基于單片機(jī)的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設(shè)計 2

1、 編號: 畢業(yè)論文(設(shè)計)題 目 基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師 楊光軍 學(xué)生姓名 李瑞濤 學(xué) 號 200811705106 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 教學(xué)單位 德州學(xué)院機(jī)電工程系 （蓋章） 二O一二年五月十日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告書2012年1月10日院（系）機(jī)電工程系專 業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 姓 名李瑞濤學(xué) 號200811705106論文（設(shè)計）題目 基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計一、選題目的和意義環(huán)境的監(jiān)測與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。由于應(yīng)用的場合不同監(jiān)測對象的不同，其系統(tǒng)設(shè)計也是千差萬別。在實(shí)際生活中此類系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，室溫環(huán)境

2、檢測系統(tǒng)中溫度和濕度是兩個重要的顯示和分析指標(biāo)，必須定期抽樣檢查室溫環(huán)境溫度和濕度，以便采取相應(yīng)的措施。89C51單片機(jī)是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度檢測控制系統(tǒng)的實(shí)例也很多。使用89C51單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動檢測與控制，而且89C51單片機(jī)易于學(xué)習(xí)、掌握，性價比高。使用89C51型單片機(jī)設(shè)計溫濕度檢測控制系統(tǒng)，可以及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室大棚當(dāng)中無疑為植物的生活提供了更加

3、適宜的環(huán)境。二、本選題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢目前國內(nèi)外的溫濕度檢測使用的溫濕度檢測元件種類繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛加之單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。基于單機(jī)片的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計研究較少。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，人們對自己的生活環(huán)境越來越嚴(yán)格。特別在溫室大棚中，對溫濕度要求更為嚴(yán)格?；趩纹瑱C(jī)的溫濕度監(jiān)測控制統(tǒng)設(shè)計，將對環(huán)境的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)做詳細(xì)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。采用高性能的控制芯片89C51，高精度數(shù)字溫濕度傳感器AM2301。向模塊化、高速化、智能化的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室大棚當(dāng)中無疑為植物的生活提供了更加適

4、宜的環(huán)境,符合植物的生活環(huán)境要求，具有良好的發(fā)展前景。三、課題設(shè)計方案 主要說明：研究（設(shè)計）的基本內(nèi)容、觀點(diǎn)及擬采取的研究途徑和方法。 研究設(shè)計的基本內(nèi)容和觀點(diǎn)溫度檢測控制：對溫室溫度進(jìn)行測量，并通過升溫或降溫達(dá)到最佳溫度。濕度檢測控制：對溫室濕度進(jìn)行測量，并通過噴霧或去濕達(dá)到最佳濕度?？刂铺幚恚寒?dāng)溫度、濕度越限時聲光報警，根據(jù)報警信號提示采取一定手段自動控制。顯示：1602 LCD顯示相應(yīng)的溫濕度。人性化的設(shè)計：根據(jù)植物的生活需求，把溫濕度值控制在一定的范圍內(nèi)。能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的顯示采樣溫度值與濕度值。通過采集溫度及濕度值，準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異，及時的啟動報警裝置（包括警報燈的

5、提示功能以及提示音等）進(jìn)行報警，并采取相應(yīng)的控制方案。研究途徑和方法：通過查閱圖書管和網(wǎng)絡(luò)搜集相關(guān)資料，并根據(jù)專業(yè)課中學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識，系統(tǒng)的、全面的組織材料，確定設(shè)計思路。一方面通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)51單片機(jī)以及Keil軟件的使用和AM2301數(shù)字溫濕度傳感器的資料分析與研究確定編程思路，另一方面通過實(shí)物模擬，查看應(yīng)用效果，最終達(dá)到設(shè)計的總體要求。四、計劃進(jìn)度安排 主要說明：起止時間及分階段的進(jìn)度要求。起止時間2011.11.3-2012.1.20 確定設(shè)計（論文）題目及撰寫開題報告：指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生對所選擇的課題進(jìn)行調(diào)研，完成畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告。2012.1.21-2012.3.30 畢業(yè)

