【正文】 ..................................36 第六章 總結(jié) ...........................................39 參考文獻(xiàn) ...............................................40 附錄一：外文文獻(xiàn)以及中文翻譯 ............................41 附錄二：程序 ...........................................50 附錄三：系統(tǒng)整體電路圖 ..................................62 附錄四：實(shí)物圖 .........................................63 謝 辭 .................................................64 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 課題研究的背景 溫濕度與人類的生活發(fā)展密不可分。在養(yǎng)殖場(chǎng)里我們可以看到各種牲畜都需要有個(gè)舒適安逸的環(huán)境才能長(zhǎng)得更快。但是近幾年來(lái)我國(guó)的溫度控制技術(shù)發(fā)展還不錯(cuò)，正在呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)。 作為一名學(xué)電子的學(xué)生，我們都知道，很多元器件以及儀器儀表的使用都需要一個(gè)嚴(yán)格的環(huán)境。 在整個(gè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)是我們控制的核心。通過(guò)這樣一個(gè)溫室大棚溫濕度天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 控制系統(tǒng)，確保適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸拳h(huán)境。該傳感器能夠同時(shí)采集溫度和濕度的當(dāng)前值，它告別 了過(guò)去要同時(shí)控制溫度傳感器和濕度傳感器兩個(gè)傳感器的測(cè)量，集兩個(gè)傳感器于一身，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的同時(shí)測(cè)量。當(dāng)不同的情況下，不同繼電器工作，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的一個(gè)閉合。綜合考慮各方面的要素，我們選取 DHT11 來(lái)作為這個(gè)模塊的芯片。 而那些溫濕度的范圍以及如何控制繼電器、蜂鳴器等的工作都通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。它采用了濕敏電阻這個(gè)核心部件，濕敏電阻的穩(wěn)定性不好，但是成本很低。它的屏幕有 2行。 （ 4） 液晶顯示模塊：用來(lái)顯示溫濕度實(shí)時(shí)信息以及當(dāng)前的時(shí)間，日歷。硬件系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是基礎(chǔ)，也是軟件設(shè)計(jì)的重要支撐和依據(jù)，根據(jù)上面的討論，我們最終選擇的是 STC89C52 這個(gè)單片機(jī)就可以滿足我們對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)的全部要求。不管是電阻還是電容我們都要選擇質(zhì)量好的。在串口通信的場(chǎng)合是很方便的。除此之外它還有兩種界面可以用來(lái)連接微處理器。 繼電器控制模塊 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 312 繼電器實(shí)物圖 圖 313 蜂鳴器內(nèi)部原理圖 繼電器就是一個(gè)自動(dòng)開關(guān)。同時(shí)繼電器工作，然后有色二極管發(fā)光提示。直到繼電器斷開的時(shí)候記下此時(shí)的電流值和電壓值。晶振在這里是給 DS1302 提供計(jì)時(shí)脈沖的。若列線全部都是高電平則說(shuō)明沒(méi)有按鍵被按下。 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的硬件和軟件開發(fā)是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的兩個(gè)過(guò)程，硬件和軟件的開發(fā)可以同時(shí)進(jìn)行，也可以在硬件邏輯設(shè)計(jì)中、后期開始軟件的設(shè)計(jì)。首先設(shè)置的是溫度的最高值，用矩陣鍵盤設(shè)置，兩位數(shù)，點(diǎn)擊 *鍵確認(rèn)。在調(diào)用 12864 液晶顯示的過(guò)程中，流程圖如圖： 圖 48 調(diào)用 LCD12864 液晶顯示流程圖 其中顯示溫濕度限值的程序流程圖如下： 圖 49 溫濕度限值設(shè)置流程圖 溫濕度控制模塊 溫度和濕度控制模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的核心內(nèi)容。