基于单片机的温室温湿度控制系统的设计毕业论文含全部源程序

1、天津*大学毕业设计（论文）基于单片机的温室温湿度控制系统的设计Til.in姓 名学 院电子与信息工程学院专 业电子信息工程指导教师职 称2014年6月4日天津*大学毕业设计（论文）任务书题目基于单片机的温室温湿度控制系统的设计学生姓名学院名称电子与信息工程学院专业班级课题类型生产实际课题意义温室温湿监控制系统的设计是一个对现实生活非常实用，对学生知识运用 非常好的锻炼课题。本课题研究的主要内容是设计制作对温室内温湿度的监督 与控制，相当于简易空调的制作，了解空调系统，运用原理设计制作方案，传 感器获取外界温湿度参数，51单片机编程控制，实现智能化设计；并用仿真软 件对控制效果进行仿真研究。任务

2、与进 度要求主要参考 文献1陈明荧.8051单片机课程设计实训教材M.北京：清华大学出版社,2003.2徐新艳.单片机原理应用与实践如.北京：高等教育出版社，2005.3吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用M.北京：清华大学出 版社，2002.4王千.实用电子电路大全M.电子工业出版社，2001.5冯博琴.微型计算机原理与接口技术M.北京：清华大学出版社，2004.6张毅刚.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社,2004.7张淑清，姜万录等.单片微型计算机接口技术及应用M.国防工业出版社， 2003.起止日期备注院长 教研室主任 指导教师毕业设计(论文)开题报告表20

3、14年3月10日姓名学院电子与信 息工程专业电子信息工程班级题目基于单片机的温室温湿度控制系统的设计指导教师一、与M国卩 的结晶。 属于90 传感器主蛮 调整温号目白 智能化。K课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：勺外研究情况：智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)目前，国际上己开发出多种智能温度传感器系列产品。湿度传感器产品及湿度测量 年代兴起的行业。近年來，国内外在湿度传感器研发领域取得了较大的发展。湿敏 E从简单湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。長内容：以STC89系列单片机为核心，通过传感器釆集温室内的温湿度进而启动设备

4、誉温湿度以达到舒适的环境。勺和意义：能够一改以前靠人力控制温湿度的状况，彻底地做到温湿度检测和控制的 从而大大提高系统的方便性以及稳定性。二、进度及预期结果：起止日期主要内容预期结果.06收集材料，熟悉设计要求，写开题报告 设计电路图，进行电路仿真购买元器件，进行电路焊接 电路功能与系统完善 准备毕业答辩能够实时、准确的显示米 样温度值与湿度值。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，及时的启动 报警装置（蜂鸣器提示 音）进行报警。完成课题的现有条件实验室的基本仪器，电脑仿真软件，图书资料，网络资源审査意见指导教师：年月日学院意见主管领导：年月日天津*大学毕业设计（论文

5、）进度检查记录题目基于单片机的温室温湿度控制系统的设计学生姓名学院名称电子与信息工程专业班级指导教师姓名指导教师职称日期指导记录天津*大学本科毕业设计（论文）评阅表（设计类）毕业设计 题目基于单片机的温室温湿度控制系统的设计学生姓名学生班级指导教师姓名评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标，题目大小、难度适中；学生工 作量饱满，能得到较全面训练。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研 文献检索能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好地理 解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息从中 获取新知识的能力。15外文应用能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。5设计说明 书

6、（论文）设计图纸（插图）简洁、规范、无差错，设计栏目齐全 合理，能正确使用国家标准单位。15设计说明书（论文）结构严谨，表达清楚，文字通顺， 用语正确，基本无错别字和病句，书写格式符合规范。15能根据毕业设计目标进行实验设计，对数据的运算及处 理正确无差错，对实验结果的分析准确。20设计具有创新性或实用价值。10合计100意见及建议评阅人签名：年 月 日天津*大学毕业设计（论文）成绩考核表成绩:指导教师签字： 年 月 日学生姓名学院名称电子与信息工程 学院专业班级题目基于单片机的温室温湿度控制系统的设计1.毕业设计（论文）指导教师评语及成绩:2. 毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：成绩：答

7、辩主席（或组长）签字： 年 月 日3.毕业设计（论文）总成绩:a.指导教师 给定成绩b.评阅教师 给定成绩C.毕业答辩成绩总成绩(aXO. 5+b X 0. 2+cXO. 3)摘要在快速发展的现代农业生产中，许许多多的、健康的农产品都来自于大棚温室 栽培作物。温室大棚的应用己经越來越广泛，它可以为人类创造很大的经济价值和良 好的社会效益。传统的温室温湿度控制是完全靠人工來进行控制和测量的。不仅费 时费力，而且效率低、效果差。现如今，在温室大棚中，智能的控制系统将直接影 响到农作物的产量以及生长情况等等。近些年来，各种各样的单片机和传感器迅速 发展，因此我们可以用这些來使温室智能控制系统更加完善

