【正文】 erature and humidity sensor, and the LCD1602 to display the messages. The SHT10 uses a timing sequence much like the I2C to municate with the microcontroller. Because it’s a highly integrated chip, it already includes an analog to digital converter. Therefore, it’s quite convenient to use, and also accurate and durable. The LCD1602 can display two lines of messages, with the first line for temperature and the second line for humidity. The design can measure the temperature and humidity in a greenhouse, and then display it on a LCD1602. Meanwhile, it pares the data with the set limit. If the limit is exceeded, then the system will send out a warning using a buzzer and activate the temperature and humidity controlling equipment. Besides, the set limit can be modified with the independent keyboard. Through schematic design and Proteus simulation, the feasibility of this design has been proved.Keywords: STC89C52RC, SHT10, I2C bus, independent keyboard, temperature and humidity control目 錄1 前言 12 總體方案設(shè)計(jì) 3 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 3 可靠性 3 性價(jià)比 3 方案比較 4 方案一 4 方案二 4 方案論證 5 方案選擇 53 單元模塊設(shè)計(jì) 6 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 6 液晶顯示模塊 8 溫濕度傳感器模塊 8 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 9 輸出電路設(shè)計(jì) 10 電源的設(shè)計(jì) 12 按鍵電路設(shè)計(jì) 13 串口通信電路 14 元件清單 15 關(guān)鍵器件的介紹 17 STC89C52RC 17 SHT10溫濕度傳感器 194 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu) 22 主要模塊的設(shè)計(jì)流程框圖 24 主程序流程圖 24 SHT10子程序流程圖 25 LCD1602子程序流程圖 27 輸出控制子程序流程圖 28 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖 29 軟件設(shè)計(jì)所用工具 31 Keil uVision4 31 Proteus 315 系統(tǒng)調(diào)試 32 用Proteus搭建仿真總圖 32 用Keil對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、編譯 336 結(jié)論 36 系統(tǒng)的功能 36 系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù) 36 系統(tǒng)功能分析 367 總結(jié)與體會(huì) 388 致謝 399 參考文獻(xiàn) 40附錄1 系統(tǒng)的電路原理圖 41附錄2 系統(tǒng)仿真總圖 42附錄3 系統(tǒng)實(shí)物照片 43附錄4 系統(tǒng)源程序 44附錄5 英文參考資料 461 中文翻譯 462 英文原文 491 前言溫室大棚作為一種高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比具有很大的優(yōu)點(diǎn)。這種設(shè)施系統(tǒng)可以從簡(jiǎn)易到全自動(dòng)控制，適宜各種狀況下的選擇，特別是對(duì)于日光溫室、塑料大棚，相對(duì)投資較少。晴天在傍晚關(guān)窗至次日早晨開(kāi)窗前溫室維持在高濕度。因此，非常有必要使用一套溫濕度控制系統(tǒng)，以維持溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度在一個(gè)合適的范圍，實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)農(nóng)作物的水分、養(yǎng)分的有效供給，提高光合作用的效率，從而達(dá)到增產(chǎn)目的。這要求我們提高溫濕度檢測(cè)與控制技術(shù)，來(lái)滿足對(duì)溫室大棚建設(shè)的需要。 2 總體方案設(shè)計(jì) 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求本文要設(shè)計(jì)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，要能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行采集，將其顯示在LCD1602液晶顯示器上，然后與設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較，如果超出限制則啟動(dòng)溫度、濕度控制設(shè)備，并通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，直到溫濕度回到規(guī)定的范圍。5%RH；（5）測(cè)濕范圍：0～100%RH；（6）通過(guò)鍵盤(pán)電路修改上下限：有；（6）溫濕度報(bào)警：有； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 可靠性可靠性是在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該優(yōu)先考慮的一個(gè)因素，一個(gè)控制系統(tǒng)必須要能穩(wěn)定、可靠地工作，才能投入到生產(chǎn)實(shí)踐中去。 