温室大棚温湿度测控系统设计毕业设计论文.doc

温室大棚温湿度测控系统设计毕业设计论文 温室大棚温湿度测控系统设计 摘 要随着计算机应用技术的发展,用计算机控制的方面也涉及到各个领域,其中在塑料大棚内用单片机控制温度、湿度是应用于实践的主要方面之一。这对于农作物的生长发育有非常大的促进作用,它可以避免因为外面气候的剧烈变化对农作物造成的伤害,而使农作物能够在一个最适合它的温度、湿度的环境中生长发育,从而可以促进作物健康生长,抑制微生物的危害,提高产量,增加经济效益。 本设计由AT89S52单片机,温度检测电路,湿度检测电路,控制系统,报警电路,采用LCD12864作为显示电路组成;温度检测和湿度检测采用DHT90温湿度传感器采集信息,将其采集到的数字信号传入AT89S52单片机,单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉驱动电路,当棚内温度在设定范围内时,单片机不对风扇或电炉发出动作,实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气湿度的检测、监控,并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行实时处理,使大棚环境得到了良好的控制。该设计还具有对温度和湿度的显示功能,对大棚内环境温度和湿度的预设功能。关键词 温度检测、湿度检测、控制系统、报警系统Design in Greenhouse Temperature and Humidity Monitoring SystemXXTutor: xxx Abstract: With the development of computer application technology, the computer-controlled areas are also involved, including the plastic canopy temperature using SCM and humidity is one of the main aspects used in practice. This crop growth and development of a very large role in promoting, it could avoid severe climate change outside the damage to crops, Er Shi crops it can be one of the most suitable temperature and humidity of the environment, growth and development, which can promote healthy crop growth, inhibition of microbial hazards, increase productivity, increase economic benefits. The design by the AT89S52 microcontroller, temperature detection circuit, humidity detection circuit, control system, alarm circuit, as shown by LCD12864 circuit; temperature measurement and humidity detected by DHT90 temperature and humidity sensors to collect information, its collection to the digital signal incoming AT89S52 SCM, SCM by comparing the input temperature and set temperature to control fan or electric drive circuit, when the studio, the set temperature range, the microcontroller does not send fan or electric action, realized in the canopy and the plant growth and soil and air temperature humidity detection, monitoring, and can exceed the normal temperature and humidity range of state of real-time processing, so a good greenhouse environment controlThe design also features display of temperature and humidity, ambient temperature and humidity of the shed by default. Key words: temperature testing, humidity testing, control system, alarm system. 毕业论文(设计)诚信声明 本人声明:所呈交的毕业论文(设计)是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果,论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注,论文中的结论和成果为本人独立完成,真实可靠,不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文(设计)作者签名: 日期: 年月日毕业论文(设计)版权使用授权书 本毕业论文(设计)作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文(设计)的复印件和电子版,允许论文(设计)被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文(设计)全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文(设计)。