毕业设计（论文）-基于单片机的恒温恒湿控制系统设计

1、随着经济和社会的不断发展，人们对自匕的生活环境越來越严格。特别在温室人棚中, 对温湿度要求更为严格。基于单片机的温湿度监测控制统设计，将对环境的温湿度监测控 制系统做详细的没计与实现。采用高性能的控制芯片89c51,高精度数字温湿度传感器 am2301。向模块化、高速化、智能化的单片机数据采集系统靠近。将此系统应用到温室大 棚当屮无疑为植物的生活提供了更加适宜的环境,符合植物的生活环境要求，具有良好的 发展前景。本文利用89c51单片机设计一个温室人棚的温湿度检测控制系统，对湿室a的温湿度 进行检测控制并实时显示。其中温湿度传感器采用am2301数字温湿度传感器，通过89c51 单片机的处理把

2、温湿度值显示在1602液品上。并实吋判断温湿度值是否满足设定的温湿 度范围，若超出设定范围，通过89c51启动温湿度控制系统，达到恒温恒湿的0的。关键词 89c51单片机am2301传感器1602液晶控制系统第1$馳31.1课题背景31.2立题的目的和意义31.3国内外的研究现状和发展趋势41.4系统主要研究内容4第2章系统总体设计62.1系统设计技术要求62.2系统设计原则61可靠性62.2.2操作维护方便62.2.3性价比72.3系统的组成和工作原理72. 3. 1系统的组成72.3.2系统的工作原理8第3章系统硬件设计103.1单片机外鬧电路设计103. 1. 1at89c51 单片机1

3、03. 1.2时钟电路103. 1.3复位电路113. 1.45v稳压电源电路113.2传感器的选型和接口电路设计123.2. 1传感器的基本特性123. 2.2 am2301数字温湿度传感器133.3人机接口电路设计183.3.1液品显不电路设计183.3.2按键电路的设计233.4光声报警电路与温湿度控制电路设计243.4. 1光声报警电路243.4.2温湿度控制电路25第4章软件系统设计284.1初始化模块284.2温湿度检测模块294.3温湿度控制模块304.41602液晶显示模块304.5按键识别模块314.6报辔模块3233参考'文献34隱135基于单片机的恒温恒湿控制系统

4、设计第1章绪论1.1课题背景随着经济和社会的不断发展，人们对生活质量耍求显著提高。对植被也耍求越來越严 格，如何种植出品种优良的植物，一直是人们研究的话题。而基于争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。植被“设施栽培”，即“保护地栽培”。它是指在某种类型的保护设施内（如阳畦、 温室、大棚等），人为地创造适宜植被生长发育的最佳环境条件，在不同季节rt,尤其是 不利于植被生长的季节内进行植被栽培的一种措施。设施栽培是人类利用自然、改造自然 的一种创造。由于设施a的条件是可以人为控制的，使得植被调节的周年生产得以实现。 玻璃温室和塑料薄膜温室出现后，植被生产出现了划时代的变化。现在

5、人们可以根据q己 的意愿，随时生产出所需要的各种植被。可以说，这是“设施栽培”的功劳。以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冇一定的实际意义，它代表了一类s 动控制的方法。而且其应用十分广泛。1.2立题的目的和意义环境的监测与控制在工业、农业、岡防等行业宥着广泛的应用。由于应用的场合不同 监测对象的不同，其系统设计也是千差万别。在实际生活屮此类系统冇着广泛的放用，室温环境检测系统中温度和湿度是两个重耍的显示和分析指标，必须定期抽样

6、检查室温环境温度和湿度，以便采取相应的措施加以调整和一步步的提高系统的性能。 89c51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粜，用其作为温湿度检测控制系统的实例也很多。使用89c51单片机 能够实现温湿度全程的自动检测与控制，而且89c51单片机易于学习、掌握，性价比高。使用89c51型单片机设计温湿度检测控制系统，可以及时、糈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人棚当中无疑为植物 的生活提供了更加适宜的环境。这对

