畢業(yè)設計(論文)-基于單片機的大棚溫濕度報警器設計.doc

基于單片機的大棚溫濕度報警器設計作者姓名： 專業(yè)班級： 指導老師： 摘 要溫度和濕度對蔬菜水果的光合作用影響非常大，從而導致了它們的產量和質量嚴重下降。溫室大棚技術因此得到了重視和推廣。溫室大棚技術培養(yǎng)蔬菜水果可以明顯的提高蔬菜水果產量，還能降低氣候和溫濕度對其光合作用的的影響。然而溫室大棚對溫濕度要求很高，因此一套檢測溫濕度的系統(tǒng)必不可少。本文是以單片機為主控模塊、溫濕度傳感器以及顯示屏和聲光報警等模塊為外圍器件共同對溫室大棚里的溫濕度情況進行實時的檢測并實施報警。該設計可以分別設定檢測溫度上、下限值與檢測濕度的上、下限值。只要大棚中的溫度和濕度其中一項越過限值，聲光報警模塊就會啟動，發(fā)出聲光報警，以便做到最快化的實現(xiàn)測試報警。關鍵詞：溫濕度檢測 聲光報警 DHT11傳感器 液晶顯示屏 The Design of GreenhouseTemperature and Humidity Alarm SystemBased on SCMAbstract：Temperature and humidity onthephotosynthesisof fruits and vegetablesis very significant,which leads to theyield andqualityof theirserious decline. The affect of temperature and humidity on the vegetables is serious, thus greenhouses technology gets more attention and promotion. Greenhouses technology in fruits and vegetables not only be able to significantly increase the production of fruits and vegetables, but also can decrease the effects of climate and the temperature and humidity. However greenhouses need high temperature and humidity requirements, a set of monitoring system of temperature and humidity is indispensable.The purpose of this article is using the microcontroller, temperature and humidity sensors and LCD display and alarm module together to monitor the temperature and humidity in greenhouses. The design can be set respectively test upper and lower limit of humidity and temperature. As long as the temperature or humidity in greenhouses is over the limit, the sound light alarm module will be launched, sending out sound and light alarm, so that it can be able to achieve the fastest implementation of monitoring alarm.Key words:Temperature and humidity testing acousto-optic alarm DHT11 sensor LCD screen目 錄第1章 前言11.1 設計研究的背景11.2 設計研究的目的與意義11.3 設計研究的主要內容及預期成果1第2章 需求分析與方案論證22.1.