毕业论文-大棚温湿度自动监控系统设计.doc

SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 大棚温湿度自动监控系统设计 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自 二 评阅教师： 职称： 2014 年 6 月 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书摘要随着现代科学技术、生产生活现代化的不断提高，相比较于传统培养农作物的方式，温室大棚技术培养农作物可以显著提高农作物产量，降低农业生产对自然环境和气候变化的要求。随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。本设计以单片机为核心，辅助温湿度传感器、LCD显示电路、报警电路、按键电路等，监测到所测大棚的温度和湿度信号，通过观察LCD显示的数据或PC机界面显示的数据，即可实时监控大棚内环境的温度和湿度情况，如果检测到的数据超过所设定的温湿度上下限，则系统会自动产生相应的声光报警，并驱动降温电路和除湿电路，通过按键来对设定的温湿度上下限值进修改。本系统包括系统硬件和软件设计, 智能度、可靠性高，系统工作稳定，且综合性价比较高，具有较大的市场应用前景。系统还应用RS232与上位机相连接，可以将温湿度、时间、报警阀值等相关的参数显示在PC机界面上，并可设置自动记录温湿度、时间、报警阀值等相关的参数，操作简便，市场应用前景广泛。关键词：STC89C52单片机，温湿度传感器， LCD显示 AbstractWith the development of modern science and technology, the production of modern life constantly improve, compared with the traditional cultivation of crops, greenhouse technology in cultivation of crops can significantly increase crop yield, reducing the agricultural production of the natural environment and climate change request. With the popularity of greenhouse technology, the growing number of greenhouse, for vegetable shed, one of the most important management factor is the temperature and humidity control. The design is based on the single chip microcomputer as the core, auxiliary temperature and humidity sensor, LCD display circuit, alarm circuit, keyboard circuit, monitoring of the temperature and humidity signal measured in greenhouse, through data or PC interface of LCD display data, temperature and humidity can be real-time monitoring of greenhouse environment, if the temperature and humidity detection the data exceeds a set upper and lower limit, the system will automatically generate the corresponding sound and light alarm, and drive the cooling circuit and dehumidification circuit, through the button to set upper and lower limit of the temperature and humidity values in the changes.Hardware and software design of system includes the system, intelligent, high reliability, the system is stable, and the higher price, has great market prospects. The system also applies RS232 and PC