6、學(xué)生查詢相關(guān)資料、進(jìn)行課題研究，在已完成研究的基礎(chǔ)上，撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文），完成設(shè)計（論文）初稿。2012.4.1-2012.4.15 系工作領(lǐng)導(dǎo)小組進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查，檢查畢業(yè)生設(shè)計（論文）完成的進(jìn)度與質(zhì)量過程。并提交期中檢查表。2012.4.16-2012.4.30 指導(dǎo)教師審閱學(xué)生設(shè)計（論文），提出修改意見。畢業(yè)生根據(jù)指導(dǎo)教師的修改意見進(jìn)行設(shè)計（論文）修改，并最終定稿。2012.5.4-2012.5.10將設(shè)計（論文）交于評閱教師進(jìn)行評閱，畢業(yè)生根據(jù)評閱教師意見，進(jìn)一步修改設(shè)計（論文），準(zhǔn)備答辯。五、主要參考文獻(xiàn)1林國漢.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計J.微計算機(jī)信息，2009（

7、25）2易順明.基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計J.現(xiàn)代電子技術(shù),2011 (7)3張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社2008.4Atmel. Atmel 89C51 Microcontrollers Hardware Manual,2010.5陳桂友,柴遠(yuǎn)斌.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.指導(dǎo)教師意見及建議： 簽名： 年 月 日教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見： 組長簽名： 年 月 日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表院(系)：機(jī)電工程系 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 2012 年04月12日畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于單片機(jī)的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名李瑞濤學(xué)

8、 號200811705106指導(dǎo)教師楊光軍職 稱講師計劃完成時間：2012年5月8日 畢業(yè)論文（設(shè)計）的進(jìn)度計劃：2011.12.15-2.10 進(jìn)行課題的搜集資料，初步確定課題2012.3.1-3.31 整理材料，理清思路，確定論文的研究方向，開始撰寫論文2012.4.1-4.20 完成初稿，交由指導(dǎo)老師審核，并修改初稿完成中期檢查表2012.4.10-5.9 修改論文，確定最終的論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯2012.5.9-5.19 參加論文答辯完成情況：到現(xiàn)在為止，我通過查找資料學(xué)到了很多專業(yè)知識。我的畢業(yè)設(shè)計基本已經(jīng)完成，從論文題目的制定到初稿的完成，在這期間，我查閱了大量的資料和相關(guān)的技術(shù)手冊

9、，學(xué)到了很多，收獲了很多。我清楚地認(rèn)識到發(fā)現(xiàn)問題的實(shí)質(zhì)是堅決問題的關(guān)鍵。指導(dǎo)教師評議（指出優(yōu)點(diǎn)和不足，如有其它建議，可另附頁） 簽 名： 年 月 日備 注：目 錄摘 要11 引言11.1 課題背景11.2立題的目的和意義11.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.4本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容22 系統(tǒng)總體設(shè)計22.1系統(tǒng)功能設(shè)計22.2系統(tǒng)設(shè)計原則22.3系統(tǒng)的組成和工作原理33 系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計53.2傳感器的設(shè)計83.3 液晶顯示裝置設(shè)計103.4 光聲報警系統(tǒng)與溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計124 軟件系統(tǒng)設(shè)計144.1初始化模塊154.2溫濕度檢測模塊154.3 溫濕度判斷控制模塊154.4

10、 1602液晶顯示模塊164.5報警模塊164.6 系統(tǒng)整體軟件程序16總 結(jié)21參考文獻(xiàn):22謝 辭23德州學(xué)院 機(jī)電工程系2012屆 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計）基于單片機(jī)的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設(shè)計李瑞濤(德州學(xué)院機(jī)電系,山東德州253023)摘要:本文利用89C51單片機(jī)設(shè)計一個溫室大棚的溫濕度檢測控制系統(tǒng)，對室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行檢測控制并實(shí)時顯示。其中溫濕度傳感器采用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器，通過89C51單片機(jī)的處理把溫濕度值顯示在1602液晶上。并實(shí)時判斷溫濕度值是否滿足設(shè)定的溫濕度范圍，若超出設(shè)定范圍，通過89C51啟動溫濕度控制系統(tǒng)，達(dá)到恒溫恒濕的目的。關(guān)鍵字：8