本人离校后发表或使用该毕业论文(设计)或与该论文(设计)直接相关的学术论文或成果时,单位署名为 。论文(设计)作者签名: 日期:年 月 日指 导 教 师 签 名: 日期:年 月 日目 录1 绪 论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的意义12 系统设计的总体思路22.1 系统设计要求22.1.1设计指标22.1.2设计要求22.2 系统硬件的总体设计22.2.1 单片机的选择方案和论证22.2.2 显示模块的选择方案和论证22.2.3 温度传感器的选择方案和论证32.2.4 湿度传感器的选择方案与论证32.2.5 系统设计方案的最终确定43 硬件系统设计53.1 系统电路设计框图53.2 系统硬件概述53.3 单片机主控模块的设计53.3.1 单片机的功能特性描述53.3.2 AT89S52的主要特性63.4 温度和湿度采集系统设计73.4.1 温湿度传感器简介73.4.2 硬件连接图83.4.3 DHT接口说明83.4.4 电源引脚 (VDD, GND93.4.5 电气特性93.4.6 信息采集的相对误差103.5 显示模块的设计103.5.1 LCD12864引脚说明113.5.2 主要技术参数123.5.3 显示模块硬件连接图123.6 报警电路的设计124 软件系统设计144.1 主程序软件设计144.2 DHT90软件系统设计144.2.1 DHT90温湿度采集的主要程序154.2.2 DHT90测量流程图174.2.3 启动传感器指令174.2.4发送命令184.2.5测量时序184.2.6 通讯复位时序184.2.7 状态寄存器194.2.8 相对湿度204.2.9相对湿度对于温度依赖性的补偿204.2.10 温度转换214.2.11露点214.3 LCD12864软件系统设计224.3.1 显示模块主要程序224.3.2 写数据到模块234.3.3 从模块读出数据234.3.4 串行连接时序图234.4 计算显示的主要程序和报警程序245 系统调试255.1 液晶模块调试255.1.1显示内容255.2 传感器部分调试255.3 报警电路调试255.4 本系统存在的不足与拓展265.4.1 存在不足265.4.2 系统拓展26总结27参考文献28致谢29附录A:系统电路图30附录B:系统程序清单31英文文献及其翻译引言 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的控制。温湿度太低,蔬菜就会被冻死或则停止生长,所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计,工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠人工控制既耗人力,又容易发生差错。温室大棚的温度控制成为一个难题。现在,随着农业产业规模的提高,对于数量较多的大棚,传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。为此,在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统,以控制蔬菜大棚温湿度,以适应生产需要。 设施农业是近十多年来随着农业环境工程技术的突破,迅速发展起来的一种集约化程度很高的农业生产技术。由于设施农业是在人为可控环境保护设施下的农业生产,它摆脱了传统农业生产条件下自然气候、季节的制约,以超时令、反季节生产的设施园艺作物为主,不仅使单位面积产量及畜禽个体生产量大幅度增长,而且保证了农牧业产品,尤其是蔬菜、瓜果和肉、蛋、奶的全年均衡供应。 设施农业目前已由简易塑料大棚、温室发展到具有人工环境控制设施的自动化、机械化程度极高的现代化大型温室和植物工厂。设施农业在具有高附加值、高效益、高科技含量的设施园艺领域发展迅速,其栽培对象主要为蔬菜、花卉和果树。近年来,设施畜牧业养殖也在逐渐兴起,随着设施园艺栽培技术的不断提高和发展,新品种、新技术及农业技术人才的投入,提高了设施园艺的科技含量,现已培育出一批适于保护设施栽培的耐低温、弱光、抗逆性强的设施专用品种。工厂化育苗、嫁接育苗、喷灌、滴灌、无土栽培技术、小型机械、生物技术和微电脑自控及管理的使用,提高了劳动生产率,使栽培作物的产量和质量得以提高。 随着社会的进步和科学的发展,设施农业的发展将向着地域化、节能化、专业化发展,向着高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的工厂型农业发展,为社会提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品。1 绪 论1.1 课题研究的背景 塑料大棚即日光温室可以养花、种菜,即使是在寒冷的冬天,人们也可以吃到很多新鲜的蔬菜,植物的生长都是在一定的环境中进行的,其在生长过程中受到环境中各种因素的影响,其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。环境中昼夜的温度和湿度变化大,其对植物生长极为不利。因此必须对环境的温度和湿度进行监测和控制,使其适合植物的生长,提高其产量和质量。现在大多数农民还是沿用人工值守的方法来看管大棚,浪费了大量的人力和物力,而且大棚的温湿度控制并不理想,往往因为温湿度控制不当造成作物的减产,从而给菜农带来了极大的损失,为此,在这里设计了一种大棚温湿度测控系统。 随着经济的发展,人们生活水平的提高,对日光温室的要求越来越高,温室控制系统的应用也越来越广,需要监控的对象亦趋于多样化,所以必须使用具有统一规范、可靠性高、组建灵活、扩展性好、维护简便、性价比高的方式来组建系统。因此,作为日光温室的一个重要组成部分?