8、。本次设计是以 STC89C52单片机为主控芯片，结合DHT11数字温湿度传感器，12864智能液晶显示 屏等设计了一个结构简单并且容易操作的温室温湿度控制系统。我们可以通过编程 來实现对温室温湿度的智能控制。当温室内的温度过高时，蜂鸣器报警，继电器工 作，控制空调來进行降温；反之，则开启空调进行升温。对于湿度的控制亦是如此。 通过加湿和干燥进行控制。相对于其他普通的温室智能系统，此设计具有价格低， 性能优，安全性高，稳定性强等诸多优点。通过此系统，对蔬菜大棚内的温湿度进 行可靠地、有效地控制与检测，从而保证大棚内的农作物在最佳的温湿度条件下生 长，提高质量和产量，以达到我们想要的结果。关键词

9、：单片机STC89C52：矩阵键盘；温湿度传感器；12864液晶屏显示；继电器ABSTRACTIn the rapid development of modern agricuItural production, many healthy agricultural products come from the culti vation of crops in hot houses Hothouses applications have become increasingly widespread It can create great economic value and social ben

10、efits for humans Traditional greenhouse Temperature and Humidity Control System is entirely by manual control and measurement Not only ti me-consuming, but also ineff icien t and ineffec tive. Now, in the hot house, the intelligent control system will directly affect crop yields, growth and so on. I

11、n recent years , a variety of microcontroller and sensor developed rapidly, so we can use them to make more perfect greenhouse intelligent control system. The design, which is based on STC89C52 microcontroller as the mas ter chip, combined with DHT11 digital temperature and humidity sensors, 12864 I

12、ntelligent LCD screen and so on, has a simple structure, and the greenhouse temperature and humidity control system is easy to operate We can program to achieve the intelligent control of greenhouse temperature and humidity. When the temperature in the greenhouse is too high , the buzzer alarm, and

13、the relay begin to work to control air conditioning for heating ; contrary, the air conditioning is for cooling The same applies to the humid ity, cont rolled by humidifying and drying Compared to other common greenhouse intelligent systems, this design has a low price, excellent performance, high s

14、ecurity, stability , and many other advantages In this control system of the greenhouse temperature and humidity vegetables reliably and efficiently are controlled and tested to ensure the growing of crop s under proper temperature and humidity conditions, where improving quality and productivity is

15、 easy, in order to achieve the results we want.Key words: SCM STC89C52； keyboard： temperature and humidity sensors； 12864 LCD display； relay第一章绪论11. 1课题研究的背景11. 2课题的国内外概况1错误!未定义书签。错误!未定义书签。1.3课题研究的意义31.4课题研究的主要内容31. 5课题研究的实现原理4第二章系统总体方案设计52. 1功能要求52. 2设计思路52. 3方案选择6错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。2. 4系

16、统总体设计组成及框图72. 5系统整体电路图8第三章系统硬件设计93. 1概述93. 2主控模块设计93. 2. 1 STC89C52芯片的简介9错误!未定义书签。3. 3 DHT11传感器模块设计103. 3. 1 DHT11传感器简介103. 3. 2 DHT11传感器模块电路设计113. 412864液晶显示模块设计113. 4. 1 12864液晶显示屏简介113. 4.2 12864液晶显示模块电路原理图113. 5报警模块113. 5. 1 蜂鸣器介绍113.5.2蜂鸣器报警模块电路原理图123. 6继电器控制模块12错误!未定义书签。错误!未定义书签。3. 7时钟模块14错误!未

17、定义书签。错误!未定义书签。3. 8矩阵键盘控制模块14错误!未定义书签。错误!未定义书签。3. 9辅助模块15错误!未定义书签。错误!未定义书签。第四章系统软件设计174. 1概述174. 2系统初始化模块174.3串口模块184. 4矩阵键盘模块184. 5温湿度控制模块184. 6报警模块与继电器控制模块194. 7 12864液晶显示模块194. 8时钟模块（附加功能）19第五章系统分析与调试205.1硬件电路的调试205. 2功能模块的调试方案20第六章总结22参考文献23附录一：外文文献以及中文翻译 24附录二：程序32附录三：系统整体电路图44附录四：实物图45谢辞45第一章绪论

18、1.1课题研究的背景温湿度与人类的生活发展密不可分。我国是个农业大国，农产品贸易在我们 经济发展中占了举足轻重的位置。在我国，特别是近些年來我们的农产品出口量 一直保持着增长的趋势。随着世界贸易的展开，国际竞争越來越激烈，在如此的 一个国际化大趋势下，我国农业产品的发展必须通过提高本国农业产品的数量、 质量以及我国政府各方面政策的支持等战略來减少贸易壁垒。蔬菜、水果，水产 品等的生长需要一个适宜的生长环境，这样才能保证有更大的产量和更好的质 量。而这样的一个适合的环境，温度和湿度是两个非常重要的指标。同时温湿度 也是我国工业生产实践中很关键的工艺参数。例如电子、机械、计算机、石油、 化工、生物