11、9C51；AM2301；1602液晶顯示；溫濕度控制系統(tǒng)1 引言1.1 課題背景隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，人們對生活質(zhì)量要求顯著提高。對植被也要求越來越嚴(yán)格，如何種植出品種優(yōu)良的植物，一直是人們研究的話題。而基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)對解決這些問題有著非常重大的意義。以前種植植被一般都用溫室栽培，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學(xué)的，先進(jìn)的管理方法，用以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。溫濕度控制對于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義，它代表了一類自動控制的方法。而且其應(yīng)用十分廣泛。1.2立題的目的和意義環(huán)境的監(jiān)測與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等行業(yè)有著廣

12、泛的應(yīng)用。由于應(yīng)用的場合不同監(jiān)測對象的不同，其系統(tǒng)設(shè)計也是千差萬別。在實(shí)際生活中此類系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，室溫環(huán)境檢測系統(tǒng)中溫度和濕度是兩個重要的顯示和分析指標(biāo)，必須定期抽樣檢查室溫環(huán)境溫度和濕度，以便采取相應(yīng)的措施。89C51單片機(jī)是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度檢測控制系統(tǒng)的實(shí)例也很多。使用89C51單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動檢測與控制，而且89C51單片機(jī)易于學(xué)習(xí)、掌握，性價比高。使用89C51型單片機(jī)設(shè)計溫濕度檢測控制系統(tǒng)，可以及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度

13、上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室大棚當(dāng)中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境。1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢目前國內(nèi)外的溫濕度檢測使用的溫濕度檢測元件種類繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛加之單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；趩螜C(jī)片的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計研究較少。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，人們對自己的生活環(huán)境越來越嚴(yán)格。特別在溫室大棚中，對溫濕度要求更為嚴(yán)格?；趩纹瑱C(jī)的溫濕度監(jiān)測控制統(tǒng)設(shè)計，將對環(huán)境的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)做詳細(xì)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。采用高性能的控制芯片89C51，高精度數(shù)字溫濕度傳感器AM2301

14、。向模塊化、高速化、智能化的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室大棚當(dāng)中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境,符合植物的生活環(huán)境要求，具有良好的發(fā)展前景。1.4本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)所要完成的任務(wù)是：1.4.1人性化的設(shè)計。根據(jù)植物的生活需求，把溫濕度值控制在一定的范圍內(nèi)。1.4.2 能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的顯示采樣溫度值與濕度值。1.4.3通過采集溫度及濕度值，準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異，及時的啟動報警裝置（包括警報燈的提示功能以及提示音等）進(jìn)行報警，并采取相應(yīng)的控制方案。2 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1系統(tǒng)功能設(shè)計系統(tǒng)要完成的設(shè)計功能是：2.1.1 實(shí)現(xiàn)對溫室大棚溫濕度參數(shù)的實(shí)時采集，測量空

15、間的溫度和濕度，由單片機(jī)對采集的溫濕度值進(jìn)行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、顯示，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能檢測。2.1.2 實(shí)現(xiàn)超越數(shù)據(jù)的及時報警，并啟動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室的目的。2.1.3 現(xiàn)場檢測設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力。要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)： 測溫范圍： 0。C -60。C 測溫精度：+0.5。C 測濕范圍：0-100%RH 測濕精度：+2.5%RH2.2系統(tǒng)設(shè)計原則要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價比高等特點(diǎn)。2.2.1可靠性高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮：使用可靠性高的元器件；

16、設(shè)計電路板時布線和接地要合理；對供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波；系統(tǒng)自診判斷功能等。2.2.2操作維護(hù)方便在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計時，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計時，要盡可能減少人機(jī)交換接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。同時系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場故障自動診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。2.2.3性價比單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關(guān)鍵因素。因此，再設(shè)計時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外

