大棚温湿度自动控制系统

1、重庆三峡学院毕业设计（论文）题目 大棚温湿度自动控制系统 院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2010级 学生姓名 学生学号 指导教师 吴 光 杰 职称 教 授 完成毕业设计（论文）时间 2014 年 4 月目录一、绪论11.1 课题背景11.1.1 国外温室发展历程及现状11.1.2 国内温室发展历程及现状11.2 研究目的及意义2二、系统的整体设计方案22.1 系统的设计分析22.2 系统的设计的具体内容32.3 系统硬件电路整体框架图32.4 系统硬件总体电路图4三、大棚温湿度自动控制系统硬件系统设计与选型43.1 单片机的选择43.2 温湿度数据采集系统的选型

2、及简介63.2.1 温湿度数据采集系统的选型63.2.2 DHT11温湿度传感器的资料简介63.3 LCD1602液晶显示模块介绍103.3.1 LCD1602液晶显示器基本介绍103.3.2 LCD的基本参数及引脚功能103.3.3 LCD1602显示屏电路图113.4 时钟系统123.5 复位电路123.6 键盘电路的设计133.7 报警电路的设计143.8 控制电路的设计14四、大棚温湿度自动控制软件系统设计154.1 软件设计整体流程图154.2 按键处理子程序的设计154.3 报警子程序设计16五、综合调试175.1 硬件调试175.2 软件调试17六、成品效果展示18结论19致谢语

3、19参考文献20附录 大棚温湿度自动控制系统软件程序22附录 大棚温湿度自动控制系统原理图36大棚温湿度自动控制系统名字（重庆市三峡学院机械工程学院系机械设计专业2010级 重庆万州 ）摘要 现今，对于人们来说，温室大棚是再熟悉不过的了，因为现在大棚技术广泛应用于我们生活中，其中像很多水果、蔬菜、花卉等都是由大棚温室栽培而来。如何利用自动检测及自动控制系统对大棚的环境因子进行控制，以达到种植产物所需环境，从而提高效益，对我国温室的发展有不可估量的重要意义。该设计采用STC89C52单片机作为核心处理系统，温湿度监测模块DHT11作为温湿度数据采集系统，这样就可以通过单片机进行处理和发出指令让各

4、个执行机构作出相应动作，从而实现大棚温湿度值的自动调节。同时该系统采用LCD1602液晶显示。其具体为由DHT11采集大棚温湿度，然后传入STC89C52单片机进行处理。当温湿度不在作物最适生长环境时，报警器报警，同时控制继电器开关开启或断开加热设备、加湿设备。从而实现对大棚温湿度的自动控制，以达到作物最适温度值。本系统具有系统稳定可靠、传输距离远、测量准确、功耗低、维护简单等优点。并且该文章在其他相似领域也有一定参考价值。关键词 大棚 温湿度传感器 自动控制 STC89C52一、绪论1.1 课题背景1.1.1 国外温室发展历程及现状 在国外，罗马是最先进行温室栽培的国家，在公元时代的初期，罗

5、马就把透明的云母片覆盖在黄瓜上，来让它快速的成熟。到了1516世纪，法国、英国、荷兰等国家开始应用比较原始的温室来生产当季蔬菜和水果；在1718世纪，法国、英国、荷兰等国家又都纷纷开始建造用玻璃建造的温室。到了19世纪初，英国就开始全身心投入到温室的加温设备和屋面的坡度对温室的进光量影响的研究，其最后研制和开发了双屋面的玻璃温室，其主要用于种植水果和蔬菜，例如：柑橘、甜瓜、黄瓜、葡萄、甜橙、凤梨等作物。后来，到了19世纪后期，温室栽培技术就从欧洲传到了世界的各地，并逐渐普及开来并得到广泛应用。 20世纪60年代，现代温室在世界各国都得到了逐步的完善并快速发展。现代设施园艺发达国家的现代温室大都

6、以大型连栋温室为主（只有我国仍以日光温室为主）。从20世纪70年代以来，由于西方发达国家在设施农业上对用户大量投入和补贴，所以设施农业迅速得到发展。到目前为止，全世界由塑料薄膜做成的温室约有60万，在亚洲地区较多；欧美地区则主要以玻璃温室为主，其玻璃温室达40000；全世界的新型覆盖材料聚碳酸酯板温室多于10000。 而目前以荷兰作为代表的欧美国家，他们的设施园艺规模很大，并且自动化程度比较高、生产的效率非常高，温室内影响作物生长的各种因素比如：光、水、气、肥等都实现了智能化的控制。在荷兰，他们的人均耕地比较少而且土地资源也非常的紧缺，他们就主要发展现代设施园艺和养殖业，在世界上，它的设施园艺

