农业大棚温湿度控制系统的设计毕业论文.doc

第 3页 共 90 页焦作大学毕业设计说明书 农业大棚温湿度控制系统的设计毕业论文目录摘 要1ABSTRACT2第一章 引 言61.1 问题的提出61.2 课题简介7第二章 研究现状及设计目标82.1 课题国内外研究现状82.1.1国内温室发展现状82.1.2课题的背景及其意义92.1.3课题研究的要求102.1.4 设计的目标11第三章 系统总体设计温湿度控制器设计报告123.1功能与特点123.2硬件设计123.2.1设计框图123.2.2温湿度传感器器及检测电路133.2.3单片机电路143.2.4显示电路163.2.5温湿度上限存储18 3.2.6供电及程序下载电路183.3软件编程193.3.1软件流程图193.3.2主程序193.4下载与调试273.4.1 USB转串口驱动安装273.4.2下载程序28 3.4.3运行30第四章 系统功能模块设计314.1系统功能模块图314.2系统总体分析与设计314.2.1总体方案314.2.2 实施措施324.2.3硬件系统设计32主机与主要部件的选择：324.3温湿度采样与控制系统334.3.1温湿度采样系统334.3.2温湿度控制系统334.4键盘显示系统344.5硬件电路设计35 4.5.1 系统硬件配置354.5.2 主要组件简介36第五章 软件系统设计405.1 系统初始化模块405.1.1系统启动405.1.2输入温度及湿度值405.1.3系统进入正常工作状态405.2模块显示415.2.1键盘模块的显示415.2.2采样转换模块42第六章 各种元件的介绍476.1数字温湿度传感器 DHT1147 6.1.1 DHT11产品概述47 6.1.2电源引脚506.1.3串行接口 (单线双向)506.1.4 测量分辨率526.1.5电气特性52 6.1.6应用信息536.2 1602LCD介绍606.2.1数字式接口606.2.2 程序流程图716.3上拉电阻总结756.3.1上拉电阻756.3.2上拉电阻阻值的选择原则766.3.3电阻作用776.3.4定义786.4三极管的介绍816.4.1三极管的工作原理816.5继电器的介绍83致 谢84参考文献85附录A：使用说明86附录B:程序清单87焦作大学毕业设计说明书第 90 页 共 90 页第一章 引 言改革开放以来，人们对生活质量要求显著提高，对美丽的植被和花卉的需求量也急剧上升，这对以种植植被为生计的园林工人是一个机遇，同时也对传统的手工植被种植是一个挑战，而基于单片机的温湿度控制系统对解决这些问题有着非常重大的意义。前种植植被一般都用温室栽培，为了充分的利用好温室栽培这一高效技术，就必需有一套科学的，先进的管理方法，用以对不同种类植被生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。温湿度控制对于单片机的应用具有一定的实际意义，它代表了一类自动控制的方法。而且其应用十分广泛。8051单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实例也很多。使用8051单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且8051单片机易于学习、掌握，性价比高。使用8051型单片机设计温湿度控制系统，可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在湿度控制方面也是如此。将此系统应用到温室当中无疑为植被的生长提供了更加适宜的环境。1.1 问题的提出目前我国大多数农业大棚对温度、湿度的检测与控制采用人工管理，控制精度低且不及时，容易造成农作物损失，而且工人劳动强度大，既增加了生产成本，浪费了人力资源，又很难达到较好的控制效果。为了提高农业大棚的自动化程度和生产效率，科学合理地调节大棚内的温度、湿度。使大棚内形成有利于农作物生长的环境，必须大力发展农业大棚温湿度监控系统。1.2 课题简介中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如:空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度和湿度参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度，使大棚内形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。第二章 研究现状及设计目标2.1 课题国内外研究现状2.1.1国内温室发展现状 至20世纪60年代，中国的设施农业始终徘徊在小规模、低水平、发展速度缓慢的状态，70年代初期地膜覆盖技术引入中国，对保温保墒起到一定的作用。7080年代，相继出现了塑料大棚和日光温室。90年代开始，中国设施农业逐步向规模化、集约化和科学化方向发展，技术水平有了大幅度提高。随着近年来国家相关科研项目的启动，中国的设施农业有了较快发展，设施面积和设施水平不断提高。近代温室的发展经历了改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室三个阶段，但由于各地区生产状况、经济条件和利用目的的差异，至今各阶段不同类型的温室依然并存。 国外温室发展现状。国外温室栽培的起源以罗马为最早。罗马的哲学家塞内卡(Seneca，公元前3年至公元69年)记载了应用云母片作覆盖物生产早熟黄瓜。20世纪70年代以来，西方发达国家在设施农业上的投入和补贴较多，设施农业发展迅速。目前，全世界设施农业面积已达400余万公顷。