【正文】 感器在硬件電路的設(shè)計(jì)上滿足本次設(shè)計(jì)的需求。傳感器的串行數(shù)據(jù)（ DATA）與單片機(jī) 口連接，給單片機(jī)發(fā)送命令。 根據(jù)對 SHT10 傳感器接口類型和功能的了解，確定溫濕度傳感模塊硬件電路設(shè)計(jì)。 制作工藝 采用 CMOS 過程微加工專利技術(shù)， 能夠很大程度上 確保 溫濕度傳感器 具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。 SHT10 采用的是 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，并且是 I178。 空氣溫濕度測量儀設(shè)計(jì) 12 圖 31 單片機(jī)外圍電路 溫濕度傳感器 根據(jù)上一章的選型，確定本次設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器型號(hào)為： SHT10。充分的了解系統(tǒng)中各個(gè)模塊的所需要的功能，各個(gè)模塊的所需要的原件，最終選擇外 圍電路的借口。這些都需要提前考慮。 P0 口外接上拉電阻；端口 和 和數(shù)字溫濕度傳感器 SHT10 的時(shí)鐘口和數(shù)據(jù)口相連接實(shí)現(xiàn)對環(huán)境中的溫濕度環(huán)境信息的采集。端口 和 為下載程序和調(diào)試所用接口， P0 口 接串行接口液晶和時(shí)鐘芯片接口實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的的現(xiàn)場顯示和設(shè)備的定時(shí)控制。 基于 ATMEL 公司的 STC89C51 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的單片機(jī)模塊硬件電路如圖 31 所示。單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)是所有模塊中最重要的設(shè)計(jì)。根據(jù)各個(gè)芯片的資料及典型應(yīng)用電路在面包板上搭建進(jìn)行驗(yàn)證后，設(shè)計(jì)元件庫，并根據(jù)芯片資料提供的元件封裝要求設(shè)計(jì)各個(gè)芯片對應(yīng)的封裝，將各個(gè)元件與對應(yīng)的封裝進(jìn)行鏈接，最后用原價(jià)庫中的元件搭建電路圖。 因此在開始電路設(shè)計(jì)前應(yīng)先學(xué)會(huì)并且熟悉此軟件的使用 。 Altium Designer09 是 Altium 公司在于 2020 年推 出的電路設(shè)計(jì)軟件。其中以主控模塊硬件電路設(shè)計(jì)為重點(diǎn)。 本章 小結(jié) 本章主要是對 溫濕度屏顯系統(tǒng) 的總體設(shè)計(jì)，以及設(shè)備設(shè)計(jì)所需的各模塊的主要元器的性能要求和選型結(jié)果 。 空氣溫濕度測量儀設(shè)計(jì) 10 在本系統(tǒng)中，采用 LCD 作為顯示單元， LCD 液晶顯示器具有功耗低、壽命長、無輻射、不易引起視疲勞等優(yōu)點(diǎn)，正在廣泛應(yīng)用于儀表、家用電器、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療儀器及交通和通信領(lǐng)域。在本設(shè)計(jì)中溫濕度傳感器采用的是 SHT10。 LM016L 主要性能： 顯示容量 :16 2 個(gè)字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 : (W H)mm 硬件選型綜述 經(jīng)過上述的選擇決定 系統(tǒng)以 51 系列單片機(jī) (STC89C51)做為處理核心，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，該系統(tǒng)主要由 主控 模塊、 測量 模塊、電源模塊、 用戶 交互模塊及相關(guān)軟件組成。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 基于上述分析，選擇方案二，采用 LM016L 顯示。像素高，信號(hào)響應(yīng)時(shí) 間短，控制方便，顯示方式多，可以實(shí)現(xiàn)菜單驅(qū)動(dòng)方式的顯示效果，實(shí)現(xiàn)編輯模塊全屏幕編輯的功能。 方案二：用 LCD 液晶屏顯示。 LED 功耗低，控制簡單，顯示清晰。 經(jīng)過考慮選用方案二可以更加滿足需求。減小設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。另外對于 STC89C51 單片機(jī)的特性，只能夠接受數(shù)字信號(hào)。 溫濕度傳感器 SHT10 是 體積小功耗低 的 數(shù)字傳感器 [16]。還會(huì)增加成本。這個(gè)方案有一定的可行性，但是這種組合無論是電路圖還是軟件設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜，輸出的為模擬型號(hào)，還要進(jìn)行信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，大大增加了復(fù)雜性。 空氣溫濕度測量儀設(shè)計(jì) 8 傳感器的選型主要參考的參數(shù)有：供電電壓、測量范圍、測量精度、響應(yīng)時(shí)間、總線類型、輸出類型、成本。 [48] 實(shí)物如圖 22。 STC89C51RC 是采用 8051 核的 ISP 在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作 時(shí)鐘頻率 為 80MHz，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫多次的 Flash 只讀 程序存儲(chǔ)器 ，器件兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 及 80C51 引腳 結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位 中央處理器 和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元 ，具有在系統(tǒng)可編程（ ISP）特性，配合 PC 端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。 [17] STC89C51 單片機(jī)簡介： STC89C51 是 ATMEL 公司 生產(chǎn)的單時(shí)鐘機(jī)器周期的單片機(jī)。此外價(jià)格比較便宜，功耗較小，滿足各種應(yīng)用需求。以前對這種類型的有過學(xué)習(xí)，能夠熟練的掌握 51 單片機(jī)的性能和軟件編程。 因此在選擇時(shí)要綜合考慮 . 最終決定 采用 STC89C51/STC89C52 單片機(jī)作為控制模塊的核心 。低功耗的設(shè)計(jì)可以分為硬件和軟件兩個(gè)方面，在硬件方面體現(xiàn)在芯片的選擇上。也可以在以后的開發(fā)中加入通信模塊從而 對于采集到的數(shù)據(jù)可 定時(shí)發(fā)送給用戶，也可以定期存儲(chǔ)，當(dāng)用戶遠(yuǎn)程通過短信索取時(shí)發(fā)送給用戶，設(shè)備的控制支持現(xiàn)場的按鍵操作，也可以通過短信息遠(yuǎn)程控制。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，該系統(tǒng)主要由 主控 模塊、 測量 模塊 、 電源模塊、 用戶 交互模塊及相關(guān)軟件組成。模塊化設(shè)計(jì)已被廣泛用于 機(jī)床、電子產(chǎn)品、航空、航天等設(shè)計(jì)領(lǐng)域。選出的各個(gè)模塊的型號(hào)關(guān)系到此次設(shè)計(jì)的所用的電路的類型和軟件編程的復(fù)雜程度，因此要考慮清楚每一個(gè)器件的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，為以后的工作減少負(fù)擔(dān)。空氣溫濕度測量儀設(shè)計(jì) 6 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 及元器件選型 本章節(jié)主要是對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)各個(gè)模塊器件的選型。 第五章主要是系統(tǒng) 仿真驗(yàn)證分析 。 第三章硬件電路的設(shè)計(jì)，包括 主控 模塊、 溫濕度傳感器 模塊、電源模塊以及人機(jī)交互模塊電路設(shè)計(jì)。 論文結(jié)構(gòu) 本論文章節(jié)結(jié)構(gòu)按如下安排： 第一章介紹 監(jiān)測 系統(tǒng)的研究背景、國內(nèi)外 利用 現(xiàn)狀、研究目的和論文結(jié)構(gòu)。滿足大規(guī)模推廣需求，易于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成果的產(chǎn)品化。 研究目的 與內(nèi)容 本項(xiàng)設(shè)計(jì)面向設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，采用 傳感和屏顯 信息技術(shù)，將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)信息化、數(shù)字化結(jié)合，研制精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測設(shè)備。在這復(fù)雜的系統(tǒng)中基礎(chǔ)的模塊就是溫濕度屏顯模塊。威訊紫晶科技公司開發(fā)了無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，由采集終端、數(shù)據(jù)收集器將測量到的溫度、濕度數(shù)據(jù)等通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)無線發(fā)送到中心監(jiān)控主機(jī)，可以同時(shí)監(jiān)測上百個(gè)采集器，網(wǎng)關(guān)支持 ZigBee技術(shù)，具有低成本、低功耗和安全簡易等特點(diǎn)。從國內(nèi)對環(huán)境 監(jiān)控來 看， 大 部分溫室利用傳統(tǒng) 測量 儀器 相對比較 普遍 ， 這種測量儀器在測量的便捷性和準(zhǔn)確性上有很大的缺限。以色列溫室環(huán)境控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段比較典型的代表性產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可以根據(jù)控制對象的特點(diǎn)選用不同類型的控制器及外圍設(shè)備，具體特點(diǎn)包括：具有一個(gè)綜合性的、實(shí)用靈活的、由許多控制應(yīng)用程序構(gòu)成的軟件包，可檢測溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)，主控制與控制網(wǎng)絡(luò)的通信可以通過電纜、無線或手機(jī)等方式進(jìn)行；軟件基于 Windows 平臺(tái)。例如，美國加州大學(xué)伯克利分校所設(shè)計(jì)的環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用在俄勒岡州的一個(gè)葡萄園中，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度、濕度和日照等信息，通過無線通信技術(shù)發(fā)送到信號(hào)接收節(jié)點(diǎn)，再通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到計(jì)算機(jī)上，再由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后由葡萄園主從顯示系統(tǒng)中觀看分析結(jié)果。 國外研 究現(xiàn)狀 國外借助 其電子技術(shù)與傳感器技術(shù) 方面的優(yōu)勢，環(huán)境及生物信息的獲取與監(jiān)視的 數(shù)字 設(shè)備較為成熟，已有很多基 于數(shù)字檢測的 先進(jìn)的產(chǎn)品化設(shè)備出售。直到 2020 年，微電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的成熟，使人們看到設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控應(yīng)用的潛能。 研究 現(xiàn)狀 自從監(jiān)控應(yīng)用到設(shè)施農(nóng)業(yè)以來，國內(nèi)外許多公司、高校和研究機(jī)構(gòu)紛紛投入力量加入到這一領(lǐng)域。