【正文】 ^；，對(duì) LCD_RS 讀寫(xiě), sbit LCD_RW=P2^6。如果這些擴(kuò)增的功能設(shè)備若開(kāi)發(fā)成功，面對(duì)中國(guó)當(dāng)前的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向高科技設(shè)施農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的局面，必將有廣闊的推廣應(yīng)用前景。開(kāi)發(fā)利用遠(yuǎn)程的信息交互，提高遠(yuǎn)程操作能力，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，增加設(shè)備的方便性和高效性。而采用STC89C51單片機(jī)作為微處理器模塊，使產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的SHT10溫濕度傳感器與單片機(jī)直接相連，不僅使電路設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，也使程序代碼減少了很多，且測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣。 展望 對(duì)于完成的進(jìn)度而言，完成了PCB板的設(shè)計(jì)，希望最終設(shè)計(jì)完成實(shí)物。(3)進(jìn)行軟件的編寫(xiě)，首先確定主程序流程圖，隨后確定各個(gè)子程序的作用，然后編寫(xiě)子程序，最終組合起來(lái)完成本次設(shè)計(jì)的程序的編寫(xiě)。(2)選型結(jié)束后確定了各個(gè)硬件的功用和接線方式確定各個(gè)模塊的電路圖。第六章 總結(jié)與展望6 總結(jié)與展望 總結(jié)本文設(shè)計(jì)了基于STC89C51單片機(jī)的屏顯空氣溫濕度儀,其具有響應(yīng)速度快、部署靈活、成本低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單成本低、可維護(hù)性高、可靠性好及閾值設(shè)置靈活等優(yōu)勢(shì)。 本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了空氣溫濕度儀設(shè)計(jì)的軟硬件的驗(yàn)證和仿真狀態(tài)的調(diào)試，針對(duì)不同條件的改變驗(yàn)證電路和軟件的變化，從而更正硬件和軟件設(shè)計(jì)的不足，保證設(shè)計(jì)的精確性。溫度實(shí)際值27℃30℃32℃34℃40℃43℃45℃測(cè)量值℃℃℃℃℃℃℃濕度實(shí)際值57%49%53%55%57%59%60%測(cè)量者%%%%%%%表51 測(cè)量結(jié)果通過(guò)上述溫度值的測(cè)量值和實(shí)際值的比較可知，系統(tǒng)存在一定的誤差，且誤差隨著實(shí)際溫度值的增加而增加。本次設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果如圖51。隨后改變傳感器溫濕度的值，達(dá)到報(bào)警溫度，蜂鳴器報(bào)警，LED亮。此時(shí)SHT10在會(huì)產(chǎn)生一些仿真的數(shù)據(jù)，通過(guò)電路和軟件的處理，在LCD上顯示出來(lái)，就如下圖51所示，傳感器產(chǎn)生溫度為27℃，濕度為57％，％，℃。由于這個(gè)軟件完全理想的條件，因此不用畫(huà)出電源模塊的電路圖。按照電路設(shè)計(jì)在仿真軟件中完成電路圖。電路的繪制主要是按照上面電路設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行繪制。最后完成整體溫濕度系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。 本章小結(jié)軟件是控制模塊的靈魂，要求和硬件配合，本章主要解決傳感器溫濕度數(shù)據(jù)的傳入，還要兼顧人員對(duì)參數(shù)的修改，對(duì)數(shù)據(jù)顯示和對(duì)環(huán)境變化的警報(bào)問(wèn)題。啟動(dòng)程序后判斷兩口的初始值相與是否有變化，判斷增大按鍵是否被按下即判斷電壓是否變化，若測(cè)得電壓變化，則判斷Flag的值是否小于100，小于則Flag加1，不小于100，則將Flag置零。此程序主要用來(lái)監(jiān)控并提醒外界溫度的變化，并使人們能夠快速的知道這一變化從而做出一定的反應(yīng)，減少損失。先編寫(xiě)按鍵子程序，通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)值，再通過(guò)警報(bào)子程序與調(diào)節(jié)的閥值比較。因此，在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢警報(bào)。警報(bào)子程序包括按鍵子程序和報(bào)警子程序兩個(gè)部分。警報(bào)子程是為了挺高本次設(shè)計(jì)的完整性。完成設(shè)定位置的預(yù)置字符串的LCD顯示。圖46 LCD寫(xiě)字符函數(shù)流程圖(2)LCD寫(xiě)字符串函數(shù)設(shè)計(jì)。（1）LCD寫(xiě)字符函數(shù)設(shè)計(jì)。通過(guò)初始化函數(shù)使屏幕清零，然后通過(guò)寫(xiě)指令函數(shù)和寫(xiě)數(shù)據(jù)參數(shù)函數(shù)使LCD顯示，最后通過(guò)字符串函數(shù)和延時(shí)函數(shù)完成LCD顯示。因此第一步要熟悉LM016L的指令庫(kù)，隨后進(jìn)行液晶顯示的程序的設(shè)計(jì)。因?yàn)長(zhǎng)M016L液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖44 傳感器讀函數(shù)流程圖（2）傳感器寫(xiě)函數(shù)設(shè)計(jì)傳感器寫(xiě)函數(shù)如圖45所示，首先傳感器上電啟動(dòng)程序，判斷數(shù)據(jù)高位是否為1，如果高位不為1，則高位循環(huán)右移，發(fā)送的數(shù)做與運(yùn)算，得到發(fā)送位并且延時(shí)3微秒，直到高位數(shù)值為1時(shí)結(jié)束循環(huán)，釋放數(shù)據(jù)線，通過(guò)單片機(jī)檢查傳感器通信情況，傳感器寫(xiě)函數(shù)結(jié)束。 圖43 程序流程圖傳感器讀取參數(shù)子程序主要是由：SHT10的啟動(dòng)函數(shù)，SHT10連接復(fù)位函數(shù)，SHT10寫(xiě)函數(shù)，SHT10讀函數(shù)，測(cè)量溫濕度函數(shù)，溫度補(bǔ)償函數(shù)。