荷兰、日本、以色列、美国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家，其设施设备标准化、种苗技术及规范化栽培技术、植物保护及采后加工商品化技术、新型覆盖材料开发与应用技术、设施环境综合调控及农业机械化技术水平等都具有较高的水平，居世界领先地位。 自20世纪70年代以来，国外设施农业发达国家在温室环境配套工程技术方面也进行了大量研究，并取得了一些技术成果。以荷兰为代表的欧美国家设施园艺规模大、自动化程度高、生产效率高，设施农业主体没备温室内的光、水、气、肥等均实现了智能化控制；以色列的现代化温室可根据作物对环境的不同要求，通过计算机对内部环境进行自动监测和调控，实现温室作物全天候、周年性的高效生产；美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生产体系，即应用人工补充光照、采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断、由机械人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”，大大提高了劳动生产率和产品产出率。2.1.2课题的背景及其意义 现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。 电子技术的飞速发展，给人类的生活带来了根本的的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现了微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。利用微机的强大功能。人们可以完成各种各样的控制。然而，微机造价高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就运用而生了。单片机其实就是一个简化的微机，将微机的CPU，存储器，I/O接口。定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业控制，数据采集，智能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。 温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，成本较高。2.1.3课题研究的要求本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计，主要是介绍了对水箱温度的显示、控制，实现了温度的实时显示及控制。水箱水温控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51单片机及LED的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，利用DS18S20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。而炉内温度控制部分，采用一套PID闭环负反馈控制系统，由DS18S20检测炉内温度，用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号，并在LED中显示。控制器是用89C51单片机，用PID算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出控制信号给执行机构，去调节电阻炉的加热功率，从而控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18S20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18S20供电，而且不需要额外电源。同时DS18S20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。2.1.4 设计的目标本系统实现的农业大棚温湿度控制系统的目标功能如下： (1)系统能对大棚环境温湿度进行采集和显示(现场观温、湿度，软件记录)。 (2)能通过上位机端远程设定蔬菜的生长期适宜温湿度。由主控机统一设置系统时间和温度湿度修正值。 (3)当大棚的环境温湿度参数超过设定的上下限值时控制相应的系统启动。(4)可实时显示当前温度、时间、报警阈值等信息，并可查询各时间段的温湿度情况，并加以控制。第三章 系统总体设计温湿度控制器设计报告3.1功能与特点l 配用全数字型温湿度传感器DHT11，温度测量范围0-50，湿度测量范围20%RH90%RH，可以满足一般需要。若要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。l 温湿度测量响应时间快、长期稳定性好。l 采用先进的专用微处理器芯片STC89C52，可靠性高，抗干扰能力强。l 配用EEPROM芯片AT24C04，使存储的温度上下限和湿度上下限可以掉电永久保存。l 可以通过四个按键方便地实现温湿度上下限的调整。l 当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。如果配用三极管和继电器，该信号也可以驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。3.2硬件设计3.2.1设计框图本研究设计的温湿度控制器框图如图3.1所示。图3.1 温湿度控制器方框图图中STC89C52单片机每2秒钟从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外外部EEPROM存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。