大棚温湿度控制系统设计.docx

河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要摘 要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。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或者停止生长，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。传统的温度控制措施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，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。该论文主要阐述了基于STC89C52单片机的大棚温湿度控制系统设计原理，主要电路设计及软件设计等。同时设计了能给系统提供稳定工作电压的电源电路。该系统采用STC89C52单片机作为控制器，DHT11作为温湿度数据采集系统，可对执行机构发出指令实现大棚温湿度参数调节，具有温湿度实时显示和控制等功能。关键词：STC89C52，DHT11，蔬菜大棚，温湿度，传感器IV河南城建学院本科毕业设计（论文） AbstractAbstractWith the popularization of trellis technology, greenhouse trellis an ever-growing number, for vegetable shed speaking, one of the most important management factor is the temperature and humidity control. Temperature is too low, the vegetables will freeze to death or stop growing, so will always control temperature and humidity in a suitable vegetable growth range. Traditional temperature control is in greenhouse trellis internal hanging a thermometer, workers according to regulate the temperature reading the temperature inside the shelter. Traditional temperature control measures will show great bureau sex. Therefore, in modern vegetable shed management zhongtong often temperature and humidity automatic control system, in order to control the temperature, adapt to the trellis vegetable production needs.This thesis mainly elaborated based on STC89C52 canopy temperature and humidity control system design principle, main circuit design and software design, etc. Using the transformers, change AC to DC become necessarily. This system USES STC89C52 single chip microcomputer as controller, DHT11 as temperature and humidity data acquisition system, may to the actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustment, temperature and humidity real-time display and control, and other functions. Key words：STC89C52; DHT11;vegetable shed; Temperature and humidity; sensor河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录目录摘 要IAbstractII目录III1 绪 论11.1 选题意义11.2 国内外发展趋势21.3 系统的主要性能指标21.4 主要工作任务21.5 本章小结22 系统方案选择和工作原理32.1 系统综述32.2 系统设计方案选择32.3 系统工作原理52.4 本章小结53 系统硬件设计63.1 STC89C52构成的最小系统63.1.1 STC89C52单片机简介63.1.2 晶振回路113.1.3 复位电路113.2 温湿度传感器的选择123.2.1 温湿测量相关概念123.2.2温湿度传感器的发展133.2.3 DHT11的工作原理153.3 温湿度测量回路的设计193.4 显示电路设计203.5 报警电路设计263.6 控制电路设计273.7按键电路设计293.8 电源电路设计303.9 本章小结324 系统的软件设计334.1 主程序的设计334.2 温湿度采集程序设计354.3 LCD显示程序设计354.4 报警电路程序设计364.5控制电路程序设计364.6本章小结365 系统抗干扰措施375.1硬件抗干扰措施375.2 软件抗干扰措施375.3 本章小结38结 论39致 谢40参考文献41附录A 系统原理图42附录B 系统总程序43河南城建学院本科毕业设计（论文） 第一章 绪论1 绪 论1.1 选题意义现代人类对生活环境的要求越来越高，尤其是温湿度的影响，温度高了或者低了都直接影响着这个社会，而湿度低了或高了也同样影响着我们的生活以及其他物种的生存条件。