【文章內容簡介】 使系統正常運行。 四、 根據不同作物的適宜溫濕度進行溫濕度調節(jié)。如果低于下閥值，則升溫；如果高于上閥值，則降溫。為滿足溫室大棚對不同作物的溫濕度需求，可設置自動噴霧裝置，自行調節(jié)濕度。我們可以隨時對溫、濕度進行調節(jié)，對于不利情況能及時作出顯示，并通過報警電路提醒用戶采取相應措施，以達到有利于作物生長的最適宜溫濕度。 基于 51 單片機的溫濕度控制系統的研究 5 2 設計任務分析及方案論證 設計思路 農業(yè)大棚溫濕度檢測系統的制作和調試，利用溫度濕度傳感器來采集周圍環(huán)境的溫濕度。根據溫室大棚不同 作物的最適宜溫濕度的不同，可適當調整溫濕度正常范圍的區(qū)間值。當達不到或超過范圍的通過報警電路進行報警。當在正常范圍內則顯示出溫濕度的具體溫濕度值。 單片機溫濕度的控制系統設計主要分為硬件和軟件設計，從硬件系統的設計來看主要分為兩個部分：①溫濕度傳感器部分；②溫濕度控制器部分。對于溫濕度傳感器而言主要分為溫度傳感器和濕度傳感器。溫度傳感器主要是采取 DS18B20，這一硬件有著高精度和高集成以及數字化等優(yōu)勢，并在價格上也相對比較低廉，能夠直接的將被測溫度轉化成串行數字信號供單片機。對其的接口電路設計主要是通過端 口方向寄存器以及端口輸入方向就能對單片機加以設置。而對于濕度傳感器的設計主要是在濕敏電容的基礎上進行的，電容值也會根據外界的相對濕度發(fā)生變化 ， HS1101 濕度傳感器有著通用性和變化范圍大以及線性度好的特征，在對電容頻率轉換電路的設計中，采取 HS1101 測量濕度過程中主要是將 HS1101 放置在 NE555 振蕩電路當中，也就是將電容值變化轉換成頻率信號，在芯片接到電阻時就會構成充電回路。 對單片機溫濕度控制系統的軟件設計主要分為上位機通信，以及遠端模塊軟件、無線傳輸模塊軟件設計。對上位機通信軟件的設計上，由于 PC 自身就有著強大的功能，能夠將系統運行當中的各問題都得到有效處理，同時也能夠在實際的觀測上較為方便。例如對遠程模塊的設計上，這一模塊的總體是采取結構優(yōu)化設計，然后結合部分功能的不同再進行分成小模塊，其中的報警系統設計上，主要是采取多種報警的方式，主要有聲音報警和紅燈報警以及軟件報警，其中的軟件報警主要就是在 PC 端監(jiān)控開啟的基礎上，溫濕度越界的部分區(qū)縣就會以紅色線條進行表示。 通過查閱圖書館相關書籍和網絡搜集相關資料，并根據專業(yè)課中學習到的相關知識，系統的、全面的組織材料，確定設計思路。一方面通過系統的學習 89C51 單片機以及 keil軟件的使用和溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器 HS1101 的資料分析與研究確定編程思路，另一方面通過實物模擬，查看應用效果，最終達到設計的總體要求。 沈陽工程學院畢業(yè)設 計（論文） 6 系統功能及系統組成 控制系統的功能主要分為 4 個方面：第一，對農作物生長的環(huán)境中的溫濕度數據來進行收集和顯示。第二，直接通過上位機設置農作物生長所需要最適宜的溫度和濕度。而且還能由主控機對該系統的運行時間和溫濕度進行修正。第三，在既定的指標越過預先設定的上下限時對系統進行開啟。第四，及時的指標信息可以呈獻給信息的利用 者，使其清楚各個時段的溫度、濕度，從而采取相應的措施。 該溫濕度控制利用溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器 HS1101 分別對大棚內的溫度和濕度信息進行采集，轉換成數字量后利用 51 單片機進行存儲與處理，接著通過通信線路把信息傳送到 PC 中，再 PC 上便可以根據這些指標做出進一步的分析。掌控者可以在下位機中設定溫度和濕度的上下閥值，通過上位機控制大棚內的溫濕度。如溫濕度值不在上下限范圍內，則啟動報警電路，此時控制系統開始啟動，調節(jié)大棚內的溫濕度，直至溫濕度處于預先設置的范圍內。上位機使用 DELPHI 軟件編寫的一個 數據庫管理系統，可直接設定溫濕度的上下閥值和讀取下位機的數據，并對下位機的數據進行操作，調節(jié)大棚內的溫濕度，形成作物生長的走勢圖從而通過生長走勢圖得出適合各種農作物生長的最佳溫濕度數值。 