【正文】 比較低廉、工作穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)已經(jīng)成為了微控制器的首選產(chǎn)品 ② DHT11作為溫濕度傳感器 由于模擬溫濕度傳感器傳輸不穩(wěn)定，易受干擾，而且其需要大量的外部器件作為配合才能夠完成溫濕度采集，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫濕度傳感器 DHT11。 本設(shè)計(jì)的主要工作 鑒于大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)研究了以單片機(jī)和數(shù)字式溫濕度傳感器為核心部件的大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)線路上傳送的是模擬信號(hào)，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大。農(nóng)業(yè)環(huán)境以高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)為目的的科技控制手段，有利于推動(dòng)溫室技術(shù)設(shè)備的大面積推廣，縮小與國外技術(shù)的差距，加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。這就要采用現(xiàn)場總線技術(shù)對溫濕度進(jìn)行采集和控制。 PC 軟件上位機(jī)是本課題提供的一個(gè)額外的新方案，采用 python 編程語言，利用其開發(fā)速度快的優(yōu)點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出了一個(gè)簡單的軟 件上位機(jī)平臺(tái)，軟件上位機(jī)可以和硬件上位機(jī)可以輕松組成一個(gè)冗余系統(tǒng)。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) [論 文 ] 題 目： 基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 摘 要 本課題以遠(yuǎn)程大棚溫濕度監(jiān)控為研究目的，數(shù)據(jù)采集部分采用 51 單片機(jī)和DHT11 單總線數(shù)字式溫濕度傳感器，數(shù)據(jù)傳輸部分采用 485 總線電平標(biāo)準(zhǔn)。本課題根據(jù)市場的情況開發(fā)出了一個(gè)硬件上位機(jī)平臺(tái)，其采集到溫濕度信息后通過 1602 液晶進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。伴隨農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，溫濕度測量需求越來越多，也越來越重要，但是在許多特定環(huán)境溫度檢測環(huán)境范圍大、精度要求高。解決這些問題的關(guān)鍵在于我國農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)農(nóng)工業(yè)向以高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代科技農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。 大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 目前，大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)大多采用模擬溫度檢測傳感器， AD轉(zhuǎn)換芯片以及單片機(jī)構(gòu)成的傳輸系統(tǒng)，這種溫濕度度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。這樣很可能導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過程中失真和變形。 STC具有串口 ISP功能，可以很方便的通過串口進(jìn)行 flash的在線燒寫。 ③ 采用串口通信 STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)串口資源，可以用于串口通信。 第 2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要構(gòu)成 本大棚遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)測系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、上位機(jī)平臺(tái)三大部分構(gòu)成。例如：當(dāng)溫濕度采集點(diǎn)接收到遠(yuǎn)方上位機(jī)發(fā)送來的請求溫濕度數(shù)據(jù)時(shí)，其會(huì)立即采集大棚內(nèi)的溫濕度信息，然后通過 485總線把采集到的溫濕度信息發(fā)送給上位機(jī)。 ① 大棚通風(fēng)機(jī)主要完成大棚內(nèi)濕度的控制，當(dāng)大棚通風(fēng)機(jī)接收到狀態(tài)控制器的控制信息的時(shí)候，其會(huì)啟動(dòng)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的濕度，直到接收到狀態(tài)控制器的停止指令為止。