19、医学等都需要一个严格的温湿度控制。并且改革开放以來，我们的生 活水平不断提高，人们对生存环境的要求也愈加苛刻。我们都想要一个更加适宜 更加舒适的环境。无疑温湿度也就成为了我们关注的重要方面。另外，伴随着科 学技术的迅速成长，形形色色的高性能、低功耗设备愈来愈多，各个行业对温湿 度检测的要求标准也愈來愈高。传统的温湿度检测是以人为核心的。测量繁琐复 杂，操作起来极不方便，费时费力。现在我国各地建立了许多新型的温室大棚，种植各种反季节蔬菜、水果、花 卉，用來满足人们日益对生活的高追求、高标准。其实不光是温室内的农产品， 也包括养殖业，都对温湿度有着越來越高的要求。在养殖场里我们可以看到各种 牲畜都

20、需要有个舒适安逸的环境才能长得更快。研究温室内温湿度的控制系统，为温室提供一个更好的温湿度，保证一个良 好的环境，这样可以有更多的温室农产品、牲畜供我们使用，使得我们的生活质 量越来越高。本次设计就是针对温室内的温湿度进行一个智能控制。2课题的国内外概况(1) 国内温度控制系统的研究和发达国家相比，我们对温度控制技术的研究是比较晚的。我们在认真学习 了西方发达国家的温度控制技术之后，我国科学技术人员不断地努力进取，多次 研究试验，才慢慢掌握了微机控制技术。但是这项技术我国也并不是完全性的了 解和掌握。我们的技术只是局限在对温度这个环境因子的控制上。根据控制目标的不一样，温度控制技术分为下面两种

21、：一、动态温度跟踪二、恒温温度控制当今世界，常用來控制温度的一般是智能调节器。这类调节器在市场上非常 多。国外的调节器分辨率和精度都很高，价格昂贵。国内的调节器虽然价格比较 低，但是精度和分辨率远远不如国外的，落后很多。所以我们只有在对温度要求不是很高的情况下使用国内的调节器才能取得比较理想的效果。从技术上來看，以单片机为核心又分为：一、单参数单回路系统二、多参数综合控制系统第二类系统在实际生产中并没有真正的实现，生产实际中有很多问题没有解 决。未來还需要我们不断地努力，争取早日实现多参数综合控制系统的设计。与此同时，中国的温度测量控制水平还很低，远远达不到实际生产实践中的 工厂化水平。尽管中

22、国在温度控制水平上和欧美国家相差很大。但是近几年來我 国的温度控制技术发展还不错，正在呈现逐步上升的趋势。（2）国外温度系统的研究国外对温度控制技术的研究相对较早。在上个世纪70年代，国外首先釆用了 模拟式的组合仪表，用來采集现场信息并进行显示、记录和控制。80年代末乂出 现了分布式控制系统。如今国际上正在开发和研制计算机数据釆集控制系统的多 参数综合控制系统。当今世界，各国的温度测控技术发展日益增快，尤其是欧美 发达国家，他们正在实现自动化的基础上逐步走向完全自动化、无人化。当今世界，国际上己研究出各种数字温度传感器一系列产品。智能温度传感 器是在自动测试技术、微电子技术、计算机技术这三大技

23、术的前提下逐步研制出 來的。数字温度传感器是由下面几部分构成的，分别为A/D转换器存储器（或寄 存器）信号处理器温度传感器接口电路（1）国内湿度控制系统的研究自从中国加入WTO （世界贸易组织）以后，国内生产的商品遭遇了越來越大 的挑战。各行各业特别是科学技术领域都迫切需要自动控制技术、应用电子技术 进行更多更好的改造和提升。温度和湿度是环境因素中的两大重要因素。在农业 领域，严格地控制温度和湿度可以有效地提高植物的产量和质量，给我们带来更 高质量的生活。但是过去我们对温度和湿度的测量方法太落后，无法满足对温湿 度的很好的智能控制。在食品行业，也是差不多都是凭经验，靠感觉。一般很少 有人使用精

24、度极高的湿度传感器。如今海内市场出现了越來越多的湿度传感器， 我们最常见到的就是电容式湿敏元件了。作为一名学电子的学生，我们都知道，很多元器件以及仪器仪表的使用都需 要一个严格的环境。比如温度、湿度等。不同的环境给我们带來的测量结果也是 不一样的。所以在测量湿度的时候也是一样的。绝大多数的湿敏元件只有在一个 合适的温湿度环境下才能正常工作。对于特殊环境下的测试，国内包括许多国外 的各种湿度传感器都很难做到精确的测量。（2）国外湿度控制系统的研究。湿度测量及湿度传感器产品属于90年代后才兴起的行业。湿度传感器主要 有电阻式和电容式这两种。近些年來，国内外在湿度传感器的研发领域取得了很 大的进步。

