【正文】 題 目 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 引言 ................................................................................................................................. 1 方案設(shè)計(jì) .......................................................................................................................... 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(shè)計(jì) .......................................................................................................................... 9 單元電路設(shè)計(jì) ..................................................................................................................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(bǔ)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(cè)試 ................................................................................................................. 15 整體測(cè)試 ........................................................................................................................ 16 結(jié)論 ............................................................................................................................... 18 參考文獻(xiàn)： .................................................................................................................... 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(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分 ,溫室大棚測(cè)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析 ,結(jié)合作物生長(zhǎng)規(guī)律 ,控制環(huán)境條件 ,使作物在不適宜生長(zhǎng)的反季節(jié)中 ,可獲得比室外生長(zhǎng)更優(yōu)的環(huán)境條件 ,從而使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。 本 系統(tǒng) 主要針對(duì)溫室內(nèi)溫度、濕度 ，光照強(qiáng)度 ,以及二氧化碳濃度 ,設(shè)計(jì)了 以單片機(jī)為 核心 的溫室大棚測(cè)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(jīng)濟(jì)性要求這三個(gè)方面之后 ,最終確定下位機(jī)以 STC89C516 單片機(jī)為控制核心 ,選用性價(jià)比比較高的傳感器 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、二氧化碳濃度的測(cè)量與控制。針對(duì)不同的參數(shù) ,管理 可以通過鍵盤人為設(shè)定作物所期望的上、下限值。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫濕度、二氧化碳濃度有任何一個(gè)參數(shù)越限 時(shí)單片機(jī)通過控制固態(tài)繼電器打開相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。為了便于系統(tǒng)的調(diào)試、移植、修改 ,軟件設(shè)計(jì)以 C語(yǔ)言為基礎(chǔ) ,采用模塊化設(shè)計(jì) ,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(chǔ)和轉(zhuǎn)換 處理等模塊。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中 ，我們參考國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它們主要是采用高精度的傳感器測(cè)量溫室環(huán)境參數(shù)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其主要問題在于價(jià)格較昂貴，一般的農(nóng)民對(duì)于其價(jià)格是難以接受的，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí) 充分考慮到性價(jià)比 ,選用價(jià)格低、性能穩(wěn)定的元器件 ，設(shè)計(jì)出價(jià)格低廉且實(shí)用的溫室大棚環(huán)境測(cè)控系統(tǒng) 。通過運(yùn)行調(diào)試 ,試驗(yàn)結(jié)果與設(shè) 計(jì)期望一致。該測(cè)控 系統(tǒng) 具有使用簡(jiǎn)單、成本較低和工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn) ,不僅可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)大棚 ,也可以應(yīng)用在恒溫濕的機(jī)械加工廠、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面 ,所以具有一定的推廣價(jià)值。 方案設(shè)計(jì) 一．方案選擇 方案一：采用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示各環(huán)境參量方式 整個(gè)系統(tǒng)通過核心單片機(jī)實(shí)時(shí)讀取溫度濕度傳感器、 CO2 傳感器、光敏電阻的測(cè)量參數(shù)值，并實(shí)時(shí)顯示在 LED 數(shù)碼管上，顯示當(dāng)前溫室環(huán)境的各個(gè)參數(shù)情況，供溫室管理人員作參考，以決定是否采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。