【文章內(nèi)容簡介】 使系統(tǒng)正常運行。 四、 根據(jù)不同作物的適宜溫濕度進行溫濕度調(diào)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(shè)置自動噴霧裝置，自行調(diào)節(jié)濕度。我們可以隨時對溫、濕度進行調(diào)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(tǒng)的研究 5 2 設(shè)計任務(wù)分析及方案論證 設(shè)計思路 農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測系統(tǒng)的制作和調(diào)試，利用溫度濕度傳感器來采集周圍環(huán)境的溫濕度。根據(jù)溫室大棚不同 作物的最適宜溫濕度的不同，可適當調(diào)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(nèi)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(tǒng)設(shè)計主要分為硬件和軟件設(shè)計，從硬件系統(tǒng)的設(shè)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(shù)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(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供單片機。對其的接口電路設(shè)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(shè)置。而對于濕度傳感器的設(shè)計主要是在濕敏電容的基礎(chǔ)上進行的，電容值也會根據(jù)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(zhuǎn)換電路的設(shè)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(zhuǎn)換成頻率信號，在芯片接到電阻時就會構(gòu)成充電回路。 對單片機溫濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)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(shè)計。對上位機通信軟件的設(shè)計上，由于 PC 自身就有著強大的功能，能夠?qū)⑾到y(tǒng)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(shè)計上，這一模塊的總體是采取結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，然后結(jié)合部分功能的不同再進行分成小模塊，其中的報警系統(tǒng)設(shè)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(chǔ)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(guān)書籍和網(wǎng)絡(luò)搜集相關(guān)資料，并根據(jù)專業(yè)課中學習到的相關(guān)知識，系統(tǒng)的、全面的組織材料，確定設(shè)計思路。一方面通過系統(tǒng)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(shè)計的總體要求。 沈陽工程學院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 6 系統(tǒng)功能及系統(tǒng)組成 控制系統(tǒng)的功能主要分為 4 個方面：第一，對農(nóng)作物生長的環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)來進行收集和顯示。第二，直接通過上位機設(shè)置農(nóng)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(tǒng)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(shè)定的上下限時對系統(tǒng)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(nèi)的溫度和濕度信息進行采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)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(jù)這些指標做出進一步的分析。掌控者可以在下位機中設(shè)定溫度和濕度的上下閥值，通過上位機控制大棚內(nèi)的溫濕度。如溫濕度值不在上下限范圍內(nèi)，則啟動報警電路，此時控制系統(tǒng)開始啟動，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度，直至溫濕度處于預先設(shè)置的范圍內(nèi)。上位機使用 DELPHI 軟件編寫的一個 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可直接設(shè)定溫濕度的上下閥值和讀取下位機的數(shù)據(jù)，并對下位機的數(shù)據(jù)進行操作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)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(nóng)作物生長的最佳溫濕度數(shù)值。 系統(tǒng)整體框圖 本系統(tǒng)通過溫度傳感器 DS18B20 采集溫度， 濕度傳感器 HS1101 采集濕度，經(jīng)過含有 51 單片機的檢測系統(tǒng)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(xiàn)上位機對大棚內(nèi)作物生長的遠程控制。如果環(huán)境的實時參數(shù)超越上下限值，系統(tǒng)自動啟動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度和濕度狀態(tài)，直到溫濕度狀態(tài)處于上下限值內(nèi)為止。如果有預置初值，且與當前狀態(tài)不相等時，系統(tǒng)也會啟動執(zhí)行機構(gòu)實時動態(tài)調(diào)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(tǒng)的研究 7 圖 系統(tǒng)整體框圖 溫濕度控制系統(tǒng) 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(shù)，由 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ADC0809 對做采集到的溫濕度模擬電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且將已轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的溫濕度數(shù)值送入 89C51 單片機進行存儲與處理。在 AT89C51 單片機內(nèi)部歲溫濕度的數(shù)字量進行分析綜合后，將溫濕度數(shù)值送到 LED 共陰極數(shù)碼管顯示。同時在89C51 單片機中，將采集到的數(shù)據(jù)和預先設(shè)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(shè)的閥值范圍之內(nèi)，則通過數(shù)碼管顯示出來。本系統(tǒng)可設(shè)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(shè)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(shù)值。 方案二：采用瑞士 Sensirion 公司推出的新型的數(shù)字式溫濕度傳感器 SHT71 作為溫濕度檢測元件，數(shù)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(zhuǎn)換器件和數(shù)字接口，可以同時采集溫度、濕度數(shù)據(jù)， 51 單片機對采集到的溫濕度數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)換，使總體設(shè)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(shù)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(zhuǎn)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(shè) 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(shù)據(jù)，可顯示較多組的數(shù)據(jù)，字體較大，可清晰讀數(shù)。但 12864 液晶顯示模塊價格昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，故不采用。 方案二：采用 1602 液晶模塊顯示所測數(shù)據(jù)， 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(tǒng)的研究 9 3 單元硬件電路的設(shè)計 溫度測控單元 溫度檢測系統(tǒng)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(nèi)，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(chǔ)上，可以采取直接讀取 DS18B20 內(nèi)部暫存器的方法，將 DS18B20 的測溫分辨率提高到 攝氏度。 DS18B20 內(nèi)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(shù)器 1 的計數(shù)剩余值，第 8字節(jié)存放的是每度所對應的計數(shù)值，從而可以通過如下方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)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(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實際溫度整數(shù)部分 T 整數(shù)，然后再用 BEH 指令讀取計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值 M 剩余和每度計數(shù)值 M 每度，考慮到 DS18B20 測量溫度的整數(shù)部分以 攝氏度、 攝氏度為進位界限的關(guān)系，實際溫度 T可用下列計算得到： T實際 =（ T整數(shù) 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(shè)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(jù)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(zhuǎn)，輸出變?yōu)椤?0”。 此時 555 定時器內(nèi)部的放電 BJT 的基極電壓為“ 1”，放沈陽工程學院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 10 電 BJT 導通，從而使電容 C1 通過 R3 和內(nèi)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(zhuǎn)，使輸出變?yōu)椤?1”，內(nèi)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(jù)濕度與輸出頻率的關(guān)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(tǒng)的觸發(fā)關(guān)鍵是報警系統(tǒng)。當監(jiān)測到檢測空間的溫度不在預設(shè)的范圍之內(nèi) ， 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?lián)P聲 器發(fā)出蜂鳴聲音。低電平持續(xù)一分鐘結(jié)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(shè)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(tǒng)的研究 11 圖 聲光報警電路 數(shù)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(chǎn)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(shù)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(shù)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(shù)據(jù)，所以在設(shè)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?qū)⒆帜?、?shù)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(diào)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(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整其對比度。