can be connected, temperature and humidity, time, alarm and other related parameters in the PC interface, and can be set to automatically record the temperature and humidity, time, alarm and other related parameters, simple operation, wide market prospect.Keywords STC89C52; temperature and humidity sensor; LCD display常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书目录摘要Abstract第1章 绪论11.1 课题背景11.2 大棚温湿度自动监控系统研究现状及发展11.3 本论文主要设计内容11.4 本章小结2第2章 系统总体方案设计32.1系统功能设计32.2系统设计原则32.2.1可靠性32.2.2 性价比32.3设计方案和技术路线42.4本章小结5第3章 系统硬件电路的设计63.1系统硬件概述63.2主控模块设计63.2.1单片机的选择63.2.2单片机引脚介绍63.2.3单片机最小系统73.3传感器模块设计83.3.1传感器的选择83.3.2传感器的介绍93.3.3传感器的内部结构和工作原理93.3.4传感器的连接电路103.3.5传感器的工作时序113.4液晶显示模块设计113.4.1液晶显示屏简介113.4.2液晶显示模块电路原理图123.5继电器模块133.6阀值设定模块133.7串口通信电路模块143.8本章小结15第4章 系统软件电路的设计164.1软件设计总体结构164.2 主要模块的设计流程框图174.2.1 主程序流程图174.2.2 LCD1602子程序流程图184.2.3 输出控制子程序流程图194.2.4 键盘扫描子程序流程图204.2.5 SHT11子程序流程图214.2.6 上下位机通信子程序流程图214.3 上位机控制模块软件实现234.3.1 表格模块的设计234.3.2 温湿度数据保存和清除模块设计244.4 本章小结24第5章 系统调试255.1 系统测试目的255.2 系统软件测试255.3 系统硬件测试265.4 测试结果分析285.5 本章小结28总结29致谢30参考文献31附录1 系统电路原理图32附录2 系统部分代码33I绪论第1章 绪论1.1 课题背景随着社会的快速发展，人们的物质水平也在不断的提高，对农产品的需求量也越来越大。农用大棚为解决我国城乡居民菜篮子问题，促进农民增收和推进农业结构调整发挥了重要作用。温室种植已在农业生产中占有重要地位。而传统的温室种植是在大温室棚内悬挂温度计，工人根据读取的温度值调节大棚内的温度；而湿度控制只能根据工人的经验判断是否需要进行灌溉。这种靠人工控制温湿度的方式，既耗费人力又不精确，传统的温湿度调节措施表现出极大地局限性。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度控制系统。 建造先进温室有利于解决靠天吃饭的问题，防止恶劣天气，排除季节因素给生物创造出一个适宜的生长环境，消除对作物生长不利的环境因素来促进生物生长，使其部分或完全克服外界气候的制约，从而缩短作物的生长周期，提高作物的产量，获得一定的经济效益。1.2 大棚温湿度自动监控系统研究现状及发展 世界各国的现代温室已于二十世纪六十年代逐步完善并快速发展起来，第二次世界大战以后，各国致力于农业发展。随着农业的快速恢复和发展，人们的生活水平有了大幅度的提高，生活必需品的多样化要求也有了提高，因此对温室农业的需求不断上升。随着农业科技的进步和水平的不断提高，温室农业因此而生，在全球化的背景下快速发展，并形成了一套完整产业链的高新技术产业，成为当今社会最具有活力的产业之一。社会不断的需求和快速发展的经济技术的支持，使得现代农业温室迅速发展。近代温室农业的发展经历了三个阶段，由改良型日光温室至大型玻璃温室再到现代化温室，今天，这几种类型的温室仍然存在。现代农业温室的主骨架是由经过镀锌并经过防锈处理的型钢材组成，具有一定的抗台风、抗暴雨暴雪等的载荷能力；采用一些特殊的透光材料与卡槽、卡簧、铝合金等固定材料相连接，使温室大棚即拥有透光的性能又具有保持温度恒定的特性；同时在温室大棚中也配有遮挡阳光、升降温、增减湿度等配套设备和一些特殊的栽培设施如栽陪床、灌溉施肥等；另外，环境调控设备的加入使温室大棚形成了一个完整全面的生产环境。如今随着计算机、自动控制、机械等技术在温室环境控制以及管理等多方面的广泛应用，温室技术发生了翻天覆地的变化，其中以欧洲的荷兰、法国和西班牙，中东的以色列，北美洲的加拿大和美国最为突出。1.3 本论文主要设计内容本文对温室研究现状进行了分析，解决了目前系统中遇到的部分问题，设计并开发出操控方便、操作简单、价格实惠的智能化农业温室监控系统。