該系統(tǒng)通過 4*4 矩陣鍵盤設(shè)定相關(guān)環(huán)境參量的上下限值，當(dāng)測(cè)量參數(shù)超過所設(shè)定的上下限的值 時(shí)，蜂鳴器響，發(fā)出警報(bào)，提示管理人員進(jìn)行補(bǔ)償。 2 硬件框圖： 軟件流程圖： STC89C52單片機(jī) 8 位數(shù)據(jù) DS18b20 溫傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 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(qiáng)弱 74HC573 鎖存器 蜂鳴器（報(bào)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(shí)定時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)用外接 ROM 存儲(chǔ)下來(lái)，大棚管理人員能通過鍵盤按鍵設(shè)置環(huán)境參量的上下限，設(shè)置溫室大棚環(huán)境補(bǔ)償模式（自動(dòng)補(bǔ)償，定時(shí)補(bǔ)償，手動(dòng)補(bǔ)償），也可控制單片機(jī)讀取外接 ROM 中存儲(chǔ)的各個(gè)參量在某一時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，并顯示在 1602 液晶上，便于管 理人員統(tǒng)計(jì)該段時(shí)間各個(gè)環(huán)境參量的變化情況，繪制相應(yīng)的曲線。 硬件框圖： 設(shè)置定時(shí)測(cè)量時(shí)間10 分鐘，開定時(shí)器 系統(tǒng)初始化 定時(shí)時(shí)間到？ 保持顯示數(shù)值， 等待定時(shí)時(shí)間到 測(cè)量實(shí)時(shí)環(huán)境參量值 ,保存在相應(yīng)的變量中 數(shù)碼管顯 示測(cè)量的環(huán)境參量值 是否超過上下限 蜂鳴器報(bào)警，并控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)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(qiáng)弱 E2PROM STC89C55 片機(jī) 通過單總線方式 DHT21 溫濕度傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換 光敏電阻 CO2 傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換 繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償 4*4 矩陣鍵盤 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 系統(tǒng)初始化 按鍵有無(wú)？ 設(shè)置環(huán)境參量補(bǔ)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(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償 Y N Y N 圖 4 5 方案三：采用無(wú)線模塊傳輸數(shù)據(jù)， PC 機(jī)接收數(shù)據(jù)顯示動(dòng)態(tài)曲線 該方案突出特點(diǎn)是采用了無(wú)線方式傳輸所測(cè)參量值給 PC 機(jī)， PC 機(jī)接收數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制出各個(gè)測(cè)量參量隨時(shí)間變化的曲線圖，便于大棚管理人員觀察該段時(shí)間內(nèi)各個(gè)參量的變化情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，且根據(jù)曲線規(guī)律來(lái)設(shè)置參量的補(bǔ)償方式，如定時(shí)補(bǔ)償，以實(shí)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(dá)到高產(chǎn)、高效的目的。 硬件框圖： 流程框圖： 無(wú)線發(fā)射模塊RF4332 STC89C52 單片機(jī) （ 1） 通過單總線方式 DHT21 溫濕度傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換 光敏電阻 CO2 傳感器 ADC 0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換 無(wú)線接收模塊RF4332 STC89C52 單片機(jī) （ 2） 串口 PC 機(jī) 繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償 圖 5 6 方案四：采用 12864 液晶顯示，查看參量隨時(shí)間變化曲線圖 本方案中采取了在 12864 液晶屏實(shí)時(shí)顯示各個(gè)參量值，同時(shí)通過按鍵和現(xiàn)實(shí)模塊設(shè)置相關(guān)參量的范圍，補(bǔ)償模式，讀取記錄，查看參量隨時(shí)間的曲線圖。而定時(shí)讀取各個(gè)傳感器所測(cè)參量值 系統(tǒng)初始化 是否超出上下限 收到單片 機(jī)（ 2）請(qǐng)求？ 發(fā)送響應(yīng)，并將各參量數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)（ 2） 控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償 Y N Y N 初始化 單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)送給 PC 機(jī) 接收到單片機(jī)（ 1）的響應(yīng)？ PC 機(jī)接收數(shù)據(jù)并繪制相應(yīng)的曲線，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存。 單片機(jī)（ 2）接收 PC機(jī)通過串口發(fā)送的數(shù)據(jù)，并控制無(wú)線模塊向單片機(jī)（ 1）發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求？ Y N Y N 單片機(jī) (1) 流程圖 單片機(jī) (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(shè)置查看 24C16 中的記錄的數(shù)據(jù)，來(lái)繪制某一參 量隨時(shí)間變化的曲線圖。 流程框圖： STC89C516 單片機(jī) 24C16 串行 E2PROM 中斷 74LS21 四輸入與門 4 個(gè)按鈕的鍵盤 繼電器控制