7、是最发达的。到目前，荷兰的温室面积、规模、水平都排在世界前列。现有现代玻璃温室达11000，占世界玻璃温室面积的，温室蔬菜产值占他们国家蔬菜生产总值的。荷兰是世界第一大花卉出口国，其花卉生产也主要是依靠温室。但是，荷兰并没有专门从事温室制造的企业，只有一些生产配件的厂家，覆盖材料及保温材料全由比利时、瑞典等国提供进口。另外以色列的现代温室也非常先进，它可以根据作物对环境的不同要求，通过计算机来自动检测环境和对其进行自动的调控，实现温室的环境随时保持在作物的最佳生产环境之中，从而实现高产，以满足人们的需求。近几年，美国、日本等国采用人工补充光照、网络通讯技术和视频技术对温室环境进行远程诊断和控制

8、，由机械手进行移栽作业，是世界最先进的全封闭式生产体系。1.1.2 国内温室发展历程及现状 在世界各国当中，我国是最早运用温室栽培的国家，早在2000多年前就用保护设施来种植各种当季蔬菜。在1958年，我国就开始自行生产农用的聚乙烯薄膜，其主要运用在小棚之上。 20世纪60年代，我国的设施农业相对于其他国家来说还处于规模较小、水平较低、发展速度缓慢的阶段，主要是运用小棚技术，大棚还未出现。小棚主要为拱形，高1.0m、宽1.5至2.0m。到了1966年，小拱棚被改成2m高的方形，其出现在长春的郊区，但是它的抗雪能力很差，而且很容易倒塌。最后经过了多次的改进设计，最后设计出高2m、宽15m的拱形大

9、棚，这样的设计在北方得到认同后逐渐得到推广和普及。随着科技的不断进步和经济的快速发展，在20世纪80年代，温室也得到了快速的发展。在此期间，我国主要发展的是以塑料薄膜为覆盖材料的日光温室，使温室的生产效益较以前来说有了大大的提高，从而基本上解决了北方地区的蔬菜在淡季供应难的问题。并且，我国还从国外引进了大约20的大型连栋温室，分别建造在我国不同的气候带，但是由于缺乏管理和配套技术也存在问题，这些大型温室带来的经济效益均较差，又不得不陆续退出我国市场。从90年代开始，我国的设施农业就渐渐开始向规模化、集约化和科学化的方向发展，在温室大棚的面积和农作物质量方面取得了双丰收。 我国近代温室在经过不断

10、的改进后，从改良型日光温室，再到大型玻璃温室，最后到现代化温室，由最开始的低级到现在的高级，基本实现了结构类型的多样化，并且相关的配套设备和材料也越来越完善。但是因为我国各个地区的生产状况、经济条件和利用目的不同，所以到目前为止国内并不是全部都应用的是现代温室，各个阶段的温室在我国都保有一定的量。 现今，我国的温室大棚面积居世界第一，总建筑面积高达200多万，占世界温室面积的42.8%。日光温室主要分布在山东省的青州市和附近的几个区县，主要用于种植蔬菜，也有用于栽培苗木的，但是占有量很少。在南方地区则主要应用塑料大棚，用于种植花卉和苗木。 我国的温室在商品话方面占有的比例很低，由于受到生产成本

11、等条件的限制，档次较高的商品话温室主要被一些机关团体、军队、农场和科研单位采用，很少被个体及一般农民使用。普通农户基本上采用的是自己建造的简易拱棚，约占我国温室总量的60%以上。他们当中有的温室结构比较简单而且设备也非常简陋，很难实现环境的综合调控。1.2 研究目的及意义 温室的作用就是用来改变植物的生长环境，改变长期以来外界环境对植物生长的不利影响，比如天气的变化，从而给植物创造一个适合它生长的最有利条件。我们所说的温室一般都是用采光和覆盖材料来当它的结构材料，它可以在不适宜植物生长的季节来生产我们想要生产的作物，从而达到对植物进行调节生产季节、生产时间、促进生长发育、防止其受到病虫的危害以

12、及提高作物产量的目的。影响作物生长的环境因素有很多，比如光照，温度，湿度，二氧化碳浓度等因素，温室控制主要是控制温室内的温度、湿度等条件。虽然我国的温室大棚面积在世界来说是第一，但是我国是农业大国，但是国内的粮食、水果、蔬菜等远不够满足国内所需，为了满足国人的需要每年大量从外国进口。虽然我国的温室大棚面积居世界第一，但是在全国土地总面积上，我国的大棚面积占有量还是非常的少，尤其是南方，应用大棚技术的可以说是微乎其微，所以大棚的普及与发展迫切成为各地的强烈需求。虽然在有些地方的温室中也安装了各种加热、加湿、通风和降温的设备，但是多半是由人工来操作完成。当温室面积较大或者数量较多时，我们需要的人工

13、数量就很大，而且他们的劳动很非常的大，即使这样人为操作也无法达到对温湿度的准确控制，所以对于大众来说自动化控制大棚技术迫切成为他们的需求。为了解决这一现状本文就提出一种大棚温湿度自动控制系统，即基于51单片机和温湿度传感器的温室控制系统。该系统实现了大棚温湿度的自动检测和自动调节，大大降低了人为操作的步骤，降低了人们的劳动强度，并且本系统采用的是喷灌系统作为改变大棚温室湿度环境的方法，大大节约了水资源。二、系统的整体设计方案2.1 系统的设计分析 植物温室大棚的作用是改变植物的生长因子，从而去除外界环境中不利于植物生长的不良因素，为植物提供一个良好的生长环境。在温室大棚中，一般采用到的材料有采

