【正文】 lII蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設計前 言 目前，隨著蔬菜大棚數(shù)量的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高。傳統(tǒng)的蔬菜大棚只是依靠人工來控制，一般是在棚內(nèi)懸掛溫度計，通過觀察溫度計的實數(shù)，根據(jù)以往的經(jīng)驗來判斷室內(nèi)的溫濕度。這種傳統(tǒng)的方法不但大大增加了成本，浪費了人力物力，而且很難達到預期的成果。這就需要研發(fā)價格適中的、自動化程度高，便于管理的自動化控制設備，提高管理效率，增加蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量。III 1設計概述現(xiàn)代社會隨著科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是農(nóng)業(yè)方面，更多技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究和開發(fā)越來越受到重視。隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的快速發(fā)展，以及計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)和電子產(chǎn)品的結(jié)合性應用，使得現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展，正走向一種專業(yè)化、自動化的發(fā)展趨勢，這種模式必將是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。應用電子計算機和自動控制技術(shù)來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動化，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要標志。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、花卉種植、動植物養(yǎng)殖等方面有著廣泛的運用，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量與質(zhì)量有著巨大的經(jīng)濟效益與社會效應。而且溫室大棚能夠擺脫環(huán)境對植物生長的限制，使不同的農(nóng)作物在不適合生長的季節(jié)產(chǎn)出，從而也使得季節(jié)的變化對農(nóng)作物的生長不再產(chǎn)生過度影響?，F(xiàn)代智能控制系統(tǒng)能夠有效、便捷的對溫室大棚內(nèi)部環(huán)境控制，這種系統(tǒng)控制過程科學管理，可以提高操作的準確性，同時也降低了對農(nóng)民體力勞動的強度?，F(xiàn)代化智能溫室大棚控制系統(tǒng)主要應用于西方先進國家，尤其是美國。國內(nèi)即使有些使用的了現(xiàn)代化控制系統(tǒng)，但一方面由于缺乏足夠管理經(jīng)驗、技術(shù)，不能創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益，另一方面由于它本身價格昂貴，使得不能在國內(nèi)普遍推廣。采用廉價的電子產(chǎn)品使其價格能被廣大農(nóng)民所接受，才能使智能溫室大棚控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中有著廣泛應用。絲瓜是喜溫喜光耐熱性的作物。所以在生產(chǎn)上必須選擇適宜絲瓜所適應的生長環(huán)境條件。絲瓜喜濕、怕干旱，在土壤濕度含水量70%以上的環(huán)境下生長最好，低于50%時生長緩慢，空氣濕度不應小于52%，在75%～85%時，生長速度快、結(jié)瓜多，短時間內(nèi)空氣濕度達到飽和時，仍可正常地生長發(fā)育。一般在溫濕度適宜，風較小的天氣是最有利于絲瓜的生長。絲瓜中含有豐富的維生素B1能防止皮膚老化，維生素C能增白皮膚等成分，能夠使皮膚潔白、細嫩。除此之外，還有很大的藥用價值，古籍記載 ，絲瓜具有清熱化痰、行血脈等功效。本次設計就是利用價格便宜的一般電子器件來設計一個參數(shù)精度高，操作便捷、性價比高的應用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的絲瓜大棚溫濕度測控系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的溫濕度測控系統(tǒng)中,往往只是采用模擬技術(shù)進行設計。溫濕度測控系統(tǒng)還需要額外加補償電路，電路安裝復雜，價格昂貴,而且必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才可以被微處理器識別和處理，這樣就可能會出現(xiàn)一些錯誤或者誤差，例如引線誤差補償、多點測量中的切換誤差和信號調(diào)理電路的誤差等問題，從而影響到測控系統(tǒng)的精確性，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性能?