17、圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能使用軟件功能取代硬件功能等。2.3系統(tǒng)的組成和工作原理2.3.1系統(tǒng)的組成以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測量，通信技術(shù)，控制技術(shù)等技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測量元件，構(gòu)成智能溫濕度測量控制系統(tǒng)?？煞譃闇貪穸葴y量電路，顯示電路，聲光報警電路，溫濕度控制電路，見圖2.1選用的主要器件有：AT89C51，溫濕度傳感器AM2301，1602LCD顯示模塊，降溫裝置風(fēng)扇，升溫裝置加熱器，増濕裝置噴霧器，除潮裝置除潮器，紅綠LED燈，報警裝置蜂鳴器等12。圖1系統(tǒng)的組成2.3.2系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)以單片機(jī)Atmel89C51為核心，數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、報警都

18、要通過單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能數(shù)字溫濕度傳感器AM2301完成；通過單片機(jī)把采集的數(shù)據(jù)顯示在1602LCD上；當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時，有蜂鳴器實(shí)時報警，并顯示紅燈提示，并進(jìn)行相應(yīng)的控制處理。在整個系統(tǒng)中采用了AM2301單總線技術(shù)，單片機(jī)采用C語言編程。·溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以89C51單片機(jī)作為中央控制裝置，風(fēng)扇，加熱設(shè)備，加濕設(shè)備，排潮設(shè)備等· 89C51作為中央控制裝置，負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的工作。· 風(fēng)扇：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作。· 加熱設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作。· 噴霧設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作。· 排

19、潮設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作。· 雙色燈，報警模塊：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報警功能。如果當(dāng)前的溫度超過用戶設(shè)定的界限值時系統(tǒng)將自動警，雙色燈在單片機(jī)的控制下有規(guī)律的切換，同時報警模塊發(fā)出報警聲，通知用戶采取相應(yīng)的措施。系統(tǒng)工作流程圖見圖2圖2系統(tǒng)的工作原理圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)過上面的總體方案和實(shí)施措施的討論后可以開始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)根據(jù)總體功能和性價比及其運(yùn)行速度等因素的考慮，選用MCS-51系列的89C51為主機(jī)，滿足上面的要求而且設(shè)計方便，不需要再存儲擴(kuò)展。3.1.1 AT89C51單片機(jī)MCS-51系列單片機(jī)主要包括基本型產(chǎn)

20、品8031/8051/8751(對應(yīng)的低功耗型80C31/80C51/87C51和增強(qiáng)型產(chǎn)品8032/8052/8752。雖然他們是8位的單片機(jī)，但是具有品種全、兼容性強(qiáng)性能價格比高等特點(diǎn)且軟硬件應(yīng)用設(shè)計資料豐富齊全，已為我國廣大工程技術(shù)人員所熟悉和掌握。在20世紀(jì)80年代和90年代，MCS-51系列單片機(jī)是在我國應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)機(jī)型之一。中央微處理器 AT89C51： AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失

21、性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89C51設(shè)計和配置了振蕩頻率，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，

22、而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機(jī)綜合了微型處理器的基本功能。按照實(shí)際需要，同時也考慮到設(shè)計成本與整個系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價格較低、工作穩(wěn)定的AT89C51單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制器3。圖3 AT89C51單片機(jī)實(shí)物圖圖4 AT89C51 單片機(jī)的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)3.1.2 AT89C51引腳簡單介紹總線型 非總線型I圖5 89C51的引腳封裝40個引腳按其功能可分為如下3類：電源及時鐘引腳VCC、VSS；

23、XTAL1、XTAL2。控制引腳PSEN、ALE/PROG、EA/VPP、RST。I/O口引腳P0、P1、P2、P3，為4個8位I/O口的外部引腳4。3.1.3 時鐘電路AT89C51單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都以時鐘信號為準(zhǔn)，有條不紊、一拍一拍地工作。因此時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成震蕩的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自己振蕩器。外部時鐘方式時外部時鐘電源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空。圖6時鐘電路3.1.4 復(fù)位電路