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。本系统就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，控制操作方便，性价比高的应用于农业种植生产大棚温湿度测控系统。本系统主要完成对大棚内温度和湿度等参数的采集，并可自行设置温湿度控制的上下限，具有越限报警以及升温、降温、增湿、降湿等功能。本系统温湿度的监控包括以下步骤：由温湿度传感器采集环境温湿度；将采集到的信息传送给单片机；单片机判断采集信息是否超出预设上下限；若感应到的温湿度超限，声光报警电路工作开始报警；同时由单片机控制升温、降温、增湿或者是降湿；判断温湿度是否回到预设范围内；以及若异常处理完毕，解除报警。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，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。它以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。1.2 国内外发展趋势近年来，国内外在湿度和温度传感器研发领域取得了长足进步。温湿度传感器正从结构复杂、功能简单向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件，也将温度、湿度测量技术提高到新的水平。国内数字温湿度仪测量温湿度采用的主要方法有:“温阻”法和“湿阻”法,即采用电阻型的温湿度传感器,利用其阻值随温湿度的变化测定空气的温度和相对湿度。受传感器灵敏度的限制,这类温湿度仪的精度不可能很高,一般条件下还可以满足需要,但是在环境实验设备等对精度要求颇高的场合就难以满足要求了。目前，国外对温湿度传感器技术的研究也有了较大的进展，特别是用电阻式温湿传感器发展更快，人们不仅在电阻式陶瓷温湿度传感器特性方面做了大量工作，而且在高分子电阻式湿度传感器上做出可喜的研究成果。1.3 系统的主要性能指标根据生活环境，设计本产品的主要技术指标为：测温范围： 050；湿度测量范围为：2090RH温度测量精度：2湿度测量误差：5RH可设置上、下限报警值，当湿度温度超限时，发出报警信号，并且控制升温、降温、增湿或者降湿电源工作范围：DC4.55.5V1.4 主要工作任务在对各类湿度、温度传感器原理介绍的基础上，根据本毕业设计实际的任务要求，完成湿度、温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，并设计显示接口电路、电源电路、报警电路、控制电路、部分功能电路的程序。系统开始工作后，根据初始条件读取湿度值和温度值，测量数据经处理后，将其与设定的湿温度值比较，如果发现当前的温湿度超限，则发出报警信号，并且控制升温、降温、增湿或者降湿。未超限时，系统显示正常的湿温度度值。1.5 本章小结本章主要介绍了所选课题的研究意义、温湿度测量国内外的发展趋势、系统的主要性能指标、及主要任务。温湿度检测及控制是本设计的核心，也是以后各章节着重介绍的内容。67河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 系统方案选择和工作原理2 系统方案选择和工作原理2.1 系统综述根据本设计第一章要求的性能指标，方案设计时不仅要考虑怎么样实现测量一定精度的温湿度信号值的基本功能，还要考虑温湿度超限时系统的报警功能,以及控制功能。根据设计要实现的功能，要考虑系统控制芯片端口分配方案。选择STC89C52单片机就能够满足设计要求。STC89C52单片机的P1.0口作为切换LCD显示控制，即正常情况下显示当前温湿度，按下一次按键切换到设置温湿度界面；P1.1作为选择调节哪一位的控制按键端口；P1.2、P1.3分别作为调加和调减的按键端口；P1.7口作为声光报警控制口；P1.4、P1.5口作为温湿度采集控制口；P3.3、P3.4、P3.5、P3.6口分别作为加热、降温、加湿、降湿的控制口；XTAL1、XTAL2为晶振回路端口；RST口作为复位电路接口；P2.0-P2.7口作为LCD的数据总线输入/输出端口，P3.0、P3.1、P3.2分别作为RS、TW、E的控制端口。最后还要考虑设计系统选择元器件的成本。作为大棚温湿度检测控制仪器，系统工作的可靠性，实用性，长久性指标也是系统在设计时值得考虑的几个因素。2.2 系统设计方案选择根据目前国内外市场上常用的各种温湿度检测仪器，结合本设计的设计任务要求，能实现本设计要求的方案基本上有以下三种。纯模式这种方案所有的电路均采用模拟电路构成，包括湿度、温度信号的采样、放大电路、报警电压的电位调节设置，模拟比较器的选用以及驱动超限报警电路，模拟的电磁结构的指针式显示电路等，尽管这种电路也能起到温度，湿度的实时测量与报警，但是不能获得湿度、温度的历史数据，显示方式也不够直观，在抗干扰性能上由于电路没有足够的判断能力可能会增加误报警从而引起错误动作，而且在价格上也无优势可言，由上述原理构成的这类仪表被称之为第一代仪表，目前设计的仪表中极少使用这类结构。数字式 在信号的采样、放大电路、报警设置以及报警电路等环节与第一种方案区别不大，只是在放大电路后采用了A/D转换电路，它将模拟量转换成数字量，然后经过驱动电路进行数码显示，它最大的好处是显示直观，这是模拟式产品向智能式产品过渡的中间型产品，属于第二代仪表，在上个世纪80年代的设计中大都采用这种结构的方案，在日常生活中看到的大都是未被替换的产品。