當(dāng)需要對大棚通風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制的時(shí)候，向狀態(tài)控制器發(fā)送大棚通風(fēng)機(jī)控制指令。其中硬件上位機(jī)和軟件上位機(jī)構(gòu)成冗余系統(tǒng)，正常情況下硬件上位機(jī)工作，當(dāng)硬件上位機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以切換到軟件上位機(jī)系統(tǒng)。大棚種植中最重要的兩個(gè)指標(biāo)就是溫濕度，大棚溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)大棚種植自動(dòng)化系統(tǒng)。 此三個(gè)模塊分別為溫濕度采集點(diǎn)、硬件上位機(jī)、軟件上位機(jī)。單片機(jī)串口處于監(jiān)聽通信狀態(tài)，一旦串口接收到和和自己相關(guān)的特定字符串就開始一次溫濕度度采集，采集完后立即通過串口發(fā)送。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程的雙向全雙工串行通信接口，簡稱串口；該串口有 4種工作方式，以適用于不同場合；其波特率由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，可由軟件設(shè)置；接收和發(fā)送均可工作在查詢模式和中斷模式，比較靈活。 ② 方式 1： 當(dāng) SM0 SM1=01時(shí)，串口以該方式工作，此時(shí)的串口為 8位異步通信接口。 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器 簡介 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。每個(gè) DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。 在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 產(chǎn)品為 4針單排引腳封裝。 下圖中 DATA1為 。 通信過程 通信時(shí)序圖如下圖所示： 圖 DHT11通信時(shí)序圖 一次正常的數(shù)據(jù)讀取應(yīng)該如下： 初始化階段： ①主機(jī)拉低總線 18ms或大于 18ms， DHT11模塊被喚醒。 數(shù)據(jù)包傳輸階段： ⑤總線被模塊拉低后開始第一位的傳輸 每一 bit數(shù)據(jù)都以 50us低電平時(shí)隙開始，高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0還是 1，若高電平時(shí)間小于 30us此位為 0，若高電平時(shí)間大于 30us此位為 1。 C語言介紹 C語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它既具有高級語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。具有高效、靈活、功能豐富、表達(dá)力強(qiáng)和較高的可移植性等特點(diǎn)，在程序員中備受青睞。不懂得單片機(jī)的指令集，也能夠編寫完美的單片機(jī)程序；無須懂得單片機(jī)的具體硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際的專業(yè)水平的程序；不同函數(shù)的數(shù)據(jù)實(shí)行覆蓋，有效利用片上有限的 RAM空間；程序具有堅(jiān)固性：數(shù)據(jù)被破壞是導(dǎo)致程序運(yùn)行異常的重要因素。 01號(hào)溫濕度采集點(diǎn)程序用到了三個(gè)文件，分別是 、 、 。//聲明一個(gè)外部函數(shù) Eelay_1ms() extern unsigned char DHT11_ReadTempAndHumi()。 //定義 全局變量 static unsigned char value_array[SIZE]。 for(x=ms。y)。a)。i0。 //wait up DHT11_Delay_10us()。 while(dht11==1)。 Delay_1ms(20)。 DHT11_Delay_10us()。 //DATA 線 被 DHT11 拉低，等待拉低結(jié)束 dht11=1。i++) //DATA 線 被 DHT11 拉高，等待 拉高結(jié)束 { value_array[i]=DHT11_ReadValue()。其算法如下圖： 圖 01溫濕度采集點(diǎn) 算法 ： include //導(dǎo)入 文件 include //導(dǎo)入 文件 //include include //導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫 unsigned char flag,a。 TH1=0xfd。 ES=1。//將 temp_value 賦值為 P1 口，用于程序測試，可刪 flag=0。 //等待發(fā)送完畢 TI=0。 //發(fā)送中斷標(biāo)志置 0 ES=1。 //若接收到的數(shù)據(jù)位 0x01， flag 置 1 } 02 號(hào)采集點(diǎn)程序也是用到了 3個(gè)文件，分別是 、 、 。 TMOD=0x20。 EA=1。 //將 temp_value 賦值給 P1，用于程序測試，可刪 flag=0。//等待發(fā)送完畢 TI=0。 //發(fā)送中斷標(biāo)志清零 ES=1。 //若為 0x02， flag 置 1 } 第 4章 硬件上位機(jī)的設(shè)計(jì) 工作原理 硬件上位機(jī)采用了 STC89C52 單片機(jī)作為核心微控制器、串口作為通信手段、485 作為通信電平標(biāo)準(zhǔn)、 LCD1602 作為顯示終端的設(shè)計(jì)方案。它由若干個(gè) 5X7或者 5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。 第 5腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平 1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 0時(shí)進(jìn)行寫操作。 15腳背光正極， 16腳背光負(fù)極。串口再次發(fā)送 0x01...... 宏定義和預(yù)處理 在程序的開始部分要進(jìn)行位聲明，庫函數(shù)引用聲明。 //鎖存器相關(guān)引腳聲明，可刪 sbit wela=P2^7。也可以采用 char 數(shù)據(jù)類型。//LCD 第二行顯示部分 子函數(shù)設(shè)計(jì) 由于程 序內(nèi)部要用到大量的相同的操作，所以定義了一些經(jīng)常重復(fù)使用的函數(shù)。 for 語句延時(shí)常常用于毫秒級的延時(shí)，延時(shí)所用到的算法如下： 圖 delayms算法流程圖 void delayms(unsigned char xms)//定義 delayms 函數(shù) 參數(shù)類型為 unsigned char { unsigned char i,j。j0。程序流程如下 ： 圖 1602寫命令子函數(shù)流程圖 void write_(unsigned char )//定義 write_ 函數(shù) {lcdrs=0。 //lcden 置 1 delayms(5)。程序流程如下： 圖 1602寫數(shù)據(jù)子函數(shù)流程圖 void write_data(unsigned char da) //定義寫數(shù)據(jù)子函數(shù) { lcdrs=1。 //lcden 置 1 delayms(5)。 //lcdrw 置 0，進(jìn)入寫模式 dula=0。 //lcden 置為低電平 write_(0x38)。 //顯示清零，數(shù)據(jù)指針清 0 } main函數(shù)和中斷函數(shù)設(shè)計(jì) main 函數(shù)設(shè)計(jì)： ① 進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化 ② 進(jìn)入主循環(huán)。 //定義一個(gè)全局變量 xx，刷新液晶時(shí)使用 aa=0。 //d 初始化為 0 flag=0。 TH1=0xfd。 SM0=0。 //串口初始化 init()。 SBUF=0x01。 delayms(200)。 SBUF=0x02。 delayms(200)。 //第一個(gè)采集點(diǎn)的濕度信息轉(zhuǎn)化為 2個(gè)字符型 table1[14]=b%10+48。 //第二個(gè)采集點(diǎn)的濕度信息轉(zhuǎn)化為 2個(gè)字符型 table2[14]=d%10+48。xx++) //1602 顯示溫濕度信息 { write_data(table1[xx])。xx16。 void serial()interrupt 4 //中斷函數(shù) { RI=0。 else if(num==2) //當(dāng) num=2 為第一個(gè)溫濕度采集點(diǎn)濕度數(shù)據(jù) b=SBUF。再次通過串口向溫濕度采集點(diǎn) 2 發(fā)送 0x02 讀取返回的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來。 python 語言簡介 python 是一種解釋型、面向?qū)ο蟆?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型的高級程序設(shè)計(jì)語言。自從 2021 年以后， python 的使用率是呈線性增長。而 python 專用的科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展庫就更多了，例如如下 3 個(gè)十分經(jīng)典的科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展庫： NumPy、 SciPy 和matplotlib，它們分別為 python 提供了快速數(shù)組處理、數(shù)值運(yùn)算以及繪圖功能。它的語法表達(dá)優(yōu)美易讀。利用 C 和 C++可以對它進(jìn)行擴(kuò)充。包括圖像、聲音。 pyserial pyserial是 python的一個(gè)擴(kuò)展庫，專門為串口軟件開發(fā)而設(shè)計(jì)。列表和字典類型都具有可變性。 python強(qiáng)制縮進(jìn) python語言是一種清晰的語言的另一個(gè)意思是，它的作者有意的設(shè)計(jì)限制性很強(qiáng)的語法，使得不好的編程習(xí)慣（例如 if語句的下一行不向右縮進(jìn)）都不能通過編譯。如果縮進(jìn)不符合 python要求會(huì)直接報(bào)錯(cuò)。 pyserial 和 pygame的模塊包可以直接從網(wǎng)上下載， pyserial依賴 pywin32模塊，使用 pyserial之前必須要安裝 pywin32模塊。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。 :39。