主要研究内容如下：系统主要由温湿度传感器、单片机、键盘、显示屏和上位机管理控制系统组成。通过这些元器件可以对温室内温湿度的数据进行采集和监测控制。上位机管理控制系统软件采用 VisualBasic6.0来研究开发，设计出人性化的显示界面，便于操作者与机器进行互动。最后完成了对所测数据的处理和报表打印功能。完成下位机的温湿度采集系统。下位机的任务是对温室内的温湿度情况进行采集，以单片机作为核心，完成温湿度的采集与显示功能，当所测到的结果超过预先限定的上下限值时系统会实现声光报警。本系统的电路设计结构简单，温湿度自动监测数据精确，并且系统的可扩展性良好，抗干扰能力强，方便实现数据监测和上位计算机的管理。可以推广应用于仓库、机房等多种环境内，具有较好的经济推广价值。1.4 本章小结本章作为绪论章节，是论文的重要组成部分。本章主要从课题的背景以及课题的研究现状和发展做基本的描述。让读者对大棚温湿度自动监测系统有了整体的认识，并认识到此系统对现代农业的重要性。本章节最后概述了设计要求，此即为论文所要完成的标准。39系统总体方案设计第2章 系统总体方案设计2.1系统功能设计大棚温湿度监测系统包括温湿度的监测显示，超过上下限具有声光报警功能。通过这两方面的工作配合实现对大棚环境的实时监测与调控。大棚环境对于温湿度的控制要求极高，在进行温湿度监测部分设计是，要遵守以下设计要求：（1）液晶屏上温湿度的显示部分；温度和湿度的精度由于温度和湿度的测量及显示精度会对系统设计的困难度及成本造价造成一定影响，综合考虑多方面因素，温度范围设定为为1424，分辨率为0.1%，大棚相对湿度应保持4560%。（2）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。（3）系统具有报警功能，当超过设定的上下限报警阀值时实现声光报警。（4）系统通过串口与PC机通讯，在PC机上实现操作与控制。（5）监测系统中的软件在本系统中软件设计做到以下几点要求: 1.软件的构成清晰明了、简但便捷、流程符合常理。2.程序和数据的存储区要规划合理，这样既能节省内存又可方便操作。 3.经过调试修改后程序应进行规范化出去修改的痕迹以便于交流和借鉴也为以后的软件模块化、标准化打下基础。2.2系统设计原则2.2.1可靠性可靠性是在设计过程中应该优先考虑的一个因素，一个控制系统必须要能稳定、可靠地工作，才能投入到生产实践中去。如果系统的可靠性不能达标，那么系统出现故障的可能就会增大，造成很大的损失。这种损失不仅包括经济上和信誉上的损失，而且可能会对人身安全产生威胁。要提高控制系统的可靠性，那么就要注意以下几个方面：选用的元器件要有很高的可靠性；由于供电电源很容易产生干扰，所以应该对其采用抗干扰措施；对输入输出通道也一样，要采用抗干扰措施；在对电路板的设计时，要合理的布线和接地；软硬件都要进行滤波；系统要有自己诊断功能等。2.2.2 性价比性价比也是一个系统设计中所要考虑的重要因素。性价比高的产品更容易被消费者接收，但是设计过程中不能盲目地追求性价比，它应该建立在对产品性能要求的基础上，首先要满足性能要求，然后再设法降低产品成本。2.3设计方案和技术路线本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，此设计以STC系列单片机基本系统为核心的一套检测系统，其中包括单片机、复位电路、温湿度检测、键盘及显示、报警电路、上位机软件等部分的设计。系统总体方框图如图2.1。显示电路键盘控制系统晶振电平变换报警电路单 片 机 温湿度传感器上位机图2-1 蔬菜大棚温湿度控制原理框图本系统中各部分起着不同的功能， 1. 温湿度传感器，本系统是对大棚的温湿度进行实时监测与控制，所以系统首先要利用温湿度传感器进行温湿度数据的采集，从而获得大棚内的温湿度数据。2. 单片机，是控制平台的核心。通过温湿度传感器所采集的数据通过系统传递给单片机，进过单片机的转换与处理分别把数据传递给液晶显示器，温湿度调节系统，看门狗电路和蜂鸣器。3. 液晶显示器，液晶显示器的功能是显示出单片机传过来的温湿度数据。4. 看门狗电路起着对监测出超过范围的温湿度启动报警电路的的作用。由单片机处理接收到的温湿度数据，当温湿度高于或者低于用户设定值时，由单片机将信号传给看门狗电路，看门狗电路接通工作，从而启动蜂鸣器与LED二极管电路工作。5. 蜂鸣器，蜂鸣器起着对超出监测范围的温湿度的声音报警作用。由单片机处理接收到的温湿度数据，当温湿度高于或者低于用户设定值时，由单片机将信号传给看门狗电路，看门狗电路接通工作，连接的蜂鸣器的电路从而接通工作，此时蜂鸣器报警。6. 上位机，上位机是通过VB6.0进行系统开发，有着人性简单的用户界面，可随时读取到下位机采集到的温湿度值，通过观察数据来对下位机的调温湿度设备进行操作，调节温室大棚内的温湿度状态。7. LED二极管，LED二极管起着对超出监测范围的温湿度的报警作用。