在目前的设计中，基本上是不采用这种方案的。智能式这是目前检测类仪器首选的方案，利用目前成熟的单片机技术，依靠单片机的处理能力，对数据前向通道采集到的湿度，温度数据进行判断、处理、存储，并可采用十分简单的方法通过显示驱动芯片将显示信息送出进行数码显示。对测量所得结果超限时的报警处理可以按照测量时间的不同情况分别设置不同的报警值。系统将会对测量回路巡回监测。常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其它因素（大气压强、温度）的影响。所以湿度的测量比温度的测量要复杂的多。目前国内外对温度和湿度测量产品有很多，但是大部分的产品都是用红外热辐射的传感器制作的。这种产品结构复杂，价格昂贵并不适用于大气的测量。本设计使用比较常见的温湿度传感器和价格便宜的电子元器件，实现检测系统的智能化。它还具有较高的安全性，可靠性，适用于一般的家庭。鉴于国外欧美等国家微电子技术的发展，在不少的测试领域，将一个系统的所有电路，包括CPU都集成在一块芯片上，构成一个集成的系统，况且这也是目前仪表发展的方向。所以本设计采用集成芯片DHT11作为温湿度传感器。鉴于以上情况，本课题考虑到国内目前的现状，构成器件的来源以及微电子技术的发展趋势，本设计决定采用智能化的设计方案设计。从节约能源和成本及使用方便的角度考虑，每一个设计都要本着满足设计要求的前提下，尽量简单方便快捷的设计。这个原则适用各个领域。由于各种不可克服的误差和适用环境的影响，检测仪表都存在一定的误差。不过我们还要竭尽所能的降低误差，提高设计的精度。2.3 系统工作原理根据上述的方案选择和本课题的设计目标，加上目前智能仪表的一般特点，本系统的原理结构框图如图21所示。由系统的原理图可以看出，实现本设计智能测量系统的核心是STC89C52单片机。湿度和温度信号检测可以使用传统的电阻式温湿传感器测量，也可以采用集成的智能温湿传感器芯片测量。集成传感器芯片内部自带有信号放大电路。放大电路是提高单片机对信号进行识别的有效方法，而且在复杂电路的各种设计领域中是最常用也是必须要采用的方法。由温湿度传感器检测到的温湿度信号经过芯片内部的A/D转换电路，将模拟信号转化成数字信号后通过输入通道传送给单片机。为了提高测量的精度，提高信号的转换质量，作为模拟信号转化成数字信号的A/D转换器，对其本身的性能要求也很高，因此传感器芯片内要有性能良好的A/D转换器。作为智能化的检测仪器，由LCD实现的显示器使人们直观的观看到测量到的温度和湿度的值。在本设计系统中，正常情况下，显示电路可以实时的显示室内的温度和湿度。当温度和湿度超限时，报警电路可以立即发出警报，同时控制系统开始调节温湿度值，以便实现坏境温度和湿度的调整。单片机报警电路湿度温度传感器湿度温度传感器控制电路显示电路图2-1 系统原理图2.4 本章小结本章介绍了设计测量仪器的三种方式。最传统的是纯模模式。随着科学技术的进步，采用这种设计方案设计出来的产品由于自身的缺陷性已满足不了当今社会的要求，所以基本上被淘汰了。数字式检测仪表目前在实际应用中也很少用到。智能式是目前检测仪表设计采用的主流方案，也是本设计选用的方式。根据设计要求，本章对系统工作的原理也做了简要说明。河南城建学院本科毕业设计（论文） 第三章 系统硬件设计3 系统硬件设计为了实现检测系统的智能化，系统的硬件设计包括控制系统最小系统的设计，湿度和温度测量回路的设计，显示电路的设计，报警电路设计，控制电路设计，以及电源电路的设计。3.1 STC89C52构成的最小系统微型计算机即单片机是因工业测控系统数字化，智能化的迫切需求而发展起来的。在测控领域，现在使用最多还是STC89C52单片机。STC89C52单片机是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。由于单片机具有较高的性能比，此单片机易于开发、使用灵活、而且体积小、抗干扰能力强，可以兼容种类众多的支持芯片、较为丰富的软件资源，可以工作于各种恶劣的条件下，工作稳定等特点。考虑到本系统的需要以及本人对单片机的熟悉程度，因此本设计选用STC89C52单片机作为本系统的CPU。由STC89C52单片机为核心的单片机最小系统包括晶振电路和复位电路。3.1.1 STC89C52单片机简介STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，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）工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz 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：P1/P2/P3/P4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，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，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，数秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看门狗功能共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2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通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）PDIP封装STC89C52RC单片机的工作模式l 掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序l 空闲模式：典型功耗2mAl 正常工作模式：典型功耗4Ma7mAl 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备单片机管脚图如图3-1所示：图3-1 STC89C52单片机管脚图STC89C52单片机引脚功能说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表：在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。 表3-1 P1.0和P1.1引脚复用功能引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（IIL）。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：表3-2 P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN（29引脚）：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。注意加密方式1时，EA将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在Flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC片内存储器中，80HFFH共128个单元位特殊功能寄存器（SFR）。并非所有的地址都被定义，从80HFFH共128个字节只有一部分被定义。还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。STC89C52RC除了有定时器/计数器0和定时器/计数器1之外，还增加了一个一个定时器/计数器2.定时器/计数器2的控制和状态位位于T2CON和T2MOD。定时器2是一个16位定时/计数器。通过设置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可将其作为定时器或计数器（特殊功能寄存器T2CON的描述如表2所列）。定时器2有3种操作模式：捕获、自动重新装载（递增或递减计数）和波特率发生器，这3种模式由T2CON中的位进行选择。3.1.2 晶振回路晶振回路的主要任务是为STC89C52单片机正常工作需要的时钟电路提供一个稳定的工作频率。根据STC89C52单片机时钟周期的要求，回路需要选用频率为12MHz的晶振。晶振回路由电容和陶瓷谐振器晶振组成。作为单片机的时钟源。STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL0和XTAL1,在XTAL1和XTAL2端口接上时钟电源即可构成时钟电路。本设计中采用内部时钟产生方式。如图3-2所示。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶振，与内部的反相器构成稳定的自激振荡器。其发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制部件。电容C5和C6对频率有微调作用。电容C5和C6应尽可能的安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠的工作。3.1.3 复位电路复位电路的功能就是对CPU进行实时检测，当CPU落入死循环之后，能及时发现并使整个系统复位。若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环的运行时间，如果发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。“看门狗”原理： 系统上电并不启动看门狗计数器，通过设置【看门狗重置寄存器(WDTRST SFR)】启动【看门狗计数器】； 【看门狗计数器】一旦启动不可停止，除非是硬件RST或者看门狗的软复位才能使其停止； 设计程序时我们需要在它计数没有满之前复位计数器强制它不能够溢出，这个过程称作喂狗。在适当的时间喂狗一次，使其不能计满，程序就能不间断执行； 如果程序中出现死循环或者执行某一步超时，看门狗计数器就会计满溢出，(这个时候我们认为程序没有按照预定计划执行-程序跑飞)，则复位系统。由于STC89C52单片机内部自带有看门狗电路，所以外部无需再加看门狗芯片。STC89C52最小系统图如图3-2所示：图3-2 STC89C52的最小系统图3.2 温湿度传感器的选择3.2.1 温湿测量相关概念湿度和温度很久以前就与人类生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。湿度计测的历史可以追溯到中国的天秤型(公元前179年)，这是最早的湿度计测。温度计测可追溯到记载的希腊时代的温度计。现代科学对温湿度做明确的定义和测量表示方法。绝对湿度：单位体积（1m3）的气体中含有水蒸气的质量（g）。但是,即使水蒸气量相同,由于温度和压力的变化气体体积也要发生变化,即绝对湿度D发生变化。D为容积基准。相对湿度：气体中所含的水蒸气（e）与气体饱和时所含的水蒸气（es）的比，用百分比表示。但是,温度和压力的变化导致饱和水蒸气气压也将随之而变化。通常在工作和生活中我们使用的湿度即为相对湿度。饱和水蒸气压（Saturation Vapor Pressure）气体中所含水蒸气的量是有限度的,达到限度的状态即可称之为饱和,此时的水蒸气压即称为饱和水蒸气压。