24、復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給AT89C51的復(fù)位引腳RST加上大雨2個機(jī)器周期（即24個時鐘震蕩周期）的高電平就可使AT89C51復(fù)位。復(fù)位電路通常采用上自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路給電容C充電加至RST引腳一個短的高電平信號，次信號隨著VCC對電容C的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容C的充電時間。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，EST引腳上的高電平必須維持足夠長的時間。按鍵手動復(fù)位有電平和脈沖兩種形式5。圖7復(fù)位電路3.2傳感器的設(shè)計3.2.1傳感器的基本特性傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。

25、不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。傳感器的動態(tài)特性： 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實(shí)驗方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示6。3.2.2 AM2301數(shù)字溫濕度傳感器 圖8

26、數(shù)字溫濕度傳感器（1）AM2301產(chǎn)品概述AM2301數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個AM2301傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使

27、其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。（2）產(chǎn)品亮點(diǎn)超低能耗、傳輸距離遠(yuǎn)、全部自動化校準(zhǔn)、采用電容式濕敏元件、完全互換、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字單總線輸出、卓越的長期穩(wěn)定性、采用高精度測溫元件。（3）單總線接口定義圖10 AM2301引腳引腳說明（VDD SDA GND）：AM2301的供電電壓范圍為 3.5V - 5.5V,建議供電電壓為 5V。數(shù)據(jù)線 SDA 引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀/寫傳感器數(shù)據(jù)。詳細(xì)見單總線的通信協(xié)議說明。（4）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(shí)際情況使用合適的上拉電阻。

28、 圖10 AM2301典型接口電路3.3 液晶顯示裝置設(shè)計3.3.1液晶簡介1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊 它有若干個5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點(diǎn)距的間隔 每行之間也有也有間隔 起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此 所以他不能顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制

29、程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶8。 圖11 1602實(shí)物圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm圖12 1602LCD引腳圖引腳功能說明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下: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

30、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(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。3.3.2液晶顯示原理讀寫操作時序如圖13和圖14所示：圖13 讀操作時序圖14 寫操作時序3.4 光聲報警系統(tǒng)與溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計3.4.1光聲報警系

31、統(tǒng)本系統(tǒng)采用紅綠LED燈作為光報警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場始終綠燈顯示；當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，現(xiàn)場轉(zhuǎn)化為紅燈報警提示；本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為聲報警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場沒有蜂鳴器報警提示；當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，現(xiàn)場蜂鳴器報警提示9。如圖 15圖15 光聲報警系統(tǒng)電路圖3.4.2溫濕度控制系統(tǒng)本系統(tǒng)溫濕度控制系統(tǒng)主要組成有：風(fēng)扇、加熱器 、噴霧器、除潮器。當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，系統(tǒng)啟動溫濕度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕的目的。· 風(fēng)扇：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作。· 加熱設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作。&#

32、183; 噴霧設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作。· 排潮設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作。圖16 溫濕度控制系統(tǒng)電路4 軟件系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計包過：系統(tǒng)初始化模塊，溫濕度檢測模塊，1602LCD顯示模塊，報警模塊，溫濕度判斷控制模塊。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖17圖17 系統(tǒng)流程圖4.1初始化模塊系統(tǒng)初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括以下方面的內(nèi)容：4.1.1 單片機(jī)初始化以及各種引腳定義。4.1.2 1602液晶初始化及工作方式。4.1.3 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。4.2溫濕度檢測模塊溫濕度檢測模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負(fù)責(zé)完成溫度和濕度的測量及模

33、擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的全過程，這也是它為什么重要的原因。數(shù)字式溫濕度傳感器AM2301直接把檢測到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機(jī)，在經(jīng)過單片機(jī)的處理，把溫濕度值顯示在1602液晶上。溫濕度傳感器的精確度值直接影響到整個系統(tǒng)的檢測與控制，所以本系統(tǒng)采用數(shù)字式溫濕度傳感器AM2301采集溫室內(nèi)的溫濕度10。4.3 溫濕度判斷控制模塊溫濕度判斷控制模塊也是系統(tǒng)的核心模塊之一，所謂判斷控制模塊，就是對當(dāng)前溫室內(nèi)的實(shí)際溫濕度與給定的溫濕度范圍進(jìn)行比較，先進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什么工作的。如溫度高于上限時需要降溫，低于下限時需要升溫，如濕度高于上限時需要降濕，低于下限時需要増濕，

