基于单片机的大棚温湿度报警器设计

1、基于单片机的大棚温湿度报警器设计作者姓名： 专业班级： 指导老师： 摘 要温度和湿度对蔬菜水果的光合作用影响非常大，从而导致了它们的产量和质量严重下降。温室大棚技术因此得到了重视和推广。温室大棚技术培养蔬菜水果可以明显的提高蔬菜水果产量，还能降低气候和温湿度对其光合作用的的影响。然而温室大棚对温湿度要求很高，因此一套检测温湿度的系统必不可少。本文是以单片机为主控模块、温湿度传感器以及显示屏和声光报警等模块为外围器件共同对温室大棚里的温湿度情况进行实时的检测并实施报警。该设计可以分别设定检测温度上、下限值与检测湿度的上、下限值。只要大棚中的温度和湿度其中一项越过限值，声光报警模块就会启动，发出声

2、光报警，以便做到最快化的实现测试报警。关键词：温湿度检测 声光报警 DHT11传感器 液晶显示屏 The Design of Greenhouse Temperature and Humidity Alarm System Based on SCMAbstract：Temperature and humidity on the photosynthesis of fruits and vegetables is very significant, which leads to the yield and 

3、quality of their serious decline. The affect of temperature and humidity on the vegetables is serious, thus greenhouses technology gets more attention and promotion. Greenhouses technology in fruits and vegetables not only be able to significantly increase the production of fruits and vege

4、tables, but also can decrease the effects of climate and the temperature and humidity. However greenhouses need high temperature and humidity requirements, a set of monitoring system of temperature and humidity is indispensable.The purpose of this article is using the microcontroller, temperature an

5、d humidity sensors and LCD display and alarm module together to monitor the temperature and humidity in greenhouses. The design can be set respectively test upper and lower limit of humidity and temperature. As long as the temperature or humidity in greenhouses is over the limit, the sound light ala

6、rm module will be launched, sending out sound and light alarm, so that it can be able to achieve the fastest implementation of monitoring alarm.Key words: Temperature and humidity testing acousto-optic alarm DHT11 sensor LCD screen目 录第1章 前言11.1 设计研究的背景11.2 设计研究的目的与意义11.3 设计研究的主要内容及预期成果1第2章 需求分析

7、与方案论证22.1.设计要求22.2 设计思路22.3方案论证与分析32.3.1温湿度传感器模块选择方案32.3.2显示器模块选择方案32.3.3单片机选择方案4第3章 系统硬件设计53.1 概述53.2 按键模块53.3 电源模块53.4 主控模块63.5 温湿度传感器模块73.6 显示器显示模块73.7 声光报警模块8第4章 系统软件设计94.1 主程序流程图94.2 显示器流程图114.3 温湿度传感模块流程图13第5章 系统测试与分析145.1 系统测试145.2 系统分析16结 论17致谢18参考文献19第1章 前 言1.1 设计研究的背景 温度、湿度在人们的生活中扮演着重要角色。空

8、气中的温湿度不仅会很大程度的影响我们的心情和身体健康，而且还会严重的影响一些工业，特别是农作物的产量也和温湿度有着密切的关系，空气中的温湿度严重影响农作物光合作用，进而影响到生产质量与产量，所以对空气中温度湿度的监测是必不可少的，是非常有意义的。1.2 设计研究的目的与意义温度和湿度在我们生活中扮演着重要的角色，不仅能影响我们的心情，还会很大程度的影响我们的身体健康。温度和湿度也很大程度上会影响蔬菜水果的生长发育，阻碍其正常的光合作用，从而影响生产的质量和产量。此次设计的目的就是希望本设计被应用到温室大棚内进行温湿度的实时监测，为一些必须在特定环境特定温度下生长的农作物提供较为合适的生长环境，

9、保障其优质的生产，这也为我国粮食生产做出了少许的贡献。1.3 设计研究的主要内容及预期成果本设计所需要完成的内容：1）温度或者湿度的上下限值可以根据不同用户针对不同蔬菜水果生长的需要由键盘输入并由显示器显示出数据。2） 能够及时、准确的显示采集的温度值以及湿度值。3）经过比较接收到的温度值与湿度值与用户预先设定的温湿度限值，快速的把采集值和预先设定的上下限值进行比较，从而决定是否启动报警电路（声光报警）进行报警。预期成果：最后实现一套自动测试大棚温湿度的报警器。实现当大棚内的温度在0-50变化或者湿度在20%-90%RH内变化而超出所设定的上下限值时，蜂鸣器就会以鸣叫形式报警，而发光二极管就会