系統整體框圖 本系統通過溫度傳感器 DS18B20 采集溫度， 濕度傳感器 HS1101 采集濕度，經過含有 51 單片機的檢測系統的進一步分析處理，通過 RS232 通信線路將信息上行到 PC 機，在 PC 機上可對溫濕度信號進行任何分析、處理。 用戶可以通過下位機中的鍵盤輸入溫濕度的上下限值和預置值，也可以通過上位機進行輸入，從而 實現上位機對大棚內作物生長的遠程控制。如果環(huán)境的實時參數超越上下限值，系統自動啟動執(zhí)行機構調節(jié)大棚內溫度和濕度狀態(tài)，直到溫濕度狀態(tài)處于上下限值內為止。如果有預置初值，且與當前狀態(tài)不相等時，系統也會啟動執(zhí)行機構實時動態(tài)調節(jié)溫濕度狀態(tài)，直到所處的平衡狀態(tài)與預置值相等為止。 基于 51 單片機的溫濕度控制系統的研究 7 圖 系統整體框圖 溫濕度控制系統 方 案比較及論證 總體方案的選擇與論證 方案一 ： 由溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器 HS1101 實時實地地采集溫濕度參數，由 A/D 轉換模塊 ADC0809 對做采集到的溫濕度模擬電壓信號進行模數轉換，并且將已轉換成數字量的溫濕度數值送入 89C51 單片機進行存儲與處理。在 AT89C51 單片機內部歲溫濕度的數字量進行分析綜合后，將溫濕度數值送到 LED 共陰極數碼管顯示。同時在89C51 單片機中，將采集到的數據和預先設定的法制范圍進行比較。如果采集到的溫濕度值超過了安全線，則語音報警模塊開始報警。如果 采集到的溫濕度值在預設的閥值范圍之內，則通過數碼管顯示出來。本系統可設定溫度范圍為 0 至 70 攝氏度，最小區(qū)分度為 1攝氏度；可設定濕度范圍為 0%90%RH,最小區(qū)分度為 1%RH，可實時顯示當前的溫濕度數值。 方案二：采用瑞士 Sensirion 公司推出的新型的數字式溫濕度傳感器 SHT71 作為溫濕度檢測元件，數字式溫濕度傳感器 SHT71 除了集成溫度、濕度敏感元件，還包括一個放大器、 A/D 轉換器件和數字接口，可以同時采集溫度、濕度數據， 51 單片機對采集到的溫濕度數值進行存儲與處理然后送 LED 顯示模塊進行顯示，并發(fā) 出信號對溫度控制電路進行控制。 綜上分析，方案一雖然使用的是模擬式濕度傳感器，在和 51 單片機相連接時需要進行模數轉換，使總體設計變得較為復雜，可它更貼近我們所學，可以用到大學期間我們學過的許多知識。方案二采用了先進的數字式溫濕度傳感器 SHT71，雖然省去了 A/D 變換過程，對我們來說卻較于陌生。因此采用方案一。 溫度傳感器 DS18B20 A/D 轉換 濕度傳感器 HS1101 上 位 機 51 單 片 機 通信接口 顯示電路 報警電路 沈陽工程學院畢業(yè)設 計（論文） 8 顯示模塊的選擇與論證 方案一：采用 12864 液晶模塊顯示測得的數據，可顯示較多組的數據，字體較大，可清晰讀數。但 12864 液晶顯示模塊價格昂貴，結構復雜，故不采用。 方案二：采用 1602 液晶模塊顯示所測數據， 1602 液晶接線簡單方便，且價格遠低于12864 液晶模塊。因此，本方案為首選方案。 基于 51 單片機的溫濕度控制系統的研究 9 3 單元硬件電路的設計 溫度測控單元 溫度檢測系統原理 溫度檢測電路采用寄生電源供電方式，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內，提供足夠的電流，用一個 MOSFET 管和單片機的一個 I/O 口來完成對 DS18B20 總線的上拉。當DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 變換操作時，總線上必須有強的上拉電阻 ，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時， VDD 必須接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。為了操作方便使用單片機的 口作為發(fā)送口 Tx， 口作為接收口 Rx。 提高測溫精度的方法 DS18B20 正常使用時的測溫分辨率為 攝氏度，在對 DS18B20 的測溫原理詳細分析的基礎上，可以采取直接讀取 DS18B20 內部暫存器的方法，將 DS18B20 的測溫分辨率提高到 攝氏度。 