34、同時還要啟動警報等等。溫濕度判斷控制部分的程序整體思路如圖18圖18 溫濕度判斷控制程序整體思路4.4 1602液晶顯示模塊本系統(tǒng)采用1602液晶顯示溫濕度值，當(dāng)系統(tǒng)剛開始上電時1602液晶不顯示任何數(shù)據(jù)，等待AM2301的監(jiān)測數(shù)據(jù)，雙行顯示在1602液晶上。第一行顯示：Temperature:-。C，第二行顯示：Humidity: -%4.5報警模塊報警模塊具備兩項功能，即為報警燈和聲音報警。報警燈模塊是完成LED有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，以便從視覺上提醒用戶。LED是由單片機(jī)控制2個雙色LED燈組成的，其轉(zhuǎn)換規(guī)律為：1 系統(tǒng)溫濕度值在給定的范圍時，綠色LED亮。2 系統(tǒng)溫濕度值超出給定的范圍時，紅色L

35、ED亮。在LED燈轉(zhuǎn)換的同時，聲音報警也會同時啟動，可采用延時的方式來延長聲音報警的聲音。警報燈由2個雙色的LED燈組成，一共需要2根數(shù)據(jù)線，使用單片機(jī)控制。要實(shí)現(xiàn)的功能是使2個雙色LED燈有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的采樣，并判斷出當(dāng)前溫濕度與給定溫濕度之間的差異，如果當(dāng)前溫濕度低于用戶給定的下限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過低，系統(tǒng)自動啟動紅色警報燈，同時開始加溫増濕，直至加到所需溫濕度值時警報燈熄滅。反之，如果當(dāng)前溫濕度高于用戶設(shè)定的上限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過高，系統(tǒng)也會自動啟動警報燈，同時開始降溫減濕，直至降到所需溫濕度值時警報燈熄滅。4.6 系統(tǒng)整體軟件程序本系統(tǒng)采用

36、C語言編程，使用單片機(jī)編程軟件:Keil軟件11。#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuint hum,temp;/定義濕度、溫度（全局）uchar hum_h,hum_l,temp_h,temp_l,check;/濕度高、低8位，溫度高、低8位，校驗位uchar num,num1, bai,shi,ge,bai1,shi1,ge1,cnt=0; /sbit dht=P10;sbit fine=P11;sbit hot=P12;sbit pwq=P13;sbit ccq=P14;

37、sbit beef=P27;sbit redled=P26;sbit greedled=P25;sbit lcden=P34;sbit lcdrs=P35;uchar code table="Temperature:" ; uchar code table1="Humidity:"void write_com(uchar com);void write_data(uchar date);void delay_us(uint i);void delay(uint z);void dht_init();void interrupt_init();void l

38、cd_int();uchar read_byte();void read_hum_temp();void zhuanhuan();void warm_control();void main()/主函數(shù)interrupt_init();lcd_int();delay(200); while(1) read_hum_temp();zhuanhuan();warm_control();delay(3000); /此處的時間不能小于3000，否則讀不出！/hum_h=hum_l=temp_h=temp_l=check=temp=hum=0; /*-延時（10us級）-*/void delay_us(u

39、int i)while(i-); /*-延時（ms級）-*/void delay(uint z)uint i,j;for(i=z;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);/*-溫濕度初始化（準(zhǔn)備傳送數(shù)據(jù)）-*/void dht_init()/delay(1000); /延時一會，避開不穩(wěn)定區(qū)域dht=0; /拉低延時500微秒，發(fā)送開始信號delay_us(50);dht=1; /釋放總線，延時30微秒delay_us(4);while(!dht); /拉低等待while(dht); /拉高等待，即將傳送數(shù)據(jù)uchar read_byte()uchar n,byte=0,