25、湿敏传感器正从简单的湿敏元件走向智能化、集成化和多参数检测。 国内外存在的湿度传感器产品质量相差很大，水平不一，价格也是相差其远。对 于湿度测量最主要的是湿敏电容技术，但是这项技术在国内还不是很成熟，大部 分都是來自国外的。3课题研究的意义单片机是用于控制的一个常见芯片，它也是一个小型的计算机。单片机有很 多的优点，比如它体积很小，有着很高的可靠性、很强的功能、我们用起來很灵 活方便。单片机的使用给人们带來了巨大的方便，使人们的生活更加美好、多姿 多彩。在整个控制系统中，单片机是我们控制的核心。单片机操作起來简单，价格 较低，非常适合做一些设计使用。我们这个系统主要用来釆集温室内的温湿度信 息

26、，及时的反映出温湿度的变化，以便及时的对温室内的温湿度做出调整，保证 一个良好的温湿度环境。在超过温度上下限范围时通过多种控制方式來实现温度 的上升或者下降，从而保证在一定范围内的温度。对于湿度的控制也是同样的道 理。将系统应用到温室中來控制温室内的一个温湿度，无疑为温室内植被生长提 供了更加适宜的温湿度环境。有些植被必须在某些特定环境下才可以生长的很 好，这样的情况下安装温湿度装置对其进行监控就是非常有必要的。像温室大棚 种植蔬菜、水果、花卉等，我们能够用单片机來实现对温室的一个控制，显而易 见会给我们带來很大的一个方便。我们设计的这个系统可以及时、精确地反映温室内的温度以及湿度的变化， 保

27、证温室内温湿度的控制要求。温室温湿监控制系统的设计是一个对实际生产生 活非常实用，可行性很高的一个设计，对学生在单片机知识的运用上也是非常好 的锻炼课题。1.4课题研究的主要内容本课题的核心在于我们对温室内温湿度控制，为温室提供一个适宜的温湿度 环境。在此设计中我们选择了 STC89系列的单片机。温湿度的采集是这个设计中 很重要的模块，我们要选择合适的传感器來釆集信息，再将采集到的温湿度信息 及时有效地传送给单片机，然后单片机处理数据后发送到到液晶显示屏。如果温 室内当前的温度和湿度值超过我们设定的极限值时，蜂鸣器会报警。与此同时单 片机控制继电器工作，实现继电器的开关闭合，从而控制空调设备的

28、启动以来升 高（或降低）温度。对于湿度的控制，也是如此。通过这样一个温室大棚温湿度 控制系统，确保适当的温度和湿度环境。本课题的设计要求是：（1）非常人性化的设计。当系统上电后，我们可以通过矩阵键盘设置我们 所需要的温湿度限值范围，用來控制温室内的温湿度保持在一定的合适范围内。（2）在12864液晶显示屏上，我们可以看到当前的温度和湿度数据。而且这些数据的更新要及时，可以比较准确地反映出温室内当前的值。（3）系统不仅可以显示出來温室内的温湿度当前值。同时，当温湿度值不 在我们预先设置的范围内时，系统也应该自动做出调整，以实现我们系统的一个 智能化。具体操作就是系统会根据我们最初设置的温湿度限值

29、來判断是否要启动 报警装置以及继电器是否工作以便采取有效方案进行调整温室内的温湿度。（4）在这个设计中，我们加了一个时钟的功能。可以显示时间和年月日。 一來方便工作人员及时的得到时间的一个信息。二来也可以很好的知道不同季节 或不同时间段应该要有不同的一个温湿度控制要求。5课题研究的实现原理本课题最重要的就是温湿度采集模块以及如何将温湿度的信息显示出來。在本文中，我们选择了 STC89C52单片机。在之前的学习中我们知道$兀单 片机对工作环境的要求比较低，但是执行指令的速度却非常快。在传感器模块中, 我们选择的是DHT11智能温湿度传感器。该传感器能够同时釆集温度和湿度的当 前值，它告别了过去要

30、同时控制温度传感器和湿度传感器两个传感器的测量，集 两个传感器于一身，实现对温湿度的同时测量。这样可以使我们的系统更加方便、 简洁。这样我们的温湿度釆集模块就完成了。釆集好的数据要传送给单片机主控 模块。在多次衡量后，我们最终还是选择了我们最为熟悉的STC89C52单片机。在温湿度控制模块，我们选择了 DHT11这个数字温湿度传感器來采集温室内 的温湿度信息，然后将釆集到的温湿度信息传送给单片机进行处理，然后再交给 12864液晶显示屏。这样我们就看到了当前的一个温湿度值。显示模块也就成功 完成了。对于报警模块蜂鸣器无疑成为我们的最佳选择。当系统工作时，我们首 先要设置温湿度的限值（一个上限值

31、，一个下限值）。当温室内的当前温湿度值 超越我们的限制范围时，蜂鸣器会报警。在这个系统中无论是温度还是湿度超过 我们所需要的界限值时，蜂鸣器发出的声音是一样的。我们是通过控制部分的指 示灯报警方式來显示出温度还是湿度的一个报警，以加以区别。控制模块我们选 择的是用继电器來实现我们所要达到的一个控制。当温湿度出现异常时，继电器 工作。我们都知道继电器其实就是个开关的作用。当不同的情况下，不同继电器 工作，实现开关的一个闭合。从而控制我们的空调或者其他设备工作，用來控制 温湿度的一个及时调整。在这里我们用的是几个不同颜色的LED灯來代表不同的 行为，以便有效地调整温室内的温湿度，从而实现了简单控制