14、光较好的玻璃和钢铁，还有遮阳性的材料。它可以培养不适应在该季节下生长的植物，对农作物的生长因子进行调节，促进植物的生长发育，防止天气、病虫的危害，以达到增产的目的。本设计的主要研究对象是自动检测与控制大棚温室的温度和湿度。应用温湿度传感器对温湿度进行检测，传入单片机进行处理，当检测到的温湿度不符合作物的生长时，打开相对应的设备进行调节。温度调节主要是通过加热片进行加热（现实中利用加热机进行加热），而湿度调节主要是通过超声波雾化器进行加湿。由于现实中一般情况下温度不会大于植物所需温度，湿度控制好浇水量也不会大于植物所需湿度，当温湿度大于所需温湿度时可采用通风来实现降低温湿度。2.2 系统的设计的

15、具体内容 本系统要求设计的是一个大棚基地温湿度自动控制系统，本文所采用的是DHT11温湿度传感器进行大棚空气中温湿度的检测，然后传入STC89C52单片机进行处理，当检测到的温度低于预设的作物最适温度范围值时，报警器进行报警，同时打开加热片进行加热且指示灯亮，直到加热到作物最适温度下限，报警器停止工作，加热到最适温度上限停止加热。当温度高于最适温度时，蜂鸣器工作，报警。当DHT11检测到空气中湿度低于预设范围时，蜂鸣器报警且打开超声波雾化器加湿和工作指示灯，当达到最适温度下限时蜂鸣器停止工作，加湿到最适湿度上限停止超声波雾化器工作，当DHT11检测到空气中湿度高于预设范围时，蜂鸣器报警。2.3

16、 系统硬件电路整体框架图 STC89C52DHT11温湿度检测模块LCD1602显示模块复位、晶振模块按键模块温湿度报警模块温度调节系统湿度调节系统图2-1 系统硬件电路整体框架图 DHT11温湿度检测模块用于对大棚的温湿度进行数据采集，STC89C52单片机进行数据处理，LCD1602显示模块用于显示人为给大棚设定的标准值和当前测量得到的温湿度值。复位模块用于对单片机设置的温湿度范围进行复位调节。晶振模块用于传输时钟信号给单片机。按键模块用于对大棚温湿度的范围值进行调节，由于不同的作物需要不同的温湿度范围，所以按键模块用于调节预设值，可以设置不同的范围。温湿度报警模块用于对超过预设定的温湿度

17、值时进行报警提示。温度调节系统用于对温度进行调节，湿度调节系统用于对湿度进行调节。2.4 系统硬件总体电路图图2-2 系统硬件总体电路图三、大棚温湿度自动控制系统硬件系统设计与选型3.1 单片机的选择单片机自从问世以来，它就广泛用于工业检测和控制应用。当今世界上的单片机种类有很多种，产品性能也各有不同。市场上常用的单片机有MICROCHIP公司生产的PIC单片机系列，Atmel公司的AT89、AT90系列，Intel公司的MCS-51系列和STC公司的单片机等。其中，STC单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码不仅完全兼容传统的8051单片机，而且速度是其8到12倍。并且

18、依然具有传统单片机的体积小，可靠性高，功能强，价格低等特点，还有加密型好，抗干扰强等特点。最开始的8031单片机片内没有自带的程序存储器ROM，使用时就要外接程序存储器和逻辑电路74LS373，在我们用到的外接程序存储器一般都用的是EPROM的2764系列。如果用户想对EPROM中已经有的程序加以修改的话，就必须擦除里面原有的程序，因为单片机没有自带的擦除功能，只有另外用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，然后再可写入。但是，写进到外界程序存储器的程序代码就没有保密性。而8051单片机在片内多加了一个4K的 ROM，从此就不用再外接存储器了。但是我们根本没有办法私下将程序烧写进去，只有将编的程序交

19、给芯片厂让其帮忙烧写，而且烧写的程序今后都不能修改。8751单片机总体上来说和8051单片机差不多，只是8751单片机片内加了一个4K的EPROM，用户可以私下将自己的编写的程序烧写到EPROM中，但是如果要修改程序的话，同样要用紫外线照射来擦除，而后才可以从新烧写新的程序。89C51单片机为EPROM型，可以说89C51单片机融合了8051和8751的优点，在应用中可以完全代替他们，因为他不仅有他们的功能，而且管脚也兼容，而且存储器为4K的并是FLASH工艺的。89C52是由北京集成电路中心（BIDC）设计，由美国的Atmel公司生产八位单片机。AT89系列不仅与8051系列单片机兼容，而且