調(diào)用傳感器讀取參數(shù)子程序，首先進(jìn)行傳感器上電，通過(guò)調(diào)用傳感器啟動(dòng)傳輸子程序?qū)崿F(xiàn)傳感器的啟動(dòng)，通過(guò)調(diào)用傳感器寫(xiě)函數(shù)、讀函數(shù)和測(cè)溫函數(shù)完成傳感器的測(cè)溫命令后判斷傳感器通信是否中斷，若中斷則通過(guò)調(diào)用復(fù)位連接子函數(shù)，重新執(zhí)行測(cè)溫命令。C總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主函數(shù)包括的子函數(shù)有：傳感器讀取參數(shù)子程序，LCD顯示子程序、按鍵子程序和警報(bào)子程序。初始化結(jié)束后檢查操作者是否已將更改報(bào)警參數(shù)，如果更改報(bào)警參數(shù)，系統(tǒng)重新確定報(bào)警參數(shù)，通過(guò)傳感器讀取子程序得到傳感器測(cè)得空氣溫濕度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在單片機(jī)中進(jìn)行判斷環(huán)境溫濕度是否超過(guò)設(shè)定的報(bào)警參數(shù)，如后超出LED燈并且警報(bào)器報(bào)警，同時(shí)LCD顯示當(dāng)前溫度和濕度狀況。主程序軟件流程圖如圖42所示。其工作界面如圖41所示。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。運(yùn)行Keil軟件需要WINDOWS平臺(tái)的操作系統(tǒng)。 開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)概述Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，這次軟件設(shè)計(jì)主要是用C語(yǔ)言，因?yàn)镃語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上和匯編相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。27第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 溫濕度測(cè)量?jī)x硬件設(shè)計(jì)上一章已設(shè)計(jì)完成，本章章節(jié)重點(diǎn)進(jìn)行本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，這次設(shè)計(jì)用的軟件為Keil C51軟件。本章對(duì)各個(gè)功能模塊的硬件電路設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)模塊硬件電路設(shè)計(jì)、溫濕度傳感器硬件電路設(shè)計(jì)、電源模塊的硬件電路設(shè)計(jì)和用戶交互模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。圖36 報(bào)警電路報(bào)警電路的設(shè)計(jì)主要用于濕度超過(guò)閥值的報(bào)警。主要是這兩個(gè)硬件設(shè)備與單片機(jī)兩個(gè)不同的接口相連接。報(bào)警電路主要是利用LED燈和蜂鳴器來(lái)構(gòu)建。方便用戶的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，能極大地提高設(shè)備的可操作性，方便用戶的現(xiàn)場(chǎng)管理。圖35按鍵電路，極大地節(jié)約了對(duì)單片機(jī)I/O口的占用。 液晶顯示模塊硬件接口電路圖如圖34所示。VDD為電源接電源，VSS為地電源，VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)1K的滑動(dòng)變阻器調(diào)整對(duì)比度，使LCD液晶屏正常顯示。本次設(shè)計(jì)選擇上拉電阻阻值為1k歐姆。 根據(jù)上述內(nèi)容，確定液晶顯示模塊的的主要電路連接圖?！?，LM016L自帶字庫(kù)編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢與顯示。此液晶可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，LM016L液晶顯示模塊對(duì)外提供了以下幾種信號(hào)線：8位標(biāo)準(zhǔn)并行數(shù)據(jù)總線(DB0DB7),讀寫(xiě)控制線（R/W）,片選信號(hào)線(CS),數(shù)據(jù)/指令選擇線（A/O）,允許信號(hào)線（E），還有復(fù)位信號(hào)線（/RST）,串行數(shù)據(jù)總線（SI） 根據(jù)信號(hào)線的邏輯電平,選擇合適的微處理器STC89C51的I/O引腳與之相連接。因此這就是本次設(shè)計(jì)中液晶的主要功能為接收單片機(jī)發(fā)出的的數(shù)據(jù)并顯示。液晶對(duì)按鍵的響應(yīng)提供的交互界面能很好的實(shí)現(xiàn)用戶的現(xiàn)場(chǎng)管理，方便用戶對(duì)設(shè)備的操控，有助于提高設(shè)備應(yīng)用所面向的層面，能極大的提高用戶的操作體驗(yàn)。報(bào)警設(shè)備設(shè)計(jì)中還包含蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)。本課題根據(jù)模塊的不同功能的采用兩種顯示方式：LED顯示方式和LCD顯示方式。電路連接，主要是芯片LM25965的連接，接線電路見(jiàn)圖33圖33電源電路 用戶交互模塊設(shè)計(jì)用戶交互模塊硬件電路的設(shè)計(jì)包括：LCD顯示設(shè)備硬件電路的設(shè)計(jì) ，按鍵設(shè)備硬件電路的設(shè)計(jì)和報(bào)警設(shè)備硬件電路的設(shè)計(jì)。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為 150KHz，與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。電源模塊采用的降壓芯片均為L(zhǎng)M2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。搭建實(shí)驗(yàn)電路測(cè)試后確定電路如圖32所示。接地引腳與地連接，電源引腳和5V電源連接，按照上述的連接方式，完成傳感器模塊硬件電路的連接。