【正文】 題 目 室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計 目錄 引言 ................................................................................................................................. 1 方案設計 .......................................................................................................................... 1 一．方案選擇 ............................................................................................................ 1 二．方案確定 ............................................................................................................ 8 三．理論分析與方案論證 .......................................................................................... 9 總體設計 .......................................................................................................................... 9 單元電路設計 ..................................................................................................................11 一、溫濕度傳感器模塊 .............................................................................................11 二、光敏電阻模塊 ....................................................................................................11 三、 CO2 傳感器模塊 ............................................................................................... 12 四、鍵盤模塊 .......................................................................................................... 13 五、繼電器及補償模塊 ............................................................................................ 14 六、 24C16 外接 ROM 模塊 ...................................................................................... 14 七、 12864 液晶模塊 ................................................................................................ 14 八、電源模塊 .......................................................................................................... 15 單元電路測試 ................................................................................................................. 15 整體測試 ........................................................................................................................ 16 結論 ............................................................................................................................... 18 參考文獻： .................................................................................................................... 18 附錄 ............................................................................................................................... 20 附錄一：整體電路圖 ............................................................................................... 20 附錄二：程序清單 ................................................................................................... 21 1 引言 溫室是設施農業(yè)的重要組成部分 ,溫室大棚測控系統(tǒng)是實現(xiàn)溫室生產管理自動化、科學化的基本保證。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析 ,結合作物生長規(guī)律 ,控制環(huán)境條件 ,使作物在不適宜生長的反季節(jié)中 ,可獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件 ,從而使作物達到優(yōu)質、高產、高效的栽培目的。 本 系統(tǒng) 主要針對溫室內溫度、濕度 ，光照強度 ,以及二氧化碳濃度 ,設計了 以單片機為 核心 的溫室大棚測控系統(tǒng)的軟硬件 系統(tǒng) 。綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經濟性要求這三個方面之后 ,最終確定下位機以 STC89C516 單片機為控制核心 ,選用性價比比較高的傳感器 ,實現(xiàn)對溫濕度、二氧化碳濃度的測量與控制。針對不同的參數(shù) ,管理 可以通過鍵盤人為設定作物所期望的上、下限值。當單片機檢測到溫濕度、二氧化碳濃度有任何一個參數(shù)越限 時單片機通過控制固態(tài)繼電器打開相應的執(zhí)行機構進行補償。為了便于系統(tǒng)的調試、移植、修改 ,軟件設計以 C語言為基礎 ,采用模塊化設計 ,主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤顯示模塊以及數(shù)據(jù) 存儲和轉換 處理等模塊。 在系統(tǒng)設計過程中 ，我們參考國內外溫室測控系統(tǒng)的設計，它們主要是采用高精度的傳感器測量溫室環(huán)境參數(shù)，通過計算機進行遠程控制，其主要問題在于價格較昂貴，一般的農民對于其價格是難以接受的，所以我們在設計系統(tǒng)時 充分考慮到性價比 ,選用價格低、性能穩(wěn)定的元器件 ，設計出價格低廉且實用的溫室大棚環(huán)境測控系統(tǒng) 。通過運行調試 ,試驗結果與設 計期望一致。該測控 系統(tǒng) 具有使用簡單、成本較低和工作穩(wěn)定可靠等特點 ,不僅可以應用在農業(yè)大棚 ,也可以應用在恒溫濕的機械加工廠、室內環(huán)境監(jiān)測等方面 ,所以具有一定的推廣價值。 方案設計 一．方案選擇 方案一：采用數(shù)碼管實時顯示各環(huán)境參量方式 整個系統(tǒng)通過核心單片機實時讀取溫度濕度傳感器、 CO2 傳感器、光敏電阻的測量參數(shù)值，并實時顯示在 LED 數(shù)碼管上，顯示當前溫室環(huán)境的各個參數(shù)情況，供溫室管理人員作參考，以決定是否采取相應的補償措施。該系統(tǒng)通過 4*4 矩陣鍵盤設定相關環(huán)境參量的上下限值，當測量參數(shù)超過所設定的上下限的值 時，蜂鳴器響，發(fā)出警報，提示管理人員進行補償。 2 硬件框圖： 軟件流程圖： STC89C52單片機 8 位數(shù)據(jù) DS18b20 溫傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉 換 芯片 光敏電阻 CO2 傳感器 4*4 矩陣鍵盤 數(shù)碼管顯示溫度、濕度、 CO2 濃度以及光照的強弱 74HC573 鎖存器 蜂鳴器（報警） 圖 1 濕敏電阻 3 方案二：采用 1602 液晶顯示方式 該方案采用 1602 液晶顯示的方式顯示環(huán)境參量值，同時定時測量的數(shù)據(jù)用外接 ROM 存儲下來，大棚管理人員能通過鍵盤按鍵設置環(huán)境參量的上下限，設置溫室大棚環(huán)境補償模式（自動補償，定時補償，手動補償），也可控制單片機讀取外接 ROM 中存儲的各個參量在某一時間內的數(shù)據(jù)，并顯示在 1602 液晶上，便于管 理人員統(tǒng)計該段時間各個環(huán)境參量的變化情況，繪制相應的曲線。 硬件框圖： 設置定時測量時間10 分鐘，開定時器 系統(tǒng)初始化 定時時間到？ 保持顯示數(shù)值， 等待定時時間到 測量實時環(huán)境參量值 ,保存在相應的變量中 數(shù)碼管顯 示測量的環(huán)境參量值 是否超過上下限 蜂鳴器報警，并控制相關設備進行補償 Y Y N N 圖 2 4 軟件流程圖： 圖 3 1602 顯示溫度、濕度、 CO2 濃度以及光照的強弱 E2PROM STC89C55 片機 通過單總線方式 DHT21 溫濕度傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉 換 光敏電阻 CO2 傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉 換 繼電器控制相關設備進行補償 4*4 矩陣鍵盤 DS1302 實時時鐘芯片 系統(tǒng)初始化 按鍵有無？ 設置環(huán)境參量補償模式 讀取傳感器數(shù)值 1602 顯示 界面 是否超 過上下限？ 控制繼電器，使相關設備進行補償 Y N Y N 圖 4 5 方案三：采用無線模塊傳輸數(shù)據(jù)， PC 機接收數(shù)據(jù)顯示動態(tài)曲線 該方案突出特點是采用了無線方式傳輸所測參量值給 PC 機， PC 機接收數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)間對應關系，繪制出各個測量參量隨時間變化的曲線圖，便于大棚管理人員觀察該段時間內各個參量的變化情況，總結經驗，且根據(jù)曲線規(guī)律來設置參量的補償方式，如定時補償，以實現(xiàn)溫室大棚 的環(huán)境始終處于最優(yōu)的環(huán)境條件，使作物達到高產、高效的目的。 硬件框圖： 流程框圖： 無線發(fā)射模塊RF4332 STC89C52 單片機 （ 1） 通過單總線方式 DHT21 溫濕度傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉 換 光敏電阻 CO2 傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉 換 無線接收模塊RF4332 STC89C52 單片機 （ 2） 串口 PC 機 繼電器控制相關設備進行補償 圖 5 6 方案四：采用 12864 液晶顯示，查看參量隨時間變化曲線圖 本方案中采取了在 12864 液晶屏實時顯示各個參量值，同時通過按鍵和現(xiàn)實模塊設置相關參量的范圍，補償模式，讀取記錄，查看參量隨時間的曲線圖。而定時讀取各個傳感器所測參量值 系統(tǒng)初始化 是否超出上下限 收到單片 機（ 2）請求？ 發(fā)送響應，并將各參量數(shù)據(jù)傳輸給單片機（ 2） 控制相關設備進行補償 Y N Y N 初始化 單片機接收數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)送給 PC 機 接收到單片機（ 1）的響應？ PC 機接收數(shù)據(jù)并繪制相應的曲線，同時將數(shù)據(jù)保存。 單片機（ 2）接收 PC機通過串口發(fā)送的數(shù)據(jù)，并控制無線模塊向單片機（ 1）發(fā)送數(shù)據(jù)請求 PC 機發(fā)送數(shù)據(jù)請求？ Y N Y N 單片機 (1) 流程圖 單片機 (2) 流程圖 圖 6 7 在按鍵過程中液晶為菜單顯示模式，界面友好直觀，交互性好，還可通過按鍵設置查看 24C16 中的記錄的數(shù)據(jù)，來繪制某一參 量隨時間變化的曲線圖。 流程框圖： STC89C516 單片機 24C16 串行 E2PROM 中斷 74LS21 四輸入與門 4 個按鈕的鍵盤 繼電器控制