当温湿度高于或者低于用户设定值时，由单片机将信号传给看门狗电路，看门狗电路接通工作，LED二极管的电路接通工作，此时LED二极管变亮报警。由以上功能介绍可知该环境监测系统以温湿度监控为重点，温湿度参数和设备运行状态由用户根据大棚温湿度存储的环境要求自行设定，并在液晶显示屏上显示当前的温湿度信息。此控制平台主要实现现场温湿度数据的采集并实时调整环境的温湿度，单片机是控制平台的核心，温湿度数据的采集通过温湿度传感器获得，当温湿度高于或者低于用户设定值时，由单片机将信号传给看门狗电路，驱动蜂鸣器和LED二极管工作，蜂鸣器报警，LED二极管变亮。2.4本章小结本章首先介绍了整个系统的设计思想，对各个模块有了明确的任务要求，并讨论了一般系统都要求的设计原则，最后提出了整个技术路线，针对每个模块进行详细的解说，使系统功能明确。 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第3章 系统硬件电路的设计3.1系统硬件概述 此次的毕业设计主要由六个大的模块构成，分别是主控模块、传感器模块、LCD液晶显示模块、继电器模块、阈值设置模块以及串口通信电路模块。其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主要是单片机系类的芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需要，从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，该上限值保存在外部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，以控制外部风机或制冷器。3.2主控模块设计 3.2.1单片机的选择单片微型计算机是在一块芯片上集成了一台微型计算机的四个基本组成部分。随着微电子和集成电路行业的迅速发展，单片机的技术研究也得到快速发展，越来越多的产业开始使用单片机，单片机尤其在工业控制中对某些物理量进行定时采样与控制的问题上及在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程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。主要性能参数有：增强型8051单片机指令代码完全兼容传统8051；工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）；用户应用程序空间为8K字节；片上集成512 字节RAM；通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用连接上拉电阻，作为 I/O 口用时，要连接上拉电阻；共3 个16 位定时器/计数器。3.2.2单片机引脚介绍 STC89C52与STC89C51具有相同的外型管脚，如图 3-1 所示。引脚功能说明如下：VCC：STC89C52电源正端输入，接+5V。GND：电源地端。XTAL1、XTAL2： 片内振荡电路输入线，这两个端子外接石英晶体和微调电容。RESET：复位信号输入端EA/Vpp：访问外部存储器的控制信号，要访问外部存储器其必须接高电平；Vpp是对8571片内EPROM的21V编程电源输入ALE/PROG：表示地址锁存器允许信号。利用这支引脚来触发外部的8位锁存器，将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：程序储存启用，可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：双向I/O端口P0PORT1（P1.0P1.7）：双向I/O端口，若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。P1.1可以做外部中断输入的触发脚位。PORT2（P2.0P2.7）：双向I/O端口，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT3（P3.0P3.7）：双向I/O端口，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。单片机引脚图如图3-1所示：图3-1 单片机引脚图3.2.3单片机最小系统 单片机最小系统就是能使单片机工作的最少的器件构成的系统，是大多数控制系统必不可少的关键部分。单片机最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分，单片机最小系统如图3-2所示：图3-2 单片机的最小系统（1） 振荡电路单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。如图3所示，外部时钟振荡电路由晶体振荡器和电容C1、C2构成并联谐振电路，连接在XTAL1、XTAL2脚两端。