【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 感器的研發(fā)領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件走向智能化、集成化和多參數(shù)檢測(cè)。國(guó)內(nèi)外存在的濕度傳感器產(chǎn)品質(zhì)量相差很大，水平不一，價(jià)格也是相差甚遠(yuǎn)。對(duì)于濕度測(cè)量最主要的是濕敏電容技術(shù)，但是這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)還不是很成熟，大部分都是來自國(guó)外的。 課題研究的意義 單片機(jī)是用于控制的一個(gè)常見芯片，它也是一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如它體積很小，有著很高的可靠性、很強(qiáng)的功能、我們用起來很靈活方便。單片機(jī)的使用 給人們帶來了巨大的方便，使人們的生活更加美好、多姿多彩。 在整個(gè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)是我們控制的核心。單片機(jī)操作起來簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，非常適合做一些設(shè)計(jì)使用。我們這個(gè)系統(tǒng)主要用來采集溫室內(nèi)的溫濕度信息，及時(shí)的反映出溫濕度的變化，以便及時(shí)的對(duì)溫室內(nèi)的溫濕度做出調(diào)整，保證一個(gè)良好的溫濕度環(huán)境。在超過溫度上下限范圍時(shí)通過多種控制方式來實(shí)現(xiàn)溫度的上升或者下降，從而保證在一定范圍內(nèi)的溫度。對(duì)于濕度的控制也是同樣的道理。將系統(tǒng)應(yīng)用到溫室中來控制溫室內(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。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。像溫室大棚種植蔬菜、水果、花卉等，我們能夠用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的一個(gè)控制，顯而易見會(huì)給我們帶來很大的一個(gè)方便。 我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)可以及時(shí)、精確地反映溫室內(nèi)的溫度以及濕度的變化，保證溫室內(nèi)溫濕度的控制要求。溫室溫濕監(jiān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)生活非常實(shí)用，可行性很高的一個(gè)設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生在單片機(jī)知識(shí)的運(yùn)用上也是非常好的鍛煉課題。 課題研究的主要內(nèi)容 本課題的核心在于我們對(duì)溫室內(nèi)溫濕度控制，為溫室提供一個(gè)適宜的溫濕 度環(huán)境。在此設(shè)計(jì)中我們選擇了 STC89 系列的單片機(jī)。溫濕度的采集是這個(gè)設(shè)計(jì)中很重要的模塊，我們要選擇合適的傳感器來采集信息，再將采集到的溫濕度信息及時(shí)有效地傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后發(fā)送到到液晶顯示屏。如果溫室內(nèi)當(dāng)前的溫度和濕度值超過我們?cè)O(shè)定的極限值時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。與此同時(shí)單片機(jī)控制繼電器工作，實(shí)現(xiàn)繼電器的開關(guān)閉合，從而控制空調(diào)設(shè)備的啟動(dòng)以來升高（或降低）溫度。對(duì)于濕度的控制，也是如此。通過這樣一個(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。 本課題的設(shè)計(jì)要求是： （ 1）非常人性化的設(shè)計(jì)。當(dāng) 系統(tǒng)上電后，我們可以通過矩陣鍵盤設(shè)置我們所需要的溫濕度限值范圍，用來控制溫室內(nèi)的溫濕度保持在一定的合適范圍內(nèi)。 （ 2）在 12864 液晶顯示屏上，我們可以看到當(dāng)前的溫度和濕度數(shù)據(jù)。而且這些數(shù)據(jù)的更新要及時(shí)，可以比較準(zhǔn)確地反映出溫室內(nèi)當(dāng)前的值。 （ 3）系統(tǒng)不僅可以顯示出來溫室內(nèi)的溫濕度當(dāng)前值。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。具體操作就是系統(tǒng)會(huì)根據(jù)我們最初設(shè)置的溫濕度限值來判斷是否要啟動(dòng)報(bào)警裝置以及繼電器是否工作以便采取有效方案進(jìn)行調(diào)整溫室內(nèi)的溫濕度 。 （ 4）在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們加了一個(gè)時(shí)鐘的功能?？梢燥@示時(shí)間和年月日。一來方便工作人員及時(shí)的得到時(shí)間的一個(gè)信息。二來也可以很好的知道不同季節(jié)或不同時(shí)間段應(yīng)該要有不同的一個(gè)溫濕度控制要求。 課題研究的實(shí)現(xiàn)原理 本課題最重要的就是溫濕度采集模塊以及如何將溫濕度的信息顯示出來。 在本文中，我們選擇了 STC89C52 單片機(jī)。在之前的學(xué)習(xí)中我們知道 STC 單片機(jī)對(duì)工作環(huán)境的要求比較低，但是執(zhí)行指令的速度卻非?？?。在傳感器模塊中，我們選擇的是 DHT11 智能溫濕度傳感器。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。這樣可以使我們的系統(tǒng)更加方便、簡(jiǎn)潔。這樣我們的溫濕度采集模塊就完成了。采集好的數(shù)據(jù)要傳送給單片機(jī)主控模塊。在多次衡量后，我們最終還是選擇了我們最為熟悉的 STC89C52 單片機(jī)。 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。這樣我們就看到了當(dāng)前的一個(gè)溫濕度值。顯示模塊也就成功完成了。對(duì)于報(bào)警模塊 蜂鳴器無(wú)疑成為我們的最佳選擇。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，我們首先要設(shè)置溫濕度的限值（一個(gè)上限值，一個(gè)下限值）。當(dāng)溫室內(nèi)的當(dāng)前溫濕度值超越我們的限制范圍時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。在這個(gè)系統(tǒng)中無(wú)論是溫度還是濕度超過我們所需要的界限值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出的聲音是一樣的。我們是通過控制部分的指示燈報(bào)警方式來顯示出溫度還是濕度的一個(gè)報(bào)警，以加以區(qū)別。控制模塊我們選擇的是用繼電器來實(shí)現(xiàn)我們所要達(dá)到的一個(gè)控制。當(dāng)溫濕度出現(xiàn)異常時(shí)，繼電器工作。我們都知道繼電器其實(shí)就是個(gè)開關(guān)的作用。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。從而控制我們的空 調(diào)或者其他設(shè)備工作，用來控制溫濕度的一個(gè)及時(shí)調(diào)整。在這里我們用的是幾個(gè)不同顏色的 LED 燈來代表不同的行為，以便有效地調(diào)整溫室內(nèi)的溫濕度，從而實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單控制。 大體來說我們的硬件電路還算相對(duì)簡(jiǎn)單。我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)中多加了一個(gè)功能天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 就是時(shí)鐘的功能。通過 DS1302 來顯示一下當(dāng)前時(shí)間和年月日。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。給溫室內(nèi)工作人員一個(gè)提示和對(duì)溫濕度控制的一個(gè)完善。工作人員可以及時(shí)的知道不同時(shí)間段內(nèi)溫濕度的一個(gè)變化情況。 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 功能要 求 關(guān)于我們的課題“基于單片機(jī)的溫室溫濕度控制系統(tǒng)”具體要求如下 : （ 1） 采用適合的主控芯片單片機(jī)、傳感器以及液晶顯示屏等。 （ 2） 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)接收來自傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，把得到的溫度和濕度值通過液晶顯示屏顯示出來，完成溫濕度數(shù)據(jù)顯示； （ 3） 溫濕度的限值是可以通過電路板上的矩陣鍵盤來進(jìn)行設(shè)置和修改，以便隨時(shí)做出調(diào)整。 （ 4） 當(dāng)溫濕度不合適的時(shí)候應(yīng)發(fā)出報(bào)警信息； （ 5） 根據(jù)系統(tǒng)分析的不同結(jié)果，對(duì)溫室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行控制。在本課題中也就是進(jìn)行升溫、降溫、加濕、去干的一個(gè)操作。 （ 6） 系統(tǒng)的一個(gè)完善改進(jìn)，即加入時(shí)鐘芯片，可實(shí) 現(xiàn)時(shí)間的一個(gè)顯示。方便工作人員對(duì)時(shí)間的一個(gè)把握以及系統(tǒng)本身功能的一個(gè)完善。 設(shè)計(jì)思路 對(duì)于本課題的設(shè)計(jì)，我們的硬件電路組成部分如下： （ 1） 單片機(jī)主控模塊 （ 2） 溫濕度控制模塊 （ 3） 液晶顯示模塊 （ 4） 矩陣鍵盤模塊 （ 5） 報(bào)警模塊 （ 6） 繼電器控制模塊 （ 7） 時(shí)鐘模塊 要想完成溫室內(nèi)的溫濕度自動(dòng)控制，首先必須要有搜集溫濕度信息的模塊。綜合考慮各方面的要素，我們選取 DHT11 來作為這個(gè)模塊的芯片。它是個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器。將 DHT11 采集到的溫濕度信息傳送給主控模塊，在這個(gè)課題中我們將單片機(jī)作為我們的主控模塊。然后單片機(jī)將來自傳感器的溫濕度信息 進(jìn)行分析和處理，最終通過 12864 這個(gè)液晶顯示屏顯示出來。LCD12864 液晶顯示屏能夠顯示 4 行的漢字，為了增加我們系統(tǒng)的一個(gè)功能，我們又加了個(gè)時(shí)鐘芯片 DS1302。 DS1302 用來顯示當(dāng)前的一個(gè)時(shí)間和年月日。對(duì)于溫室里的一個(gè)液晶顯示器來說，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。當(dāng)溫濕度發(fā)生異常的時(shí)候我們就要及時(shí)的采取措施來改善當(dāng)前的這么一個(gè)溫濕度狀態(tài)。但是在我們的這個(gè)課題中不可能買個(gè)空調(diào)或者加濕器等，也沒必要。所以在這個(gè)系統(tǒng)中我們用幾個(gè)不同顏色 LED 燈來表示不同的功能行為， 如升溫、降溫、加濕、去干等。如天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 何來控制這些動(dòng)作的發(fā)生呢。在這個(gè)設(shè)計(jì)中我們選用繼電器來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。如果溫室內(nèi)的當(dāng)前溫度或者濕度超過我們最初設(shè)置的這個(gè)溫濕度限值時(shí)，我們通過編程來控制不同的繼電器去工作，然后不同的電路導(dǎo)通，使得不同顏色 LED 燈亮。在這里的不同顏色燈代表了不同的行為解決方案。不同情況下，蜂鳴器都會(huì)響，然后不同的燈亮。 溫濕度在這正常的范圍內(nèi)時(shí)，白色 LED 燈是始終保持亮的。 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軟件編程來實(shí)現(xiàn)。 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。但是我們?cè)趯?shí)際運(yùn)用中，要選擇最優(yōu)的方案來進(jìn)行我們的課題設(shè)計(jì)。在方案的選擇中，不僅僅要實(shí)現(xiàn)方案的高要求、高標(biāo)準(zhǔn)，也要考慮方案的可行性，對(duì)環(huán)境的要求以及方案中元器件在市場(chǎng)的價(jià)格，要綜合各種因素選擇最佳的那個(gè)方案，實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比并且經(jīng)濟(jì)可行。 （ 1）方案一：選擇 溫濕度傳感器 SHT10 或者溫濕度傳感器 SHT11 作為溫度檢測(cè)模塊。在這里我們用 SHT11 來說明。 SHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一體化的。它是由瑞士研制的。它的核心部件采用的是濕敏電容，所以精度和穩(wěn)定性都很高。雖 然性能很高，但是價(jià)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 DHT11 的價(jià)格。 SHT11 的一些參數(shù)： 溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)： 40℃ — +℃； 濕度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)： 0— 100%RH； 溫度測(cè)量精度： 177。 ℃ 濕度測(cè)量精度：177。 %RH （ 2）方案二：選擇 DHT11 作為溫濕度檢測(cè)模塊的傳感器。 DHT11 是我國(guó)生產(chǎn)的。它是一款集成型的傳感器。當(dāng)然它也是個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器。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。所以 DHT11 的價(jià)格相對(duì)較低。