【正文】 quence much like the I2C to municate with the microcontroller. Because it’s a highly integrated chip, it already includes an analog to digital converter. Therefore, it’s quite convenient to use, and also accurate and durable. The LCD1602 can display two lines of messages, with the first line for temperature and the second line for humidity. The design can measure the temperature and humidity in a greenhouse, and then display it on a LCD1602. Meanwhile, it pares the data with the set limit. If the limit is exceeded, then the system will send out a warning using a buzzer and activate the temperature and humidity controlling equipment. Besides, the set limit can be modified with the independent keyboard. Through schematic design and Proteus simulation, the feasibility of this design has been proved.Keywords: STC89C52RC, SHT10, I2C bus, independent keyboard, temperature and humidity control目 錄1 前言 12 總體方案設(shè)計(jì) 3 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 3 可靠性 3 性價(jià)比 3 方案比較 4 方案一 4 方案二 4 方案論證 5 方案選擇 53 單元模塊設(shè)計(jì) 6 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 6 液晶顯示模塊 8 溫濕度傳感器模塊 8 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 9 輸出電路設(shè)計(jì) 10 電源的設(shè)計(jì) 12 按鍵電路設(shè)計(jì) 13 串口通信電路 14 元件清單 15 關(guān)鍵器件的介紹 17 STC89C52RC 17 SHT10溫濕度傳感器 194 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu) 22 主要模塊的設(shè)計(jì)流程框圖 24 主程序流程圖 24 SHT10子程序流程圖 25 LCD1602子程序流程圖 27 輸出控制子程序流程圖 28 鍵盤掃描子程序流程圖 29 軟件設(shè)計(jì)所用工具 31 Keil uVision4 31 Proteus 315 系統(tǒng)調(diào)試 32 用Proteus搭建仿真總圖 32 用Keil對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、編譯 336 結(jié)論 36 系統(tǒng)的功能 36 系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù) 36 系統(tǒng)功能分析 367 總結(jié)與體會(huì) 388 致謝 399 參考文獻(xiàn) 40附錄1 系統(tǒng)的電路原理圖 41附錄2 系統(tǒng)仿真總圖 42附錄3 系統(tǒng)實(shí)物照片 43附錄4 系統(tǒng)源程序 44附錄5 英文參考資料 461 中文翻譯 462 英文原文 49 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 前言溫室大棚作為一種高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比具有很大的優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以通過獨(dú)立式鍵盤對(duì)設(shè)定的溫濕度進(jìn)行修改。LCD1602能夠分兩行顯示數(shù)據(jù)，第一行顯示溫度，第二行顯示濕度。西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：本設(shè)計(jì)是基于STC89C52RC單片機(jī)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用SHT10作為溫濕度傳感器，LCD1602液晶屏進(jìn)行顯示。