对外部C1、C2的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。C1、C2通常取值C1=C2=3030PF；8051的晶振最高振荡频率为12M，AT89C51的外部晶振最高频率可到24M。典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的us级时歇，方便定时操作)。（2）电源电路单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。（3） 复位电路复位是单片机的初始化操作，单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质，当系统上电，RST脚将会出现高电平，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。电容C的取值一般取10u，电阻R取10K，原则是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。3.3传感器模块设计 3.3.1传感器的选择进行传感器的选择时，应使传感器满足下面的条件：能适应系统的要求，具有长期的稳定性；测量范围要符合生物生长对环境的需求；能使系统真正做到调控环境和快速反应的高效工作。温室内的温度变化比较缓慢，生物生长对温度变化要求也不是很高，所以对温度传感器的灵敏度要求不是太高。但是系统要能够较好的进行推广，传感器价格应该适中，性能要求稳定。根据温室环境要求，湿度传感器要求有良好的灵敏度与精确度，测量湿度范围要宽，检测寿命要长，可靠性要高等。本设计要求的测温范围为1424，分辨率为0.1%，大棚相对湿度应保持4560%。根据以上分析，如果找到集温湿度传感器于一身的集成式传感器就会使系统成本大大降低和设计得到简化，而瑞士盛世瑞恩公司生产的 SHT11传感器就能够本系统的要求。3.3.2传感器的介绍盛世瑞恩公司生产的 SHTXX 系列产品代表了目前电容式温湿度传感器发展的方向，即单片智能数字化温湿度复合传感器。它采用工业 CMOS 过程微加工专利技术，保证了传感器具有高度的可靠性和长期稳定性。该传感器包括一个能隙式测温元件和一个电容式聚合体测湿元件，并与一个 14 位的数模转换器和串行接口电路在同一芯片上实现紧密连接。具有体积小，测量范围大，测量精度较高，性价比高，抗外界干扰能力强等优点，被广泛的应用于各个领域。引脚如图3-3所示：图3-3 SHT11温湿度传感器引脚图各引脚的功能如下：引脚 1：信号地引脚 4：电源，工作电压范围 2.45.5 V引脚 2：串行数字接口，DATA 数据线引脚 3：串行数字接口，SCK 为时钟线引脚 58：未连接 3.3.3传感器的内部结构和工作原理SHT11 默认的相对湿度和测量温度的分辨率分别是 12 位和 14 位,通过使用状态寄存器可以降到 8 位、12 位。温度检测范围是-40 到+123.8，湿度测量范围是 0 到100 %RH，12 位的分辨率是 0.03%RH；14 位的分辨率是 0.01。每一个 SHT11 传感器芯片都在非常精确的湿度室内进行标定，其校准系数用程序的形式储存在校准寄存器里，并且在测量的过程中还可以对相对湿度进行自动校准，因此 SHT11 具有完全的互换性。SHT11 内部结构如图 3-4 所示。 图3-4 SHT11内部结构图首先利用 温度、湿度传感器分别产生相对湿度、温度的信号；然后经过放大，先通过A/D 转换器进行模数转换；再通过串行接口将所测得的相对温湿度的数据送至微控器；最后利用微控器完成非线性补偿和温度补偿。AT89S51 是通过 DATA 和 SCK 引脚与 SHT11 进行通信。通过通用微处理器输入输出口来模拟该通信时序信号,微处理器通过 5 个 5 位命令代码来实现对 SHT11 的控制，5 个命令代码的作用如表3-1所示：表3-1SHT11命令集命令作用命令代码测量温度00111测量湿度00101读取状态寄存器00111写入状态寄存器00110软件复位，复位接口、清空状态寄存器，下一次命令前至少11ms 111103.3.4传感器的连接电路SHT11 通过两条串口线 DATA 引脚与 SCK 引脚与单片机的I/O口相连接，电路如图 3-14 所示。传感器将采集到的大棚温湿度数据与之前在键盘上设定的上下限值进行比较，再把信息传输给单片机，单片机经过处理后把测得的数据显示在液晶显示屏上。其中，SCK 引脚为串行时钟输入信号引脚， SCK 引脚用来实现单片机与 SHT11 间的同步通讯，因为接口包含完全静态逻辑，所以没有最小的 SCK 频率。DATA引脚为串行数据引脚，其引脚为三态门，可用于对测量数据的读取。DATA 在 SCK 时钟脉冲负跳变之后状态改变，并且只有在SCK 时钟上升沿才有效。当进行数据传输时， SCK 为 1 电平，DATA 要求保持稳定不变。单片机应该驱动 DATA 处在 0 电平，从而避免信号的冲突。需要外接一个上拉电阻（例如：10K），实现高电平输出。