20、他是8位Flash单片机。并且他有很多优点，例如：低功耗、高性能、可烧录及可擦除程序等功能。经过以上的对比来看，考虑到使用方便与简化电路以及其性价比等，89C52比较合适。而且深圳宏晶科技有限公司生产的STC89C52单片机由于具有其他公司生产的89C52单片机的全部优点，而且其具有加密型好，抗干扰强，而且价格相对较低，所以本设计中，最终确定选用STC89C52单片机。STC89C52管脚图如图3-1所示。图3-1 STC89C52引脚图STC89C52的主要管脚功能如下：VCC（40引脚）：电源电压+5VVSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：输入输出脚，可用于8

21、位并行I/O口或分时复用为地址和数据总线。作为输出口，每个引脚能驱动8个TTL负载。定义为I/O时，需外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：输入输出脚，8位准双向并行I/O口。P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。能负载4个TTL。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：输入输出脚，8位准双向并行I/O口。P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。能负载4个TTL。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：输入输出脚，8位准双向并行I/O口。P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。能负载4个TTL。而且都具有第二功能，P3.0和P3.1为串行数据传输，P

22、3.2和P3.3为外部中断请求，P3.4和P3.5分别为定时器0和1的外部输入，P3.6和P3.7分别用于读写单片机外部RAM，是外部数据写选通信号和读选通信号。RST（9引脚）：单片机内部CPU的复位信号输入端。ALE/（30引脚）：ALE是地址锁存使能端和编程脉冲输入端。（29引脚）：片外程序存储器读选通信号线，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或者数据期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口都回指令或者常数。在访问片外数据存储器期间，信号处于无效状态。XTAL1（19引脚）：接外部石英晶体的一端。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）：接外部

23、石英晶体的另一端。振荡器反相放大器的输出端。（31引脚）：当输入端输入高电平时，CPU可访问片内程序存储器4KB或8KB的地址范围。当输入低电平时，则只能访问片外程序存储器，不论片内是否有程序存储器。3.2 温湿度数据采集系统的选型及简介3.2.1 温湿度数据采集系统的选型 在单片机的应用当中，数据采集是一个非常重要的环节，并且它也是单片机和传感器工作的重要接口。在我们实际的应用当中，单片机的数据采集信号类型主要分为以下几种：一种是模拟的电压信号和电流信号，另一种是数字信号。一般的单片机都是用A/D转换从而来实现对外部电压信号的采集，利用电流/电压转换芯片和A/D转换实现对电流信号的检测；通过

24、脉冲计数或I/O口时序来处理数字信号。 在我们现实生活中的工农业生产环境当中，是非常难找到一个与温湿度无关的领域。由于我们应用的领域各不相同，所以对温湿度的测量精度要求和传感器的技术要求也不同。从制造的角度来看，温湿度传感器由于材料和结构及其工艺不同，造成了它性能和技术指标相互之间也有非常大的区别，所以价格也因此而相差巨大。现目前市面上有很多种类的温湿度传感器，比如由瑞士Sensirion推出的SHTxx系列的数字温湿度传感器、HRTMS02温湿度传感模块以及DHT11温湿度传感器等。由于DHT11具有非常多的优点，例如：品质卓越，响应快、抗干扰能力强、性价比极高等，而且它的体积很小，功耗也很

25、小，并且信号传输距离可达20m以上，使其应用范围极广甚至最为苛刻的应用场合，故综合以上优点本系统决定采用DHT11温湿度传感器。3.2.2 DHT11温湿度传感器的资料简介 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。每个DHT11传感器都是在极为精确的湿度校验室中校准出来的。校准系数以程序的形式存储在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得

26、简易快捷。DHT11芯片如图3-2所示，引脚说明如表3-1所示。图3-2 DHT11传感器表3-1 DHT11引脚说明Pin名称注释1供电 35.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极DHT11性能参数如下表3-2所示：表3-2 DHT11性能参数参数条件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

27、度12量程范围050响应时间1/e(63%)630S DHT11的供电电压为35.5V。DHT11温湿度传感器上电后，需要等待1s用来越过其不稳定的状态，在这期间不需要发送任何指令。电源引脚（，GND）之间可增加一个100nF的电容，用来去耦滤波。 单片机和DHT11之间的通信和同步采用的是单总线数据格式，一次通信时间大约为4ms，数据分为小数和整数两部分。 单片机读取操作时，连续读出5个字节的内容，即一次完整的数据传输为40bit，高位先出。其数据含义如表3-3所示。表3-3 DHT11数据格式读出数据顺序含义18bit湿度整数数据28bit湿度小数数据38bit温度整数数据48bit湿度小

28、数数据58bit校验和 其中：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”几位相加所得结果的末8位。 单片机发送一次开始信号之后，DHT11温湿度传感器就从低功耗模式转为高速模式，等主机开始信号完成后，DHT11就发送相应的信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可以选择读取部分数据。从高速模式下，DHT11温湿度传感器接收到开始信号后触发一次温湿度数据采集，如果没有接收到主机发送的开始信号，DHT11温湿度传感器就不会主动去进行温湿度数据采集。采集到数据后就转换到低速模式，时序波形如图3-3所示。图3-3

