【正文】 系 部： 電子與通信工程 系 專 業(yè)： 通信 工程 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 最終評定成績 長沙學(xué)院教務(wù)處 二○一四年五 月制 目 錄 第一部分 設(shè)計說明書 一、設(shè)計說明書 第二部分 外文資料翻譯 一、外文資料原文 二、外文資料翻譯 第三部分 過程管理資料 一、 畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)書 二、 本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 三、 本科畢業(yè)設(shè)計中期報告 四、 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱表 五、 畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱表 六、 畢業(yè)設(shè)計答辯評審表 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計資料 第一部分 設(shè)計說明書 （ 2021 屆） 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 基于單片機的糧庫溫度監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計 系 部： 電子與通信工程系 專 業(yè)： 通信工程 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 最終評定成績 2021 年 5 月 長沙學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的 農(nóng)業(yè)大棚 溫 濕 度監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計 系 （部）： 電子與通信工程系 專 業(yè)： 通信 工程 學(xué) 號： 學(xué)生姓 名： 指導(dǎo)教 師： 教授 2021 年 5 月 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 大棚技術(shù)在全國各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)已經(jīng)普及了，但是隨著這些溫室大棚的數(shù)量不斷增加，對于大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照 強度和 二氧化碳濃度的控制顯得極其重 要， 特別是溫濕度的監(jiān)控。 本課題設(shè)計了基于單片機的 農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，更好的對各個農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)各個環(huán)境因素 進(jìn)行監(jiān)控。第二部分 功能 是負(fù)責(zé)將所測得的溫濕度從農(nóng)業(yè)大棚傳到管理員的電腦或其他通訊設(shè)備上，這樣可以讓管理員及時準(zhǔn)確的查看大棚內(nèi)的溫濕度，這部分主要是有 485 通訊總線完成傳輸。 通過多次測試表明，系統(tǒng)各個部分功能正常，相互銜接良好，操作簡單方便，大大提高了溫室大棚的科學(xué)管理水平，可以減少勞動者的工作量，減少 支出 ，提高大棚內(nèi)產(chǎn)品的產(chǎn)量 ，增加勞動者的收入，提高國民生產(chǎn)值，具有很好的發(fā)展未來。我國作為一個發(fā)展中國家，改革開放以來，我國 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì) 得到了迅猛發(fā)展，取得了舉世矚目的成績，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，無論在速度上、規(guī)模上、還是在效益上，與世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)還有很大的差距，我國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)道路還十分艱巨。提高農(nóng)業(yè)資源利用效率，需要利用先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，優(yōu)良的品種，建立適應(yīng)區(qū)域特點的 耕作制度 ，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，同時加強科學(xué)管理，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。特別是進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后，水土資源對農(nóng)業(yè)發(fā)展的約束不斷加劇，人與水土資源之間的矛盾日益突出。據(jù)統(tǒng)計，目前，我國人均耕地、草地、林地、水資源分別不到世界平均水平的 30%、 40%、 14%和 25%，隨著 經(jīng)濟(jì)總量 和人口總量的增加，下個世紀(jì)我國農(nóng)業(yè)資源將迅速接近承載能力的上限。 溫室大棚又稱暖房。在不適宜植物生長的季節(jié)，能提供生育期和增加產(chǎn)量，多用于低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。 農(nóng)業(yè)大棚的 特性 農(nóng)業(yè)大棚 的主要 技術(shù)參數(shù)是大棚內(nèi)的溫度、 濕度 、光照強度和二氧化碳濃度 ，這 幾者 在農(nóng)作物生長過程中都是必不可缺的 。 