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，尤其是蔬菜大棚的推廣，也要求要有現(xiàn)代化設施來控制棚內(nèi)溫濕度等含量，便于自動化管理。這種溫濕度度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測溫電纜，才能把傳感器采集的信號送到采集卡上，這種系統(tǒng)成本高。本次設計系統(tǒng)是采用STC89C52單片機和DHT11的低成本的溫濕度測控系統(tǒng)。硬件電路主要包括單片機、顯示模塊、報警燈、溫濕度傳感器、按鍵、排風扇等六部分，系統(tǒng)顯示模塊由DHT11溫濕度傳感器及LCD1602字符型液晶模塊構(gòu)成，該電路系統(tǒng)簡單、工作穩(wěn)定、集成度高、調(diào)試方便，具有一定的實用價值，很容易在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中推廣實施。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)處理模塊（STC89C52單片機）、信息采集模塊（DHT11溫濕度傳感器）、液晶顯示模塊、設置模塊、報警模塊、調(diào)控模塊設計而成。溫濕度采集模塊使用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，溫度測量范圍0℃～50℃，濕度測量范圍20%RH～90%RH。分辨率為8Bit，完全能夠滿足日常環(huán)境溫濕度的檢測要求。配用EEPROM芯片AT24C04，使存儲的溫度上限和濕度上限可以掉電永久保存。當溫度或濕度超限后，報警信號點亮相應報警燈。：圖中STC89C52單片機每2秒就會從DHT11溫濕度傳感器中讀入溫度和濕度，在液晶屏上即時顯示。當溫度或濕度值超過上限值時，報警信號點亮相應報警燈。 系統(tǒng)原理設計3系統(tǒng)硬件設計方案一：AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS型8位單片機，該單片機器件是采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，可以兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器( CPU )與Flash存儲單元，功能強大。對于寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密，這又很好地保護我們的勞動成果。AT89C52可以構(gòu)成真正的單片機最小應用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。可用5V的電壓編程，而且擦寫時間僅僅需要l0ms。PO口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。（2）STC單片機執(zhí)行指令的速度很快，大約是AT的3~30倍。（3）STC89C52單片機對工作環(huán)境的要求比較低，電壓低于5伏時仍然能夠正常工作，甚至3伏到4伏之間都還可以工作，然而這樣的環(huán)境下AT肯定不行，所以當一個系統(tǒng)用STC單片機好用，但用AT的單片機不工作時，直接查最小系統(tǒng)，看單片機的供電是否正常。而且學校也提供了相應的硬件操作平臺，實際操作起來比較方便，故本系統(tǒng)選擇STC89C52單片機作為主控芯片。單片機最小系統(tǒng)主要是由電源、復位、振蕩電路以及擴展部分等部分組成。此次最小系統(tǒng)中的電源供電模塊電源是通過計算機的USB口供給，當然也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。一般情況下，根據(jù)STC89C52單片機時鐘周期的要求，回路需要選用頻率為12MHz的晶振。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振，與內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容對頻率有微調(diào)作用。當在STC89C52單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。復位電路是由上電復位和按鍵復位兩部分組成。按鍵復位：按鍵復位就是在復位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當開關(guān)按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。 單片機最小系統(tǒng)原理方案一：選用DS18B20溫度傳感器作為溫度檢測模塊。它具有獨特的單線式接口方式?！妗？蓽y量相對濕度范圍在0%~100%RH。DHT11是一種集成型的數(shù)字溫濕度一體傳感器。