图3-5SHT11 与单片机连接电路3.3.5传感器的工作时序SHT11 测量的过程由传输启动，发送测试命令，等待完成测量与读取测量结果四个部分组成。AT89S51 首先通过一组“传输启动”时序信号进行初始化传输数据。当 SCK 时钟信号为 1 电平时，DATA 翻转变成 0 电平；接着 SCK 成为 0 电平，随后当 SCK 时钟信号为 1 电平时 DATA 翻转成 1 电平。时序信号图如图 3-6 所示：在“传输启动”时序之后，单片机向 SHT11 发送指令。指令字节由高 3 位的地址位(目前只支持 000)和低 5 位的命令位组成。其中：“00000101”代表相对湿度测量，“0000001l”代表温度测量，“00000111”和“00000110”分别代表对状态寄存器的读和写，SHT11 在数据传输的第 8 个 SCK 时钟信号周期下降沿之后，把 DATA 拉低，表示已经正确接收到命令，并在第 9 个 SCK 时钟信号周期的下降沿之后使 DATA 线恢复为高电平。3-6 SHT11 工作时序图3.4液晶显示模块设计 3.4.1液晶显示屏简介 LCD1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。（16列2行）。在生活中，液晶显示屏已经十分普遍。液晶显示模块成为许多电子类产品的重要组成器件。考虑到整个应用系统的工作环境等因素，我们选择LCD1602液晶显示器进行温湿度数据的显示。液晶显示器体积小，质量轻，功耗极小。引脚说明：第1脚：VSS一般接地。 第2脚：VDD接电源。 第3脚：VO为液晶驱动电路，VO也可称为VEE。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 第6脚：E端为使能端，下降沿使能。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。3.4.2液晶显示模块电路原理图 LCD1602 液晶模块内部的字符发生存储器存储了 一百多个不同的点阵字符图形，每一个都有特定的编码，例如英文字母“B”的编码是 01000002B（42H），当液晶显示模块把地址 42H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“B”。液晶显示屏与单片机的接口电路图如图3-7所示：图3-71602显示模块与单片机接口电路3.5继电器模块 电磁继电器主要由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等基本部件组成。通过给线圈两端加上相应的电压后，线圈中就会有电流产生并流过，电磁效应也就由此而产生，在电磁力吸引的作用下衔铁就会克服返回弹簧的拉力而吸向铁芯，衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁效应消失则吸力也随之消失，在弹簧的反作用力下衔铁返回到初始位置。通过这样的吸合、释放过程，完成了在电路中的连通、断开目的。电路中继电器室通过PNP型三极管驱动，当阀值超过设定时，单片机会由高电平跳变成低电平，三极管导通继电器吸合，继电器起开关作用，可以驱动负载。硬件电路如图3-8所示： 图3-8 按键控制电路图3.6阀值设定模块 温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C02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为温度下限减小，K3为湿度上限增加，K4为湿度下限减小。AT24C02是IIC芯片，其电路如图3-9所示：图3-9 AT24C02的芯片引脚图AT24C02提供电可擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器(EEPROM)128字(8位/字)。芯片在低压的工业与商业应用中进行了最优化。AT24C01的封装为8脚PDIP、8脚JEDECSOIC、8脚TSSOP，通过2线制串行接口进行数据传输。另外,整个系列有2.7V(2.7V至5.5V)和1.8V (1.8V至5.5V)两个版本。设备操作：C L O C K 和 D A T A 变化：SDA管脚通常外都要拉高。SDA管脚上的数据只能在SCL低期间改变。数据在SCL高期间改变定义为一个开始或停止信号。开始状态：在任何操作之前必须有一个开始信号-在SCL为高时SDA上产生一个下降沿。停止状态：SCL为高时SDA产生一个上升沿是停止信号，停止信号后将停止所有通信。在一个读的序列之后，停止信号将让EEPROM进入备用电源模式。3.7串口通信电路模块 串口通信可分为同步通信和异步通信，在单片机的应用系统中，主要是采用异步串行通信。在设计通信接口时，应该采用标准接口，这样才能够方便而又准确的把单片机和外设有机的连接起来，从而能形成一个测控系统，目前异步串口通信标准有RS一232、RS一422、RS一485标准。