7、我u的农业生产，实现农业现代化，提高w民生产总 值，改善人民生活水平起到了非常重要的作用。1.3国内外的研究现状和发展趋势0前，我国绝大部分自主开发的人棚温湿度控制或者进口的国外设备都属于这种系 统。里然这种0动控制系统实现了 0动化，适合规模化生产，提高了劳动生产率，通过改 变大棚温室度的设定目标，可以ft动的对大棚iai温湿度进行调节，但是这种调节对作物的 生长来说还是相对滞后的，难以介入作物生长的内在规律。所以在这种自动控制系统和实 践的基础上，温湿度自动控制向着适合不同作物生长的智能化控制发展。m外大棚业正致力于高科技发展，遥测技术，网络技术，控制局域网已逐渐应用于大 棚的管理和控制屮

8、。为y充分的利用好温室栽培这一高效技术，就必须有一套科学的，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其宥一定的实际意义，它代表了一类g动控制的方法， 而且其应用十分广泛。近几年各国温度控制技术提出建立大棚行业标准，朝着m络化，大 众化,大规模，无人化的方向发展的思路也更加完善和成熟。采用高性能的控制芯片89c51, 高精度数字温湿度传感器am2301,向模块化、高速化、智能化的单片机数裾采集系统靠 近。将此系统应用到温室大棚当中无疑为植物的生活提供了更加适宜的环境，符合植物的 生活环境要求，具冇良好的发展前景。1.4系统主

9、要研究内容本系统所要完成的任务是：(1) 人性化的设计。根据植物的生活需求，把温湿度值控制在一定的范围内。(2) 能够实时、准确的显示采样温度值与湿度值。(3) 通过采集温度及湿度值，准确的判断标准值与当前值之间的差异，及吋的启动报 警装置(钮拈警报灯的提示功能以及提示音等)进行报警，并采取和应的控制方案。(4) 能够根裾植被在不同时间段内对温湿度的不同要求，用户可随机更改温度及湿度 值，以满足用户不m的需求。第2章系统总体设计2.1系统设计技术要求系统要完成的设计功能是：(1) 实现对温室大棚温湿度参数的实吋采集，测量空间的温度和湿度，由单片机对采 集的温湿度值进行循环检测、数据处理、显示，

10、实现温湿度的智能检测。(2) 并能根据实际所需要的温湿度值通过独立按键设定，已达到更加理想的温室大棚 条件。(3) 实现超越数据的及时报警，并启动控制系统，实现温室的0的。(4) 现场检测没备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力。要求达到的技术指标要求：测温范鬧：-1070°c 测温精度：±0.4°c 测湿范围：090%rh 测湿精度：±3% rh2.2系统设计原则要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。2.2.1可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为 首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从

11、以卜*几个方面考虑：使用可靠性高的元器件； 设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施; 进行软硬件滤波；系统自诊判断功能等。2. 2.2操作维护方便在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，耍尽可能减少人机交换接口，多 采用操作内置或简化的方法。同时系统应配有现场故障自动诊断程序，一旦发生故障能保 证有效地对故障进行定位，以便进行维修。2.2.3性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用 系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因索。因此

12、，再设计吋，除了保持高性能外, 尽可能降低成木，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能使用软件 功能取代硬件功能等。2.3系统的组成和工作原理2.3. 1系统的组成以单片机为控制核心，采用温湿度测景，通信技术，控制技术等技术，以温湿度传感 器作为测量元件，构成智能温湿度测量控制系统。可分为温湿度测量电路，显示电路，声 光报警电路，温湿度控制电路，选用的主要器件有：at89c51,温湿度传感器am2301，1602lcd 显示模块，降温装置风扇，升温装置加热器，增湿装置喷雾器，除潮装置除潮器，红绿 led灯，报警装置蜂鸣器等12。系统的组成方框图如图2-1所示。图2-1系统的组成

13、2.3.2系统的工作原理本系统以单片机atmel89c51为核心，数据采集、传输、妞示、报警都要通过单片机。 数据采集通过中.总线的智能数字温湿度传感器am2301完成；通过单片机把采集的数据显 示在1602lcd上；当采集的数据超出给定范围时，有蜂鸣器实时报警，并显示红灯提示， 并进行相应的控制处理。在整个系统屮采用了 am2301单总线技术，单片机采用c语言编 程。首先，系统扁动后，提示用户输入温湿度的上限与下限的温度值。用户输入之后，系 统內动求出屮间值，根据实际温度的情况采取相应的方案。如温度的设定如 下所示：下限温度屮间温度上限温度283236如果该时刻的实际温度值低于用户给定的下限