32、。大体來说我们的硬件电路还算相对简单。我们在这个系统中多加了一个功能 就是时钟的功能。通过DS1302來显示一下当前时间和年月日。相当于一个万年 历，也是对这个系统的一个完善。给温室内工作人员一个提示和对温湿度控制的 一个完善。工作人员可以及时的知道不同时间段内温湿度的一个变化情况。第二章系统总体方案设计2. 1功能要求关于我们的课题“基于单片机的温室温湿度控制系统”具体要求如下：（1）釆用适合的主控芯片单片机、传感器以及液晶显示屏等。（2）系统要实现以下功能：单片机接收来自传感器的数据进行处 理和分析，把得到的温度和湿度值通过液晶显示屏显示出来，完成温湿 度数据显示；（3）温湿度的限值是可以

33、通过电路板上的矩阵键盘來进行设置 和修改，以便随时做出调整。（4）当温湿度不合适的时候应发出报警信息；（5）根据系统分析的不同结果，对温室内的温湿度进行控制。在 本课题中也就是进行升温、降温、加湿、去干的一个操作。（6）系统的一个完善改进，即加入时钟芯片，可实现时间的一个 显示。方便工作人员对时间的一个把握以及系统本身功能的一个完善。2. 2设计思路对于本课题的设计，我们的硬件电路组成部分如下：（1）单片机主控模块（2）温湿度控制模块（3）液晶显示模块（4）矩阵键盘模块（5）报警模块（6）继电器控制模块（7）时钟模块要想完成温室内的温湿度自动控制，首先必须要有搜集温湿度信息的模 块。综合考虑各

34、方面的要素，我们选取DHTU來作为这个模块的芯片。它是 个数字温湿度传感器。将DHTU采集到的温湿度信息传送给主控模块，在这 个课题中我们将单片机作为我们的主控模块。然后单片机将來自传感器的温 湿度信息进行分析和处理，最终通过12864这个液晶显示屏显示出來。 LCD12864液晶显示屏能够显示4行的汉字，为了增加我们系统的一个功能， 我们乂加了个时钟芯片DS1302oDS1302用來显示当前的一个时间和年月日。 对于温室里的一个液晶显示器来说，这样子信息更加充足，人们能够得到更 多的相关信息，以便更好地控制温湿度。当温湿度发生异常的时候我们就要 及时的采取措施來改善当前的这么一个温湿度状态。

35、但是在我们的这个课题 中不可能买个空调或者加湿器等，也没必要。所以在这个系统中我们用几个 不同颜色LED灯來表示不同的功能行为，如升温、降温、加湿、去干等。如 何来控制这些动作的发生呢。在这个设计中我们选用继电器來实现这个功 能。如果温室内的当前温度或者湿度超过我们最初设置的这个温湿度限值 时，我们通过编程來控制不同的继电器去工作，然后不同的电路导通，使得 不同颜色LED灯亮。在这里的不同颜色灯代表了不同的行为解决方案。不同 情况下，蜂鸣器都会响，然后不同的灯亮。温湿度在这正常的范围内时，白色LED灯是始终保持亮的。而那些温湿度的范围以及如何控制继电器、蜂鸣器等的工作都通过软件 编程來实现。2

36、. 3方案选择不同模块的功能不同，而且每个模块都很多不同的实现方法。但是我们在实 际运用中，要选择最优的方案來进行我们的课题设计。在方案的选择中，不仅仅 要实现方案的高要求、高标准，也要考虑方案的可行性，对环境的要求以及方案 中元器件在市场的价格，要综合各种因素选择最佳的那个方案，实现高性价比并 且经济可行。(1) 方案一：选择温湿度传感器SHT10或者温湿度传感器SHT11作为温 度检测模块。在这里我们用SHT11來说明。SHT11数字温湿度传感器是一体化的。 它是由瑞士研制的。它的核心部件采用的是湿敏电容，所以精度和稳定性都很高。 虽然性能很高，但是价格要远远高于DHT11的价格。SHT1

37、1的一些参数：温度测量标准：-40°C+123.8°C；湿度测量标准：0-100WRH；温度测量精度：±0.4°C湿度测量精度：±3.0%RH(2) 方案二：选择DHT11作为温湿度检测模块的传感器。DHT11是我国生 产的。它是一款集成型的传感器。当然它也是个数字温湿度传感器。它釆用了湿 敏电阻这个核心部件，湿敏电阻的稳定性不好，但是成本很低。所以DHT11的价 格相对较低。在我们这个设计中对温湿度要求不是很高，所以可以采用这个传感 器作为釆集温湿度的元件。DHT11的一些参数：温度测量标准：0°C50°C湿度测量标准：2