性價(jià)比性價(jià)比也是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所要考慮的重要因素。而且PLC抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，這一點(diǎn)已被長(zhǎng)期的工業(yè)控制實(shí)踐所證明。溫濕度傳感器 單片機(jī)加熱器制冷器加濕器除濕器鍵盤(pán)輸入 蜂鳴器報(bào)警繼電器液晶顯示溫室大棚 用單片機(jī)作為主控制器的控制系統(tǒng) 方案論證從功能上看，兩種控制器都能滿足要求。從價(jià)格方面上看，單片機(jī)就比PLC具有很大的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控制器。外部時(shí)鐘方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)從XTAL1或XTAL2送入單片，一般用于有多個(gè)單片機(jī)的情況，所以本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，選用12M的晶振和兩個(gè)30pF的電容與片內(nèi)的高增益反相放大器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。因此上電的時(shí)候就要讓單片機(jī)復(fù)位一次；在運(yùn)行過(guò)程中，如果程序出錯(cuò)，也需要進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。隨著充電的繼續(xù)進(jìn)行，電流會(huì)逐漸減小，電阻兩端的電壓UR=IR也逐漸減小，即RST引腳的電勢(shì)逐漸減小。 液晶顯示模塊測(cè)量到的溫濕度值將顯示到液晶屏LCD1602上，它可以顯示2行，每行16個(gè)字符。它與單片機(jī)的接口電路如下圖所示： LCD1602與單片機(jī)的接口電路 溫濕度傳感器模塊溫濕度傳感器選用瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT10。因此，從滿足大棚溫濕度監(jiān)測(cè)的要求來(lái)看，SHT10已經(jīng)足夠，故選用SHT10。蜂鳴器為一種采用一體化結(jié)構(gòu)的電子器件， 采用了直流電壓來(lái)供電，廣泛的應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、復(fù)印機(jī)、電子玩具、電話機(jī)、汽車(chē)電子設(shè)備、定時(shí)器等電子產(chǎn)品之中用作發(fā)聲器。報(bào)警電路設(shè)計(jì)如下圖： 報(bào)警電路圖蜂鳴器工作電流一般為10mA，而單片機(jī)的I/O口只能承受幾毫安的電流，因此需要加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。光耦的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般電流只能達(dá)到30mA左右，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器，因此再加一個(gè)三極管放大電流。51單片機(jī)P0口所能承受的灌電流最大，可以達(dá)到26mA。繼電器選用5V的，驅(qū)動(dòng)繼電器需要大約100mA的電流，也就是說(shuō)驅(qū)動(dòng)繼電器的三極管的集電極電流為Ic=100mA。在這里，TLP5214的電流傳輸比為50%，輸出端我們剛才算出的電流Io=Ib=1mA，所以輸入端電流IF最小為2mA，由于電流很小時(shí)光耦處于死區(qū)，因此要選大點(diǎn)，這里選擇IF=10mA。 電源的設(shè)計(jì) 電源電路電源電路是整個(gè)系統(tǒng)中非常重要的一部分，本設(shè)計(jì)中主要用到直流5V電源。因此需要濾波電路將紋波濾掉。需要注意的是，470uF的大電容可以濾低頻，為什么不能濾高頻，？從理論上來(lái)說(shuō)大電容應(yīng)該高頻、低頻都可以，但是由于制造工藝的原因，電解電容的容值做得很大時(shí)，它就不再是一個(gè)單純的電容了，它等效于一個(gè)電容串聯(lián)一個(gè)電感。并聯(lián)在LM7805兩端的二極管起保護(hù)作用，避免在短路等情況下LM7805輸出端的電壓比輸入端高，從而燒壞LM7805。矩陣式鍵盤(pán)較為復(fù)雜，一般用于按鍵數(shù)目較多，而單片機(jī)可用的I/O口又比較有限時(shí)。本設(shè)計(jì)中的鍵盤(pán)是低電平有效。其中，RS一232是PC機(jī)與通信工業(yè)中使用最早的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。MAX232是MAXIM公司專為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V電源供電。打頭的字母“T”表示TTL電平，“R”表示RS232電平。MAX232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供EIA/TIA232E電平。① STC89C52RC的主要性能參數(shù)（1）增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼與傳統(tǒng)8051單片機(jī)是兼容的。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫(xiě)入每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。對(duì)端口寫(xiě)入“1”時(shí)，該引腳被懸空，由內(nèi)部的上拉電阻把引腳拉到高電平，這時(shí)候可以作為輸入口使用，此時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部自帶上拉電阻，所以被外部器件拉低電壓的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。當(dāng)它被當(dāng)作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部自帶上拉電阻，該引腳在被外部元器件拉低電平的時(shí)侯會(huì)有電流輸出。