14、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问值一定区问内时停止 升温。反之，如果实际温度值高于用户设定的上限值吋，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吋停止 降温。选择屮间值作为控制参数，防止升温一降温一升温的死循环，因为温度低于下限吋会 一直升温，可能会导致升温之后温度高于上限值系统又开始降温，这样系统便一直重复升 温一降温一升温过程，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 ii没有实际意义。选择屮间值的一定区间，是防止达到屮间值吋，采取了停止升温或者降温

15、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屮间值处，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耍的温度值。所以本 方案选在屮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, 这样就能解决没备频繁启停问题。整个系统通过独立键盘给定温湿度的上卜*限值并通过lcd 1602显示出来，首行显示温 度，第二行显示湿度。另外lcd除了显示上下限温湿度值，还显示实时的温湿度值。温室温湿度控制系统是以89c51单片机作为中央控制装置，风扇，加热设备，加湿 设备，排潮设备等。 89c51作为巾央控制装置，负责中心运算和控制，协调系统

16、各个模块的工作。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，报警模块：负责系统的报警功能。如果当前的温度超过用户设定的上下 值界限值时系统将h动警，双色灯在单片机的控制下冇规律的切换，同时报警模块发出报 警声，通知用户采取相应的措施。按键：由四个独立按键构成，第一个键代表温湿度选择按键，第二个代表温湿度 加按键，第三个代表温湿度减按键，第四个代表确定键。它只在需耍调整温湿度具体值时 才会用到，此时液品敁示屏就会敁示出温湿度数值设定界血。第3章系统硬件设计3.1单片机外围电路设计经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可

17、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。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。3. 1. 1 at89c51 单片机屮央微处理器at89c51： at89c51是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含 4k bytes isp （in-system programmable）的 nj反复檫5 1000 次的 flash 只读程序相储器， 器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51 引脚结构，芯片内集成了通用

18、8位屮央处理器和isp flash存储单元，功能强大的微型计 算机的at89c51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。at89c51具宥如 下特点：40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储 器（ram） , 32个外部双向输入/输出（i/o） 口，5个中断优先级2层屮断嵌套屮断，2 个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡 器。此外，at89c51设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下， cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振

19、荡 器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 pd1p、tqfp和plcc等三种封装形式。at89s51单片机综合了微型处理器的基本功能。按 照实际需要，同吋也考虑到设计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较 低、工作稳定的at89c51单片机作为整个系统的控制器131。3. 1.2时钟电路at89c51单片机各功能部件的运行都以时钟信号为准，一拍一拍地工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。at89c51单 片机内部有一个用于构成震荡的高增益反相放人器，它的输入端为芯片引脚xtal1,输出 端为x

20、tal20这两个引脚构成一个稳定的自己振荡器。外部时钟方式时外部时钟电源直接 接到xtal1端，xtal2端悬空。其电路如图3_1所示。xix2图3-1时钟电路3. 1.3复位电路复位是单片机的初始化操作，只需给at89c51的复位引脚rst加上大于2个机器周期 的高电平就可使at89c51复位。复位电路通常采用.卜.g动复位和按钮复位两种方式。上电 复位是通过外部复位电路给电容c充电加至rst引脚一个短的高电平信号，次信号随着 vcc对电容c的充电过程而逐渐回落，即rst引脚上的高电平持续吋间取决于电容的充电 时间。为保证系统可靠地复位，est引脚上的高电平必须维持足够长的时间。按键手动复

21、位有电平和脉冲两种形式4j5j。其电路如图3-2所示。rfsikrst量ci okoimo图3-2复位电路3. 1.4 5v稳压电源电路它由电源变压器，桥式整流电路d1-d4,滤波电容cl、c3，防止g激电容c2、c3和一只固定式三端稳压器(lm7805)极为简捷方便地搭成的。220v交流市电通过电源变压器 变换成交流低压，再经过桥式整流电路d1-d4和滤波电容c1的整流和滤波，在固定式三 端稳压器lm7805的vin和gnd w端形成一个并不i 分稳定的直流电压(该电压常常会因为 市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此宵流电压经过lm7805的稳压和c3的滤波便在稳压电源的输出端产

