【文章內(nèi)容簡介】 度的 實時 采集 ,并通過單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，最后由顯示模塊顯示當(dāng)前的溫度值和濕度值。使得 用戶可以實時查看當(dāng)時的溫濕度。 （ 2）通過按鍵 更改溫濕度的上下限 。 用戶可根據(jù)不同作物在不同時期的最適宜生長環(huán)境，通過按鍵輸入溫度值和濕度值的 范圍 并由顯示器實時顯示。由于作物在不同生長期所適宜的溫濕度 是變化的 ，此時調(diào)節(jié)溫濕度 范圍可以 使 作物長時間處于較為理想的環(huán)境中，同時也 滿足了不同 作物的環(huán)境需求。 （ 3） 將 測得的值與溫濕度范圍進行比較， 超限時 進行 報警。 報警模塊具有兩項功能，即為聲光報警 和 GSM 短信 信息報警 。當(dāng)采集到的溫度、濕度值超出設(shè)定 范圍時 ，啟動報警裝置進行報警，并通過 發(fā)送 GSM 短信 通知用戶 采取相應(yīng)的措施。 總體設(shè)計方案簡述 本文的 大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng) 是由溫濕度 傳感器 、單片機 最小系統(tǒng) 、 GSM 通信模塊、顯示模塊 、 報警模塊等等組成， 通過大棚 溫濕 度 信號 的 采集與 分析， 進行 聲光警報及GSM 短信 警報 ， 使得人們可以 及 時發(fā)現(xiàn)大棚溫濕度的異狀 。 圖 系統(tǒng) 設(shè)計整體 框圖 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 共 40 頁 如圖 系統(tǒng)設(shè)計整體框圖所示，本系統(tǒng)以單片機 與 GSM 模塊 、溫濕度傳感器為核心， 主要 由 溫濕度 信號采集 電路、 GSM 通信 模塊、 LCD 顯示 電路、 時鐘復(fù)位 電路 、電源電路 、 按鍵電路 、 報警電路 組成。系統(tǒng)通 過溫濕度傳感器采集大棚的溫度與濕度，然后 單片機對數(shù)據(jù)進行處理，將實時測得的數(shù)據(jù)顯示在顯示模塊上， 并 將采集的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)置的 適宜 溫濕度的范圍進行對比，若不在范圍內(nèi)，則 啟動 報警模塊，進行聲光警報 ，持續(xù)報 警一段時間， 當(dāng)系統(tǒng) 處于報警狀態(tài)一定時間 后 仍未解除報 警， 通過 GSM 通信 模塊將當(dāng)時的溫濕度發(fā)送到指定 號碼，從而實現(xiàn) 了 大棚 溫濕度的 檢測 ，顯示與報警。 方案 選型 控制器選型 （ 1） 8051 單片機 8051 是一種由英特爾公司制造的 8 位元的單芯片微控制器，屬于 MCS51 單芯片的一種。 8051 單芯片是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的工作完全是依賴系統(tǒng)內(nèi)部的時脈信號，用以來產(chǎn)生各種動作周期及同步信號。在 8051 單片機中已內(nèi)建時鐘產(chǎn)生器，在使用時只需接上石英晶體諧振器（或其它振蕩子）及電容，就可以讓系統(tǒng) 產(chǎn)生正確的時鐘信號。 （ 2） STC89C52RC 單片機 STC89C52 是由宏晶公司生產(chǎn)的一種低功耗高性能的 8 位微控制器 ， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，存儲器 為 8K Flash 存儲器 ， 內(nèi)核為 MCS51，擁有許多傳統(tǒng) 51 單片機所不具備的功能，是一款增強型的 8051 單片機。 它的標(biāo)準功能有： 8K Flash ROM， 512Byte RAM，內(nèi)置 4KB EEPROM，以及 32 位I/O 口線，看門狗定時器， MAX810 復(fù)位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)等等，而且 具有 ISP（在 系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程）功能 ，可極大的方便下載程序 。另外 STC89C52 可降至 0HZ 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，但是允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 結(jié)合 本系統(tǒng)的需求， 與 8051 單片機 相比， STC89C52RC 功能 更 強大 ， 下載程序 更為方便， 價格 也相當(dāng)便宜 。 由于該芯片應(yīng)用廣泛，學(xué)習(xí)資料也可以更容易地獲得，所以本文 選用的 STC89C52RC 芯片 。 溫濕度 傳感器選型 （ 1） 方案一 采用 獨立溫度傳感器與濕度傳感器 常用 的 溫度 傳感器有 熱電偶與 熱電阻 ，常用 的 濕度傳感器 有氯化鋰濕度傳感器 、 碳濕敏元件 、 氧化鋁濕度計 、陶瓷濕度傳感器等等 ，采用 這些 傳感器時， 通常 是將 420mA模擬信號 通過 AD 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行溫濕度的采集與處理 ， 再通過單片機進行判斷與相關(guān)的動作。