在我們這個(gè)設(shè)計(jì)中對(duì)溫濕度要求不是很高，所以可以采用這個(gè)傳感器作為采集 溫濕度的元件。 DHT11 的一些參數(shù)： 溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)： 0℃ — 50℃ 濕度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)： 20%相對(duì)濕度 — 90%相對(duì)濕度， 溫度測(cè)量精度：177。 2℃ 濕度測(cè)量精度：177。 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)。方案二雖然沒有方案一可以實(shí)現(xiàn)那么高精度高穩(wěn)定性的一個(gè)測(cè)量。但是它也能實(shí)現(xiàn)我們所需要的功能，滿足設(shè)計(jì)要求，且簡(jiǎn)便易行，價(jià)格相對(duì)較好。具有非常好的的性價(jià)比，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性很高所以故選擇方案二即用 DHT11作為溫濕度采集模塊的傳感器。 （ a） （ b） 圖 21 LCD12864 與 LCD1602 液晶顯示屏實(shí)物圖 （ 1）方案一：選擇 LCD12864 液晶。 LCD12864 液晶顯示屏的構(gòu)成是： 1）行驅(qū)動(dòng)器； 2）列驅(qū)動(dòng)器； 3） 128*64 全點(diǎn)陣液晶顯示器。 它是一個(gè)點(diǎn)陣型的液晶，屏幕為 4 行。 LCD1602 僅僅可以顯示數(shù)字和字符，不能顯示中文漢字。和它相比， LCD12864 可以實(shí)現(xiàn) 32（ 8*4）個(gè)漢字、字符、數(shù)字、圖形顯示，唯一 的缺點(diǎn)就是價(jià)格相對(duì)來說比較貴。 （ 2）方案二：選擇 LCD1602 液晶。 LCD1602 是一個(gè)字符型的液晶。它的屏幕有 2行。只能現(xiàn)實(shí)數(shù)字和字符，不能顯示漢字。和方案一相比價(jià)格相對(duì)便宜。 綜上述分析，我們這個(gè)系統(tǒng)的顯示模塊最終就選擇了 LCD12864 液晶顯示屏。這是因?yàn)?LCD12864 液晶顯示屏不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示漢字、圖形。而且和 LCD1602 相比，它可以顯示的字符更多，更美觀。在我們的這個(gè)課設(shè)中，加入了時(shí)鐘的功能?？紤]到 LCD12864 液晶顯示屏可以顯示更多的信息，于是我們就在這個(gè)課題設(shè)計(jì)中選擇 了它。 單片機(jī)（ SingleChipMicroputer）又稱為單片微型計(jì)算機(jī)、微控制器。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上將微型計(jì)算機(jī)的的基本功能部件如中央處理天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 器 (Central Processing Unit,CPU)、存儲(chǔ)器（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 Random Access Memory,RAM 和只讀存儲(chǔ)器 Read Only Memory,ROM）、輸入接口電路（ Input）、輸出接口電路（ Output）、定時(shí) /計(jì)算器及終端系統(tǒng)等集成起來，構(gòu)成一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)。 在本課題設(shè)計(jì)的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)中，我們采用的是主控芯片是 STC 系列的單片機(jī)。我們之所以選擇 STC 系列的單片機(jī)，主要是因?yàn)樗莫?dú)特之處，它的功耗比較低，并且有著很強(qiáng)的抗干擾能力，而且它與 MCS51 系列單片機(jī)是完全兼容的。 除此之外它內(nèi)置有 MAX810 專用復(fù)位電路，而且能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離升級(jí) ,也有廉價(jià)，基于這種種的優(yōu)點(diǎn)，我們選擇我們最常用的 STC 系列單片機(jī)來作為我們課題所用的芯片。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)組成及框圖 系統(tǒng) 主要是由一下幾個(gè)模塊組成的 （ 1） 矩陣鍵盤：用來設(shè)置溫濕度的上下限制。 （ 2） 電平轉(zhuǎn)換模塊：方便電腦與系 統(tǒng)的連接，以便能夠順利下載程序。 （ 3） 電源模塊：可以通過 USB 來給電源供電。 （ 4） 液晶顯示模塊：用來顯示溫濕度實(shí)時(shí)信息以及當(dāng)前的時(shí)間，日歷。 （ 5） 溫濕度采