22、生了精度高、稳 定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为ttl电路或单片机电路的电源。三端稳压器是 一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作 可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳 压器件,在此5v稳压电源电路阁屮，经变压器后输出电压为8v，又经过d1-d4桥式整流电 路变为之前的1. 4倍为11. 2v。这样在lm7805的vin和gxd两端之问的压差为5. 2v，一 般气压差越小越好，这样对lm7805的损伤越小，但为y综合考虑有吋则要这种考虑。其 电路如下阁3-3屮所示。trans former-220va r

23、8vdl-dl220uflm7805vin voutgndc6vcc+c5o.luf220ufc? 5vo.luf图3-3 5v稳压电源电路3.2传感器的选型和接口电路设计3.2.1传感器的基本特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互 关系。不含吋间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而 r出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主耍参数有：线性度、灵敏度、分辨力和 迟滞等。传感器的动态特性：所谓动态特性，是指传感器在输入变化吋，它的输出的特性。在 实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应來表示。这是因为传感 器

24、对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意 输入信号的响应之问存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入 信号宥阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响皮和频率响位來表示67。3.2.2 am2301数字温湿度传感器(1) am2301产品概述am2301数字温湿度传感器是一款含冇已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它运 用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具冇极高的对靠性与卓越的长期 稳定性。传感器仅括一个电容式感湿元件和一个ntc测温元件，并与一个高性能8位单片机 相连接。因此该产品具冇品质卓越、超快响应、

25、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 am2301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 内存屮，传感器内部在检测信号的处理过程屮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。产品亮点超低能耗、传输距离远、全部自动化校准、釆用电容式湿敏元件、完全互换、标准数 字单总线输岀、卓越的k:期稳定性、采用高精度测温元件。(3) am2301接 口定义am2301的引脚分配及各个引脚的简单描述分别如

26、表3-1和图3-4所示。vddsdagnd图3-4 am2301的引脚描述 引脚说明(vdd sda gnd):引脚颜色名称描述1红vdd电源2黄sda串行3里gnd地4nc空脚表3-1 am2301的引脚分配am2301的供电电压范围为3. 5v-5. 5v,建议供电电压为5v。数据线sda引脚为三态结构， 用于读/写传感器数据。(4)单总线接口定义am2301器件采用简化的单总线通信。单总线即只宥一根数据线，系统中的数据交换、控制均巾数据线完成。设备(微处理器)通过一个漏极开路或三态端u连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外 接一个约5.

27、 lkq的上拉电阻，这样，当总线闲置吋，艽状态为高电平。由于它们是主从 结构，只有主机呼叫传感器时，传感器才会应芥，因此主机访问传感器都必须严格遵循 单总线序列，如果出现序列浞乱，传感器将不响应主机。单总线通信时序和am2301通信格式说明用户主机(mcu)发送一次起始信号(微处理器把数据总线sda拉低至少800 u s)后，am2301 从休眠模式转换到高速模式。待主机的丌始信号结束后，am2301发送响应信号，从数据总 线sda串行并送出40bit的数据，先发送字w的高位。发送的数据依次为湿度高位、湿度低 位、温度高位、温度低位、校验位，发送数据结朿触发一次信息采集，采集结朿后传感器cj动

28、转入休眠模式，直到卜*一次的通信來临。如表3-2所示。表3-2 am2301通信格式名称单总线格式定义起始信号微处理器把数据总线（sda）拉低一段时间（至少800 us），通知传感器准备数据。响应信号传感器把数据总线（sda）拉低80us，再接高80ms以响应主机的起始信号。数据格式收到主机起始信号后，传感器一次从数据总线（sda）申出40位数据，高位先出湿度湿度分辨率是16bh,高位在前；传感器串出的湿度值是实际湿度值的10倍。温度溫度分辨率是16bit,高位在前；传感器串出的温度值是实际温度值的10倍；温度最高位（bitl5）等于1表示负温度，温度最高位（bitl5）等于0表示正温度；温度

29、除了最高位（bitl4bito）表示温度值。（6）传感器的性能传感器am2301的相对温湿度性能分别如表3-3所示，而相对温湿度的的最人误差则如 图3-5和图3_6所小。阁3-5相对温度最大误差+6i(lulxo lkl71±土 0 01(12030405060708090 l(x)relative humidity(wh)阁3-6相对温度最大误差表3-3 am2301相对湿度性能表参数mitypmax单位分辨率0. 1°c16bit精度士±1°c量程-480°c重复性土°c响应吋10s漂移土°c/yr条件typ单位0. 1