對(duì)P3口進(jìn)行寫(xiě)入“l(fā)”時(shí)，被內(nèi)部的上拉電阻拉高且可以作為一個(gè)輸入端口。RST：復(fù)位輸入端。∕EA∕VPP：當(dāng)∕EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部存儲(chǔ)器（0000H~FFFH），不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端。傳感器在一塊微型電路板上集成了信號(hào)處理電路和傳感元件，由于自帶ADC，所以輸出數(shù)字信號(hào)。SHT10可以用來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)?！?，濕度的測(cè)量誤差為177。A，休眠時(shí)3181。在微控制器向SHT10進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程中，必須要保證數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘線為高電平段時(shí)穩(wěn)定。后續(xù)的命令包含3個(gè)地址（目前支持“000”）和5個(gè)命令位，具體命令集見(jiàn)表4。確切時(shí)間與內(nèi)部的晶振速度有關(guān)，最多會(huì)有177。接著會(huì)傳輸2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)以及1個(gè)字節(jié)的CRC奇偶校驗(yàn)。此程序流程包括五個(gè)部分，第一部分是主程序，其描述總體結(jié)構(gòu)；第二部分是SHT10溫度采集程序，其功能是通過(guò)SHT10傳感器采集溫濕度值，并進(jìn)行修正；第三部分是LCD1602顯示子程序，對(duì)LCD1602進(jìn)行初始化，將溫濕度進(jìn)行顯示；第四部分是輸出控制子程序，對(duì)設(shè)定值和實(shí)際值進(jìn)行判斷以決定是否進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)；第五部分是按鍵輸入電路，用來(lái)修改溫濕度上下限值。對(duì)于變量也是如此，如果某個(gè)變量也在其他C文件中使用，那么要在一個(gè)C文件總將它定義為全局變量，即在函數(shù)外面定義。復(fù)位時(shí)序和啟動(dòng)傳輸時(shí)序可通過(guò)依次拉低或拉高時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，因而實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單；而寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序就比較復(fù)雜。 LCD1602子程序流程圖開(kāi)始LCD1602初始化設(shè)置首行數(shù)據(jù)指針寫(xiě)入首行字符設(shè)置第二行數(shù)據(jù)指針寫(xiě)入第二行字符結(jié)束 LCD1602子程序流程圖 輸出控制子程序流程圖開(kāi)始返回主程序溫度、濕度是否超出上下限？啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備蜂鳴器報(bào)警溫濕度是否回到限定值內(nèi)？停止報(bào)警停止溫濕度控制設(shè)備溫濕度是否留有足夠的裕量？結(jié)束NoYesYesYesNoNo 輸出控制子程序 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖開(kāi)始退出鍵盤(pán)子程序延時(shí)10ms退出鍵盤(pán)子程序上限或下限加一或減一？No？YesYesNo？？YesNo YesNo鍵盤(pán)掃描子程序?yàn)榱朔乐苟秳?dòng)，按鍵電路中都要消抖的措施，本設(shè)計(jì)中是采用的軟件消抖，在單片機(jī)檢測(cè)到某個(gè)鍵按下后，延時(shí)10ms再監(jiān)測(cè)，如果仍然按下，才視為按下了該鍵。設(shè)置好以后，按S4退出設(shè)置。Keil C51整合了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具。Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA軟件的仿真功能，還可以對(duì)單片機(jī)及其外圍器件進(jìn)行仿真，是目前在這方面做得最好的EDA工具軟件。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 為了使仿真圖看起來(lái)更整潔，我們部分電路連線選擇連線標(biāo)簽?zāi)Ｊ?，以單片機(jī)19引腳為例，將其用線引出，在窗口中輸入X1得到此效果 若要對(duì)某個(gè)元件或一部分電路做出說(shuō)明，則單擊任務(wù)欄中的Text Script ，在界面中輸入文字即可?，F(xiàn)在開(kāi)始在右邊的主界面編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，編寫(xiě)完成后為了把程序燒錄到單片機(jī)上，還需要把它轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，生成hex文件：右擊工程視圖窗口中的Target1，選擇Options for Target “target1” 把Output選項(xiàng)卡里面的Create HEX File 前面的勾打上，這樣編譯后會(huì)生成機(jī)器碼，如圖所示。當(dāng)溫度不僅回到上下限以內(nèi)，而且留有一定裕量后，停止溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。%完成液晶屏顯示用LCD1602顯示完成超限報(bào)警用蜂鳴器報(bào)警完成修改上下限通過(guò)獨(dú)立式鍵盤(pán)修改完成輸出控制通過(guò)光耦、繼電器控制完成 系統(tǒng)功能分析該大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)能通過(guò)獨(dú)立式鍵盤(pán)設(shè)置溫濕度上下限，通過(guò)LCD1602顯示溫濕度，并在超限的情況下報(bào)警、啟動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備。但是由于本次設(shè)計(jì)用到的按鍵不多，只有五個(gè)，功能比較簡(jiǎn)單，而且單片機(jī)工作比較空閑，因此使用的是查詢方式來(lái)處理鍵盤(pán)的輸入。這