SHT10使用類似于I2C總線的時(shí)序與單片機(jī)進(jìn)行通信，由于它高度集成，已經(jīng)包括A/D轉(zhuǎn)換電路，所以使用方便，而且準(zhǔn)確、耐用。這個(gè)控制系統(tǒng)能夠測量溫室大棚中的溫度和濕度，將其顯示在液晶屏LCD1602上，同時(shí)將其與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果超出上下限，將進(jìn)行報(bào)警并啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖、用Proteus軟件進(jìn)行仿真，證明了該系統(tǒng)的可行性。溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的蔬菜、花卉、瓜果，不僅可改變這些產(chǎn)品按自然季節(jié)供應(yīng)的模式，延長其供應(yīng)期，而且可在不同地方進(jìn)行種植，達(dá)到所謂“地不分東西南北，食不分春夏秋冬”。溫室農(nóng)業(yè)采用適時(shí)適量供水的優(yōu)化用水同時(shí)配以微灌和高濕環(huán)境，可達(dá)到農(nóng)業(yè)用水高效高產(chǎn)，按產(chǎn)品的數(shù)量平均計(jì)算，節(jié)省水分量是很大的。若能降低成本、采用經(jīng)久耐用的低成本采光材料，發(fā)展前景將更為廣闊，即使在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村、場所，也可以修建單個(gè)的溫室和塑料大棚，進(jìn)行環(huán)境控制下的蔬菜和瓜果的生產(chǎn)，改變這些地區(qū)的生活條件。溫室內(nèi)空氣濕度的日變化受天氣、加溫及通風(fēng)換氣量的影響，陰天或灌水后室內(nèi)空氣濕度幾乎都在90％以上。室內(nèi)濕氣遇冷后凝結(jié)成水滴附著在薄膜或玻璃的內(nèi)表面上，待到加溫或日出后，室內(nèi)溫度上升，濕度逐漸下降，附著在屋頂上的水滴隨之消失。而溫度在夜間下降過低也會(huì)影響光合作用的效率。傳統(tǒng)的溫濕度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫、濕度計(jì)，通過讀取溫、濕度值進(jìn)而了解實(shí)際的溫度和濕度，然后根據(jù)現(xiàn)檢測的溫濕度與額定值進(jìn)行比較，看溫濕度是否超過限定值，然后進(jìn)行相應(yīng)的通風(fēng)或者相應(yīng)的灑水?，F(xiàn)在，隨著國家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步提高，大棚中培育出的農(nóng)產(chǎn)品品種數(shù)量的逐漸增多，對(duì)于數(shù)量較多而又大型的大棚，傳統(tǒng)的溫濕度控制措施就出現(xiàn)了局限性。在本設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)來控制溫濕度，不僅具有廉價(jià)、配置簡單和靈活的優(yōu)勢，而且可以大大提高所測溫濕度的技術(shù)指標(biāo)，從而可以提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。這次選用STC89C52RC作為主控制器，可以從按鍵電路輸入設(shè)定的溫濕度，通過溫濕度傳感器SHT10對(duì)溫度、濕度信號(hào)進(jìn)行采集，然后通過I2C總線與單片機(jī)通信，并將溫濕度顯示在液晶屏LCD1602上，單片機(jī)把它們與設(shè)定的值進(jìn)行對(duì)比后決定是否報(bào)警，并啟動(dòng)空調(diào)設(shè)備對(duì)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，還要能夠通過按鍵修改設(shè)定的上下限。1℃；（3）測溫范圍：0~+55℃；（4）濕度測量誤差：177。如果系統(tǒng)的可靠性不能達(dá)標(biāo)，那么系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能就會(huì)增大，造成很大的損失。要提高控制系統(tǒng)的可靠性，那么就要注意以下幾個(gè)方面：選用的元器件要有很高的可靠性；由于供電電源很容易產(chǎn)生干擾，所以應(yīng)該對(duì)其采用抗干擾措施；對(duì)輸入輸出通道也一樣，要采用抗干擾措施；在對(duì)電路板的設(shè)計(jì)時(shí)，要合理的布線和接地；軟硬件都要進(jìn)行濾波；系統(tǒng)要有自己診斷功能等。性價(jià)比高的產(chǎn)品更容易被消費(fèi)者接收，但是設(shè)計(jì)過程中不能盲目地追求性價(jià)比，它應(yīng)該建立在對(duì)產(chǎn)品性能要求的基礎(chǔ)上，首先要滿足性能要求，然后再設(shè)法降低產(chǎn)品成本。