29、DHT11波形图 总线空闲状态为高电平。在单片机把总线拉低等待DHT11响应的时候，单片机就一定要把总线拉低大于18ms，这样才能保证DHT11能检测到起始信号。当DHT11接收到单片机的开始信号后，需要等待单片机开始信号的结束，然后DHT11温湿度传感器就发送80s低电平响应信号。通信过程如图3-4所示。图3-4 DHT11通讯图单片机发送结束信号之后，需要延时等待20s40s，然后才能读取DHT11的响应信号。总线由上拉电阻拉高，在DHT11发送响应信号时，总线电平变低。 当总线为低电平的时候，就说明DHT11发送了响应信号，然后，再把总线拉高80s，准备发送数据，每一bit数据都以50s

30、低电平时隙开始，数据位的0和1主要由高点平的长短来决定。数字0信号表示方法如图3-5所示，数字1信号表示方法如图3-6所示。图3-5 数据“0”信号表示方法图3-6 数据“1”表示方法 如果我们读取到的响应信号为高电平的话，则代表DHT11没有根本响应，那么我们就应该检查线路是否连接正常。当最后1bit数据传送完之后，DHT11就把总线拉低50s，之后总线由上拉电阻进入空闲状态。DHT11温湿度传感器应用电路比较简单，只需把数据脚和单片机的I/O相连即可。电路接口连接如下图3-7所示。图3-7 DHT11电路连接图如果连接线长度短于20m的话，建议用5K的上拉电阻，如果大于20m的时候则可以根

31、据实际情况选择合适的上拉电阻。本设计采用的是5k的上拉电阻。3.3 LCD1602液晶显示模块介绍3.3.1 LCD1602液晶显示器基本介绍 由于本设计中涉及到温湿度的同时显示，所以显示内容至少两行，而一般的显示器只能显示单个数字，而1602微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等特点成为选择的最理想用品。LCD1602液晶显示屏模块是用5*7点阵图形显示一个字符，其中16代表每行可以最多显示16个字符；02代表总共可以显示两行。其模块实物图如图3-8所示。（a）1602液晶显示屏实物图正面（b）1602液晶显示屏实物图背面图3-8 LCD1602液晶模块产品实物图3.3.2 LCD的基本参

32、数及引脚功能 目前市场上有多种1602液晶模块产品，基本可分为带背光和不带背光的两种，其液晶模块基本是使用HD4470驱动芯片，其中带背光的体积比不带背光的要稍大，但是功能方面它们两者的区别不大。其尺寸差别如图3-9所示。图3-9 LCD1602尺寸图 1602液晶显示模块主要技术参数参考表如表3-4所示。表3-4 1602液晶模块技术参数参数取值工作电压4.5V-5.5V工作电流2.0mA模块最佳工作电压5.0V显示字符尺寸2.95（W）*4.95（H）（mm） 1602液晶模块引脚采用标准的单列直插接口方式，其中带背光模块为16个引脚，不带背光模块是14个引脚。本设计中采用背光模块，其引脚

33、功能表如表3-5所示。表3-5 1602液晶模块引脚功能引脚编号电路符号引脚功能引脚编号电路符号引脚功能1VSS电源接地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4R/S数据/命令12D5数据5R/W读/写13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背景灯正极8D1数据16BLK背景灯负极1、 VSS和VDD是1602液晶显示模块的电源引脚，只有正确连接液晶显示模块才有可能正常工作。2、 VL引脚是液晶对比度调整功能引脚，通过给VL引脚一个0-5V的电压可以改变液晶的对比度。其中，VL接地的时候对比度最高，对比度过高会造成无法看清显示屏的内容，在实际应用中

34、通常通过一个10千欧阻值的电位器调整VL的电压。3、 R/S引脚是寄存器选择引脚，主要负责给定高电平选择数据寄存器，给定低电平制定寄存器。4、 R/W引脚是读写选择信号线，高电平是读操作，低电平是写操作。5、 E引脚是使能功能，当从高电平变为低电平的时候就会执行最后写入的命令。6、 D0-D7是数据引脚，LCD1602的数据引脚是双向的，不但可以写入数据而且可以读出数据，通过设置R/W来改变数据引脚的功能。7、 BLA和BLK是背光灯的正极和负极引脚，只有带有背光功能的1602液晶模块才有这两个引脚。3.3.3 LCD1602显示屏电路图 LCD1602模块电路图如图3-10所示。图3-10

35、LCD1602模块电路图3.4 时钟系统 单片机为什么要用晶振？我们可以这样来理解，简单来说，如果没有晶振的话，那就没有时钟周期。如果没有了时钟周期，那就根本没有办法执行程序代码，从而单片机就无法工作。我们知道单片机工作的时候，是一条一条的从ROM或Flash中取指令，然后再一步一步地执行。我们通常称单片机访问一次存储器的时间为一个机器周期，就是一个时间基准。传统的C51单片机一个机器周期包括12个时钟周期。如果选择了12MHz晶振，他的时钟周期是1/12s，它的一个机器周期就是1s。 89C52有两种方式产生时钟，他们分别为内部方式和外部方式，其中内部方式是利用芯片内部的振荡电路；本系统采用