38、0%相对湿度一90%相对湿度，温度测量精度：±2°C湿度测量精度：±5%RH经上述分析，方案一虽然精度更精确、稳定性更好，但是价格极高，在此课 题设计中不是很经济。方案二虽然没有方案一可以实现那么高精度高稳定性的一 个测量。但是它也能实现我们所需要的功能，满足设计要求，且简便易行，价格 相对较好。具有非常好的的性价比，经济实用性很高所以故选择方案二即用DHT11 作为温湿度采集模块的传感器。(a)(b)图2-1 LCD12864与LCD 1602液晶显示屏实物图(1) 方案一：选择LCD12864液晶。LCD12864液晶显示屏的构成是：1) 行驱动器；2) 列驱

39、动器；3) 128*64全点阵液晶显示器。它是一个点阵型的液晶，屏幕为4行。LCD1602仅仅可以显示数字和字符， 不能显示中文汉字。和它相比，LCD12864可以实现32 (8*4)个汉字、字符、数 字、图形显示，唯一的缺点就是价格相对來说比较贵。(2) 方案二：选择LCD1602液晶。LCD1602是一个字符型的液晶。它的屏幕有2 行。只能现实数字和字符，不能显示汉字。和方案一相比价格相对便宜。综上述分析，我们这个系统的显示模块最终就选择了 LCD12864液晶显示屏。 这是因为LCD12864液晶显爪屏不仅可以显示字符、数字，还可以显不汉字、图 形。而且和LCD1602相比，它可以显示的

40、字符更多，更美观。在我们的这个课设 中，加入了时钟的功能。考虑到LCD12864液晶显示屏可以显示更多的信息，于 是我们就在这个课题设计中选择了它。单片机(Single-Chip-Microcomputer) 乂称为单片微型计算机、微控制器。 它的结构特点是在一个半导体芯片上将微型计算机的的基本功能部件如中央处 理器(Central Processing Unit, CPU)、存储器(随机存取存储器 Random Access Memory, RAM 和只读存储器 Read Only Memory, ROM)、输入接 口电路(Input )> 输 出接口电路(Output)、定时/计算器

41、及终端系统等集成起來，构成一个小而完善 的微型计算机。在本课题设计的温湿度测控系统中，我们釆用的是主控芯片是STC系列的单 片机。我们之所以选择STC系列的单片机，主要是因为它的独特之处，它的功耗 比较低，并且有着很强的抗干扰能力，而且它与MCS-51系列单片机是完全兼容 的。除此之外它内置有MAX810专用复位电路，而且能够进行远距离升级，也有 廉价，基于这种种的优点，我们选择我们最常用的STC系列单片机來作为我们 课题所用的芯片。2. 4系统总体设计组成及框图系统主要是由一下几个模块组成的(1) 矩阵键盘：用來设置温湿度的上下限制。（2）电平转换模块：方便电脑与系统的连接，以便能够顺利下载

42、程序。（3）电源模块：可以通过USB來给电源供电。（4）液晶显示模块：用来显示温湿度实时信息以及当前的时间，日历。（5）温湿度釆集模块：用来搜集当前的温湿度即时信息，然后将其传 送给单片机。（6）蜂鸣器报警模块：当异常发生时发生警报声，以提醒工作人员。（7）继电器控制模块：用來控制空调等设备的工作好好保持温室内的 一个适宜的温湿度。（8）时钟模块：提供时间和年月日。（9）单片机主控模块：系统的核心，用來分析來自各个模块的信息。 其系统原理图如下图所示：图2-2系统总体设计框图2. 5系统整体电路图图2-3系统整体电路图DHT11是一个数字温湿度传感器。它是用于在温室温湿度信息釆集。这个系 统是

43、以STC89C52单片机为核心的。它可以用來操作数据的处理。而LCD12864是 用來呈现当前时间和温湿度信息的。继电器控制模块是用來调整温室内的温湿度 变化的。在这里，考虑到实际情况，我们也不可能用个制冷器、空调、加湿器， 不太实际。所以我们选择用儿个有色的LED來代表我们对温湿度的儿种不同的控 制行为。包括升温、降温、加湿、去干。第三章系统硬件设计3.1概述我们的这次设计，主要是利用单片机來完成对温度和湿度的智能控制。硬件 系统在整个系统的设计中是基础，也是软件设计的重要支撑和依据，根据上面的 讨论，我们最终选择的是STC89C52这个单片机就可以满足我们对这个设计的全 部要求。对于我们的

44、硬件电路，我们可以分为几大模块。其中主控模块是整个系统设 计的中心模块。STC89C52单片机是我们所用的主导芯片。它是用来控制整个系 统的运行的，起到了核心领导的作用。然后我们通过I/O 口将其他的各个功能模 块连接到单片机上，使它们成为一名完整的系统。下面分别对它们进行一个具体的介绍。3. 2主控模块设计3. 2. 1 STC89C52芯片的简介图3-1 STC89C52单片机芯片实物图图3-2 STC89C52单片机芯片引脚图STC89C52单片机是由STC公司研制的。它是一个8位的CMOS微控制器。它 所具有的特点是性能很好，功耗低，并且它具有8K的系统可编程闪存。在一个 单芯片，ST