30、%rh16bit糈度25 °c±3%rh重复性±1%rh响应时<6s迟滞性±0.3%rh漂移典型<0.5%rh/yr外设读取步骤步骤一：am2301上电后(am2301上电后耍等待2s以越过不稳定状态，在此期间读取设 备不能发送任何指令)，测试环境温湿度数据，并记录数据，此后传感器自动转入休眠状 态。am2301的sda数据线由上拉电阻拉高并且一直保待高电平，此时am2301的sda引脚处于 输入状态，吋刻检测外部信号。电气特性，如能耗，高、低电平，输入、输出电压等，都 取决于电源。步骤二：微处理器的i/o设置为输出，同吋输出低电平，且低电平

31、保持吋间不能小于 800us,典型值是拉低ims,然后微处理器的i/o设置为输入状态，释放总线，由于上拉电 阻，微处理器的1/0即am2301的sda数据线也随之变高，等主机释放总线后，am2301发送响 应信号，即输出sotis的低电平作为应答信号，紧接着输出80us的高电平通知外设准备接收 数据，信号传输如图3-7所示。释放总线70%30%主机信号一传感器信号图3-7单总线分解吋序图步骤三：am2301发送完响应后，随后由数据总线sda连续串行输出40位数据，微处理 器根据i/o电平的变化接收40位数据。位数据“0”的格式为：50us的低电平加26-28us的高电平；位数据“1”的格式为：

32、50us的低电平加70us的高电平；位数据“0”、位数据“1”格式信号如图3-8所示。70%30%主机信号 一传感器信号 图3-8单总线分解吋序图am2301的数据总线sda输出40位数据继续输出低电平50us后转为输入状态，由于 上拉电阻随之变为高电平。同时am2301内部重测环境温湿度数据，并记录数据，测试记录 结束，单片机自动进入休眠状态。单片机只有收到主机的起始信号后，冰重新唤醒传感器, 进入工作状态。接u电路：建议连接线长度短于20米时用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。电路如阁3-9所示。vccvdd v jgndam23o1vccr71okp1. 0mcu

33、gnd图3-9 am2301典型接口电路3.3人机接口电路设计3. 3. 1液晶显示电路设计3.3. 1. 1 lgd16o2 简介在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以卜jl个优点：(1)显示质量高，由 于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（ckt）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。（2） 数字式接口，液品显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方 便。（3）体积小、重量轻，液晶.显示器通过妞示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示 的目的，在重量上比相同显示而积的传统显示器耍轻得多。（4）功

34、耗低，相对而言，液晶 显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动tc上，因而耗电暈比其它显示器要少得多。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵 型液晶模块它有若干个5x7或者5x11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示 一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也冇也冇间隔起到了字符间距和行间 跑的作用，正因为如此，所以他不能显示阁形（用s定义cgram,显示效果也不好）。lcd 1602 是指显示的内容为16x2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。口前市面上字符液晶绝大多数是基于hd44780液晶芯片的，其和lcd 16

35、02的控制原理是完 全相同的，因此基于hd447808的控制程序可以很方便地应用于市而上大部分的字符型液 晶。lcd 1602的芯片及其接口电路如图3-10所示。ond图3-101602lcd引脚图1602 lcd主要技术参数：显示容量：16x2个字符芯片工作电压：4. 55. 5v工作电流：2.0ma（5.0v）模块最佳工作电压：5. 0v字符尺寸:2. 95x4. 35（wxh）mni3.3. 1.2 lcd16o2各引脚及功能说明1602lcd在此处采用标准的16脚（带竹光）接口，各引脚接口说明如表3-5所示。表3-51602各引脚说明引脚符号引脚说明引脚符号引脚说明1vss电源地9d2

36、数据2vdd电源正极10d3数据3vl液晶显示偏压11d4数据4rs数据/命令选择12d5数据5r/w读/写选择13)6数据6e使能信号14)7数据7d0数据15bla背光源正极8d1数据16blk背光源负极第1脚：vss为地电源。第2脚：vcc接5v正电源。第3脚：vo为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最 高，对比度过高时会产生“鬼影”，可以通过一个10k的电位器调整对比度。第4脚：rs为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。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。当rs和r/w共同为低电平吋可以写入指令或者显示地址，当