36、内部时钟电路。 内部时钟电路，即为内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，反相放大器的输入端和输出端分别为XTAL1和XTAL2。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或者陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器。89C52片内振荡器电路如图3-11所示。虽然STC89C52有内部振荡电路，但要形成时钟，就必须还要外接元件。如图3-12为内部时钟方式的电路。图3-11 内振荡器电路图 图3-12 内部时钟方式电路图 其中本设计中内部时钟方式电路图中电容的阻值均采用30PF，晶振采用12MHz。3.5 复位电路 在任何单片机上电时必须复位。89C52单片机的复位输出引脚RST为其提供了初始化的手段。它可

37、以将单片机的片内电路进行初始化，从而让单片机从一种确定的初始状态下开始运行。当单片机89C52的时钟电路在工作了以后，只要在RST引脚上出现两个周期以上的高电平的时候，那么单片机内部就初始复位。只要RST保持高电平，则89C52循环复位。当且仅当RST由高电平转变为低电平了以后，单片机89C52才会从0000H地址开始执行程序。 本设计用到的复位电路是采用按键复位的电路。当单片机89C52的ALE和PSEN两个引脚输出高电平，RET引脚的高电平到的时候，单片机就复位。 手动按钮复位需要人为的在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法就是在RST和正电源之间接一个按钮。当我们人为按下按钮的时

38、候，则电源的+5V电平就会直接加到复位RST端。其电路图如右图3-13所示。但是不管人的动作再快他也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，这个时间完全能够满足复位的时间要求。 在本设计复位电路中，当单片机上电时，对电容进行充电，电阻上出现电压的同时也使单片机RESET端电位拉高，单片机RESET端高电平持续几微秒后，单片机复位。几毫秒后，电容C充满电，电阻上电流和电压降为0。单片机则进入工作状态。单片机工作期间，当按键闭合，电容则放电，当按键断开，电容又开始 图3-13 按键复位电路充电，且在电阻上出现电压使单片机复位。几毫秒后单片机又开始工作。3.6 键盘电路的设计 键盘是嵌入式计算机系统不可或

39、缺的外围设备，就算是单板机通常它也配有16进制的键盘。操作人员通过键盘可以进行数据输入、输出、程序生成、程序查错、程序执行等各项操作。键盘一般有两种，其分别为独立式和矩阵式。独立式键盘指的是各个按键相对对立地连接到各个单片机的I/O口，I/O口只需要做输入口就能读到所有的按键。我们只需把按键的一端接地，另一端则与单片机的各个I/O口连接就可以了。而矩阵式键盘是为了减少键盘占用太多的单片机I/O口资源，它只适用于按键个数较多的时候。由于本设计中按键比较少，故采用独立式键盘。如图3-14所示。 其中每个按键只连接了两个端点。其中P1.0、P1.1、P1.2分别为与单片机对应的I/O口，且所对应的按

40、键依次为按键1、按键2、按键3。在设计中，按键1为设置键，按键2为实现“加”运算的功能键，按键3为实现“减”运算的功能键主要是对温湿度设定范围 图3-14 独立式键盘连接图值。即大棚所需温湿度值。3.7 报警电路的设计报警电路如图3-15所示。图3-15 报警电路 本设计采用软件处理报警，利用有源蜂鸣器进行报警输出。如图3.15所示当实际温湿度超过预设范围值时，P2.0将给出一个低电平，受三极管Q1控制的蜂鸣器就会工作。进行蜂鸣报警。3.8 控制电路的设计控制电路如图3-16所示。图3-16 控制电路图当实际温度低于设置温度，P3.7将给出一个低电平，二极管D2就会工作发光，同时打开继电器KM

41、2，加热片进行加热。当加热到最适合温度下限时，蜂鸣器停止报警。加热到最适温度上限时，发光二极管D2停止工作，加热片停止加热。实际温度高于设置温度，蜂鸣器报警。实际湿度低于设置湿度，P3.5将给出一个低电平，二极管D1就会工作发光，同时打开继电器KM1，继而打开超声波喷雾器加湿。当加湿到最适湿度下限时，蜂鸣器停止报警。当加湿到最适湿度上限时，发光二极管D1停止工作，超声波喷雾器停止加湿。实际湿度高于设置湿度上限，蜂鸣器报警。二极管在设计中起一个指示加热加湿设备工作状态的设备。四、大棚温湿度自动控制软件系统设计研制一台智能仪器是一个非常复杂的过程，它要经过很多个步骤才能够完成，首先要分析仪表的功能