設計要求22.2 設計思路22.3方案論證與分析32.3.1溫濕度傳感器模塊選擇方案32.3.2顯示器模塊選擇方案32.3.3單片機選擇方案4第3章 系統(tǒng)硬件設計53.1 概述53.2 按鍵模塊53.3 電源模塊53.4 主控模塊63.5 溫濕度傳感器模塊73.6 顯示器顯示模塊73.7 聲光報警模塊8第4章 系統(tǒng)軟件設計94.1 主程序流程圖94.2 顯示器流程圖114.3 溫濕度傳感模塊流程圖13第5章 系統(tǒng)測試與分析145.1 系統(tǒng)測試145.2 系統(tǒng)分析16結 論17致謝18參考文獻19第1章 前 言1.1 設計研究的背景 溫度、濕度在人們的生活中扮演著重要角色?？諝庵械臏貪穸炔粌H會很大程度的影響我們的心情和身體健康，而且還會嚴重的影響一些工業(yè)，特別是農作物的產量也和溫濕度有著密切的關系，空氣中的溫濕度嚴重影響農作物光合作用，進而影響到生產質量與產量，所以對空氣中溫度濕度的監(jiān)測是必不可少的，是非常有意義的。1.2 設計研究的目的與意義溫度和濕度在我們生活中扮演著重要的角色，不僅能影響我們的心情，還會很大程度的影響我們的身體健康。溫度和濕度也很大程度上會影響蔬菜水果的生長發(fā)育，阻礙其正常的光合作用，從而影響生產的質量和產量。此次設計的目的就是希望本設計被應用到溫室大棚內進行溫濕度的實時監(jiān)測，為一些必須在特定環(huán)境特定溫度下生長的農作物提供較為合適的生長環(huán)境，保障其優(yōu)質的生產，這也為我國糧食生產做出了少許的貢獻。1.3 設計研究的主要內容及預期成果本設計所需要完成的內容：1）溫度或者濕度的上下限值可以根據(jù)不同用戶針對不同蔬菜水果生長的需要由鍵盤輸入并由顯示器顯示出數(shù)據(jù)。2） 能夠及時、準確的顯示采集的溫度值以及濕度值。3）經過比較接收到的溫度值與濕度值與用戶預先設定的溫濕度限值，快速的把采集值和預先設定的上下限值進行比較，從而決定是否啟動報警電路（聲光報警）進行報警。預期成果：最后實現(xiàn)一套自動測試大棚溫濕度的報警器。實現(xiàn)當大棚內的溫度在0-50變化或者濕度在20%-90%RH內變化而超出所設定的上下限值時，蜂鳴器就會以鳴叫形式報警，而發(fā)光二極管就會以閃爍的形式報警，液晶顯示屏上會出現(xiàn)溫度或者是濕度報警的字樣的功能。第2章 需求分析與方案論證本文的最終目的為設計出的報警器能夠達到檢測溫室蔬菜溫度最適合在1530，濕度在50-90%RH內生長的溫室大棚溫度測試的要求；當溫濕度超過限值時啟動聲光報警的設計。2.1設計要求 1）溫濕度的檢測：使用一體化的溫濕度傳感器或者獨立的溫度傳感器和濕度傳感器采集溫室大棚里當前的溫濕度，達到溫室大棚對溫濕度的要求。2）數(shù)據(jù)的顯示：使用顯示屏進行實時的顯示接受到的信息。同步顯示當前大棚內的溫度值和濕度值，當有溫度或者濕度報警時，屏幕閃爍顯示對應情況的報警字樣。3）報警方式：一旦溫度或者濕度越限時蜂鳴器就會發(fā)出聲報警，發(fā)光二極管就會發(fā)出閃爍光報警。2.2 設計思路本設計總體上大致分為溫度濕度傳感模塊、按鍵模塊、單片機、顯示屏顯示模塊、聲光報警模塊以及電源模塊。本設計是以單片機作為核心控制部分，接受處理溫濕度傳感器檢測來的當前大棚內的溫濕度數(shù)據(jù)，判斷是否啟動報警電路，數(shù)據(jù)再發(fā)送到顯示屏上進行顯示。顯示的數(shù)據(jù)及顯示方法由程序控制完成。單片機按鍵模塊溫濕度傳感模塊電源模塊顯示器顯示模塊聲光報警模塊圖2-1總體設計框圖2.3方案論證與分析2.3.1溫濕度傳感器模塊選擇方案方案一：溫度檢測模塊選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。