10、以闪烁的形式报警，液晶显示屏上会出现温度或者是湿度报警的字样的功能。第2章 需求分析与方案论证本文的最终目的为设计出的报警器能够达到检测温室蔬菜温度最适合在1530，湿度在50-90%RH内生长的温室大棚温度测试的要求；当温湿度超过限值时启动声光报警的设计。2.1设计要求 1）温湿度的检测：使用一体化的温湿度传感器或者独立的温度传感器和湿度传感器采集温室大棚里当前的温湿度，达到温室大棚对温湿度的要求。2）数据的显示：使用显示屏进行实时的显示接受到的信息。同步显示当前大棚内的温度值和湿度值，当有温度或者湿度报警时，屏幕闪烁显示对应情况的报警字样。3）报警方式：一旦温度或者湿度越限时蜂鸣器就会发出

11、声报警，发光二极管就会发出闪烁光报警。2.2 设计思路本设计总体上大致分为温度湿度传感模块、按键模块、单片机、显示屏显示模块、声光报警模块以及电源模块。本设计是以单片机作为核心控制部分，接受处理温湿度传感器检测来的当前大棚内的温湿度数据，判断是否启动报警电路，数据再发送到显示屏上进行显示。显示的数据及显示方法由程序控制完成。单片机按键模块温湿度传感模块电源模块显示器显示模块声光报警模块图2-1总体设计框图2.3方案论证与分析2.3.1温湿度传感器模块选择方案方案一：温度检测模块选用DS18B20数字温度传感器。它具备体积小，准确度高，防干扰等优点，其能在55-125温度下进行温度测量，测量偏差

12、-+0.5，最小的偏差可以达到0.0625。湿度检测模块则使用HS1101电容式湿度传感器。它能在相对湿度为0%-100%RH下进行湿度测量，测量偏差为-+2%RH。方案二： 选用温湿度集成型的DHT11数字传感器作为本次设计的温湿度检测模块。DHT11集数字模块采集技术和温湿度传感技术与一身，使得它拥有十分高的可靠性和卓越的稳定性。它是由NTC测温器件和电阻式感湿器件组成，能在0-50温度下正常进行温度测试，20%-90%RH湿度下正常测试湿度。两者的误差分别为-+2和-+5%RH。非常适合本次设计的要求。结论：通过以上的方案论证，温室大棚不需要那么小的误差，所以方案二虽然不能有方案一那样高

13、精度的测量，但是完全能满足这次设计的需要。而且温湿度检测集成一体，简单方便，也便于硬件的采购，所以选择方案二。2.3.2显示器模块选择方案方案一：选用12864液晶显示屏。它是128×64点阵的液晶显示模块，其中带有8192个中文字库，128个字符，可显示繁简汉字及图形。并行及串行两种通讯方式直接与CPU连接。超低的电压和功耗是其显著的特点。方案二：采用LCD1602工业字符型液晶，显示32个字符。它只能显示2行字母、数字或者符号，每行能显示16个字符。能简单的从右到左或者从左到右地显示字符。结论：两者在很多方面都差不多，比如软件设计，原理等等。尽管前者较后者在显示方面表现的更出色，

14、但是LCD1602A液晶显示屏已经完全能满足本次设计的要求，而且在价格上比12864要便宜许多，购买也很方便。功能实现一样，但从价格方面考虑，LCD1602A就是最好的选择。2.3.3单片机选择方案方案一：选用高密度、非易失性存储技术制造的低电压，高性能CMOS型8位单片机-AT89C51，能兼容工业标准的MCS-51指令集和输出管脚。通用的8位中央处理器(CPU)与Flash存储单元、FLASH工艺的4K程序存储器使其功能更加强大，该单片机对其他设备要求非常低，开发时间也比其他单片机短很多。它可对内部的程序进行加密，价格也比常见的单片机要低些。 方案二：虽然STC89C51系列的单片机的指令

15、系统和AT89C51系列的完全兼容，但是在实际应用当中还是存在很多的不用之处：（1）AT89C51系列单片机只能够用ISP下载程序，所以就必须购买编程器，这样设计成本会上升；STC89C51系列可以使用USB转串口下载程序，免费到STC厂家网站上下载软件。STC系列的较AT系列的相对市场价要低一些。（2）STC系列的单片机能非常迅速响应指令，大约为AT系列的3-30倍，使用STC时要注意在一些对时序有严格要求的模块中延长延时，约为AT系列的10-30倍既可。 （3）对工作环境的非常低的要求使得STC系列能在低于5-4V的情况下正常工作，这对于AT系列的就不行了。所以对某一些系统来说，STC系列