温度湿度测控装置的研制具有极其重要的意义。 在日光温室中,由于温度过高、过低或环境湿度过大等都会影响农作物正常生长,该测控装置能够有效地将温度控制在作物所需温度范围之内,也可以很好的改善大棚湿度,为农作物的生长提供一个良好的环境,并可以针对我国南方、北方的温度、湿度差异进行适当的调整。因此设计这样一种大棚温湿度测控系统对农业生产具有重要的意义。 本系统采用现代化的科学管理方式,采用微机监控系统,微机监控系统是针对大棚现代化技术管理的新近研制成功的设备,它具有测温、测湿、控温、控湿、报警条件判定等多项功能。系统由AT89S52单片机,温度检测电路,湿度检测电路,控制系统,报警电路,采用LCD2864作为显示电路等构成,从而更好的控制温湿度,满足作物生长的最佳条件,并能大大缩短农作物的成熟期,提高效率。1.2 课题研究的意义 随着大棚技术的普及,温室大棚数量不断增多,温室大棚的温度控制成为一个难题。目前应用于温室大棚的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的传输系统。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆,才能把现场传感器的信号送到采集卡上,安装和拆卸繁杂,成本也高。同时线路上传送的是模拟信号,易受干扰和损耗,测量误差也比较大,不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下,开发一种实时性高、精度高,能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要。 本设计主要针对温室大棚内温度、湿度,研制了单片机控制的温室大棚自动控制系统,综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求三个方面因素之后,最终确定以单片机为控制核心,选用性价比较高的温湿度传感器(可以选取分立式的温度传感器和湿度传感器,也可以选用集成的温湿度传感器),实现了对温湿度的精确测量与准确控制。当单片机检测到温湿度有任何一个参数越限时,则会进行报警。提示工作人员温湿度过限。本文完成了系统的软硬件设计。 在系统设计过程中充分考虑到性价比,选用价格低、性能稳定的元器件。该温室大棚温湿度控制系统具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点,不仅可以应用在农业大棚,也可以用在仓库的温湿度检测,恒温湿的机械加工厂、室内环境监测等方面。应用范围广,所以具有一定的推广应用价值。2 系统设计的总体思路2.1 系统设计要求2.1.1设计指标1.基本功能 检测温度、湿度 显示温度、湿度 温度湿度过限报警 2.主要技术参数 温度检测范围: +20+40 测量精度: 1 湿度检测范围: 80%120%RH 检测精度: 1%RH 显示方式: 温度:四位显示 湿度:四位显示 报警方式:声光报警(二极管和蜂鸣器)2.1.2设计要求 本次需要设计一个大棚温湿度测控系统,这里选用单片机为执行器(核心器件),通过温度检测电路,湿度检测电路,控制系统,报警电路,显示电路等做成这样一个系统。具体方案选择在下节中介绍。2.2 系统硬件的总体设计2.2.1 单片机的选择方案和论证方案一: 采用MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片作为核心器件,有4K 字节的内部 FLASH PERAM,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二: 采用AT89S52芯片作为核心器件,片内ROM全都采用Flash ROM;能以3V的超低压工作;同时也与MCS-51系列单片机完全兼容。该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间,同样具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,由此不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89S52作为本次设计的主控制系统。2.2.2 显示模块的选择方案和论证方案一: 采用LCD-1602液晶显示器,显示容量为16*2个字符,而此次设计的是一个大棚温湿度测控系统。这里我们需要将设定的温度值,湿度值,以及采集过来的外界环境里的温度值和湿度值显示出来。而显然LCD-1602的显示容量只有两行,可以显示八个汉字,这样无法直接在一屏里面显示温度值和湿度值,需要分多次页数来显示,这样不便于观察温湿度的变化,所以在本次设计中不采用LCD-1602液晶显示器。方案二: 采用LCD-12864液晶显示器, 可以显示四行汉字,每行为16个字符,八个汉字,这样可进行比较观察,清晰明了,易于操作,占用的单片机口线少,可以满足本系统的设计要求,因此在本次设计中的显示部分我们选用LCD-12864液晶显示器。2.2.3 温度传感器的选择方案和论证方案一: 使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路,这样一来,就增加了硬件成本,而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。方案二: 采用数字式温度传感器DS18B20,此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输,易于与单片机连接,由于其输出为数字量,所以不需要进行A/D转化,这样就降低了硬件成本,简化了系统电路。另外,数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。方案三: 采用数字式温湿度传感器DHT90,该传感器为数字式传感器,可以同时采集温度和湿度,两线制的串行接口与内部的电压调整,使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积,极低的功耗,使其成为我们在选择温湿度传感器时的首选。