该报警信号可以通过三极管驱动继电器，以控制外部风机或加热器。继电器电路套件中不标配，如果需要请另外说明。3.2.2温湿度传感器器及检测电路图3.2 DHT11温湿度传感器外型及管脚DHT11温湿度传感器外型及管脚如图3.2所示。其中电源引脚的供电电压为 3.5-5.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。 DHT11典型应用电路如图3所示，其连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。建议连接线长度短于20时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，图3.3 DHT11典型应用电路DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分。 一次完整的数据传输为40bit，高位先出。 数据格式如表3.1：表3.1 DHT11数据格式3.2.3单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52，其管脚如图3.4所示。图3.4 STC89C52单片机管脚图该芯片为52内核8位单片机，兼容Intel等52内核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。由STC89C52组成的单片机系统原理图如图3-2-5所示。图中DATA引脚为温湿度传感器单总线引脚，K1、K2、K3、K4为四只调节按键，用以调整温湿度上限值。L3、L4、L5为三只报警灯，其中L3为超温报警，L4为超湿报警，L5保留给用户定义。图3.5 单片机系统原理图3.2.4显示电路显示部分采用SMC 1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：表3.2 液晶屏技术指标接口信号说明如表3.3所示。表3.3 液晶屏接口信号说明与单片机接口电路如图3.6所示。图3.6 LCD与单片机接口电路3.2.5温湿度上限存储温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C04中，并可以通过K1K4按键调节并保存，其中K1为温度上限增加，K2为温度上限减小，K3为湿度上限增加，K4为湿度上限减小。AT24C04是IIC芯片，其电路如图3.7所示。图3.7 EEPROM存储电路3.2.6供电及程序下载电路本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图3.8所示。图3.8供电及程序下载电路3.3软件编程3.3.1软件流程图本设计软件主程序流程图如图3.9所示。图3.9主程序流程图3.3.2主程序 下面介绍main.c主程序编写，其他程序略。(1) 头文件和一些宏定义#include #include 1602.h#include dht.h#include 2402.h(2) 管脚定义sbit Led_qushi=P16; /去湿灯sbit Led_jiangwen=P15;/降温灯sbit Led_shengwen=P14;/升温灯sbit Key_TH1 = P32;sbit Key_TH2 = P33;sbit Key_HH1 = P34;sbit Key_HH2 = P35;(3) 常量、变量定义/定义标识volatile bit FlagStartRH = 0; /开始温湿度转换标志volatile bit FlagKeyPress = 0; /有键按下/定义温湿度传感器用外部变量extern U8 U8FLAG,k;extern U8 U8count,U8temp;extern U8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;extern U8 U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp;extern U8 U8checkdata_temp;extern U8 U8comdata;extern U8 count, count_r;U16 temp;S16 temperature, humidity;S16 idata TH, HH; /温度上限和湿度上限char * pSave;U8 keyvalue, keyTH1, keyTH2, keyHH1, keyHH2;U16 RHCounter;(4) 各子程序/数据初始化void Data_Init() RHCounter = 0; Led_qushi = 1; Led_jiangwen = 1; Led_shengwen = 1; TH = 40; HH = 85; keyvalue = 0; keyTH1 = 1; keyTH2 = 1; keyHH1 = 1; keyHH2 = 1;/定时器0初始化void Timer0_Init()ET0 = 1; /允许定时器0中断TMOD = 1; /定时器工作方式选择TL0 = 0x06; TH0 = 0xf8; /定时器赋予初值TR0 = 1; /启动定时器/定时器0中断void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0TL0 = 0x06;TH0 = 0xf8; /定时器赋予初值/每2秒钟启动一次温湿度转换 RHCounter +; if (RHCounter = 1000) FlagStartRH = 1; RHCounter = 0; /存入设定值、void Save_Setting() pSave = (char *)&TH; /地址低位对应低8位，高位对应高8位 wrteeprom(0, *pSave); /存温度上限值TH低8位 DELAY(500); pSave +; wrteeprom(1, *pSave); /存温度上限值TH高8位 DELAY(500); pSave = (char *)&HH; wrteeprom(2, *pSave); /存湿度上限值RH低8位 DELAY(500); pSave +; wrteeprom(3, *pSave); /存湿度上限值RH高8位 DELAY(500);/载入设定值、void Load_Setting() pSave = (char *)&TH; *pSave+ = rdeeprom(0); *pSave = rdeeprom(1); pSave = (char *)&HH; *pSave+ = rdeeprom(2); *pSave = rdeeprom(3); if (TH99)|(TH99)|(HH0) HH = 85;void KeyProcess(uint num) switch (num) case 1: if (TH1) TH-; L1602_char(1, 15, TH/10+48); L1602_char(1, 16, TH%10+48); break; case 3: if (HH1) HH-; L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48); break; default: break; Save_Setting();(5) main()函数void main() U16 i, j, testnum; EA = 0;Timer0_Init(); /定时器0初始化 Data_Init();EA = 1;L1602_init();L1602_string(1,1, Welcome to T&H );L1602_string(2,1, Control System! );/延时for (i=0;i1000;i+) for (j=0;j TH) Led_jiangwen = 0;else Led_jiangwen = 1; /降温if (humidity HH) Led_qushi = 0;else Led_qushi = 1;/去湿 /键盘查询，在弹起时响应if (Key_TH1)&(keyTH1=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 1; else if (Key_TH2)&(keyTH2=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 2; else if (Key_HH1)&(keyHH1=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 3; else if (Key_HH2)&(keyHH2=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 4;if (FlagKeyPress = 1) KeyProcess(keyvalue); FlagKeyPress = 0; if (!Key_TH1) keyTH1 = 0;else keyTH1 = 1; if (!Key_TH2) keyTH2 = 0;else keyTH2 = 1; if (!Key_HH1) keyHH1 = 0;else keyHH1 = 1; if (!Key_HH2) keyHH2 = 0;else keyHH2 = 1;3.4下载与调试提供例程在uVision4环境下编译，如果是其他版本uVision，只需将所有.c和.h文件拷贝至新建项目，重新编译即可。当编译生成.hex文件后，就可以下载并进行调试了。3.4.1 USB转串口驱动安装打开USB驱动文件夹下的PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe安装文件，按提示安装USB转串口驱动程序。安装完成后，插入USB下载线后，在开始-控制面板-打印机和其他硬件-设备管理器，在“端口”分支下有（Prolific USB-to-Serial Comm Port(COMX)。X表示串口号，如果没有说明USB转串口驱动没有安装，须重新安装。记住括号里的COM口号。图3.10成功安装USB转串口驱动示意图3.4.2下载程序打开STC单片机下载软件文件夹，点击运行STC_ISP_V481.exe程序，出现如下界面。图3.11下载软件正确选择MCU 类型，COM口（与刚才安装的COM号一致），最高波特率和最低波特率都选2400bps或者1200bps （下载线内PL2303芯片所限，没办法！），并打开正确的.hex数据文件。点击“Download/下载”按纽，窗口出现提示：Chinese:正在尝试与 MCU/单片机 握手连接 . Connection is failure. You can try: 1.Give your MCU Power On Reset. 2.Stop operation, then re-select COM Port. 3.Because PLCC-DIP/PQFP-DIP Socket trace too long. 4.Update the STC ISP.exe version. 5.If still error, your MCU Firmware is error or null.Chinese:连接失败，请尝试以下操作： 1.