使用PLC的最大優(yōu)點(diǎn)在于PLC使用梯形圖進(jìn)行編程，編程語言形象直觀，難度較低，因此開發(fā)周期短，便于擴(kuò)展。繼電器鍵盤輸入加熱器制冷器加濕器除濕器液晶顯示 蜂鳴器報(bào)警溫濕度傳感器 PLC溫室大棚 用PLC作為主控制器的控制系統(tǒng) 方案二使用單片機(jī)進(jìn)行控制。溫濕度傳感器SHT10通過I2C總線與單片機(jī)連接。PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域用得比較多，編程簡單，而且抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)用C語言編程，相對(duì)PLC的梯形圖要復(fù)雜得多，但是編程更為靈活，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。一個(gè)單片機(jī)只要幾塊錢，而一個(gè)很一般的PLC一般也要幾百上千元。 方案選擇PLC和單片機(jī)都能作為主控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是在價(jià)格方面單片機(jī)具有巨大優(yōu)勢。 3 單元模塊設(shè)計(jì) 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。單片機(jī)有兩種時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。電源電路后面的模塊中會(huì)單獨(dú)提到，用5V的直流電源。 上電+手動(dòng)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位主要有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，之所以要進(jìn)行復(fù)位，目的就是為了讓單片機(jī)進(jìn)入初始狀態(tài)，比如讓PC指向0000H，這樣單片機(jī)才能從頭運(yùn)行程序。 本設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路就是上電+手動(dòng)復(fù)位電路，復(fù)位時(shí)要讓STC89C52RC的RST引腳得到2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。剛上電時(shí)，有較大的電流從Vcc經(jīng)電容、電阻流向GND，由于電容兩端的電壓不可突變，因此仍然為0V，于是電阻的兩端分得5V的電壓，即RST引腳此時(shí)的電勢為5V。過了一定時(shí)間，RST引腳兩端的電壓下降到不再是高電平，只要這個(gè)充電的時(shí)間大于單片機(jī)兩個(gè)機(jī)器周期，就能使單片機(jī)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位就是在上電復(fù)位電路的電容兩邊并聯(lián)一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，需要手動(dòng)復(fù)位時(shí)將其按下，使之接通，RST獲得高電平，而且人按動(dòng)按鈕的時(shí)間肯定是超過兩個(gè)機(jī)器周期的，于是單片機(jī)復(fù)位。LCD1602共有三個(gè)存儲(chǔ)器，它們是CGROM、CGRAM和DDRAM。在這里需要注意的是，在向LCD1602寫入顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址時(shí)，根據(jù)控制指令的格式，最高位D7為1，所以寫入的數(shù)據(jù)為，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。SHT1X系列共有三個(gè)型號(hào)：SHTSHT1SHT15，他們都是SMD貼片封裝的，他們依次性能越來越好，其中SHT10屬于經(jīng)濟(jì)型的溫濕度傳感器。 SHT1X系列各型號(hào)傳感器的濕度、溫度最大誤差從曲線中可以看出，無論是濕度還是溫度，SHT10的誤差都是最大的，SHT15誤差最小，但是它們的價(jià)格也相差很大，SHT10多為二三十元一個(gè)，而SHT15價(jià)格上百。SHT10與單片機(jī)的接口電路如下所示： SHT10與單片機(jī)的接口電路SHT10采用類似于I2C的兩線制串行總線，一根是時(shí)鐘線，一根是數(shù)據(jù)線。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)當(dāng)大棚內(nèi)的溫濕度超過上下限時(shí)，除了需要啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)器之外，還需要進(jìn)行報(bào)警，這里用到的是蜂鳴器。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。本設(shè)計(jì)中使用的是有源蜂鳴器，在它兩端加載5V的直流電壓就可以使之鳴叫。