40、dat;for(n=0;n<8;n+) while(!dht);delay_us(4); /理論上28us<延時<70us,此處寫2-6都可以dat=0;if(dht) dat=1;while(dht);byte=(byte<<=1)|dat; /0return byte; /*-讀40位數(shù)據(jù)-*/void read_hum_temp()dht_init();hum_h=read_byte(); /讀濕度hum_l=read_byte();temp_h=read_byte(); /讀溫度temp_l=read_byte();check=read_byte(); /

41、讀校驗while(!dht); /等待低電平結(jié)束dht=1;/最后拉高總線void zhuanhuan() /提取各位數(shù)字uchar a;a=hum_h+hum_l+temp_h+temp_l;if(a=check)/P1=temp_l;hum=temp=0;hum=(hum|hum_h)<<8)|hum_l;temp=(temp|temp_h)<<8)|temp_l; bai=temp/100;shi=temp%100/10;ge=temp%10;bai1=hum/100;shi1=hum%100/10;ge1=hum%10;else bai=shi=ge=bai1=

42、shi1=ge1=0; /*-中斷初始化-*/void interrupt_init()TMOD=0X01; TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1; /*-中斷處理液晶顯示函數(shù)-*/void timer0() interrupt1TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;if(cnt=2) for(num=0;num<13;num+)write_data(tablenum);delay(20);write_data(bai);write_data(shi);w

43、rite_data(ge);write_data('C');write_com(0x80+0x40);for(num1=0;num1<10;num1+)write_data(table1num1);delay(20);write_data(bai1);write_data(shi1);write_data(ge1);write_data('%'); cnt=0; cnt+;/*-液晶控制-*/void lcd_int()/lcd初始化lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0e);write_com(0x06);write_

44、com(0x80);void write_com(uchar com) / lcd寫指令lcdrs=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date) / lcd寫數(shù)據(jù)lcdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;/*-控制報警-*/void warm_control()/判斷控制報警if(temp<10|temp>30)|(hum<20|hum>60)/判斷溫濕度值是否符合要求 redled=0;greedled=1;beef

45、=0; /聲光報警delay(2000);beef=1;else greedled=0;redled=1;if(temp<10)hot=0;/加熱器加熱if(temp>30)fine=0; /風(fēng)扇降溫if(hum<20)pwq=0;/噴霧器增濕if(hum>60)ccq=0;/除潮器除潮總 結(jié):雖然這個設(shè)計做的比較簡單，但能完成給定的設(shè)計內(nèi)容。很多東西考慮的不是很細(xì)，也有一些特別情況沒有做，但是用了很多精力用來完成這個論文，鑒于個人水平和時間的關(guān)系，所以并沒有把自己當(dāng)初設(shè)想的所有情況都考慮進(jìn)去。這兩個月的畢業(yè)論文讓我學(xué)會的很多，覺得自己學(xué)的太少還有很多需要認(rèn)真學(xué)習(xí)，學(xué)無

46、止境，所以要更努力。參考文獻(xiàn):1林國漢.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計J.微計算機(jī)信息，2009（25）: 21242易順明.基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計J.現(xiàn)代電子技術(shù),2011 (7):7153張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社2008.121064 Atmel. Atmel 89C51 Microcontrollers Hardware Manual,2010. 35985陳桂友,柴遠(yuǎn)斌.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.10886熊詩波.機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)M.4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008. 60102 7張新榮.基于單片機(jī)的多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)

47、計J.工業(yè)控制計算機(jī)，2010（7）:13218夏曉南.基于單片機(jī)的溫箱溫度和濕度的控制J.現(xiàn)代電子技術(shù),2008 (5):6129秦曾煌.電工學(xué).電子技術(shù)M.7版.北京：高等教育出版社,2008.348010李俊.基于單片機(jī)的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)J.微計算機(jī)信息，2008（17）:51811譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計M.4版.北京：清華大學(xué)出版社, 2007.2195The design of temperature and humidity measurement and control system based on single-chip microcomputerLi Ruitao(Mechanical and Electronic Engineering Departme