2.2.4 湿度传感器的选择方案与论证方案一: 采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器,它的工作电压为交流1V以下,频率为50HZ1KHZ,测量湿度范围为0100%RH,工作温度范围为050,阻抗在75%RH(25)时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器,不能在宽频带范围内检测湿度,因此,主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而,这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性,可有效地利用其线性特性。方案二: 采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性,高可靠性和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构,由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。方案三: 采用数字式温湿度传感器DHT90,该传感器为数字式传感器,采集湿度的精度是14位,端口较少,只需要单片机的一个端口即可驱动,精度较高,除此之外,该传感器还可以同时采集温度和湿度,并进行相对湿度补偿,易于应用,操作简单。2.2.5 系统设计方案的最终确定 综合上各方案所述,对此次系统的方案选定: 采用AT89S52作为主控制系统;液晶显示模块LCD12864作为本次系统的显示;DHT90温湿度传感器作为本次系统温度和湿度的信息采集;蜂鸣器作为报警电路的主要元器件。 通过论证拟采用的设计方案内容包括以下几点: 1、选择AT89S52单片机作为整个系统的核心器件,发送并时时处理系统信息。2、传感器是实现测量与控制的首要环节,是测控系统的关键部件,如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换,一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制,几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量,使设备和系统正常运行在最佳状态,从而保证生产的高效率和高质量。在这个系统的设计中我们选用的集成温湿度传感器。3、信号采集通道的选择: 本设计中用到的温湿度传感器,输出的是数字量,不需要进行模数转化在本设计系统中,温度输入信号为多路的模拟信号,这就需要多通道结构。4、显示电路的设计:这里采用液晶LCD-12864进行显示。5、报警电路的设计:在微型计算机控制系统中,为了安全生产,对于一些重要的参数或系统部位,都设有紧急状态报警系统,以便提醒操作人员注意,或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据通过计算机进行数据处理、数字滤波,标度变换,这些已经在软件程序里边处理过,所以显示温湿度即为外界采集的温湿度,和设定的值比较,如果高于上限值(或低于下限值)则进行报警,否则就作为采样的正常值,进行显示和控制。 本设计采用声光报警电路。温度和湿度任何一个超过设定范围,蜂鸣器均报警。这里我们选用二极管的亮灭显示温度或者湿度是否过限,这样便于观察,可以更加直接的确定是要升降温还是要增减湿度,给工作人员减少了工作量。蜂鸣器报警电路是通过MCS-52的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。6、温度控制主程序的设计应考虑以下问题:(1)温湿度采样,数字滤波;(2)越限报警和处理;(3)温度标度转换。3 硬件系统设计3.1 系统电路设计框图图3.1 系统电路设计框图3.2 系统硬件概述 采用单片机对大棚或室内的温度、湿度进行自动检测和控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等特点,而且可以大大提高被控制温度、湿度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。本设计利用单片机的这些特点对大棚或室内的温度、湿度进行控制,将其保持在一个合适的范围内。若温度低于20,加热装置工作;若温度高于40,通风装置工作;湿度低于80%RH,喷灌装置工作;湿度达到或超过120%RH,喷灌装置停止工作。3.3 单片机主控模块的设计3.3.1 单片机的功能特性描述 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,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。另外,AT89S52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。 P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。RST?复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG?当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。PSEN?程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP?外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。3.3.2 AT89S52的主要特性 ?与MCS-51单片机产品兼容 ?8K字节在系统可编程Flash存储器 ?1000次擦写周期 ?全静态操作:0Hz33Hz ?三级加密程序存储器 ?32个可编程I/O口线 ?三个16位定时器/计数器 八个中断源 ?全双工UART串行通道 ?