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)控 技術(shù)的發(fā)展歷程 隨著農(nóng)業(yè)大棚在我國的日益普及，以及通信工程技術(shù)的飛速發(fā)展，以往傳統(tǒng)的采用人工測量溫濕度的方法已經(jīng)跟不上現(xiàn)在農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展腳步了，特別是近幾年，單片機技術(shù)漸漸成熟，對農(nóng)業(yè)大棚溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控已經(jīng)是必然趨勢。二氧化碳濃度和光照強度等環(huán)境因素的 控制技術(shù)進(jìn)行了研究。溫室的監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)在我國就逐步發(fā)展起來 [3]。各溫室 中 的分機都 會 受 主控 制 機 的 控制，每一個大棚 都配備一臺 PC 機，作為主控機，控制 大棚內(nèi)的農(nóng)作物生長的各個因素。 農(nóng)業(yè)大棚 監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成大體上可以分為 3 部分 ： 一是溫度 和濕度 參數(shù)的測量轉(zhuǎn)換，二是測量 的數(shù)據(jù)進(jìn)行 傳輸，三是數(shù)據(jù)的集中顯示與處理 [4]。溫 濕 度傳感器種類很多，主要分為模擬溫 濕 度傳感器和數(shù)字溫 濕 度傳感器。不同的傳感器有各自的特點。 測量數(shù)據(jù)的傳輸 由于各農(nóng)業(yè)大 棚 距監(jiān)控中心比較遠(yuǎn)，一般都有幾十米甚至幾百米，因此數(shù)據(jù)傳輸是一個遠(yuǎn)程多機通訊系統(tǒng)。 一 是現(xiàn)場用電設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾 ； 二是電源線具有的 50Hz 工頻干擾 ； 三是各庫房之間的公共接地阻抗產(chǎn)生的干擾。將 RS232 轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行多點通訊的 RS485 方式是被廣泛采用 的一種通信方式。此外， RS485 收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有很強的抑制共模干擾能力。無線數(shù)據(jù)傳輸對于在那些布線困難、環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場所，不失是 一種行之有效的數(shù)據(jù)傳輸方法。但是由于無線信號是向空間開放的，因此也很容易受到干擾。好的編碼方式將帶來強的抗干擾性。由于微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的無線數(shù)傳的發(fā)射電路與接收電路都已實現(xiàn)模塊化，簡化了電路設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性。隨著面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)的發(fā)展，各種面向?qū)ο缶幊陶Z言如VB， VC 等逐漸成為用戶軟件 開發(fā)的得力工具，在農(nóng)業(yè)大棚 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計中都有應(yīng)用實例。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的圖形用戶接口，操作十分方便、直觀。 隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，溫室大棚的監(jiān)控將會朝著智能化、信息化、優(yōu)質(zhì)高效、低耗能等方向發(fā)展，與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測相比，現(xiàn)代化的溫室大棚可以精確的控制農(nóng)作物的生長環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)作物生長，提高產(chǎn)量等等。 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)框圖 1. 一臺主控機可管理最多 32 臺分機 ； 2. 一臺分機可以測試最多 1024 點溫 濕 度 ； 3. 溫 濕 度傳感器采用單總線數(shù)字器件 DHT11； 4. 分機與主控機之間采用有線 ； 5. 組態(tài) 編寫上位機用戶監(jiān)控軟件，全圖形接口 ； 6. 溫度或濕度歷史 曲線查詢打印，溫 度或 濕度 報替設(shè)置 。 整個系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為三層 ： 由微型計算機系統(tǒng)構(gòu)成上位機用戶監(jiān)控層， 8051上位機主控制機分機 1 分機 2 分機 N大棚大棚大棚RS 485RS 485 RS 485單總線 單總線單總線RS 485長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 單片機系統(tǒng)構(gòu)成主控機 的 控制層和分機測量層。其中 n為分機臺數(shù)， n 取值范圍為 (164)。主控機收到命令后，先是將存儲在 RAM 中的最近測量的數(shù)據(jù)依次上傳給 PC 機。第一臺分機的將收到的信號送到分機的通信單片機進(jìn)行譯碼，譯碼后的命令送給分機 CPU，分機 CPU解釋命令后，將存儲在分機 SRAM 中的數(shù)據(jù)通過分機通信單片機的編碼依次上傳給主控機。