能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境因子的實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程災(zāi)害氣候預(yù)警預(yù)報(bào)，從而有效避免夏季高溫和冬季寒害帶來的 損害 ，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量 。我國地域遼闊、氣候多樣，生產(chǎn)條件千差萬別，不同作物、不同品種均需因地制宜進(jìn)行管理，而目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以小家庭模式為主，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員缺少、農(nóng)民知識(shí)水平較低，缺乏針對性的科學(xué)生產(chǎn)指導(dǎo)。 我國現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有以下特點(diǎn)：農(nóng)作物對某些環(huán)境因子變化敏感，當(dāng)環(huán)境因子出現(xiàn)極端情況時(shí)，如不能 及時(shí)采取措施，農(nóng)作物就可能大面積減產(chǎn)，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。 SHT10 1 目 錄 1 緒論 ........................................................................................................................................ 3 研究背景 ......................................................................................................................... 3 研究現(xiàn)狀 ......................................................................................................................... 3 國外研究現(xiàn)狀 ......................................................................................................... 3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ......................................................................................................... 4 研究目的與內(nèi)容 .............................................................................................................. 4 論文結(jié)構(gòu) ......................................................................................................................... 4 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及元器件選型 ................................................................................................ 6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 6 器件選型 ......................................................................................................................... 7 單片機(jī)模塊選型 ..................................................................................................... 7 測量模塊選型 ........................................................................................................ 7 液晶模塊選型 ......................................................................................................... 8 硬件選型綜述 ...................................................................................................... 9 本章小結(jié) ........................................................................................................................10 3 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ........................................................................................................... 11 硬件設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 ................................................................................................................. 11 單片機(jī)模塊外圍設(shè)計(jì) ............................................................