其中，RS一232是PC机与通信工业中使用最早的一种串行接口标准。在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应用。要让单片机和PC机通过串口进行通信，需要进行电平转换，因为尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的TTL电平和RS232的电平不一样。TTL电平中，电压小于0.8V为低电平，高于2.4V为高电平；而RS232电平是负逻辑电平，电压在-3V-15V时为高电平，电压在3V15V时为低电平，因此要通过MAX232这种电平转换芯片进行转换。MAX232是MAXIM公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V电源供电。适用于终端设备和数据通信设备间的接口，对于双向通信，只需要使用串行输入RXD（引脚2），串行输出TXD（引脚3）和地线GND（引脚5）。其电路连接如图3-10所示；图3-10 串口通信电路MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，能够把输入的+5V电压变换为RS232输出电平所需的+10V 电压，采用此芯片接口的串行通信系统值需要接+5V电压即可。MAX232芯片中有两组电平转换的引脚，我们这里只需使用其中一组。打头的字母“T”表示TTL电平，“R”表示RS232电平。R1IN和R2IN表示输入RS232电平，因此与电脑的串口相连；T1IN和T2IN表示输入TTL电平，因此与单片机相连。所以，引脚T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT为接TTLCMOS电平的引脚，引脚T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN为接RS232电平的引脚。MAX232芯片专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供EIA/TIA-232-E电平。可以分别接单片机的串行通信口。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。 3.8本章小结本章首先确定了单片机的选型，然后分别介绍了单片机最小系统、传感器设计模块、LCD1602 液晶显示模块与接口电路、继电器模块、阀值设定模块、串口通讯电路模块等几个方面的硬件系统设计，同时画出了电路图或内部结构图。详细分析和解释了每部分的功能和用途，是组成整个系统的重要环节。第4章 系统软件电路的设计系统的工作流程是，操作人员可以通过计算机输入需要设定的温湿度限定值或者通过按键来设定上下限值，当设定的温湿度值与检测温湿度值不同时，单片机控制系统则会采取相应的调节动作。此程序流程包括五个部分，第一部分是主程序，其描述总体结构；第二部分是SHT11温度采集程序，其功能是通过SHT11传感器采集温湿度值，并进行修正；第三部分是LCD1602显示子程序，对LCD1602进行初始化，将温湿度进行显示；第四部分是输出控制子程序，对设定值和实际值进行判断以决定是否进行温湿度的调节；第五部分是按键输入电路，用来修改温湿度上下限值。4.1软件设计总体结构本次设计的大棚温湿度自动控制系统由一个主程序调用多个子程序，它们包括SHT11温湿度采集子程序、LCD1602液晶显示子程序、输出控制子程序、键盘扫描子程序、上下位机通信子程序，如下图所示： 图4-1 程序总体结构主程序主要就是调用各个子程序的C语言文件中定义的函数，实现SHT11、LCD1602初始化等操作，然后测量温湿度，调用函数对数据进行处理，最后进行显示并输出控制信号。在Keil工程中编写程序的时候，为了让整个工程看起来条理清晰，要按照各个模块分别新建C文件写子程序。某个C文件要调用其它C文件中的函数时，要在当前C语言文件中先进行声明，然后再调用，或者也可以把每个C文件中定义的函数都写到相同名字下的.h头文件中，其他C文件要调用该函数时要在前面加上#include ，将头文件包括进来。对于变量也是如此，如果某个变量也在其他C文件中使用，那么要在一个C文件总将它定义为全局变量，即在函数外面定义。其他C文件要使用该变量时，要先使用extern将全局变量的作用域扩展到本C语言文件。4.2 主要模块的设计流程框图4.2.1 主程序流程图主程序流程图的过程为：先将SHT11复位并初始化LCD显示屏，此时温湿度传感器将测得的温湿度数据传送给单片机，经过单片机的处理与修正，将测得的数据显示在显示屏上，与之前设定的温湿度上下限值进行比较，若超出设定的值则启动温湿度调节设备，若无，则看是否有按键，若有，进入按键扫描子程序，没有则从测温环节循环。主程序流程图如图4-2所示。