在单片机停电状态下，点下载按钮，再给单片机上电 2.停止下载，重新选择 RS-232 串口, 接好电缆 3.可能需要先将 P1.0/P1.1 短接到地 4.可能外部时钟未接 5.因 PLCC、PQFP 转换座引线过长而引起时钟不振荡，请 调整参数 6.可能要升级电脑端的 STC ISP.exe 软件 7.若仍然不成功，可能 MCU/单片机内无 ISP 系统引导码， 或需退回升级，或 MCU 已损坏 8.若使用 USB 转 RS-232 串口线下载，可能会遇到不兼容 的问题，可以让我们帮助购买兼容的 USB 转 RS-232 串口线 仍在连接中, 请给 MCU 上电.按下电路板上的电源按纽，保证其有个失电至上电的过程，则窗口显示开始烧录芯片。3.4.3运行下载完成后程序自动运行，或重上电后程序正常运行。第四章系统功能模块设计4.1系统功能模块图1、设计框图本研究设计的温湿度控制器框图如图4.1所示。图4.1 温湿度控制器方框图4.2系统总体分析与设计4.2.1总体方案 温度监控：对温室温度进行测量，并通过升温或降温达到植被的最佳温度。 湿度监控：对温室湿度进行测量，并通过喷雾或去湿达到植被的最佳湿度。 控制处理：当温度、湿度越限时报警，并根据报警信号提示采取一定手段控制。 显示：LCD就地显示输入值和相应的温湿度，数码管摆放在生产现场用于显示当前的温湿度。4.2.2 实施措施 实际环境温度与给定界限比较，执行加热/制冷措施。 实际环境湿度与给定界限比较，执行加湿/去湿措施。 键盘显示：负责用户的输入及相关数据的显示，其中包括LED和LCD显示。4.2.3硬件系统设计经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以开始着手硬件系统的设计，硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据主机与主要部件的选择：根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑，选用MCS-51系列的89C51为主机，满足上面的要求而且设计方便，不需要再存储扩展。数据存储片内设有128B，外部有8279的256B，而由于存入的数据是随时更新的且不计小数位，存入 8个16进制数字，其总共需要的容量只有16B，已经够用。对外部模拟量（温度、湿度）采样，选用ADC0809能够满足要求。温室温湿度控制系统是以89C51单片机作为中央控制装置，模数转换器ADC0809，风扇，加热设备，加湿设备，排潮设备，键盘显示芯片等，其功能和原理如下： 89C51作为中央控制装置，负责中心运算和控制，协调系统各个模块的工作。 四路采样温度信号采样简单平均处理，温度保存为整数。 四路采样湿度信号采样简单平均处理，温度保存为整数。 模数转换器ADC0809：即由模拟信号转换为数字信号。它共有8个模数转换通道。模数的转换共有2种方法。一种是利用INT0中断，当一次转换结束后，ADC0809使INT0产生中断，通知系统转换完毕；另一种使用延时方法，开始转换后系统延时100微秒等待转换完成。本方案采用延时转换的方法。 键盘显示芯片：用8729识别键盘，负责用户的输入及相关的数据的LED显示。例如选择系统的工作模式，用户输入温度及湿度的界限数据，显示实时的温度及湿度值等等。 风扇：负责系统的降温工作。 加热设备：负责系统的加热工作。 喷雾设备：负责系统的加湿工作。 排潮设备：负责系统的去湿工作。 双色灯，音效模块：负责系统的报警功能。如果当前的温度超过用户设定的界限值时系统将自动报警，双色灯在74LS273的控制下有规律的闪烁，同时音效模块发出报警声，通知用户采取相应的措施。4.3温湿度采样与控制系统4.3.1温湿度采样系统 为了更精确的反映温室的温度和湿度，取温湿度各4路信号采样简单平均处理作为温室的温度和湿度。在分辨率达到的前提下，温湿度的精度为1%。4.3.2温湿度控制系统 首先，系统启动后，提示用户输入温度的上限与下限的温度值。用户输入之后，系统自动求出中间值，根据实际温度的情况采取相应的方案。如果该时刻的实际温度值低于用户给定的下限温度值时，系统立即启动报警装置，且系统处于升温状态，直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止升温。反之，如果实际温度值高于用户设定的上限值时，系统也会立即启动报警装置，且系统处于降温状态，直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止降温。选择中间值作为控制参数，防止升温降温升温的死循环，因为温度低于下限时会一直升温，可能导致温度高于上限系统又开始降温，这样系统便一直重复升温降温升温过程，导致设备在某一个温湿度点附近频繁的启停，使设备寿命下降，而且没有实际意义。选择中间值的一定区间，是防止达到中间值时，采取了停止升温或者降温措施，温度还是会持续上升或下降一会儿，这时候温度可能不是正好在中间值处，系统便还是采取升温或者降温的措施，而此时的温度值可能已经是很适合植被生长的需要的温度值。所以本方案选在中间值的正负一度区间内，认为此区间内都是适合的，不产生任何控制动作变化，这样就能解决设备频繁启停问题。4.4键盘显示系统键盘显示系统采用8279芯片控制16键的键盘和8个七段数码管，以实现用户的输入与数据输出。16个键分别是“0”到“F”，对应的键值是0到15不需要键值的转换。七段数码管采用共阴极，系统中使用的段码如下表4.1所示。