低功耗空闲和掉电模式 ?掉电后中断可唤醒 ?看门狗定时器 ?双数据指针 ?掉电标识符 单片机的最小系统如图3.2所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。图3.2 主控电路3.4 温度和湿度采集系统设计3.4.1 温湿度传感器简介 1.数字温湿度传感器 特点: 全标定; 数字输出; 低能耗; 卓越的长期稳定型; 插针封装,易于安装。 2.产品概述 DHT9x(包括 DHT90,DHT91,DHT95是数字温湿度传感器系列中插针型的传感器。传感器把传感元件和信号处理集成起来,输出全标定的数字信号。传感器采用专利的 CMOS技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件,并在同一芯片上,与 14 位的 A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此,该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点。 每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定,校准系数以程序形式储存在 OTP 内存中,在标定的过程中使用。传感器在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。两线制的串行接口与内部的电压调整,使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗,使 DHT9x 成为各类应用的首选。 DHT9x 提供 4 针单排引脚封装,易于集成与替换。 3.材质 传感器采用环氧 LCP(液晶高分子聚合物)帽,下层为 FR4(环氧树脂玻璃纤维板)。插针采用铜/铍合金制作,外层镀有镍和金。传感器符合 ROHS和 WEEE 标准,因此不受 Cr6+,PBB,PBDE的影响。3.4.2 硬件连接图 如图3.3所示。采用数字式温湿度传感器DHT90,它是数字式温度传感器,具有测量精度高,电路连接简单特点,此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输,另外SCK端用于微处理器与 DHT90 之间的通讯同步,我们这里采用AT89S52的P3.7与DHT90的SCK相连,用P3.6与DATA端相连,Vcc接电源,Vss接地。 图3.3 DHT90温湿度采集电路设计3.4.3 DHT接口说明表3.1 DHT90引脚结构PinNameComment1SCK时钟信号2VDD电源3GND地4DATA数据输出3.4.4 电源引脚 (VDD, GND DHT90的供电电压为2.4-5.5V,建议供电电压为3.3V。DHT9x的串行接口,在传感器信号的读取及电源损耗方面,都做了优化处理;传感器不能按照I2C 协议编址,但是,如果I2C总线上没有挂接别的元件,传感器可以连接到I2C总线上,但单片机必须按照传感器的协议工作。 SCK用于微处理器与 DHT90之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑,因而不存在最小SCK频率。 DATA三态门用于数据的读取。DATA在 SCK 时钟下 降沿之后改变状态,并仅在 SCK时钟上升沿有效。数据传输期间,在SCK时钟高电平时,DATA必须保持稳定。为避免信号冲突,微处理器应驱动 DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻(例如:10k)将信号提拉至高电平,上拉电阻通常已包含在微处理器的 I/O电路中。详细的 I/O特性,参见表3.2。表3.2 DHT90DC特性,Rp代表上拉电阻,Iol表示低电平输 出电流参数条件mintypUnits供电 DC102.43.35.5V供电电流测量0.551mA平均 11228A休眠0.31.5A低电平输出电压Iol4mA0250mV高电平输出电压Rp25k90%100%VDD低电平输入电压下降沿0%20%VDD高电平输入电压上升沿80%100%VDD焊盘上的输入电流1A输出电流on4mA三态门 off1020A3.4.5 电气特性 电气特性,如能耗,低、高电平,输入、输出电压等,都取决于电源。表 2详细解释了 DHT90的电气特性,若没有标明,则表示供电电压为 5V。若想与传感器获得最佳通讯效果,请设计时严格遵照表 3.3与图 3.4的条件。表 3.3 DHT I/O 信号特性参数条件Min.Typ.UnitsFSCKSCK 频率VDD 4.5V00.15MHzVDD 4.5V00.11MHzTSCKxSCK 高/低时间100nsTR/TFSCK 升/降时间1200*nsTFO DATA 下降时间OL 5 pF3.51020nsOL 100 pF3040200nsTRODATA 上升时间*nsTVDATA 有效时间200250*nsTSU DATA 设定时间100150*nsTHODATA 保持时间1015*ns图3.4 DHT90时序图3.4.6 信息采集的相对误差 湿度误差如图3.5所示,温度误差如图3.6所示: 图 3.5 25时传感器的最大相对湿度误差图 3.6 最大温度误差3.5 显示模块的设计 液晶显示模块提供两种界面来连接微处理机:8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能:光标显示,画面移位,睡眠模式等。 FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字,和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。