此物理量亦随着温度,压力的变化而变化,并且,0以下即使同一湿度,与水共存的饱和水蒸气压（esw）和与冰共存的饱和水蒸气压（esi）的值不同,通常所采用的是与水共存的饱和水蒸气压。各温度对应的饱和水蒸气压表在JIS-Z-8806卷中有记载。露点：温度较高的气体其所含水蒸气也较多,将此气体冷却后,其所含水蒸气的量即使不发生变化,但相对湿度也会增加。当达到一定温度、相对湿度达到100%饱和,此时,继续进行冷却的话,其中一部分的水蒸气将凝聚成露。此时的温度即为露点温度。露点在0以下结冰时即为霜点。大棚内的温度一般白天在25-35，夜间在7-15。湿度夜间可以达到90%RH，白天一般70-90%RH之间。智能温湿度传感器芯片DHT11的湿度测量范围是2090RH 温度测量范围是050。所以选用智能化的集成温湿度传感器芯片DHT11足以满足我的设计要求。计量法中,湿度定义为“物象状态的量”。日常生活中所指的湿度为相对湿度，用RH表示。总而言之，湿度即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与相同情况下所含饱和水蒸气(饱和水蒸气压)的百分比。湿度传感器是指检测外界环境湿度的传感器，它将所测环境中的湿度信号转换为便于处理，显示，记录的电（频率）信号。湿度传感器在仓贮，工业生产，过程控制，环境监测，家用电器，气象等方面有着广泛的应用。温度传感器是指检测外界温度的传感器，它将所测环境中的温度信号转换为便于处理，显示，记录的电（频率）信号等，在很多领域都有普遍的应用。3.2.2温湿度传感器的发展湿度、温度传感器是本设计中核心的器件，其感湿感温特性直接决定了本设计的性能指标。湿度传感器的种类有很多，大致可以分为物性型，结构型，其他形式三大类。物性型包括电解质系，半导体及陶瓷系，聚合物系；结构型包括毛发型，肠膜型；其他形式包括干湿球式，石英振子式，种子法式等等。温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类。前者是让温度传感器直接与待测物体接触，来检测被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离。检测从待测物体放射出的红外线，从而达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比之下运用较多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用。目前在工业生产和科学研究工作中得到广泛使用的接触式温度传感器主要是热电传感器。它是利用转换元件电磁参数随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置，其中将温度变化转换为电阻变化的称热电阻传感器，金属热电阻式传感器简称热电阻，半导体热电阻式传感器简称热敏电阻，将温度变化转换为电动势变化的称为热电偶传感器。近年来，国内外在温湿传感器研发领域取得了长足进步。温湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度温度测量技术提高到新的水平。智能温湿度传感器（亦称数字温湿度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。智能温湿度度传感器是微电子技术、计算机技术和自动化测试技术的结晶，它也是集成温湿度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。智能温湿度度传感器内部都包含温湿度传感器、A/D转换器、存储器（或寄存器）和接口电路。智能温湿传感器芯片具有三个显著特点：第一；能输出温湿度数据及相关的温湿度控制量，适配各种微控制器；第二；能以最简方式构成高性能、多功能的智能化温湿度测控系统；第三；它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。因此本设计选用智能温湿度传感器芯片，实现温湿度测量系统的智能化设计。湿度传感器的精度应达到2%5%Rh，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到2%5%Rh的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（1020）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，温湿度传感器使用时间一长，容易产生老化，精度下降。所以选择温湿度传感器就要考虑温湿度传感器的精度、长期稳定性，以及互换性。湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断。一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题。温湿度传感器在使用过程中，由于受到环境的影响都会产生年漂移。一般情况下年漂移量控制在1%Rh水平的产品很少，一般都在2%Rh左右，甚至更高。目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得的效果并不明显。然而温湿度传感器的选择是本设计的核心问题。传统的模拟式的温湿度传感器一般都要设计信号调理电路并需要经过负复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。目前国际上新型传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化和网络化的方向发展。鉴于上述原因，本系统采用DHT11芯片测量温湿度值。