將電路板和電腦相連接。提醒工作人員進(jìn)行一個(gè)升溫調(diào)整。從開始學(xué)習(xí)的時(shí)候就接觸了。點(diǎn)擊 *號(hào)確定。原理是一樣的。 從軟件工程角度而言是傳統(tǒng)的瀑布式模型，由可行性分析入手，如瀑布一樣逐步向下直至完成。 我們首先讓 P0 口的高四位為 0，低四位為 1。所以我們用矩陣鍵盤不僅僅可以使得整個(gè)電路板美觀，更重要的是這樣子可以減少單片機(jī)的端口的使用。因?yàn)檫@樣的繼電器不穩(wěn)定，對(duì)整個(gè)電路 來(lái)說(shuō)不容易控制。所以我們應(yīng)該正確地測(cè)量出繼電器的有關(guān)引腳和參數(shù)。 繼電器的工作原理：當(dāng)我們?cè)诰€圈兩端加上一定的電壓時(shí)，這個(gè)時(shí)候線圈中會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁感應(yīng)。 表 31 有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的對(duì)比 類型 區(qū)別 備注 有源蜂鳴器 1. 內(nèi)帶振蕩源，采用直流信號(hào) DC 驅(qū)動(dòng)。它們分別電阻元件為、 NTC 溫度元件、 8 位微控制器。即兩個(gè)支撐單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基 本板塊： （ 1） 晶振電路（又叫振蕩電路） 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 34 晶振電路模塊 晶振模塊如圖所示，它是由一個(gè)晶振和兩個(gè)電容組成。 下面分別對(duì)它們進(jìn)行一個(gè)具體的介紹。 其系統(tǒng)原理圖如下圖所示： 圖 22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 系統(tǒng)整體電路圖 圖 23 系統(tǒng)整體電路圖 DHT11 是一個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器。在我們的這個(gè)課設(shè)中，加入了時(shí)鐘的功能。方案二雖然沒(méi)有方案一可以實(shí)現(xiàn)那么高精度高穩(wěn)定性的一個(gè)測(cè)量。 SHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一體化的。對(duì)于溫室里的一個(gè)液晶顯示器來(lái)說(shuō)，這樣子信息更加充足，人們能夠得到更多的相關(guān)信息，以便更好地控制溫濕度。相當(dāng)于一個(gè)萬(wàn)年歷，也是對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)完善。這樣我們就看到了當(dāng)前的一個(gè)溫濕度值。同時(shí)，當(dāng)溫濕度值不在我們預(yù)先設(shè)置的范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)該自動(dòng)做出調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)我們系統(tǒng)的一個(gè)智能化。有些植被必須 在某些特定環(huán)境下才可以生長(zhǎng)的很好，這樣的情況下安裝溫濕度裝置對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控就是非常有必要的。 （ 2）國(guó)外濕度控制系統(tǒng)的研究。 當(dāng)今世界，國(guó)際上已研究出各種數(shù)字溫度傳感器一系列產(chǎn)品。我們的技術(shù)只是局限在對(duì)溫度這個(gè)環(huán)境因子的控制上。同時(shí)溫濕度也是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中很關(guān) 鍵的工藝參數(shù)。現(xiàn)如今，在溫室大棚中，智能的控制系統(tǒng)將直接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量以及生長(zhǎng)情況等等。 目的和意義：能夠一改以前靠人力控制溫濕度的狀況，徹底地做到 溫濕度檢測(cè)和控制的智能化。 主要內(nèi)容：以 STC89 系列單片機(jī)為核心，通過(guò)傳感器采集溫室內(nèi)的溫濕度進(jìn)而啟動(dòng)設(shè)備調(diào)整溫室溫濕度以達(dá)到舒適的環(huán)境。不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率低、效果差。而這樣的一個(gè)適合的環(huán)境，溫度和濕度是兩個(gè)非常重要的指標(biāo)。但是這項(xiàng)技術(shù)我國(guó)也并不是完全性的了解和掌握。