基于RS485总线实现蔬菜大棚温湿度监控系统(三个大棚)

目录摘要2第1章概述3系统设计背景3设计要求3蔬菜大棚温湿度监控系统的简图4系统功能、优势及特点4第2章设计内容4总体方案的设计4设.计1思想4系.统2组成及框图5系统主要电路的设计6主要芯片 的功能及引脚图2.2温.湿2度检测电路的设计7复位电路的设计报警电路键盘输入电路2.3SHT10数据采集122.4超温湿报警和温湿度值的LCD显示流程图132.5系统上位机流程图142.5系统的原理图142.5.1上位机的电路原理图142报5系报2统下位机原理图15第3章课程设计总结16参考文献17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。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。本论文主要阐述了基于 单片机的蔬菜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。该系统采用 单片机作为控制器，作为温湿度数据采集系统，可实现大棚温湿度的监控。关键词： 9t蔬菜大棚；温湿度；控制系统；传感器第章概述1.系1统设计背景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。本系统就是设计一个用于农业种植生产蔬菜大棚温湿度测控系统。本系统温湿度的监控包括以下步骤：感应环境温湿度；判断感应到的温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，若异常则出现异常报警。从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。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。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.设2计要求1设计基于 总线的数据监控系统，从节点即蔬菜大棚个数设计为3个，主控制器及从节点都以微控制器处理核心。2）主节点除了具备数据通讯功能外，具有报警显示设置等功能。3）各从节点采集主要采集各大棚温湿度信息及上传数据。4）可以通过主节点设计各从节点报警的阈值。1.蔬3菜大棚温湿度监控系统的简图.系3统功能、优势及特点该检测系统充分利用 单片机的软、硬件资源辅以相应的测量电路和 数字式集成温湿度传感器等智能仪器能实现多任务、多通道的检测和输出。温湿度检测系统采用 为温湿度测量元件。系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性经过一定的添加或改造很容易增加功能。根据温室大棚内的温湿度采集到的信息，利用 总线将传感器信息送给单片机进行显示。并将收到的采样数据与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警。使大棚管理人员采取相应措施来确保大棚内的环境正常。第章设计内容.总1体方案的设计设.计1思想系统的一大特点是用户可以通过上位机中的键盘输入温湿度的预置值，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。系统下位机设在种植植物的大棚内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，下位机通过总线传给上位机，通过数码管进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理；单片机可以根据比较的结果决定是否报警，用户直接通过键盘对温湿度的预置值进行设置。系.统2组成及框图系统的上位机原理框图如下：

系统由电源电路、温湿度传感器 、数据通讯转换部分 、上下位机模块 90i温湿度传感器：负责检测并采集各控制点温湿度数据。2数据通讯转换器：负责温湿度数据采集数据的信号转换。3软件部分：软件部分负责对所有数据进行读取分析，并执行各项管理功能。4控制部分即温湿度调节系统）：执行远程控制指令。控制部分连接增湿装置、干燥装置、温度的控制装置等。系2统主要电路的设计

主要芯片的功能及引脚图芯片共有个引脚，其中电源引脚有个，控制引脚有个，并行的接口有个，其引脚图如图所示：1电源及时钟引脚＜电源接入吗接地引脚;二3晶体振荡器晶体振荡器振荡信号的输入端1电源及时钟引脚＜电源接入吗接地引脚;二3晶体振荡器晶体振荡器振荡信号的输入端坐2控制线引脚个）13复位信号P10

个）；P13P14P15VCCP01P02W3P04接入的一个引口接入!的另一个引脚EA/VPPTP3° ALBTP31 PSENP32回脚~w1T~jTL । 脚＜采用外部振荡器时，此引脚接地）；采用外部振荡器时，此引脚作为外部这28■电源输入引脚;J编程脉冲输入引脚低电平有效）；内外存橘健择引脚诲I电平有效）片内内外存橘健择引脚诲I电平有效）片内h编程电压输入引脚;并＞引0脚＜个，分成酬个^他］口）Sensory般引脚或数据低位土D高位地址总一般I/引脚或第二功能引&址总线Digita线引脚;,-face电压输入引脚;并＞引0脚＜个，分成酬个^他］口）Sensory般引脚或数据低位土D高位地址总一般I/引脚或第二功能引&址总线Digita线引脚;,-face脚。服用引脚;SCKDATAGND湿度检测电路的设计empSensorVDD传感器的原理图：21 2二 _ 21外部存储器选通信号输出引脚低电平有效）。本系统选择的温湿度传感器是由瑞士 公司推出了单片数字温湿度集成传感器，采用 过程微加工专利技术）,确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与位的/转换器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在 内存中，在校正的过程中使用。两线制的

串行接口，使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选。（）数字集成温湿度传感器 的主要特点相对湿度和温度的测量兼有露点输出；全部校准，数字输出；接口简单 ）响应速度快；超低功耗，自动休眠；出色的长期稳定性；超小体积表面贴装）；测湿精度土 ,测温精度土℃℃）。引脚说明电源引脚 、 ）的供电电压为〜 。传感器上电后，要等待 ，从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚 和）之间可增加个的电容器，用于去耦滤波。出行接口的两线串行接口 ）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似 总线但并不兼容 总线。①串行时钟输入 ）K 引脚是 与 之问通信的同步时钟，因为接口包含了全静态逻辑，因此没有最小时钟频率。即微控制器可以以任意慢的速度与 通信。②串行数据 ）。 三态引脚是内部的数据的输出和外部数据的输入引脚。在时钟的下降沿之后改变状态，并在时钟的上升沿有效。即微控制器可以在的高电平段读取有效数据。在微控制器向 传输数据的过程中，必须保证数据线在时钟线的高电平段内稳定。为了避免信号冲突，微控制器仅将数据线拉低，在需要输出高电平的时候，微控制器将引脚置为高阻态，由外部的上拉电阻例如： 将信号拉至高电平。为避免数据发生冲突， 应该驱动 使其处于低电平状态，而外部接个上拉电阻将信号拉至高电平。传感器 的电路连接图：U5GNDDATASCKVDDl代码Z=C14U5GNDDATASCKVDDl代码Z=C14—I州J一命令k L1保留 2SHT10