42、要求然后拟定总体的设计方案，然后再确定硬件结构和软件算法，再然后是研制逻辑电路和编制程序，以及仪表的调试和性能的测试等等。我们在设计软件的时候，应该遵循的原则为结构化设计原则，就是在总体概况设计的基础上再进行具体的详细设计。到最后，我们设计的程序应该满足的条件为达到可读性，可理解性，可维护性，有效性，可修改性。4.1 软件设计整体流程图单片机、LCD初始化数据处理读取温、湿度值DHT11存在？按键扫描显示温、湿度值温湿度是否在设定区间内？报警，开设备进行调节YNYN开始图4-1 软件设计总体流程图子程序包括：按键处理子程序、数据采集子程序、报警子程序、显示子程序。下面依次分析。按键处理子程序是

43、控制仪器是否正常工作及实现所需功能的选择。 数据采集子程序是将传感器产生的信号传入单片机，是用来实现单片机和传感器连接的基础。 报警子程序包含上限报警和下限报警，它是在温湿度不符合设定范围值时来提醒用户。 显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示，使仪器更加直观、方便。4.2 按键处理子程序的设计在本次设计中按键是采用查询方式的独立式按键接口，由于按键直接与单片机的I/O口连接，所以通过读I/O口的电平状态，就可以识别出按下的按键。这种连接方式，是把按键当作外部RAM某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM的方法识别按键的工作状态。其中S1键为功能选择按键；S2、S3键分别为数字加键和数字减键

44、。按键处理流程图见图4-2所示。开始P1.0=0？Y功能选择数据输入NP1.1=0？P1.2=0？YY数据输入NN返回图4-2 按键处理流程图4.3 报警子程序设计报警子程序是一个比较程序，实现超值进行报警的控制。本设计中即为人为事先输入大棚温湿度的标准值，然后再测量大棚环境下的温湿度实际值，如果当温湿度中任一值超过标准值时，报警蜂鸣器则进行报警。报警子程序的流程图如下图4-3。开始温度是否低于设定值下限YN蜂鸣器报警，灯亮，打开加热片温度是否高于设定值上限湿度是否低于设定值下限湿度是否高于设定值上限YYY蜂鸣器报警蜂鸣器报警，灯亮，打开加湿器蜂鸣器报警NNN返回图4-3 报警程序流程图五、综

45、合调试 系统完成设计之后，就要进行硬件调试和软件调试。软件调试可以利用开发和仿真系统进行。5.1 硬件调试 在进行调试的时候，首先应该对各个元器件进行调试，以便排除明显的硬件故障。在元器件还没有进行焊接时，就用万用表等工具对各个元器件进行测试，看是否都完好并且可用。在焊接完电路后，而且还没有插入主要元器件的时候，就用万用表检查焊接的线路，查看线路的连接情况，看是否有电源短路的情况。重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否有相互短路或者其他信号线之间短路的情况；检查完线路并且排除了线路错误之后，接上电源，并用万用表测量51单片机的插座、温湿度测量器件DHT11的插座、显示器LCD16

46、02的插座等的电压、极性，重点检查单片机插座的各个点电位，如果点电位过高不可以跟仿真器联机调试，否则会烧坏仿真器的元件。 在电源断开的情况下插入元器件，通电检查是否所有电路及元器件都正常，若出现局部温度过高的情况，就应该马上断电，重新检查，知道没有出现问题且能达到效果后即可完成调试硬件调试。其流程图如图5-1所示。万用表检查线路所有线路是否均已检查不插元件检查插座电压是否正常？插入元器件检查是否有元件温度过高？检查原因断电、检查原因检查完毕否是是否否图5-1 硬件调试流程图5.2 软件调试 软件调试采用美国Keil Software公司推出的51系列兼容单片机C语言软件开发系统Keil C51

47、。Keil C51软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。 C51工具包的整体结构中Vision与Ishell分别的C51 for Windows和for Dos的集成开发环境，可以进行编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用集成开发环境本身或其他编辑器编辑C文件或汇编源文件。 调试步骤如下：（1） 打开“Keil Vision4”软件。（2） 使用菜单“File”中的“New”或者单击工具栏中的“新建文件”按钮，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口。（3） 输入源程序。（4） 保存该文件，并命名。（5） 单击“Project”菜单，单击“New Proje

48、ct”菜单，出现一个对话框，并在编辑框中输入一个将要建立的工程名字，不需要扩展名。（6） 单击保存按钮，出现第二个对话框，选择CPU，选择后点击“确定”按钮，回到主界面。（7） 在工程窗口的文件页中单击“Target1”前面的+号展开，单击“Source Group1”使其反白显示，单击鼠标右键，选中 “Add file to GroupSource Group1”,出现一个对话框，寻找源文件，选中源文件后双击将其加入工程项目。（8） 设置好工程后，即可进行编译和链接。选择菜单“ProjectBuild target”，对当前工程进行链接，如果当前文件已修改，软件会先对文件进行编译，然后再连接