當(dāng)今世界，各國(guó)的溫度測(cè)控技術(shù)發(fā)展日益增快，尤其是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，他們正在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上逐步走向完全自動(dòng)化、無(wú)人化。對(duì)于特殊環(huán)境下的測(cè)試，國(guó)內(nèi)包括許多國(guó)外天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 的各種濕度傳感器都很難做到精確的測(cè)量。將系統(tǒng)應(yīng)用到溫室中來(lái)控制溫室內(nèi)的一個(gè)溫濕度，無(wú)疑為溫室內(nèi)植被生長(zhǎng)提供了更加適宜的溫濕度環(huán)境。 （ 3）系統(tǒng)不僅可以顯示出來(lái)溫室內(nèi)的溫濕度當(dāng)前值。 在溫濕度控制模塊，我們選擇了 DHT11 這個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器來(lái)采集溫室內(nèi)的溫濕度信息，然后將采集到的溫濕度信息傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，然后再交給12864 液晶顯示屏。通過(guò) DS1302 來(lái)顯示一下當(dāng)前時(shí)間和年月日。 DS1302 用來(lái)顯示當(dāng)前的一個(gè)時(shí)間和年月日。在這里我們用 SHT11 來(lái)說(shuō)明。 5%RH 經(jīng)上述分析，方案一雖然精度更精確、穩(wěn)定性更好，但是價(jià)格極高，在此課天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 題設(shè)計(jì)中不是很經(jīng)濟(jì)。而且和 LCD1602 相比，它可以顯示的字符更多，更美觀。 （ 9） 單片機(jī)主控模塊：系統(tǒng)的核心，用來(lái)分析來(lái)自各個(gè)模塊的信息。然后我們通過(guò) I/O 口將其他的各個(gè)功能模塊連接到單片機(jī)上，使它們成為一名完整的系統(tǒng)。 這里我們介紹兩個(gè)基本板塊。 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎么樣的呢？它是由下面三個(gè)元件組成的。 二、蜂鳴器的分類： （ 1）按照工作原理來(lái)劃分的話 1． 電磁式蜂鳴器 2． 壓電式蜂鳴器 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 （ 2）按照驅(qū)動(dòng)方式劃分的話可以分為有源和無(wú)源蜂鳴器兩種類型。繼電器在沒(méi)有工作的情況下，處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)叫做常開觸點(diǎn)，處于閉合狀態(tài)的靜觸點(diǎn)叫做常閉觸點(diǎn)。 在這個(gè)模塊中，對(duì)繼電器的一個(gè)測(cè)量是焊接正確電路圖的一個(gè)基礎(chǔ)。也就低于百分之十，那這個(gè)繼電器就不能使用了。而且它還要占用很多的 IO 口，造成單片機(jī) IO 口的使用可能不夠用。 （ 2）高低電平翻轉(zhuǎn)法 其實(shí)這個(gè) 方法和行掃描法所用的原理基本上是一樣的。 軟件的開發(fā)主要包括以下幾個(gè)步驟： 圖 41 軟件開發(fā)流程圖 以上是軟件開發(fā)流程。 系統(tǒng)的整體工作方式如下圖所示： 圖 44 系統(tǒng)整體工作方式 串口模塊 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 45 九針母頭與串口線的實(shí)物圖 圖 46 串口母頭的引腳示意圖 我 們選用 MAX232 作為我們的串口電路，當(dāng)然我們也可以使用 MAX3232。單片機(jī)究竟是如何操作的，如圖所示： 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 410 單片機(jī)內(nèi)部操作示意圖 在系統(tǒng)啟動(dòng)后，我們首先要手動(dòng)的輸入這個(gè)溫度和濕度的限值，也就是溫濕度的最大值和最小值。 數(shù)字萬(wàn)用表是我們最熟悉的檢測(cè)工具了。對(duì)于其他情況也是如此。然后將程序燒錄到電路板上。它的作用主要是為了采集溫濕度信息，然后將其模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過(guò) IO 口發(fā)送給單片機(jī)。再設(shè)置的是溫度的最低值，接著是濕度的最高值、最低值。這一章我們重點(diǎn)介紹我們課題的軟件設(shè)計(jì)。 當(dāng)判斷出有按鍵按下的時(shí)候怎么判斷是哪個(gè)按鍵被按下了呢？從 1 步驟中我們只能判斷出按鍵出自低電平列線所對(duì)應(yīng)的 4 個(gè)按鍵之一。由電路圖我們可以看出， DS1302只需要三個(gè) IO 口就可以和單片機(jī)項(xiàng)相連了。和上面的一樣，我們要多次測(cè)量求平均值。特別是在這個(gè)系統(tǒng)中是如何運(yùn)作的。實(shí)際上它屬于一種電子控制器件。