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 40 頁 然而 ， 這些傳感器價格較高，接線復(fù)雜，對 環(huán)境 要求也較高。譬如 常用 的 溫度 傳感器，熱電偶 精度 不高，而熱電阻 雖然精度 高， 體積 小，但是 容易 造成 熱負載 造成測量不準； 濕 敏傳感器則對供電電壓要求很高，供電 電壓若有偏差，對濕度的檢測會造成很大的影響 。 （ 2） 方案 二 采用單片智能化濕度 /溫度傳感器 常用 的單片智能化溫濕度傳感器有 DHT11 及 SHT11 等等 ，由于 本系統(tǒng) 的目的為監(jiān)測大棚的溫濕度， 精度無需 太高，因而 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器就 足夠本 系統(tǒng) 的使用。DHT11 內(nèi)含 一個電阻式濕度傳感器 、 一個 NTC 溫度 傳感器 以及一個 8 位 單片機，采用專用的數(shù)字模塊 進行 溫濕度采集，相對 采用 獨立的溫濕度傳感器 而言 ，具有極高的 可靠性 與穩(wěn)定性。 每一只 DHT11 在 出廠前 都 經(jīng)過了精確的校準， 而校 準系數(shù) 會 被編成相應(yīng)的程序存入校準 存儲器 OTP 中 ， 從而 在測量過程中 傳感器 會 利用校準 系數(shù)進行自動校準。 DHT11 采用 單線制串行接口，使得系統(tǒng)集成更為便捷 ， 同時它具有 反 應(yīng)快 、 抗干擾能力強、 性價比 高的特點，使得它更適合本 系統(tǒng)使用 ，超小的體積與極低的功耗，更是獨立傳感器 所 無法相比的。 由于本文 采用 單片機 為控制器，為了節(jié)約 成本， 選用單片智能化溫濕度傳感器DHT11 可以省去溫度 、濕度兩個傳感器 及 相應(yīng)的 AD 轉(zhuǎn)換 電路， 使系統(tǒng) 更為簡單穩(wěn)定高效， 所以 本 文 選用 DHT11 溫濕度 傳感器采集溫濕度 信號 。 通信模塊 選型 （ 1） SIEMENS TC35I 通信模塊 TC35I 是德國西門子公司的一款支持 900/1800MHZ 雙頻的高度集成的 GSM 模塊。TC35IGSM 模塊通過接口連接器和天線連接器分別連接 SIM 卡讀卡器和天線，是一種支持中文短信息的工業(yè)級 GSM 模塊，支持 EGSM900 和 GSM1800 雙頻段，可傳輸語音及數(shù)據(jù)信號。 TC35I 的數(shù)據(jù)接口通過 AT 命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù) ,可選波特率為300b/s～ 115kb/s，自動波特率為 ～ 115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS，支持通過 AT 命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。 （ 2） HUAWEI GTM900B 通信模塊 華為 GTM900B 是 GTM900C 模塊的老版本，廣泛 應(yīng)用 于遠程監(jiān)控、無線公共電話、無線 POS 終端等領(lǐng)域， 是 一款雙頻、高集成度的 GSM/GPRS 模塊。該 模塊體積小，重量輕， 功耗 低， 使用簡單，易于集成。同時 GTM900B 軟件、硬件兼容 TC35I、 MC39I，用戶可以花更短 的時間更少的成本開發(fā)新的 產(chǎn)品。 本文僅 使用 GSM 通信模塊 發(fā)送短信， 華為 GTM900B 比 TC35I 價格低很多，在這兩種通信模塊都能滿足本 系統(tǒng) 的情況下， 為了使系統(tǒng) 更為經(jīng)濟，本 文 采用 華為GTM900B。 顯示 模塊 選型 （ 1）采用 LED 數(shù)碼管顯示。 LED 數(shù)碼管 是 由多個發(fā)光二極管封裝在一起“ 8”字型的器件，通過 對這 七個條形發(fā)光二極管通 以高 /低電平使得相應(yīng)的 發(fā)光 二極管 暗滅 ，顯示出相應(yīng)的字形。 LED 數(shù)碼常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 40 頁 管 擁有兩種驅(qū)動方式， 靜態(tài)驅(qū)動 時 編程 簡單， LED 亮度 高，但是需要占用大量 I/O 口 ，動態(tài) 顯示 應(yīng)用廣泛， 但一般需用 驅(qū)動 芯片進行 驅(qū)動 顯示。 （ 2）采用 LCD 液晶顯示器顯示。 LCD1602 是指可以顯示兩行，每行 16 個字符的液晶模塊。常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中，它具有功耗低、體積小、可視面積大、畫面好、抗干擾能力強、顯示內(nèi)容豐富且美觀 的 特點 ， 可以節(jié)省軟件中斷資源。 相比 以上兩 種方案 ， 由于本系統(tǒng)顯示 模塊需要使用的 字符 較多， 若用 LED 數(shù)碼管需要 較 多 I/O 口 ， 且 電路較為復(fù)雜，所以 本文 使用 LCD1602 顯示器 ，相比于采用 LED數(shù)碼管 ，具有電路簡單，畫面清晰 易懂 的 優(yōu)點。常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 40 頁 3 系統(tǒng)硬件部分 設(shè)計 如 圖 所示 ，本文 設(shè)計的大棚 溫濕度檢測系統(tǒng)，以 STC89C52RC 單片機為 控制器 ，以數(shù)字式溫濕度傳感器 DHT11 作為溫濕度檢測模塊，與華為 GSM 通信模塊有機結(jié)合，構(gòu)成一個溫濕度實時檢測報警系統(tǒng)。 