37、rs为低电平r/w为高电平吋可以读 忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。第6脚：en端为使能端，当en端由高电平变成低电平时，液品模块执行命令。第714脚：db0db7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. 3. 1.3 lcd16o2的显示操作lcd 1602与单片机之间有四种基木操作如表3-6所示。表3-6 lcd1602与单片机之间宥四种基本操作rsr/w操作00写命令操作（初始化，光标定位等）01读状态操作（读忙标志位）10写数据操作（要显示内容）11读数据操作（可以把显示存储区屮的数据反读出来）（1）读状态字由表3-6可知当rs=o, r/

38、w=l时，根据管脚功能，当为有效电平时，状态命令字可从 lcd模块传输到数据总线，同吋可以保持一段吋间，从而实现读状态字的功能。图3-11为 读操作吋序图。图3-11读操作时序图（2）1602命令字表3-7所示为控制指令表，其主要介绍了指令名称、控制信号及控制代码。其指令名 称是指要实现的功能；控制代号是采用的十六进制的数值表示的。清屏操作是指输入某命令字后即能将整个屏幕显示的a容全部清除；归home位：将光标送到初始位；其巾的*号为任意，高低电t:均可；输入方式：设置光标移动方向并指定整体显示是否移动。1/d=1:光标右移=0:光标左移，s屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平表示有效，低电

39、平无效；显示状态没置：d控制显示的开与关，高电平开显示，低关显示；c控制光标的开与关，高电平宥光标，低无光标；b控制光标是否闪烁，高电平闪，低不闪。光标w面滚动：r/l指右或左移；s/c为高时移动显示的文字，低时移动光标；功能设置:dl接口数位，l指显示行数，f显示字型;如dl=1: 8位=0: 4位总线，l=l： 2 行=0: 1 行，f=l： 5x10=0： 5x7(点阵字符)；cgram地址设置：相当于一个数据库，可以在其中选择所需要的字符号；ddram地址设置：置数据存贮器地址，即显示定位；读忙标志bf和地址：bf为忙标志位，高电平时此模块不能接受命令或者数据， 如果为低电平则表示不忙

40、；读写数据：将数据按要求从对应的单元读写，即cgram、ddram的地址。表3-7 lcd1602控制指令表指令名称粹制信号控制代码1?r/wn7d6d5d4d3d2d1d0清屏0000000001归home位000000001氺输入方式设置00n00001i/ds显示状态设置0000001dcb无标画诎滚动000001s/crl氺氺功能设置00001dlnf氺氺cgram地址设置0001a5a4a3a2a1a0ddram地址设置001a6a5a4a3a2a1a0读忙标志bf和地01hpac6ac5ac4ac3ac2ac1aco写数据10数据读数据11数据写命令字由表3-7可知当rs=0, r

41、/w=0吋，冰可以通过单片机或用户指令把数据写到lcd模块, 此时就对lcd进行调制。吋采用查询方式：先读入状态字，再判断忙标志位，最后写命令 字。图3-12所示为操作时序图。rsr/wedbo db7图3-12写操作吋序图定义光标位置：显示数据的某位，就是把显示数据写在相应的ddkam地址中，ddram地址占7位。set ddram address命令如表3-8所示。光标定位，写入一个显示字符后，ddram地址会自动 加1或减1，加或减由输入方式设置。表3-8 set ddram address命令rsr/wdb7db6db5db4db3db2db1db0001ac6ac5ac4ac3ac2

42、ac1ac0第1行ddram地址与第2行ddram地址并不连续,如表3-9所示。表3-9 ddram地址row12345 141516line180h81h82h83h84h 8dh8eh8fhline2ocohoclh0c2h0c3h0c4h ocdhocehocfh3.3.2按键电路的设计键盘分为编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并 产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的键盘称为非 编码键盘，在中.片机组成的各种系统中，用的较多的是非编码键盘。非编码键盘又分为独 立键盘和矩阵式键盘。在单片机的外围电路中，通常用到的按键都是机械弹性