45、C89C52之所以可以为许多嵌入式控制应用系统提供高度灵活的、超 有效的解决方案，是因为它的8位CPU具有智能的在系统可编程闪存的功能。STC89C52的一些特点：1. 512byte的RAM,其中内置RAM和外部RAM分别为一半。除此之外，它还 有8K字节的闪存，内置4KB的EEPROM :2. 1个外部中断，32位I/O线；3. EEPROM 不是 ROM,也不是 RAM；4. 最大工作频率35MHz时，6T/12T可选；5. 1个看门狗定时器，全双工串行口。图3-3 STC89C52单片机最小系统如上图所示，我们知道，这是STC89C52单片机的一个最小系统。其中包括 了复位电路（10u

46、F电解电容电容,10K电阻）、晶振电路、电源电路（5V稳压电 源）.在焊接单片机最小系统的时候，我们会遇到各种各样的问题。小到电阻电容 的选择，大到元器件与单片机的焊接，每个元件都需要我们慎重选择，认真焊接。 不管是电阻还是电容我们都要选择质量好的。我们现在大都选择电解电容.以前 经常使用的是瓷片电容，发现它不太好用，存在很多的问题，有时候还会出现程序 下载不进去的情况,所以现在我们经常使用电解电容。并且电平转换芯片最好使 用国外的品牌。国内的芯片不是很好用，性能也不是很稳定，容易出问题。在这 里我们选择了 MAX232作为我们的电平转换芯片。这里我们介绍两个基本板块。即两个支撑单片机最小系统

47、运行的基本板块：（1）晶振电路（乂叫振荡电路）图3-4晶振电路模块晶振模块如图所示，它是由一个晶振和两个电容组成。晶振值为11.0592MHZ, 电容值为30pf.在这个晶振电路中，改变晶振的值就相当于改变了单片机的一个振荡周期。 所以我们在焊接的时候可以选择用插针焊接，这样就可以把晶振插在插针上，当 我们需要其他晶振时可以直接更换晶振，而不需要再变更电路了。（2）复位电路图3-5复位电路模块如图所示为复位电路，它是由电容串联电阻构成。我们在很早以前就学过，电容两端的电压是不能突变的。当系统加电后，RST 引脚将会变成是高电平状态，用来确定这个高电平将会持续多长时间的是RC的 值。经典的的52

48、单片机是在高电平保持两个机器周期后被复位的，也就是被重 置了。所以RC值要适合，这样才可以保证一个可靠的复位。电容和电阻的取值 是多种多样的，可根据不同振荡电路的不同要求来确定。在此，我们选择的晶振 数值为11.0592MHz,这样我们可以获得一个非常精确的波特率。在串口通信的 场合是很方便的。3.3 DHT11传感器模块设计3. 3. 1 DHT11传感器简介图3-6 DHT11数字温湿度传感器实物图以及引脚图DHT11是一个复合式的数字传感器，它是温度传感器和湿度传感器的集合。 它应用专用的模块采集技术和数字式温湿度传感器技术，用來确保其产品具有卓 越的长期稳定性和高可靠性。它的封装方式是

49、4针单排引脚，在电路板焊接中很 方便oDHTll是一个单一的串行接口，它可以使系统集成变得非常简单而快速的。DHT11数字温湿度传感器的内部结构是怎么样的呢？它是由下面三个元件组 成的。它们分别电阻元件为、NTC温度元件、8位微控制器。微控制器的性能很 高。DHT11的优点是：（1）尺寸小，功耗低；（2）反应速度极快，很强的抗干扰能力，高性价比；（3）信号传输距离远，高达20米以上；（4）品质优良，使其成为即使在更苛刻的应用场合也是一个最佳的选 择；（5）DHT11是单线串行接口。3. 3. 2 DHT11传感器模块电路设计图3-7 DHT11温湿度控制模块电路图3. 4 12864液晶显示模

50、块设计3. 4. 1 12864液晶显示屏简介图3-8 LCD12864液晶显示屏实物图LCD12864液晶显示屏分为两种，带字符的和不带字符的。我们用的是带字 符的这种。LCD12864是图形式的液晶显示仪。它有128*64的点阵模块，内部 带有192个中文汉字、128个字符及16*16（256）点阵显示RAM。所以它比LCD1602 更高端，它不仅可以显示更多的字符和数字，而且还可以显示汉字与图形。12864液晶显示屏可以能够和CPU直接相连，我们可以加个上拉电阻在和 单片机相连，这样可以增加它的驱动能力。12864有很多功能，例如光标显示、 睡眠模式、画面移位等。除此之外它还有两种界面可

51、以用來连接微处理器。连 接方式有八位并行和串行两种。3. 4. 2 12864液晶显示模块电路原理图图3-9 LCD12864液晶显示屏与单片机连接的电路图3. 5报警模块3. 5. 1蜂鸣器介绍图3-10蜂鸣器实物图一、蜂鸣器的介绍：蜂鸣器是一体化结构的，它釆用的是直流电压供电。蜂 鸣器是属于声音设备的电子器件。因此它被广泛的应用于各种电子产品中。二、蜂鸣器的分类：（1）按照工作原理來划分的话1. 电磁式蜂鸣器2. 压电式蜂鸣器（2）按照驱动方式划分的话可以分为有源和无源蜂鸣器两种类型。表3-1有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的对比类型区别备注有源蜂鸣器1.内带振荡源，采用直 流信号DC驱动。2.只能