分機則利用通信的間隙不斷讀取糧庫中溫度傳感器測量的最新溫度值，從而更新分機 SRAM 中的數(shù)據(jù)，以備主控機讀取 。而發(fā)送方在接收方無響應(yīng)超過一定時間后，將認(rèn)為前面的發(fā)送出錯，會組織重發(fā)，如果重發(fā)三次還無響應(yīng)，則發(fā)送方會放棄此命令的發(fā)送，繼而進(jìn)行后續(xù)工作。 單片機計算機D H T 11 圖 命令和數(shù)據(jù)傳輸流程圖 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 第 三 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 單片機簡介和應(yīng)用 單片機也被稱為 微控制器 （ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于 嵌入式系統(tǒng) ，因此它得到了最多的應(yīng)用。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。 單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ， 而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。 同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影 。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 智能儀器 儀表上的應(yīng)用 。 。 。 DHT11 的原理 、傳感器的信息 型號 測量范圍 測濕精度 測溫精度 分辨力 封裝 DHT11 20－ 90％ RH 0－ 50℃ 177。 2℃ 1 4 針單排直插 表 傳感器信息 表 、傳感器性能說明 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 濕度 分辨率 1 1 1 %RH 8 Bit 重復(fù)性 177。 4 %RH 0－ 50℃ 177。 1 %RH 長期穩(wěn)定性 典型值 177。 1 ℃ 精度 177。 2 ℃ 量程范圍 0 50 ℃ 響應(yīng)時間 1/e(63%) 6 30 S 表 傳感器性能 表長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 、 接口說明 建 議 連 接 線 長 度 短 于 20米 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 。 傳 感器上電后 ， 要等待 1s 以越 過 不穩(wěn) 定 狀態(tài)在 此 期 間 無需發(fā)送任何指令 。 各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口 RS232 的原理 串口是計算機上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線 Universal Serial Bus 或者 USB 混淆 ） 。串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多 GPIB 兼容的設(shè)備也帶有 RS232 口。 [7] 典型地，串口用于 ASCII 碼字符的傳輸。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。它表示每秒鐘傳送的 bit 的個數(shù)。當(dāng)計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是 8 位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是 7 和 8 位。 3) 停止位：用長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 于表示單個包的最后一位。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。 RS485 的特點 （ 1） RS485 的電氣特性：邏輯 1 以兩線間的電壓差為 +2～ +6V表示；邏輯 0 以兩線間的電壓差為 2～ +6V表示。 （ 2） RS485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps。 （ 4） RS485 接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 4000 英尺，實際上可達(dá) 3000 米，另外 RS232C 接口在總線上只允許連接 1 個收發(fā)器，即單站能力。即具有多站能力 ,這樣用戶可以利用單一的 RS485 接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 RS485 的電壓和電流的要求 RS485 接口一般使用 一個單一的 5V 電源，但是在驅(qū)動器和接收器的邏輯電平并不是標(biāo)準(zhǔn)的 5V TTL 或者 CMOS 邏輯電壓。在每個輸出和信號地之間的電壓并沒有規(guī)定，除了普通模式的電壓必須在 7V 以內(nèi)。在接收器器端的一個低輸出阻抗和一個低阻抗的電纜使快速的開關(guān)成為可能，并且確保了接收器能夠看見最大可能的信號。終端負(fù)載元件，在使用的時候，對連接使用的電流影響最大。這個終端電阻將會削弱反射的幅度并且在總體上改進(jìn)信號的質(zhì)量。如果你的連接不需要快的比特率 ， 使用低速的驅(qū)動器是改進(jìn)信號質(zhì)量的一個簡單的、低成本的方法，同時使用低速芯片減弱了發(fā)散的電磁干擾。選擇合適匹配的阻抗將會 消弱反射的幅度并且在長沙學(xué)院畢