43、开关，当开关闭合时，线路导 通，开关断幵时，线路断丌。弹性小按键被按下吋闭合，松手后自动断开，自锁式按键按 下时闭合且会自动锁住，有再次按下时才弹起断开。通常我们把自锁式按键当做开关使用, 比如tx-1c实验板上的电源开关就使用cj锁按键。单片机的外围输入控制用小弹性按键较 好，单片机检测按键的原理是：单片机的t/0 口既可以作为输出也可以作为输入使用，当 检测按键时用的是它的输入功能，我们把按键的一端接地，另一端与单片机的某个i/o 口 相连，开始吋先给该i/o 口赋一高电平，然后让单片机不断地检测该i/o 口是否变为低电 平，当按键闭合吋，即相当于该i/o 口通过按键与地相连，变为低电平。

44、程序一旦检测到 i/o 口变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应的指令。此处用到的独立式键盘的特点是：一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条i/o 输入线的电平状态，可以很容易地判断哪个按键被按下。在此处，用到了四个独立按键，1键表示温湿度加，2键表示温湿度减，3键表示温湿度选择，4键实现最终数值确定功能。 其连接电路如图3-13所示。gndvccik x4gm)0 12 3 4 pip1pip1pim0si/pi.5rj.4misop1.6p0.5sck/pi.7r).6rstp0.7rxlypvd tx1>rv 1ea/vppaleprog間（肥.2psiinint1zr.3re

45、. 7t0i5.4r2.6t1/p3.5r2.5wr p3 6r2.4rdt3.7r2.3xtal2p2.2kta1jp2avsp2.0vccr).opo.ip0.2po.39-o20at89c51vcc40图3-13独立按键图3.4光声报警电路与温湿度控制电路设计3.4.1光声报警电路木系统采用红绿led灯作为光报警提示，当系统检测到的数据符合给定的上不限范围 要求时，51单片机的p2. 5 口电平为高，三极管q7导通，现场始终绿灯显示，lfijp2.6 口 电平为低，q6不导通即红灯呈火状态；当系统检测到的数据不符合给定的上下限范闺要 求时，则p2.5 u变为低电平，绿灯灭，同时p2. 6

46、 u变为高电平，三极管q6导通，现场转化为红灯报警提示，继而采取一系列的控制温湿度措施。另外，釆用蜂鸣器作为声报警提示，当系统检测到的数据符合给定的耍求吋，p2.7 口为低电平，现场没有蜂鸣器报警提示；当系统检测到的数据不符合给定的要求时，则 p2.7 1变为高电平，三极管q1导通，现场蜂鸣器报警提示。其中5v蜂鸣器的型号为 yhe12-05,是-种电磁式蜂鸣器，由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 光声报警系统电路如图3-14所示。678 9100 12 3 4pipipipipih15 1 agndmosi/pi.5misop1.6sck/p1.7rstrxevp3.0txiy

47、ra,i1nt0/p3.2int1/p3.3to/r3.4ti/p3.5wr/p3.6rivr3.7xtal2xtal1vssvccd2co123 4 5 67 pg n 7 6 5 4 3 2 1 o vcpo.po.po.po-po.po.po.po.a/vpp2.p2.p2.p2.p2.p2.p2.r2. eb/sp 1yiiei2q18550uignd05图3-14光声报警系统电路图3.4.2温湿度控制电路本系统温湿度控制系统主要组成宥：风扇、加热器、喷雾器、除潮器。当系统检测 到的数据不符合设定的要求时，系统启动温湿度控制系统实现精度范围内的恒温恒湿的0 的。其中各种控制设备对应到继

48、电器的型号及参数如表3-10所示。农3-10各控制设备及对应的继电器的特性线圈电压负载参数生产厂家型号加热器3110v dc10a、20a/ 220vac巨人jqx-14fx-1z风扇3110v dc20a、30a/ 220vac巨人jqx-16f(t91)喷雾器348v dc20a /220v ac亚洲龙jqx-16fs(t92)除潮器3v、 5v、 6v dc7a、 10a/220v ac福特4123 (t71)(1) 加热器:负责整个温室大棚的加热工作，根据实际效果和成本预算，选用组合式 加热管，其额定功率为20kw。足见是功率相当大的，220v的电压是不能直接作为输入电 压，应选用38