如上圖所示，單片機(jī)的I/，三極管導(dǎo)通，5V的電壓加載到蜂鳴器兩端，于是蜂鳴器鳴叫；，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。弱電控制強(qiáng)電，首先要用到繼電器來控制這些大功率的設(shè)備，而且為了進(jìn)一步加強(qiáng)弱電和強(qiáng)電的電氣隔離，減少強(qiáng)電設(shè)備對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾，需要在前一級(jí)加光耦進(jìn)行隔離。： 控制電路輸出電路有四組，每一組由一個(gè)光耦、一個(gè)三極管、一個(gè)繼電器組成。光耦選用TLP5214，它是Toshiba公司生產(chǎn)的四路光耦，由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。輸出系統(tǒng)中的繼電器最多同時(shí)有兩個(gè)工作，控制溫度的一個(gè)，控制濕度的一個(gè)。所以把P0口的引腳接到光耦TLP5214輸入測的發(fā)光二極管陰極。三極管選用直流放大系數(shù)為100的9013，根據(jù)Ic=βIb，可計(jì)算得三極管基極電流Ib=1mA，而Vbe=，又由于光耦中的光電三極管的集電極、發(fā)射極飽和壓降Vces=，所以基極的限流電阻上的壓降為（5VcesVbe)=4V，4V/=4KΩ，由于沒有標(biāo)稱值為4KΩ的電阻。如果輸入端的電流為20mA，電流傳輸比為50%的話，那么輸入端電流Io最大只能為10mA。于是，光耦輸入端陽極上的限流電阻為R=()/=430Ω，這里選擇標(biāo)稱值為470Ω的電阻。通過對(duì)電磁繼電器和固態(tài)繼電器進(jìn)行比較，雖然固態(tài)繼電器具有無觸電、動(dòng)作速度快、使用壽命長等特點(diǎn)，但是本設(shè)計(jì)中的繼電器只在溫濕度超過限定值時(shí)才動(dòng)作，動(dòng)作頻率低，而且固態(tài)繼電器的價(jià)格比電磁繼電器高得多，所以綜合考慮選擇電磁繼電器SRD一05VDC一SLC。要得到5V的直流電源，要經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)。然后用橋式整流電路把交流電整流為直流電，此時(shí)的直流電只是方向不變，但仍按正弦方式變化，是脈動(dòng)的直流電。C8和C2都用來濾波，但是作用是不一樣的。而C2是小電容，所以對(duì)于高頻信號(hào)容抗很小，相當(dāng)于短路，從而濾掉高頻信號(hào)。在頻率較低時(shí)，電感L=jwl較小，可以忽略不計(jì)，但是當(dāng)頻率很高時(shí)，感抗就很大，相當(dāng)于斷路，所以此時(shí)這個(gè)470uF的大電容不能濾掉高頻信號(hào)，必須單獨(dú)加一個(gè)小電容。濾波完以后，電壓的脈動(dòng)成分已經(jīng)下降了很多，但是仍有起伏，所以最后還需加上一個(gè)三端集成穩(wěn)壓器，這里選用LM7805，它能將電壓穩(wěn)定在5V。三端集成穩(wěn)壓器后面又接了一大一小兩個(gè)電容，再次進(jìn)行濾波，使電壓更穩(wěn)定。其中，非編碼式鍵盤又包括矩陣式鍵盤和獨(dú)立式鍵盤。本控制系統(tǒng)中只需要用到5個(gè)按鍵，數(shù)目較少，并且可用的I/O口充足，故采用獨(dú)立式鍵盤，一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)單片機(jī)的I/O口管腳。從S0到S4，分別控制進(jìn)入溫度上下限設(shè)置、進(jìn)入濕度上下限設(shè)置、數(shù)值加、數(shù)值減、確認(rèn)并退出。未按鍵時(shí)，上拉電阻保證了單片機(jī)的I/O口是確定的高電平；當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，I/O口變?yōu)榈碗娖?。在設(shè)計(jì)通信接口時(shí)，應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣才能夠方便而又準(zhǔn)確的把單片機(jī)和外設(shè)有機(jī)的連接起來，從而能形成一個(gè)測控系統(tǒng)，目前異步串口通信標(biāo)準(zhǔn)有RS一23RS一42RS一485標(biāo)準(zhǔn)。在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。TTL電平中，；而RS232電平是負(fù)邏輯電平，電壓在3V~15V時(shí)為高電平，電壓在3V~15V時(shí)為低電平，因此要通過MAX232這種電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。適用于終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的接口，對(duì)于雙向通信，只需要使用串行輸入RXD（引腳2），串行輸出TXD（引腳3）和地線GND（引腳5）