表4.1 键盘显示系统中使用的段码显示01234567段码3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H显示89ABCDEF段码7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H8279初始化时，设定的相关命令字如下：Z8279 EQU 08701H ;8279 状态/命令口地址D8279 EQU 08700H ;8279 数据口地址LEDMOD EQU 00H ;左边输入 八位字符显示 ;外部译码键扫描方式,双键互锁LEDFEQ EQU 38H ;扫描速率LEDCLS EQU 0D1H ;清除显示 RAMLEDWR0 EQU 80H ;设定的将要写入的显示RAM地址系统的连接图如下图4.3所示。图4.2 系统连接图AD0809与89C51连接图： 图4.3 AD0809与89C51连接图 4.5硬件电路设计4.5.1 系统硬件配置采用总线型结构的设计。由P0口作数据线，P0口和P2口共同作地址。4.5.2 主要组件简介（1）89C51芯片 89C51是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（内部数据总线为8位，外部数据总线为8位），它与MCS-96系统中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便（48PINDIP）等优点。89C51在工业应用方面有许多明显的特点，它具有灵活方便的8位总线外围支持器扩展功能，而在数据处理方面又有8位微机的快速功能。由于大的高度集成化已把许多常驻用的输入检测输出控制通道都制作在同一块硅片上，大大地灵活了外部连线，增强了系统的稳定性并且速度快（时钟12MHz），非常适合于工业环境下安装使用。因此本系统CPU选用89C51芯片。 89C51单片机引脚采用40双列直插式封装结构。89C51系统CPU中的主要组件有：高速寄存器阵列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算术逻辑单元（RALU）。它与外部通讯是通过特殊功能寄存器SFR或存储器，控制器进行的。8051系统的CPU的主要特色是体积小，重量轻，抗干扰能力强，售价低，使用方便。此外，通过SFR还可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效运行。 CPU内部的一个控制单元和两条总线寄存器阵列和EALU连接起来。这两条总线是：16位地址总线（A-BUS）和8位数据总线（D-BUS）。数据总线仅在RALU与寄存器阵列或SFR之间传送数据，地址总线用作上述数据传送的地址总线或用作与寄存器控制器连接的多路复用地址/数据总线7。CPU对片内RAM访问是直接访问和通过寄存器R0,R1间接访问的。89C51工作时所需的时钟可通过其XTALL输入引脚由外部输入，也可采用芯片内部的振荡器。其工作频率为612MHz。在本系统中采用11.0592MHz频率。（2）74LS273地址锁存器 74LS273是带有三态缓冲输出的8D锁存器74LS273；D7D0：三态门输入端。Q7Q0：三态门输出端。GND：接地端。Vcc：电源端。OE：三态门使能端。G（STB）：8D锁存器控制端。（3）8279可编程键盘/显示器接口芯片8279使Intel公司为8位微处理器设计的通用键盘/显示器接口芯片，其功能主要体现在二个方面：接收来自键盘的输入数据并作预处理；数据显示的管理和数据显示器的控制。单片机采用8279管理键盘和显示器，可减少软件程序，减轻负担，且显示稳定，程序简单。8279的引脚功能（采用40线双列直插式封装）：DB0DB7：双向外部数据总线。用于传送8279与CPU之间的命令、数据和状态。CS：片选信号线，低电平有效。A0：区分信息的特征位。当A0位置1时，CPU写入8279的信息位命令，CPU从8279读出的信息为8279的状态；当A0为0时，I/O信息都为数据。RD,WR：读和写选通信号线，均为低电平有效。IRQ：中断请求输出线，高电平有效。RL7RL0：键盘回送线，平时为高电平，只有当某一键闭合时，其中一条线才变低。SL7SL0：扫描输出线，用于对键盘和显示器进行扫描。OUTB3OUTB0 OUTA3OUTA0：显示段输出线。BD：显示熄灭控制线，低电平有效。RESET：复位输入线，高电平有效。SHIFT,CNTL/STB：控制输入线，由内部拉高电阴拉成高电平，也可由外部控制按键拉成低电平。CLK：外部时钟输入线，其信号由外部振荡器提供。Vcc,GND：分别为+5V电源和地。（4）七段LED显示器LED是单片机应用系统中一种常见的输出设备，通常使用的是七段显示。这种显示块有共阴极与共阳极两种。4以共阴极为例：显示个位“4”a 送 0d,e 送 0b,c,f,g 则送 1gnd 送 0则立刻显示4。它由8个发光二极管（7段和一个小数点）构成，可用来显示09，A、B、C、D、E、F、G(小数点)。在数码管中，若把各二极管的阴极连在一起称为共阴极数码管；若把各二极管的阴极连接在一起称为共阴极数码管；若把各二极管的阳极连接在一起，则称为共阳极数码管。在本系统中采用共阴极数码管。（5）ADC0809芯片3ADC0809是28脚双列直插式封装。D7D0：8位数字量输出引脚。IN0IN7:8路模拟量输入引脚。Vcc：+5V工作电压。GND：地。（6）LCD显示引脚功能7：D0D7双向数据总线。LCD数据读写方式可以分为8位和4位两种，以8位数据进行读写操作则D0D7都有效，若以4位方式进行读写操作，则只用到D4D7RS：寄存器选择控制位。当RS=0时，并且做写入的动作时，可以写入指令寄存器，若RS=0，且做读取操作时，可以读取忙标准及地址记数器的内容。若RS=1，责用于读取数据寄存器7。R/W：LCD读写控制线。R/W=0时，L