它具備體積小，準確度高，防干擾等優(yōu)點，其能在55-125溫度下進行溫度測量，測量偏差-+0.5，最小的偏差可以達到0.0625。濕度檢測模塊則使用HS1101電容式濕度傳感器。它能在相對濕度為0%-100%RH下進行濕度測量，測量偏差為-+2%RH。方案二： 選用溫濕度集成型的DHT11數(shù)字傳感器作為本次設計的溫濕度檢測模塊。DHT11集數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術與一身，使得它擁有十分高的可靠性和卓越的穩(wěn)定性。它是由NTC測溫器件和電阻式感濕器件組成，能在0-50溫度下正常進行溫度測試，20%-90%RH濕度下正常測試濕度。兩者的誤差分別為-+2和-+5%RH。非常適合本次設計的要求。結論：通過以上的方案論證，溫室大棚不需要那么小的誤差，所以方案二雖然不能有方案一那樣高精度的測量，但是完全能滿足這次設計的需要。而且溫濕度檢測集成一體，簡單方便，也便于硬件的采購，所以選擇方案二。2.3.2顯示器模塊選擇方案方案一：選用12864液晶顯示屏。它是12864點陣的液晶顯示模塊，其中帶有8192個中文字庫，128個字符，可顯示繁簡漢字及圖形。并行及串行兩種通訊方式直接與CPU連接。超低的電壓和功耗是其顯著的特點。方案二：采用LCD1602工業(yè)字符型液晶，顯示32個字符。它只能顯示2行字母、數(shù)字或者符號，每行能顯示16個字符。能簡單的從右到左或者從左到右地顯示字符。結論：兩者在很多方面都差不多，比如軟件設計，原理等等。盡管前者較后者在顯示方面表現(xiàn)的更出色，但是LCD1602A液晶顯示屏已經完全能滿足本次設計的要求，而且在價格上比12864要便宜許多，購買也很方便。功能實現(xiàn)一樣，但從價格方面考慮，LCD1602A就是最好的選擇。2.3.3單片機選擇方案方案一：選用高密度、非易失性存儲技術制造的低電壓，高性能CMOS型8位單片機-AT89C51，能兼容工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳。通用的8位中央處理器(CPU)與Flash存儲單元、FLASH工藝的4K程序存儲器使其功能更加強大，該單片機對其他設備要求非常低，開發(fā)時間也比其他單片機短很多。它可對內部的程序進行加密，價格也比常見的單片機要低些。 方案二：雖然STC89C51系列的單片機的指令系統(tǒng)和AT89C51系列的完全兼容，但是在實際應用當中還是存在很多的不用之處：（1）AT89C51系列單片機只能夠用ISP下載程序，所以就必須購買編程器，這樣設計成本會上升；STC89C51系列可以使用USB轉串口下載程序，免費到STC廠家網站上下載軟件。STC系列的較AT系列的相對市場價要低一些。（2）STC系列的單片機能非常迅速響應指令，大約為AT系列的3-30倍，使用STC時要注意在一些對時序有嚴格要求的模塊中延長延時，約為AT系列的10-30倍既可。 （3）對工作環(huán)境的非常低的要求使得STC系列能在低于5-4V的情況下正常工作，這對于AT系列的就不行了。所以對某一些系統(tǒng)來說，STC系列的單片機能正常工作，而AT系列的卻不能工作。綜合考慮以上兩種方案，再加上在學校學習期間學過數(shù)字電路、C語言程序設計和單片機原理，以及考慮單片機的其它資源和這次畢業(yè)設計需要實現(xiàn)的功能，最終還是選擇使用STC系列的單片機來完成本次設計。