【正文】 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 3 緒 論 溫濕度是衡量溫室大棚的重要指標(biāo) ,它直接影響到栽培作物的的生長和產(chǎn)量 ,為了能給作物提供一個合適的生長環(huán)境 ,首要問題是加強(qiáng)溫室內(nèi)的溫濕度的檢測 , 傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進(jìn)行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作?；趩纹瑱C(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 目 錄 中文 摘要 ................................................................................................. I 英文摘要 ................................................................................................ II 緒 論 ................................................................................................ 3 1 系統(tǒng)總體方案及傳感器選型 ........................................................... 5 系統(tǒng)總體設(shè)計方案簡述 ............................................................ 5 系統(tǒng)的工作原理 ........................................................................ 5 傳感器的選型 ............................................................................ 6 溫度傳感器的選型 .................................................................. 6 濕度傳感器的選擇 .................................................................. 7 2 傳感器及其硬件電路設(shè)計 ............................................................... 8 溫度傳感器 DS18B20 介紹 ........................................................ 8 濕度傳感器 HS1101 介紹 ......................................................... 13 硬件電路設(shè)計 ........................................................................... 16 溫度測量電路 ........................................................................ 16 濕度測量電路 ........................................................................ 16 3 人機(jī)接口電路 ................................................................................. 17 鍵盤部分 .................................................................................. 17 顯示部分 .................................................................................. 17 報警電路設(shè)計 ........................................................................... 18 RS485 異步半雙工通信總線 .................................................. 19 4 軟件設(shè)計 ......................................................................................... 20 主程序流程圖 ........................................................................... 20 按鍵掃描子程序流程圖 ........................................................... 21 溫度程序流程圖 ....................................................................... 22 濕度程序流程圖 ....................................................................... 24 結(jié)束語 ................................................................................................... 25 致 謝 ................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................... 27 附錄 1 .................................................................................................... 28 附錄 2 .................................................................................................... 44 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 I 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本設(shè)計首先給出了基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案，描述了溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器 HS1101 的工作原理；其次，進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計，包括溫度測量電路、濕度測量電路、鍵盤與顯示電路以及報警電路；然后在硬件部分的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了軟件部分的設(shè)計，包括主程序流程圖、按鍵掃描子程序流程圖和溫濕度程序流程圖，最后運(yùn)用 C 語言對各個部分進(jìn)行了編程。通過實踐證明，該系統(tǒng)具有性能好、操作方便等優(yōu)點，并且實現(xiàn)了對 溫濕度的測量、顯示、調(diào)節(jié)和報警功能。這種人工測試方法費(fèi)時費(fèi)力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。本設(shè)計即是針對這一問題 ,設(shè)計出了能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度自動檢測 ,顯示 ,上下限報警 等多功能的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)。溫度傳感器一般采用熱電阻、熱電偶等模擬器件，需要額外加補(bǔ)償電路，安裝復(fù)雜，成本較高。這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補(bǔ)償、多點測量中的切換誤差和信號調(diào)理電路的誤差等問題 。而 DS1820 新型單總線數(shù)字溫度傳感器，采用 3 腳 (或 8 腳 )封裝，從 DS1820 讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)僅需要一根 I/O 口線，而且測量精度達(dá)到 12 位，最低 精確到小數(shù)點后 4 位有效數(shù)字。 現(xiàn)代濕度測量方案最主要的有兩種：干濕球測濕法，電子式濕度傳感器測濕法。干濕球測濕法采用間接測量方法，通過測量干球、濕球的溫度經(jīng)過計算得到濕度值，因此對使用溫度沒有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測濕不會對傳感器造成損壞。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化，精度 下降等問題。 電子式濕度傳感器的特點： 電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到 2％— 3％ RH。濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 4 傳感器造成損壞。 系統(tǒng)完成后可以通過溫度傳感器 DB18B20 和濕度傳感器 HS1101 對大棚溫室內(nèi)的 溫濕度進(jìn)行測量，通過單片機(jī) AT89S51 對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用 LED顯示出當(dāng)前環(huán)境的溫濕度狀況，其中溫度可以有操作人員根據(jù)不同作物所需的最適宜溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)環(huán)境溫度和設(shè)置的最適宜溫度之差大 于 3℃ 時，報警裝置即會啟動。通過對信號的采集、分析、處理，然后輸出信號來使執(zhí)行部件進(jìn)行動作，使 溫室大棚達(dá)到所要求指標(biāo)。由數(shù)據(jù)采集及處理、單片機(jī)、控制和人機(jī)接口等 4 個大的部分組成。主要硬件包括溫度傳感器，濕度傳感器， AT89S51 單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集電路、 LED 顯示器、發(fā)光二極管、蜂鳴器、鍵盤等。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分是將溫濕度傳感器置于溫室內(nèi)部，測出室內(nèi)的溫濕度值之后送入AT89S51 單片機(jī)中，然后 LED 顯示出溫濕度測量值。當(dāng)溫濕度值超過允許的誤差范圍，系統(tǒng)將發(fā)出報警，如果有必要，工作人員還可以根據(jù)實際的情況通過鍵盤 來人工修改片內(nèi)存儲的預(yù)設(shè)值。 傳感器的選型 傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。 溫度傳感器的選型 方案一 ： 采用熱電阻溫度傳 感 器 熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。（ ℃ +︱ t︱ ） ， B級為177。 銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工，但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 7 方案二：采用 DS18B20作為溫度傳感器 DS18B20是由 Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 “一線總線 ”接口的溫度傳感器。℃ ，現(xiàn)場溫度可直接通過 “一線總線 ”以數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。它工作在 3V~，采用多種封裝形式，從而使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便，設(shè)定分辨率及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM中，掉電后依然保存。 濕度傳感器的選擇 測量空氣濕度的方式很多， 其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。 方案一： 采用 HOS201濕敏傳感器 HOS201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V以下，頻率為 50HZ～ 1KHZ，測量濕度范圍為 0～ 100%RH，工作溫度范圍為 0～ 50℃ ，阻抗在 75%RH（ 25℃ ）時為 1MΩ。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（ HS1100）和側(cè)面接觸（ HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 8 制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。2%RH；響應(yīng)時間小于 5S；溫度系數(shù)為 pF/℃ 。 綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。 2 傳感器及其硬件電路設(shè)計 溫度傳感器 DS18B20介紹 測溫元件采用新型的溫度傳感器 DS18B20。一線總線結(jié)構(gòu)具有簡潔且經(jīng)濟(jì)的特點，可使用戶輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念， DS18B20的測溫范圍為 55℃ ~+125℃ ，在 10℃ ~+85℃ 范圍內(nèi)，精度為 177。DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21所示： 圖 21 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 9 溫度測量原理電路如圖 22所示： 圖 22 溫度測量原理電路 DS18B20 主要 有 4 部分組成 ： 64 為 ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的封裝形式及引腳排列如圖23 所示： 圖 23 DS18B20 的引腳排列