49、0v交流电正。经计算得到其额定电流为52. 63a，当然此处还要接触器作为 开关电路，此处选用接触器的型号为丙门子3tf5244-0xq0型号产品，额定电流为170a, 的定电压为220v。(2) 风扇：负责系统的降温工作，其额定功率为1500w,由于其在额定交流电压220v 下工作，同上计算得额定电流为6.8a。w为电机在启动瞬间其实际运行电流为额定值的 c7倍，所以在选择继电器的吋候其额定电流应偏大，此处则选用继电器负载电流参数值 为20a左右即可。(3) 喷雾设备:负责系统的加湿工作，选用海美钜iity-12型号产品，其额定功率为 1200w。当其在ac220v电压下工作时，额定电流为5

50、. 5a,选用亚洲龙jqx-16fs (t92)型号 继电器。(4) 排潮设备:负责系统的去湿工作，选用sen井森ch928b型号产品，其额定功率为 420w。其在ac220v电压下工作的额定电流为1. 9a，选用福特的负载电流参数为5a的继 电器。在如下的温湿度控制系统图中继电器relay根据不同的温湿度控制设备的运行电压、 功率的不同，选用不同的继电器。温湿度控制系统电路如图3-15所示。ac220v,喷雾器1vccgndaz3tf5244-0xq0 wc加热器ac380vjqx-16fs(t92)o-q1c-ikk2k.mac220vgndjqx-14fx-1zq3c3-ik214568

51、_9)0iip1.0gnd2upl.4moslpi.5m1sop1.6sckpi.7rstrxdr3.0txftr.l1ntop3.2inti/p3.3t0-r.4t1/r.5wr/r3.6ri>r.7ktal2xt.aliv«vcc p0.0 ro.i ro.2 po.3 p0.4 ro.5 ro.6 p0.7 e物 ale/prog psen7 6 5 4 3 7-10 p2.p2.p2.p2.p2.p2.p2.p2.2221图3-15温湿度控制系统电路第4章软件系统设计本系统软件系统设计包过：系统初始化模块，温湿度检测模块，1602lcd显示模块， 键盘模块，报警模块，温

52、湿度判断控制模块。系统软件总体流程图如4-1如卜*。阁4-1系统流程图4.1初始化模块系统初始化模块的主要功能是完成系统的初始化以及设定系统的工作状态，初始化部 分拈以下方面的内容：（1）单片机初始化以及各种引脚定义。（2） 1602液晶初始化及 工作方式。（3）系统进入正常工作状态。初始化流程图如4-2所示。4.2温湿度检测模块温湿度检测模块是本系统屮的核心模块之一，它负责完成温度和湿度的测量及模拟量 转换为数字量的全过程，这也是它为什么重要的原w。数字式温湿度传感器am2301直接 把检测到的模拟量转化为数字量送给单片机，再经过単片机处理，把温湿度值显示在1602 液晶上。上电后微处理器把

53、数据总线（sda）拉低一段时间（至少800 us）,通知传感器准备数 据；然后传感器把数据总线（sda）拉低80us,冉接高80 ps以响应主机的起始信号； 收到主机起始信号后，传感器一次从数据总线（sda）串出40位数据，高位先出；发送的 数据依次为湿度高位、湿度低位、温度高位、温度低位、校验位，发送数据结束触发一次 信息采集，采集结束传感器自动转入休眠模式，直到下一次通信来临。温湿度检测流程图 如4-3所示。图4-3温湿度检测流程图4.3温湿度控制模块温湿度判断控制模块也是系统的核心模块之一，所谓判断控制模块，就是对当前温室 内的实际温湿度与给定的温湿度范围进行比较，先进行判断，然后再进行

54、控制，控制模块 是决定系统将要进行什么工作的。如温度高于所设定的温度值的上限范岡吋需要降温，低 于这个范围时需要升温，如湿度高于所设定的湿度值的上限范围时需要降湿，低于这个范 围时需要増湿。温湿度控制流程图如4-4所示。图4-4温湿度控制模块流程图4.4 1602液晶显示模块首先是lcd的初始化，从通电幵始延吋，先经过判忙后再进行功能设置，过一段吋间 后可以设制显示状态（如设制行、位或阵列）再经过延时清屏后才可以设置输入方式，具 体实现过程如图4-5所示。图4-5 lcd初始化流程图本系统采用1602液晶显示温湿度值，当系统刚开始上电时1602液晶不显示任何数据， 只是第一行显示：temperature: 。c，第二行显示：humidity: %。然后会等待是否 有按键按下以显示所设定的温湿度上下限值，当整个系统运行起来后，通过am2301的监 测和传递温湿度实时数据，通过单片