本系統(tǒng)使用四個獨立按鍵實現(xiàn)溫濕度的閾值設(shè)置等功能， 再 通過溫濕度檢測 模塊（ DHT11） 實時檢測大棚 內(nèi)的 溫濕度，并由 LCD1602 液晶屏實時顯示當(dāng)前溫濕度。當(dāng)溫濕度超過設(shè)定范圍時，系統(tǒng)進行聲光報警。當(dāng)系統(tǒng) 處于報警狀態(tài)一定時間 后 仍未解除報 警 ，則 通過 GSM 模塊將報警信息發(fā)至負責(zé)人手機，實現(xiàn)遠程報警。 圖 系統(tǒng)詳細功能框圖 單片機模塊硬件電路設(shè)計 STC89C52RC 單片機 簡介 單片機是一種具有強大數(shù)據(jù)處理能力的超大規(guī)模的集成電路芯片，其內(nèi)部是由中央處理器（ CPU）、隨機存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、多 種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計數(shù)器等等 組成， 部分功能強大 的單片機 可能還具有顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器電路等。 由于 其 強大的計算能力 、 較好的穩(wěn)定性 、 較低的價格 ，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到 了 廣泛應(yīng)用。 國內(nèi) 使用最多的單片機 是 INTEL 公司的 51 系列 的單片機， 它是 一種 最為 基礎(chǔ)的單片機， 它具有品種 齊全 、兼容性 強 、 軟件資源豐富 、性價比 較高的特點，在 國內(nèi) 得到了最為廣泛的應(yīng)用 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 共 40 頁 本系統(tǒng) 使用的 STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強抗干擾的單片機，它完全 兼容 8051 單片機的 代 碼 ，可將 8051 的 代碼直接應(yīng)用與該芯片 。它擁有 8K 字節(jié)的用戶應(yīng)用程序空間， 512 字節(jié)片內(nèi) RAM， 32 個通用 I/O 口，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，此外 ，它 無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序， 為本系統(tǒng)的 設(shè)計與調(diào)試提供了巨大的方便 。 圖 STC89C52RC 引腳圖 圖 為 STC89C52RC 引腳圖 ，其 功能說明如下 ： 引腳 40 為 VCC 電源正 腳， 引腳 20 為電源電壓接地腳 VSS。 P0 端 口（ ～ ， 39～ 32 引腳）： P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。 P0口作為 I/O 口輸出的時候，輸出低電平為 0，輸出高電平為高組態(tài)而非 5V，相當(dāng)于懸空狀態(tài)。也就是說 P0 口不能真正的輸出高電平，給所接的負載提供電流，因此必須接上拉電阻（一電阻連接到 VCC），由電源通過這個上拉電阻給負載提供電流。 P1 端口（ ～ ， 1～ 8 引腳）： P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 此外， 和 還可以作為定時器 /計數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的 觸發(fā)輸入（ ）。 P2 端口（ ～ ， 21～ 28 引腳）： P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O端口。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 40 頁 單片機模塊 最小系統(tǒng) 硬件電路 的設(shè)計 圖 最小系統(tǒng) 硬件電路 最小系統(tǒng) 如圖 所示 ， 其中 復(fù)位電路與晶振電路的硬件設(shè)計 詳細 介紹如下所示。 （ 1）復(fù)位電路 的 硬件 設(shè)計 單片機運行 程序 時 ， 都是從 地址 0000H 開始 的， 所以 進入 系統(tǒng) 時 必須對 CPU 進行復(fù)位， 此外 ，當(dāng) 程序 運行時由于 程序錯誤 或者操作失誤導(dǎo)致 系統(tǒng) 進入死鎖狀態(tài) ，也需要通過 復(fù)位 使系統(tǒng)恢復(fù)正常。 在 RST 引腳 上 （ 第 9 引腳 ） 加一個 持續(xù)時間為 24 個 振蕩周期 的 高電平 ， 便可 使 單片機 成功 復(fù)位 ，本文 采用按鍵復(fù)位，復(fù)位電路如圖 所示。 當(dāng) 電源 剛 接通時， 由于 電容兩端電壓 不能 突變， 所以 RST 端維持 高電平一段時間， 只要 電容充電時間 不超過 1ms， 就可以對 單片機進行通電 自動復(fù)位 ， 即一接通電源便復(fù)位。 同時 ，在 正常 使用過程中，需要復(fù)位時按下按鈕 ， 則 VCC