个电磁式有源蜂鸣器来实现。报警电路连接在单片机的某一特定管 脚，随时会根据输出信号控制报警电路的工作与否。设定一个温度界限，当采集到的温度超过界限 的时候，蜂鸣器则会一直响；当温度在温度界限内时，蜂鸣器停止鸣叫。报警电路工作原理如图 3.5 所示。 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VCC电源地9D2Data 1/0 2VDD电源正极10D3Data 1/0 3VL液晶显示偏压信号11D4Data 1/0 4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data 1/0 5R/W读/写选择端（H/L)13D6Data 1/0 6E使能信号14D7Data 1/0 7D0Data 1/015BLA背光源正极 8D1Data 1/016BLK背光源负极 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 52 页 BZ1 Buzzer 200 Q1 9012 VCC R4 1 1 2 2 3 P1.3 图 3.5 报警模块电路图 3.6 控制调节模块电路3.6 控制调节模块电路 本设计控制调节电路采用四个继电器分别对应温湿度的上下限位值，实现控制调节功能。继电 器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的 阶跃变化的一种电器。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电 路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。在本设计电路中起着控制作用。 图 3.6 为继电器模块电路图。 200 P21 传感器 图 3.6 继电器模块电路图 3.7 整体硬件电路原理图3.7 整体硬件电路原理图 整体电路由监测模块、显示模块、报警模块、控制模块和 GSM 无线收发模块五部分组成。系统 原理图见附录 C。 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 52 页 4 系统软件设计 4.1 系统主流程设计4.1 系统主流程设计 整个软件部分分为温湿度的采集和数据的无线传输。首先 DHT11 采集温湿度信息，通过单片机 到 LCD1602 显示当前温湿度信息，判断当前温湿度与设定阈值的关系，若超过阈值，则发送信息到 接收端。若没有超过则液晶显示屏只显示当前温湿度。系统主流程图如图 4.1 所示。 图 4.1 主流程图 4.2 系统子程序设计4.2 系统子程序设计 4.2.1 温湿采集子程序温湿采集子程序 数据采集部分即指 DHT11 数字式温湿度传感器采集温湿度信息的过程，在编写程序时，首先应 该把主控单片机设为输入模式，待 DHT11 响应后，读取数据后，再把总线拉低，保证保证 DHT11 能 检测到起始信号。下图为数据采集子程序流程图： 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 52 页 图 4.1 数据采集子程序流程图 下面是 DHT11 采集数据的子程序： #include DHT11.h #define uchar unsigned char #define uint unsigned int typedef uchar U8; /* 无符号 8 位整型变量 */ typedef uint U16; /* 无符号 16 位整型变量 */ uchar U8FLAG; uchar U8count,U8temp; uchar U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata; uchar U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp; uchar U8comdata; voidDelay_10us(void) U8 i; i-; i-; i-; i-; i-; i-; 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 52 页 void Delay(U16 j) U8 i; for(;j0;j-) for(i=0;i27;i+); /*一字节数据传送函数* void COM(void) U8 i; for(i=0;i8;i+) U8FLAG=2; while(!DTH)U8FLAG+); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); U8temp=0; if(DTH) U8temp=1; U8FLAG=2; while(DTH)U8FLAG+);/超时则跳出 for 循环 if(U8FLAG=1)break;/判断数据位是 0 还是 1/ 如果高电平高过预定 0 高电平 值则数据位为 1 U8comdata DATA 2 SCK 3 U6 SHT11 RL6 10uF Q13 1k R4 RL1 5V Q11 PNP R12 200 D11 1N4007 D21 LED-YELLOW R