傳感器是由一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件組合而成，并與一個高性能8位單片機相連接。測量范圍20%~90%RH，0℃~50℃。完全符合本次畢業(yè)設計的要求。方案二即便不能實現(xiàn)方案一的高精度測量。且簡便易行、可靠穩(wěn)定。傳統(tǒng)的溫濕度傳感器需要處理的是模擬信號，容易受到外界環(huán)境和溫漂的影 響 ，造成測量精度較低和可靠性較差；此外，溫室內(nèi)除了裝有測量溫濕度的傳感器外，還需多個傳感器、放大器和信號傳輸線。選用數(shù)字型溫濕度傳感器DHT11，其最大的優(yōu)點就是將傳感器檢測信息的功能和微處理器的信息處理功能有機地結(jié)合在一起。超小的體積、極低的功耗，信號的傳輸距離可達20米以上，在很多條件下可以選擇它作為傳感器，除此之外它采用的是使4針單排引腳封裝，連接方便，其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。將溫度感測 、濕度感測 、信號變換 、A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能都集成到一個芯片上，DHT11傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，具有可靠性高與穩(wěn)定性高的特點，被廣泛的應用日常生活中。DHT11溫濕度數(shù)字傳感器采用的是4針單排引腳封裝，傳感器通電后，需要等待1s，這是因為需要越過不穩(wěn)定的狀態(tài)，在此期間不需發(fā)送指令，電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF： DHT11實物：圖 DHT11傳感器模塊程序流程DHT11的技術(shù)參數(shù)如下：供電電壓：~ DC；輸出：單總線數(shù)字信號；測量范圍：濕度20～90%RH，溫度0~50℃；測量精度：濕度177。2℃；分辨率：濕度1%RH，溫度1℃；互換性：可完全互換。1%RH/年；本次設計采用溫濕度傳感器DHT11。具體接口如下：引腳1：VDD 供電3～ DC；引腳2：DATA 串行數(shù)據(jù),單總線；引腳3：NC 空腳,請懸空；引腳4：GND 接地,電源負；有一點必須注意，在引腳2在接單片機時，同時要在數(shù)據(jù)線接一上拉電阻，接到電源上。一般建議連接線長度短于20時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。其數(shù)據(jù)包由5Byte（40Bit）組成。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。液晶顯示模塊是12864點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）以及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。LCD1602 是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02 即32個字符?？偨Y(jié)：在編程使用方面，兩者難度差不多，原理差不多，都是寫指令、寫地址、寫數(shù)據(jù)等等。相比于1602液晶屏、12864能更形象具體的實現(xiàn)顯示功能。網(wǎng)上買比較廉價，最低的六塊錢左右。從造價方面考慮，當然是價格低廉的優(yōu)先。 LCD1602概述顯示器使用最多的是發(fā)光二極管顯示器( LED )和液晶顯示器( LCD )。LCD以其功耗低、視覺范圍廣等特點也被廣泛應用。在本設計系統(tǒng)中，不僅需要顯示測量的溫濕度值，而且還要顯示不同的溫濕度報警參數(shù)，顯示模塊的設計是十分必要的。該顯示器的大屏幕顯示具有顯示清晰、視覺范圍廣、價格低等優(yōu)點。使用的單片機系統(tǒng)液晶顯示器作為輸出設備具有以下優(yōu)點:由于液晶顯示接收信號中的每個點保存后的顏色和亮度，恒定的光，而不是作為一個陰極射線管(CRT)顯示需要不斷刷新新的亮點。液晶顯示器都是數(shù)字式的，接口與單片機系統(tǒng)相接更加穩(wěn)定，從而使得操作更加便捷。 相對來說，液晶顯示器內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC是主要的功耗來源，因此耗電量比其它顯示器要小得多。顯示容量：162個字符；工作電流：()；字符尺寸：(WH)mm；LCD1602引腳說明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第16腳：背光源負極。 LCD與單片機接口電路液晶顯示的原理主要是利用液晶的物理特性，由電壓對其顯示區(qū)域進行有效控制，上電就會顯示出來，也可以顯示出設定的圖形及其文字與字母。： 1602顯示模塊該模塊主要是結(jié)合溫濕度采集模塊，通過采集模塊部分采集的信息轉(zhuǎn)化電信號，經(jīng)單片機系統(tǒng)處理后，進入顯示模塊。溫濕度傳感器采集來的溫濕度與單片機設定的溫濕度值相比較。當溫度大