图4-2 主程序流程图4.2.2 LCD1602子程序流程图LCD1602子程序流程图的过程：先对液晶显示屏进行显示模块初始化，进入延时程序，然后将测得的十六位进制数据进制转化为十进制数据，判断是否在第一行显示数据，再输入相应的地址数据，经过延时程序，进行等待，输入需要显示的数据，即完成了LCD子程序的流程。图4-3 LCD1602子程序流程图4.2.3 输出控制子程序流程图 输出控制子程序流程图过程：启动程序，温湿度传感器采集数据，判断测得的温湿度数值是否超过设定的上下限值，若不是则返回主程序，若是蜂鸣器报警且启动温湿度调节设备，再判断调节后的温湿度是否在设定的值内，若不是，则重复上述过程，若是，则停止报警。再判断温湿度是否留有余量，若是则停止温湿度控制设备，过程结束。不是则重复上述过程，直到满足条件。图4-4 输出控制子程序4.2.4 键盘扫描子程序流程图为了防止抖动，按键电路中都要消抖的措施，本设计中是采用的软件消抖，在单片机检测到某个键按下后，延时10ms再监测，如果仍然按下，才视为按下了该键。S1、S2、S3、S4分别对应单片机的P3.2-P3.5引脚。按下S1键可对设定的温度上限值进行修改；按下S2键可对设定的湿度下限值进行修改；按S3键可增加设定的湿度上限值，按S4对设定的湿度下限值进行更改。图4-5 YesNo键盘扫描子程序4.2.5 SHT11子程序流程图SHT11 进行测量前单片机必须先向其发出命令时序，也就是向 SHT11 写进 8 个数据位并且在第 9 个 SCK 时钟周期读取 SHT11 返回的确认位(1 表示接收失败)。依据传感器的双线制工作方式，单片机应该先在 P3.6 引脚输出 0 电平来使 SHT11 工作，然后在所有数据线上输出指令数据，再发出 SCK1 电平触发传感器进行数据锁存，当然单片机输出的 SCK 周期一定要满足保持最少时间和传感器建立数据的要求。当发送完命令之后要依次读出各个传感器 DATA 上的返回位，以此来判断是不是需要重新发送。图4-6 SHT11子程序流程图4.2.6 上下位机通信子程序流程图与下位机之间通讯通信采用主从式，利用 UART 全双工异步串行通信协议方式，将 RS232 的 RTS 信号进行转换收发。系统采用的 VB 环境下 PC 机与单片机之间实现串行通讯的软件方案。VB 开发工具因其具有界面友好，编程简便等优点是开发 Windows 应用程序的好工具，受到广泛的使用，Visual Basic 6.0 版本带有专门实现串行通讯的 MSCOMM 控件。MSComm控件快速实现数据的接收和发送。程序响应时有两种方式进行处理，一种是程序驱动方式，另一种是查询方式。查询方式：检查CommEvent属性值,从而判断事件错误或正确。事件的驱动方式：由OnComm捕获事件正确或错误，并由MSComm控件处理串口的通讯错误及事件。利用MSComm控件，便捷高效地实现PC机串行口与单片机及其它设备轻松连接。(a) (b)图 4-7 串口通信程序流程图MSComm控件的主要属性和方法a. Output：传送一字符串向发送缓冲区。b. PortOpen：关闭或打开串行端口。c. Setting：设置串行端口传输快慢波特率、数据位数、奇偶校验位、停止位。d. RThreshold：阀值，由系统设定，当接收缓冲区内字节个数达到或超过该值后，阀值确定是否产生 MSComml-OnComm 事件。e. CommPort：返回或设置串行端口号，它的取值范围为 199，缺省为 1f. Input：表示从接收缓冲区中移走一字符串。软件流程图如图 4-7（a）为接收数据流程图(b)发送信号流程图所示。参数设定：通信端口选择 COM1，波特率设定为 1200B/SMSCOmm.CommPort=1MSComm.Setting=“1200， n, 8, 1”。START: MOV SP,#60HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0E6HMOV TL1,#0E6H ;1200B/S，晶振为12MHZMOV PCON,#00HMOV SCON,#50HSETB TR14.3 上位机控制模块软件实现4.3.1 表格模块的设计运行加载 Visual Basic6.0, 设计程序窗体，创建工程项目的标准文件。在“工程”菜单下的“部件.”选项中，添加“Microsoft FlexGrid Control 6.0” 工具箱及MSFlexGrid 控件，并添加到程序窗体上，从而实现在表格中显示数据。启动表格初始化子程序，程序如下：Public Sub tabinit()Dim i As IntegerGrid.Cols = 3Grid.Rows = 300 + 1Grid.ColWidth(0) = 800: Grid.ColWidth(1) = 1000Grid.Col = 0For i = 1 To 200Grid.Row = i: Grid.Text = + Str$(i)Next iGrid.Row = 0Grid.Col = 1: Grid.Text = 温度值Grid.Col =