52、以一种频率发出声音即单身。多出振荡电路，价格较 高一点。无源蜂鸣器1. 不带振荡源，一般采 用2-5KHz方波驱动。2. 加一定频率电流发 声且可改变频率发 出不同声音。（3）按照安装类型不同可以分为贴片行、引线型、插针型、垂直安装型、 面板安装型等。3. 5.2蜂鸣器报警模块电路原理图图3-11蜂鸣器报警模块与单片机相连电路图在这个系统中，三极管是用来作为驱动蜂鸣器发声的。我们知道单片机的 10 口电流是很小的，但是蜂鸣器的工作电流却很大，所以我们只靠单片机的10 口电流來驱动蜂鸣器发声是无法实现的。所以我们要利用三极管來增大驱动电 流。从而使蜂鸣器发生报警。3. 6继电器控制模块图3-12

53、继电器实物图图3-13蜂鸣器内部原理图继电器就是一个自动开关。实际上它属于一种电子控制器件。它的控制原理 就是用较小的物理量去控制较大的物理量，然后控制衔铁的吸合、断开，从而控 制电路的通断，以此保证电路的安全，起到了自动调节、转换电路和智能化控制 的作用。它具有输入回路和输出回路，乂叫做控制系统和被控制系统。电磁继电器是由衔铁，触点，铁芯，赞片和线圈等构成的。继电器在没有工 作的情况下，处于断开状态的静触点叫做常开触点，处于闭合状态的静触点叫做 常闭触点。继电器的工作原理：当我们在线圈两端加上一定的电压时，这个时候线圈中 会流过一定的电流，从而产生电磁感应。衔铁就会利用电磁力的吸引作用克服弹

54、 赞的拉力吸向铁芯，从而使得衔铁的动触点与静触点（也就是常开触点）吸合。 只要线圈断电了，那么电磁铁的吸引力也就消失了，衔铁就会通过弹赞的反作用 力返回到原来的位置，使得动触点和之前的静触点（也就是常闭触点）吸合。就 这样衔铁的不断吸合断开，从而达到电路的闭合和断开。这样就实现了开关的作 用。图3-14继电器控制系统与单片机相连电路图在这个模块中，我们用继电器來控制对我们整个系统的温湿度调节。考虑到 我们只是个课题设计，所以我们选择用几个不同颜色的LED发光二极管來代表我 们的不同信号，即升温、降温、加湿、去干。在实际生产中，继电器控制的则是 空调或者其他设备进行的这些行为动作。在这个图中，我

55、们用白色的发光二极管代表正常状态，就是温湿度都适宜， 没有出现异常情况。当发生异常时蜂鸣器报警。同时继电器工作，然后有色二极 管发光提示。特别是在这个系统中是如何运作的。当温湿度发生异常时，单片机 系统会作出判断，然后通过10 口控制电流的通断，电流通过三极管经过放大后 使得继电器工作，从而常开触点闭合使得开关闭合。这时白灯会熄灭，有色灯亮。 也就提醒工作人员温湿度应该作何调整了。在这个模块中，对继电器的一个测量是焊接正确电路图的一个基础。所以我 们应该正确地测量出继电器的有关引脚和参数。1、测线圈电阻我们可以用数字万能表的欧姆档來测量继电器线圈的阻值，从而判断继电器 的线圈是否存在问题。2、

56、测触点电阻我们可以用数字万能表的欧姆档來测量常开触点与动点之间的阻值，它的值 应为无穷大；而常闭触点与动点之间的电阻，其阻值应为0。这样子我们可以测 量出哪个是常开触点，哪个是常闭触点。3、测吸合电压、吸合电流用一个可调的稳压电源给继电器输入电压。开始的时候电压值要设置的小一 点，然后慢慢地调高电压，同时用一个电流表测量输入回路中的电流。一边调高 电压，一边测量电流。知道某个时刻继电器吸合，这个时候记下此时电流表的示 数，同时记下此时的电压值。为了准确地测量吸合电压和吸合电流，我们可以多 次测量求平均值。4、测释放电压、释放电流和测量吸合电压和吸合电流一样，只不过我们要从继电器吸合开始，不断地 减小电压值，这个时候动作要慢，电压幅度要缓慢降低，以免不准。直到继电器 断开的时候记下此时的电流值和电压值。和上面的一样，我们要多次测量求平均 值。这样才可能确保有个相对准确的数值。经查阅可知，普通的继电器释放电压是吸合电压的百分之十到百分之五十。 但是当释放电压太小的时候。也就低于百分之十，那这个继电器就不能使用了。 因为这样的继电器不稳定，对整个电路來说不容易