基本特性:低电源电压(VDD:+3.0-+5.5V)显示分辨率:12864点内置汉字字库,提供8192个1616点阵汉字简繁体可选内置 128个168点阵字符2MHZ时钟频率显示方式:STN、半透、正显驱动方式:1/32DUTY,1/5BIAS视角方向:6点背光方式:侧部高亮白色LED,功耗仅为普通LED的1/5?1/10通讯方式:串行、并口可选内置DC-DC转换电路,无需外加负压无需片选信号,简化软件设计工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +603.5.1 LCD12864引脚说明表3.4 LCD-12864引脚说明引脚号引脚名称方向功能说明 1VSS-模块的电源地 2VDD-模块的电源正端 3V0-LCD驱动电压输入端 4RSCSH/L并行的指令/数据选择信号;串行的片选信号 5R/WSIDH/L并行的读写选择信号;串行的数据口 6ECLKH/L并行的使能信号;串行的同步时钟 7DB0H/L数据0 8DB1H/L数据1 9DB2H/L数据2 10DB3H/L数据3 11DB4H/L数据4 12DB5H/L数据5 13DB6H/L数据6 14DB7H/L数据7 15PSBH/L并/串行接口选择:H-并行;L-串行 16NC空脚 17/RSTH/L复位 低电平有效 18NC空脚 19LED_A-背光源正极(LED+5V) 20LED_K-背光源负极(LED-OV)3.5.2 主要技术参数表3.5 LCD12864的工作参数显示容量:128X64 点阵点尺寸:0.48X0.48WXHmm工作电压:4.85.2V模块最佳工作电压:5.0V工作电流:4.0mA5.0V背光源颜色:白色5.0V背光源工作电流:150.0mA蓝膜负显 STN3.5.3 显示模块硬件连接图图3.7 LCD12864液晶显示电路3.6 报警电路的设计 在微型计算机控制系统中,为了安全生产,对于一些重要的参数或系统部位,都设有紧急状态报警系统,以便提醒操作人员注意,或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或经过计算机进行数据处理、数字滤波,标度变换之后,与该参数上下限给定值进行比较,如果高于上限值(或低于下限值)则进行报警,否则就作为正常的采样值,进行显示和控制。 本设计采用声光报警电路。蜂鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器,然后通过单片机AT89S52的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流,可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动,也可以用一个晶体三极管驱动。在图3.8中,蜂鸣器的正极接电源,负极接单片机的P3.0口。报警电路中加了两个发光二极管,一个与单片机的P2.5连接,另一个与单片机的P2.6连接。温湿度传感器采集来的温度,湿度与单片机设定的温度,湿度值相比较,只要其中任何一个过限,蜂鸣器就会发出蜂鸣音报警。当温度大于设定值,其中一只二极管发光;当湿度大于设定值,另一只发光二极管亮。这样便于观测是哪一个量过限。使得工作人员的工作量减少。 图3.8是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路: 图3.8 报警电路 本设计是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出时的提示报警,接口位于单片机AT89S52的P3.0口,但温湿度过限时,P3.0口被置0,本系统开始工作。4 软件系统设计4.1 主程序软件设计 整个系统的软件设计采用模块化编程,主要的功能子程序有:系统初始化,DHT90的初始化,LCD-12864的初始化。主程序流程图如图4.1所示图4.1 主程序流程图4.2 DHT90软件系统设计4.2.1 DHT90温湿度采集的主要程序/*启动DHT90*/void D_startD_date1;D_sck0;_nop_;D_sck1;_nop_;D_date0;_nop_;D_sck0;_nop_;_nop_;_nop_;D_sck1;_nop_;D_date1;_nop_;D_sck0;/*DHT复位*/void s_connectionreset uchar i; D_date1; D_sck0; fori0;i9;i+ D_sck1; D_sck0; D_start; /*向DHT90写命令*/uchar wr_DHTcomuchar comduchar i,error0;D_start;fori8;i0;i-D_datecomd&0x80;_nop_;D_sck1;_nop_;_nop_;D_sck0; comd1;D_date1; D_sck1;errorD_date;_nop_;_nop_;D_sck0;D_date1; return error;/*读DHT90值*/int read_DHTdatuchar i,val0;D_date1;fori0x80;i0;i/2 D_sck1;ifD_dateval|i;_nop_;_nop_; _nop_;D_sck0; _nop_;_nop_; D_date0;D_sck1;_nop_;_nop_; D_sck0;_nop_;_nop_;D_date1; return val;/*/int qzuint valH,valL,val; valHread_DHTdat; valLread_DHTdat; valvalH8|valL; return val;4.2.2 DHT90测量流程图图4.2 DHT90测量时序图4.2.3 启动传感器指令 首先,选择供电电压后将传感器通电,上电速率不能低于 1V/ms。通电后传感器需要 11ms 进入休眠状态,在此之前不允许对传感器发送任何命令。表4.1 DHT90命令集命令代码预留0000x温度测量00011湿度测量00101读状态寄存器00111写状态寄存器00110预留0101x-1110x软复位,复位接口、清空状态寄存器,即清空为默认值,下一次命令前等待 至少 11ms111104.2.4发送命令 用一组 “启动传输”启动,来表示数据传输的初始化。它包括:当 SCK 时钟高电平