49、以产生目标代码，如果选择“Rebuild All target files”将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再链接，确保最终生成的目标代码是最新的，且确保显示程序既没有错误又没有警告。（9） 汇编、链接成功以后，这只能说明程序的语法没有错误，但是不能确定程序没有逻辑错误，只有经过调试，不断发现和排除逻辑错误，这样才能使程序逐渐实现预期的功能。使用菜单“DebugStart/Stop DebugSession”进入调试状态。一个程序只有全速执行能通过才算调试通过。在调试状态下，如果发现程序有错，就可以直接修改源程序，但是，如果要使修改的代码起作用，那就必须先退出调试环境，重新进行编译、

50、链接后，再次进行调试。六、成品效果展示 经过调试以后最终成品如图6-1（a）、（b）所示（a）、电路板成品图（b）、整体效果图图6-1 成品效果图结论该课题的主要任务是设计一个大棚温湿度自动控制系统。在经过多次实验验证之后确定了系统的可行性，并且能成功的满足设计要求，能达到设计的指标，实现对温湿度的自动检测、温湿度预设值设置、温湿度超限报警、温湿度超限自动控制，并用LCD显示温湿度。整个设计总体上包括了两个部分的内同，其分别为硬件电路的设计和软件程序的编写。从确定毕业设计题目，到查阅资料确定总体方案设计，总体方案论证，硬件电路的设计，硬件电路的优化，软件的设计，软件的优化，焊制硬件电路板，检验

51、硬件电路，调试软件程序，到最后的软硬件联调，这其中的每一个环节都是在自己的努力下精心设计、仔细完成的。由于本设计使用的是51单片机作为核心的控制元件，加上运用了灵敏的温湿度传感器DHT11，使这个仪器具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点。然后向单片机中烧写了经过自己不断优化过的程序，使其达到了预期的效果，有了一定的智能化水平。但是该设计还是有欠缺的地方，比如在设计中报警只用了蜂鸣器报警，没有用到LED灯报警，应该再加两个不同颜色的LED灯进行报警，这样就可以区别是温度超过限制还是湿度超过限制。总之，由于智能仪器被广泛应用于工程之中，而现目前大棚温湿度大多还是由人为控制、调节。而在科技发

52、展的现今，大棚温室度自动控制器也必将为众人所广泛应用。致谢语 经过三个月的毕业设计，即将落下帷幕，首先我对我的毕业设计指导老师吴光杰老师致以最真挚的谢意，感谢她在我做毕业设计这段时间对我的耐心指导和帮助，最做毕业设计这段时间，我遇到很多问题，每次向吴老师咨询的时候，不管她是否是空闲时间还是繁忙时，她都会仔细给我讲解，给我讲解新知识和复习以前学过的知识，直到我弄懂为止。在这段时间里，吴老师渊博的知识，严谨的教学学风深深的感染了我，当我在毕业设计中有懒惰思想时，吴老师都会不断的鞭笞我不断努力向前，为了督促我们做好毕业设计，她会叫我们到实验室去在他的监督下做毕业设计，而且时不时会叫我们去了解我们毕业

53、设计完成的情况，每周都会抽时间对我们遇到的问题进行讲解。在他的鼓励、监督和耐心帮助下，我们的毕业设计终于完成了。 其次，在毕业设计期间，我遇到问题时，也得到了很多同学的帮助，在此致上我最真挚的谢意，其中非常感谢李强，刘东、王德龙等同学。感谢李强同学在我变成遇到问题时，他给我耐心讲解，使我更好的完成设计程序。感谢刘东，王德龙同学，他们在我零件选型方面对我提供建议，使我更有方向的了解相关知识，从而更容易、更快捷的完成设计。他们丰富的实践经验和广泛的专业知识使我受益匪浅，感谢你们对我的帮助。另外，感谢在我毕业设计期间和我一起做毕业设计的同学，因为有你们的相陪，因为有你们每天一起做毕业设计，有你们的鼓

54、励与一起努力学习，努力解决困难，最终完成毕业设计，感谢你们。 最后，再次感谢毕业设计间给我帮助的同学和老师，因为有你们的帮助，我才能这样顺利的完成本次毕业设计，因为有你们，陪我完成了大学最后一堂课程。谢谢你们！参考文献【1】 何希才.传感器及其应用电路M. 北京: 电子工业出版社，2001【2】 张洪润，等.传感技术与应用教程M. 北京: 清华大学出版社, 2005【3】 何立民. 单片机应用技术选编M. 北京: 北京航天航空大学, 1999【4】 徐科军.传感器与检测技术M. 北京: 电子工业出版社, 2004【5】 何立民. MCS-51单片机应用系统设计技术M. 北京: 北京航天航空大学, 1999【6】 马家辰，等. MCS-51单片机原理及接口技术M. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2002【7】 杜树春.基于Proteus和Keil C51的单片机设计与仿真M. 北京：电子工业出版社，2012【8】 冯丽媛，等. MCS-51单片机实践与应用M. 北京：机械工业出版社，2012【9】 王悦凯.51单片机系统入门、扩展、应用开发学习手册：案例详解版M. 北京：中国铁道出版社，2013【10】 雷伏容，等.51单片机常用模块设计查询手册M. 北京：清华大学出版社，2