連接方式有八位并行和串行兩種。 DHT11 傳感器模塊設(shè)計(jì) DHT11 傳感器簡(jiǎn)介 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 36 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器 實(shí)物圖以及引腳圖 DHT11 是一個(gè)復(fù)合式的數(shù)字傳感器，它是溫度傳感器和濕度傳感器的集合。我們現(xiàn)在大都選擇電解電容 .以前經(jīng)常使用的是瓷片電容 ,發(fā)現(xiàn)它不太好用 ,存在很多的問(wèn)題，有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)程序下載不進(jìn)去的情況 ,所以現(xiàn)在我們經(jīng)常使用電解電容。 對(duì)于我們的硬件電路，我們可以分為幾大模塊。 （ 5） 溫濕度采集模塊：用來(lái)搜集當(dāng)前的溫濕度即時(shí)信息，然后將其傳送給單片機(jī)。只能現(xiàn)實(shí)數(shù)字和字符，不能顯示漢字。所以 DHT11 的價(jià)格相對(duì)較低。 方案選擇 不同模塊的功能不同，而且每個(gè)模塊 都很多不同的實(shí)現(xiàn)方法。它是個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器。從而控制我們的空 調(diào)或者其他設(shè)備工作，用來(lái)控制溫濕度的一個(gè)及時(shí)調(diào)整。這樣可以使我們的系統(tǒng)更加方便、簡(jiǎn)潔。 本課題的設(shè)計(jì)要求是： （ 1）非常人性化的設(shè)計(jì)。單片機(jī)操作起來(lái)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，非常適合做一些設(shè)計(jì)使用。比如溫度、濕度等。 （ 2）國(guó)外溫度系統(tǒng)的研究 國(guó)外對(duì)溫度控制技術(shù)的研究相對(duì)較早。 研究溫室內(nèi)溫濕度的控制系統(tǒng)，為溫室提供一個(gè)更好的溫濕度，保證一個(gè)良好的環(huán)境，這樣可以有更多的溫室農(nóng)產(chǎn)品、牲畜供我們使用，使得我們的生活質(zhì)量越來(lái)越高。我國(guó)是個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易在我們經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占了舉足輕重的位置。 20 設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性或?qū)嵱脙r(jià)值。目前，國(guó)際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。 完成課題的現(xiàn)有條件 實(shí)驗(yàn)室的基本儀器，電腦仿真軟件，圖書資料，網(wǎng)絡(luò)資源 審查意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 學(xué)院意見 主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 天津 **大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度檢查記錄 題目 基于單片機(jī)的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 電子與信息工程 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 日 期 指 導(dǎo) 記 錄 天津 **大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱表 （設(shè)計(jì)類） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目 基于單片機(jī)的溫室溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)生班級(jí) 指導(dǎo)教師姓名 評(píng)審項(xiàng)目 指標(biāo) 滿分 評(píng)分 選題 能體現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，題目大小、難度適 中；學(xué)生工作量飽滿，能得到較全面訓(xùn)練。當(dāng)溫室內(nèi)的溫度過(guò)高時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，繼電器工作，控制空調(diào)來(lái)進(jìn)行降溫；反之，則開啟空調(diào)進(jìn)行升溫。無(wú)疑溫濕度也就成為了我們關(guān)注的重要方面。國(guó)內(nèi)的調(diào)節(jié)器雖然價(jià)格比較低，但是精度和分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如國(guó)外的，落后很多。溫度和濕度