溫濕度傳感器主要提供給單片機(jī)外界環(huán)境數(shù)據(jù)，其串行時(shí)鐘輸入（SCK），用來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器與單片機(jī)的通訊同步。該傳感器是由1個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和1個(gè)能隙式測(cè)溫元件組成的，并與1個(gè)14位A/D轉(zhuǎn)換器以及1個(gè)2wire數(shù)字接口在單芯片中無(wú)縫結(jié)合，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。C總線形式，具有較高的精度和數(shù)據(jù)采集方式，能完全滿足本設(shè)備的應(yīng)用要求[19]。SHT10為溫濕度一體數(shù)字傳感器。從而減少編程的困難的程度。要事先了解各個(gè)元器件的性能和管腳的數(shù)量。[14]本電路的設(shè)計(jì)是全部設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，要爭(zhēng)取的分配各個(gè)端口，是端口合理的分配，要預(yù)留端口給液晶顯示、鍵盤(pán)、傳感器、LED和報(bào)警器。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(chǎng)顯示和設(shè)備的定時(shí)控制?；贏TMEL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(kù)，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(duì)應(yīng)的封裝，將各個(gè)元件與對(duì)應(yīng)的封裝進(jìn)行鏈接，最后用原價(jià)庫(kù)中的元件搭建電路圖。因此在開(kāi)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2009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(duì)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。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(zhǎng)、無(wú)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:162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:(WH)mm 硬件選型綜述經(jīng)過(guò)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(cè)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(xiě)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(xiě)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?！　》桨付河肔CD液晶屏顯示。LED功耗低，控制簡(jiǎn)單，顯示清晰。經(jīng)過(guò)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(duì)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(wú)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。 傳感器的選型主要參考的參數(shù)有：供電電壓、測(cè)量范圍、測(cè)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(xiě)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(gòu)買(mǎi)通用編程器，而且速度更快。[17]STC89C51單片機(jī)簡(jiǎn)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(duì)這種類型的有過(guò)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(kāi)發(fā)中加入通信模塊從而對(duì)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(guò)短信索取時(shí)發(fā)送給用戶，設(shè)備的控制支持現(xiàn)場(chǎng)的按鍵操作，也可以通過(guò)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(cè)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)。第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及元器件選型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(duì)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(cè)系統(tǒng)的研究背景、國(guó)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(cè)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(kāi)發(fā)了無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由采集終端、數(shù)據(jù)收集器將測(cè)量到的溫度、濕度數(shù)據(jù)等通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)無(wú)線發(fā)送到中心監(jiān)控主機(jī)，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)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(jiǎn)易等特點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境監(jiān)控來(lái)看，大部分溫室利用傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器相對(duì)比較普遍，這種測(cè)量?jī)x器在測(cè)量的便捷性和準(zhǔn)確性上有很大的缺限