测量温度测量湿度命读状态寄存器令写状态寄存器时保留序软件复位，复位接口、清楚状态寄存器为发默认值，下一个命令前等待至少送组“传输启动”序列进行数据传输初始化，如图所示。其时序为：当 为高为高电平电平时翻转保持低电平，紧接着 产生个发脉冲，随后在为高电平DATA \时翻转保持高电平。“ ”）和个命令位。指示正的下降沿之后将 拉为低电平此时为高电平）。紧接着的命令包括个地址位仅支持确接收命令的时序为：呼第8个时钟位）在第个J时钟的下“ ”）和个命令位。指示正的下降沿之后将 拉为低电平此时为高电平）。SCK命令时序测量时序和）“”为相对湿度）量，“”为温度0）测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束，这个过程大约需要 对应其位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化，最多能够缩短。下拉至低电平而使其进入空闲模式。重新启动时钟读出数据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。接下来传输个字节的测量数据和个字节的校验。必须通过拉低来确认每个字节。所有的数据都从开始，至有效。例如对于位数据，第个时钟时的数值作为位；而对于位数据，第个字节高位）数据无意义。确认数据位之后，通信结束。如果不使用c校验，控制器可以在测量数据位之后，通过保持位为高电平来结束本次通信。测量和通信结束后，自动进入休休眠状态模式。_输开始复位时序八AATAA/Ti/t^SCK12 3 9复位时序如果与的通信发生中断，可以通过随后的信号序列来复位串口，如图所示。保持为高电平，触发时钟次或更多，接着在执行下次命令之前必须发送一组“传输启动”序列。这些序列仅仅复位串口，状态寄存器的

内容仍然保留。复.位3电路的设计本系统采用复位电路，复位电路实质是一阶充放电电路。如图所示。该电路提供有效的复位信号 高电平直至系统电源稳定后撤销复位信为机器周期）即号低电平）。设为保持高电平的时间，只要保证可。为机器周期）即复位电路图复位电路图报警电路系统采用声音报警来实现温湿度的越限报警，当蔬菜大棚里的温湿度超过人为的设定值时，与该大棚里温湿度传感器相连的单片机会输出一个高电平给该报警电路中的三极管，从而使三极管工作带动小喇叭发出声音警报。+5VR201100Tuiz1W键盘输入电路本系统是通过键盘按键输入电路实现对蔬菜大棚里的温湿度设置。当有人按键设置温湿度后，设置的数据会传送给主机。如果下位机经总线传送过来的数据会在主机内与该数据进行比较，若超过该数据则会启动语音报警电路。+J-VSI洸S30数据采集

NN数据采集流程图温湿度传感器 完成一次测量的工作顺序一般为：设置传感器分辨率一发送“启动传输”命令一发送测量命令一读输出的测量值一将输出测量值转换为物理量。。微控制器首先发布一个启动传输时序，接着调用写时序发布温度或湿度取决于人口参数的测量命令，之后等待测量的完成，在测量完成后，调用读时序读回测量结果。需要注意的一点是，仅当通信错误标志为0时才说明通信正确，读回的结果有效。在主程序中若检测到通信错误标志非零，需要使用复位时序，来复位串行端口，然后重新进行测量数据采集程序流程图如上图。

读写数据的规则是： 在时钟的下降沿之后改变状态，并在时钟的上升沿有效。从微控制器向 写数据的角度来看，可以理解为上升沿将触发 锁存数据，即微控制器在下降沿输出数据，再给出上升沿触发锁存数据。下降沿和上升沿之间的时间间隔需要满足的数据建立时间最小值为，上升沿之后数据也需要保持一段时间，这段时间用于满足的数据保持时间典型值为n当 完成测量后，微控制器需要发布读时序将测量结果读回。实现读时序首先需要实现个数据位的读取。 读写数据的规则是：一在时钟的下降沿之后改变状态，并在 时钟的上升沿有效。从微控制器读数据的角度理解，时钟线的下降沿将触发 接口内的锁存器输出数据，输出数据在时钟线上升沿之后达到稳定，下降沿和上升沿之间的时间间隔要大于的输出数据有效时间典型值为 ，即微控制器需要先给出下降沿，延时一段时间待数据稳定后再读取数据。此外，微处理器需要在第个时钟给出应答位，这属于写时序，写时序可参考前文的论述。读时序的语言程序代码如下，程序的人口参数为或，代表给出应答位，继续接收后续数据；表示终止通信。超温湿报警和温湿度值的 显示流程图开始系统初始化显示更新端口初始化调用温湿度检测函数测量温湿度值系统上位机流程图YN入值读键盘N^传递信息Y串行口中断二^报警温度大于输入值皆报警开始系统初始化显示更新端口初始化调用温湿度检测函数测量温湿度值系统上位机流程图YN入值读键盘N^传递信息Y串行口中断二^报警温度大于输入值皆报警有键按下调用延时程序中断返回显示

中断返回系系5统的原理图2.5.1上位机的电路原理图.系2统下位机原理图通过这次设计实践。我学会了计算机设计系统的基本思路，对系统设计的设计原理和设计原则也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的项目素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些实际问题不加重视，当我们把自己想出来的设计与现实相结