第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1概述本次硬件設計設計主要由電源模塊、單片機、溫濕度傳感模塊、顯示器顯示模塊以及聲光報警五大模塊所構成，而其中的單片機是此次畢業(yè)設計的核心部分，主要是操控單片機維持整個體系的正常運行，同時聯(lián)合其它四個模塊共同作用，實現(xiàn)溫濕度檢測功能；電源模塊就是為整個系統(tǒng)供所需的電壓，保障整個系統(tǒng)的正常工作；而聲光報警模塊主要是蜂鳴器和發(fā)光二極管的聯(lián)合報警；溫濕度傳感模塊是作用于大棚內的溫濕度的實時檢測；顯示器顯示模塊接入電路中，顯示用戶對其設定的上下限值以及顯示傳感器采集回來后單片機處理后的數(shù)據(jù)。3.2 按鍵模塊 本設計外置三個按鍵，可以根據(jù)用戶的需求進行溫濕度的上下限設置，如圖3-1所示。圖3-1按鍵模塊電路圖3.3 電源模塊本次設計的電源部分采用外接電源，外接3節(jié)7號干電池，約4.5V的電壓。電路如圖3-2所示。圖3-2 電源模塊電路圖3.4 主控模塊單片機STC89C52中央控制部分經過對DHT11傳感器采集反饋回來的數(shù)據(jù)信息進行識別，將反饋獲得的溫濕度數(shù)據(jù)信息送入單片機進行分析和處理，再將單片機處理后的信號傳遞給LCD1602液晶顯示模塊進行顯示，完成信號的接收顯示與發(fā)送，連接發(fā)光二極管和蜂鳴器，控制整個聲光報警模塊。圖3-3 STC89C52主控原理圖3.5溫濕度傳感器模塊DHT11這一款數(shù)字溫濕度傳感器的連接方法非常簡單，第一支腳(VCC）連接的是電源的正極，第四支腳（GND）連接的是電源的負極即地端，數(shù)據(jù)端口為第二支腳（Dout），可以直接與主機（單片機）的I/O端口相連。由于測試的電路距離小于二十米，為了提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們人為地在數(shù)據(jù)端和電源之間加上了一個10k歐姆的上拉電阻，第三支腳（NC）為空腳，懸空不使用。電路圖如下圖3-4所示。圖3-4 DHT11傳感器電路圖3.6 顯示器顯示模塊液晶顯示的原理是使用液晶的少許物理特性，操作電壓對屏幕顯示部分進行控制，有電流經過時就會有圖像顯示，如此就能夠顯示出控制的圖形。本次設計就是讓LCD和單片機直接相連，1腳和3腳之間連接一個2k電阻調整對比度。圖3-5為其電路圖。圖3-5 液晶顯示屏電路圖3.7 聲光報警模塊蜂鳴器這款一體化結構的電子發(fā)聲器，采用的是直流電壓供電方式，讓它能發(fā)出某些固定頻率的或者僅僅單調的聲音。在本次設計中充當聲音報警發(fā)生器。本次設計采用的就是以發(fā)紅光的是磷砷化鎵二極管作為光報警的發(fā)生器。圖3-6為聲光報警模塊工作電路圖。圖3-6 聲光報警模塊電路圖第4章 系統(tǒng)軟件設計4.1 主程序流程圖在了解了本文設計報告的大體內容以后，首要任務就是策劃出主程序的框架的流程圖，對整個設計系統(tǒng)劃分子模塊，要求每個子模塊能達到本次設計的基本要求，最后把每一個子模塊科學正確的連接起來，實現(xiàn)此次設計的功能。如圖4-1所示：系統(tǒng)開始啟動動蜂鳴器鳴叫LCD1602初始化讀取溫濕度值自動采集判斷是否超過預設值？聲光報警系統(tǒng)啟動報警正常運行狀態(tài)LCD1602顯示聲光報警系統(tǒng)不啟動報警NY圖4-1 主程序流程圖打開電源開關，蜂鳴器會鳴叫一聲，發(fā)光二極管也會閃爍一次。此時LCD開始初始化，DHT11快速的采集當前環(huán)境中的溫濕度，反饋給LCD顯示當前溫濕度，并且發(fā)送給單片機和之前設定的上下限值做判斷，最后的措施再反饋給蜂鳴器和發(fā)光二極管由其實施。4.2顯示器流程圖液晶顯示屏每次執(zhí)行指令前需要確認標記的電平的高低。1602液晶顯示屏能夠和STC89C52直接對連的。軟件流程圖如圖4-2所示：開始LCD初始化延時顯示第二行內容設置第二行顯示位置設置第一行顯示位置顯示第一行內容圖4-2 顯示屏流程圖4-2顯示屏原理圖4.3 溫濕度傳感模塊流程圖傳感器模塊軟件流程圖如圖4-3所示DHT11上電延時保持高電平檢查記錄信息輸出低電平延時輸出低電平數(shù)據(jù)輸出結束信號