16、的单片机能正常工作，而AT系列的却不能工作。综合考虑以上两种方案，再加上在学校学习期间学过数字电路、C语言程序设计和单片机原理，以及考虑单片机的其它资源和这次毕业设计需要实现的功能，最终还是选择使用STC系列的单片机来完成本次设计。第3章 系统硬件设计3.1概述本次硬件设计设计主要由电源模块、单片机、温湿度传感模块、显示器显示模块以及声光报警五大模块所构成，而其中的单片机是此次毕业设计的核心部分，主要是操控单片机维持整个体系的正常运行，同时联合其它四个模块共同作用，实现温湿度检测功能；电源模块就是为整个系统供所需的电压，保障整个系统的正常工作；而声光报警模块主要是蜂鸣器和发光二极管的联合报警；

17、温湿度传感模块是作用于大棚内的温湿度的实时检测；显示器显示模块接入电路中，显示用户对其设定的上下限值以及显示传感器采集回来后单片机处理后的数据。3.2 按键模块 本设计外置三个按键，可以根据用户的需求进行温湿度的上下限设置，如图3-1所示。图3-1按键模块电路图3.3 电源模块本次设计的电源部分采用外接电源，外接3节7号干电池，约4.5V的电压。电路如图3-2所示。图3-2 电源模块电路图3.4 主控模块单片机STC89C52中央控制部分经过对DHT11传感器采集反馈回来的数据信息进行识别，将反馈获得的温湿度数据信息送入单片机进行分析和处理，再将单片机处理后的信号传递给LCD1602液晶显示模

18、块进行显示，完成信号的接收显示与发送，连接发光二极管和蜂鸣器，控制整个声光报警模块。图3-3 STC89C52主控原理图3.5温湿度传感器模块DHT11这一款数字温湿度传感器的连接方法非常简单，第一支脚(VCC）连接的是电源的正极，第四支脚（GND）连接的是电源的负极即地端，数据端口为第二支脚（Dout），可以直接与主机（单片机）的I/O端口相连。由于测试的电路距离小于二十米，为了提高整个系统的稳定性，我们人为地在数据端和电源之间加上了一个10k欧姆的上拉电阻，第三支脚（NC）为空脚，悬空不使用。电路图如下图3-4所示。图3-4 DHT11传感器电路图3.6 显示器显示模块液晶显示的原理是使用

19、液晶的少许物理特性，操作电压对屏幕显示部分进行控制，有电流经过时就会有图像显示，如此就能够显示出控制的图形。本次设计就是让LCD和单片机直接相连，1脚和3脚之间连接一个2k电阻调整对比度。图3-5为其电路图。图3-5 液晶显示屏电路图3.7 声光报警模块蜂鸣器这款一体化结构的电子发声器，采用的是直流电压供电方式，让它能发出某些固定频率的或者仅仅单调的声音。在本次设计中充当声音报警发生器。本次设计采用的就是以发红光的是磷砷化镓二极管作为光报警的发生器。图3-6为声光报警模块工作电路图。图3-6 声光报警模块电路图第4章 系统软件设计4.1 主程序流程图在了解了本文设计报告的大体内容以后，首要任务

20、就是策划出主程序的框架的流程图，对整个设计系统划分子模块，要求每个子模块能达到本次设计的基本要求，最后把每一个子模块科学正确的连接起来，实现此次设计的功能。如图4-1所示：系统开始启动动蜂鸣器鸣叫LCD1602初始化读取温湿度值自动采集判断是否超过预设值？声光报警系统启动报警正常运行状态LCD1602显示声光报警系统不启动报警NY图4-1 主程序流程图打开电源开关，蜂鸣器会鸣叫一声，发光二极管也会闪烁一次。此时LCD开始初始化，DHT11快速的采集当前环境中的温湿度，反馈给LCD显示当前温湿度，并且发送给单片机和之前设定的上下限值做判断，最后的措施再反馈给蜂鸣器和发光二极管由其实施。4.2显示器流程图液晶显示屏每次执行指令前需要确认标记的电平的高低。1602液晶显示屏能够和STC89C52直接对连的。软件流程图如图4-2所示：开始LCD初始化延时显示第二行内容设置第二行显示位置设置第一行显示位置显示第一行内容图4-2 显示屏流程图4-2显示屏原理图4.3 温湿度传感模块流程图传感器模块软件流程图如图4-3所示DHT11上电延时保持高电平检查记录信息输出低电平延时输出低电平