DHT11数字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。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。DHT11的主要特征如下：工作电压范围：3.5V-5.5V 工作电流 ：平均0.5mA 湿度测量范围：2090RH 温度测量范围：050 湿度分辨率 ：1RH 8位 温度分辨率 ：1 8位采样周期 ：1S 单总线结构 与TTL兼容（5V） 3.2.3 DHT11的工作原理传感器性能说明表3-3 传感器性能说明参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH8Bit重复性1%RH精度254%RH0505%RH互换性可完全互换量程范围03090%RH252090%RH502080%RH响应时间1/e(63%)25，1m/s 空气61015S迟滞1%RH长期稳定性典型值1%RH/yr温度分辨率111888Bit重复性1精度12量程范围050响应时间1/e(63%)630S接口说明 连接线长度短于20米时尽量用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应用电路电源引脚DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待 1s 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）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。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,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式: 8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi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。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发送响应信号,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,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。通讯过程如图3-4所示图3-4 DHT11通讯过程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18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,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20-40us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。图3-5 DHT11通讯过程总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字0信号表示方法如图3-6所示图3-6 数字0信号数字1信号表示方法.如图3-7所示图3-7 数字1信号 测量分辨率测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）。电气特性VDD=5V，T = 25，除非特殊标注表3-4 DHT11电气特性参数条件mintypmax单位供电 DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次3.3 温湿度测量回路的设计为了实现多点测量系统采用了两个个DHT11芯片。DHT11首先由温度传感器、湿度传感器分别检测出相对湿度和温度信号，然后经过内部的放大电路放大后分别送到ADC中进行A/D转换、标准和纠错，最后通过串行接口，将相对湿度和温度的数据送至STC89C52单片机，再利用STC89C52单片机完成非线性补偿和温度补偿。当测量控制系统发出温湿度测量命令以后，使用8/12/14位的分辨率测量分别需要大约11/55/210毫秒的时间。STC89C52单片机必须通过使DATA为低来确认每一个字节。通讯在确认后停止。DHT11在测量和通讯完成后会自动返回睡眠模式。需要注意的是，为使DHT11的温升低于0.1，此时的工作频率不能大于标定的15%。由DHT11和STC89C52单片机组成的测量回路如图3-8所示。图3-8 测量回路电路图3.4 显示电路设计显示电路作为常用的现场人机接口，尤其是作为测量数据的智能仪表，显示电路的设计是不可缺少的。作为温湿度测量系统，显示电路的设计也不例外。在本设计系统中，不仅要显示测量的温湿度值，而且还有不同的温湿度报警参数，故而显示器的设计是十分必要的。显示器是最常用的输出设备。由于本设计需要显示温度和湿度两个量，如果用LED数码管显示则无法明确表明是温度还是湿度。所以确定采用LCD液晶显示作为本设计的显示输出。液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理1）线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。2）字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3）汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B