DS18B20 內部暫存器的分布方式如表所示，其中第 7個字節(jié)存放的是當溫度寄 存器停止增值時計數器 1 的計數剩余值，第 8字節(jié)存放的是每度所對應的計數值，從而可以通過如下方法獲得高分辨率的溫度測量結果。首先用 DS18B20 提供的讀暫存器（ BEH）讀出以 攝氏度為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實際溫度整數部分 T 整數，然后再用 BEH 指令讀取計數器 1 的計數剩余值 M 剩余和每度計數值 M 每度，考慮到 DS18B20 測量溫度的整數部分以 攝氏度、 攝氏度為進位界限的關系，實際溫度 T可用下列計算得到： T實際 =（ T整數 攝氏度） +（ M 每度 M剩余） /M 每度 濕度測控單元 把 HS1101 和 NE555 同時接入電路中中的設計原理圖如圖 3. 所示。 NE555 電路功能簡單介紹為：當 6 端和 2 端同時輸入為“ 1”時， 3 端輸出為“ 0”；當 6 端和 2 端同時輸入為“ 0”時， 3 端輸出為“ 1”。在此電路中， 555 定時器正是根據這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號的。 當電源接通時，由于 6 端和 2 端的輸入為“ 0”，則定時器 3 端輸出為“ 1”；又由于 C1 兩端電壓為 0，故 VCC 通過 R R3 對 C1 充電，當 C1 兩端電壓達到 2VCC/3 時，定時電路翻轉，輸出變?yōu)椤?0”。 此時 555 定時器內部的放電 BJT 的基極電壓為“ 1”，放沈陽工程學院畢業(yè)設 計（論文） 10 電 BJT 導通，從而使電容 C1 通過 R3 和內部放電 BJT 進行放電。當 C1 兩端電壓降到 VCC/3時，定時器又翻轉，使輸出變?yōu)椤?1”，內部放電 BJT 截止， VCC 又開始通過 R R3 對C1 進行充電，如此周而復始，形成振蕩。其工作循環(huán)中的充電時間 T1=（ R2+R3） C1，放電時間 T2=*C1，輸出脈沖占空比 q=（ R2+R3） /（ R2+2R3），為了使輸出脈沖占空比接近 50%， R2 應遠遠小于 R3。當外界濕度變化時， HS1101 兩端的電容值也發(fā)生變化，從 而改變定時電路的輸出頻率。因此只要測出 555 的輸出頻率，并根據濕度與輸出頻率的關系，即可求得環(huán)境的濕度。 圖 濕度檢測電路 報警電路 溫濕度控制系統的觸發(fā)關鍵是報警系統。當監(jiān)測到檢測空間的溫度不在預設的范圍之內 ， 單片機 的 I/O 口輸出持續(xù)一分鐘的低電平 ， 觸發(fā)紅色發(fā)光 二極管持續(xù)發(fā)光閃爍 ， 同時在三極管的作用下揚聲 器發(fā)出蜂鳴聲音。低電平持續(xù)一分鐘結束 ,I/O 口的電平恢復到高電平 ,發(fā)光二極管不再發(fā)光 ,蜂鳴聲音停止。同理，當監(jiān)控 的空間濕度不在設定的范圍 ， I/O 電平的變化觸發(fā)黃色發(fā)光二極管和報警器工作。 基于 51 單片機的溫濕度控制系統的研究 11 圖 聲光報警電路 數字顯示電路 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生，液晶顯示模塊已作為很多電子產品的顯示器件，如在計算器、萬用表、電子表等很多家用電子都可以看到，顯示的主要是數字、專用字符和圖形，在 51 單片機的人機交互界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數碼管、液晶顯示器。 顯示模塊最重要的是人機交互模塊，可以使人們 更加直觀地觀察到實時數據，所以在設計這個模塊時要充分考慮好它的實際情況。將 LCD1602 作為液晶顯示屏，屬于一類點陣型液晶模塊，能夠將字母、數字及符號清晰地顯示出來。該液晶顯示屏的容量是 16*2字符，芯片工作電壓維持在 。工作電流 ，字符尺寸 *（ W*H）mm。 引腳功能說明： 1602 液晶顯示屏采用標準的 14 腳或 16 腳接口， 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比 度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整其對比度。