基于51單片機的溫室大棚溫濕度檢測警報系統(tǒng)設計說明

1、 湖 南 科 技 大 學課 程 設 計課程設計名稱：多路溫濕度測試報警系統(tǒng)學 生 姓 名： 學 院： 機電工程學院專業(yè)與班級：09級測控一班學 號： 0903030110 指導教師： 2013年 01 月 18 日科技大學機電工程學院課 程 設 計 任 務 書課程設計名稱專業(yè)綜合課程設計課程設計題目溫室大棚溫濕度檢測系統(tǒng)設計學 生 姓 名年級 09級專業(yè)測控技術與儀器學號0903030110指 導 教 師單位科技大學重點實驗室課程設計起止日期2012-12-302013-1-18設計內容： 本設計是基于AT89c51單片機的大棚溫濕度控制系統(tǒng)，通過多個DHT11溫濕度傳感器采集不同地點的壞境數(shù)

2、據，并用LCD12864實時顯示；程序中設置所需的溫濕度，若顯示的壞境數(shù)據超過設置值，則通過蜂鳴器報警。任務與要求：濕度 ±5% 0100% 溫度 ±1% 0100限定（20100） 限定（120%）LCD實時顯示電源DC 5V 工作環(huán)境溫度小于90 濕度小于90%可設置報警溫濕度主要參考資料：單片機編程實用技巧叢書傳感器原理與應用LCD1602系列液晶顯示與模塊設計摘要隨著現(xiàn)代技術的不斷發(fā)展，生產生活現(xiàn)代化的不斷提高，用溫室大棚技術來培養(yǎng)農作物可以顯著的提高農作物產量，降低農業(yè)生產對自然環(huán)境和氣候變化的要求。然而溫室大棚對于溫度濕度等一系列空氣成分指標要求非常嚴格，而現(xiàn)代

3、化的溫室大棚則必須有一整套溫度濕度的檢測和控制系統(tǒng)，本設計就是為了適應現(xiàn)代溫室大棚的需求，更加方便有效地觀測環(huán)境溫濕度，以便于更為科學合理地對溫室大棚進行管理。本設計是以單片機為核心，配合溫濕度傳感器，以與相關的外圍電路組成的檢測系統(tǒng)，可以接收所測環(huán)境的溫度和濕度信號，檢測人員可以通過LCD顯示的數(shù)據，實時監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況，如果檢測到的數(shù)據超過所設定的溫濕度上下限，則系統(tǒng)會自動產生相應的聲光報警。所有的測量操作都可以通過主機控制軟件來實現(xiàn)，溫度和濕度傳感器得到的測量信號，經電路轉換為電信號，然后通過轉換送到單片機進行數(shù)據處理，經軟件分析處理后送顯示裝置。本系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件和軟件設計,可

4、靠性高，結構簡單，系統(tǒng)還應用RS232與上位機相連接，可以設置自動記錄溫度、濕度的相關的參數(shù)，也可以設置每隔一定的時間自動記錄，操作簡便，應用廣泛。關鍵詞：STC89C52單片機，溫濕度傳感器， LCD顯示Abstract With the development of modern technology, the production of modern life continues to improve, for greenhouse technology to cultivate crops can significantly increase the yield of crops, r

5、educing the agricultural production of the natural environment and climate change request. However, the greenhouse temperature and humidity requirements for a series of air composition indicators are very strict, and greenhouse modernization must have a set of temperature and humidity measurement an

6、d control system, the design is for people living with and the continuous improvement of production level, to the living environment and the requirements of the production environment is particularly important, control temperature and humidity is a typical example, therefore, emerge as the times req

7、uire an intelligent temperature and humidity detection system in modern life and fast, convenient and reliable detection system, especially in the industrial production if the detection of inaccurate will occur in many production accidents. To provide a better life for modern people to work, scienti

8、fic research, and more convenient facilities, we must start from the SCM technology, all toward digital control system, intelligent control direction. The design is based on single-chip microcomputer as the core, with the temperature and humidity sensor, detecting system and related peripheral circu

9、it, can receive the measurement of environmental temperature and humidity signal, detecting personnel can be displayed by the LCD data, the temperature and humidity of real-time monitoring of the environment. The measurement operation all can be realized through the host computer control software, t

10、he measurement signals are temperature and humidity sensor, the circuit is converted to electrical signals, and then the data were processed by conversion to SCM, through the software analysis processing evacuation display device. The system hardware and software design, including the system of high

11、 reliability, simple structure, realizes the automatic control of temperature and humidity. The system also applies RS232 and host machine is connected, can parameters related to the automatic recording of temperature, humidity settings, can also be set at a certain time automatic recording, availab

12、le in the meteorological observation.Keywords ：STC89C52 microcontroller, temperature and humidity sensor, LCD display 目 錄第1章 概述 1.1 課題研究的背景 1.2 溫濕度檢測的發(fā)展狀況以與存在的問題 1.3 本課程設計的主要容第2章 系統(tǒng)總體方案設計 2.1 溫濕度傳感器2.1.1 DHT11產品概述2.1.2 接口說明2.1.3 電源引腳2.1.4 串行接口(單線雙向)2.1.5 DHT11引腳說明2.1.6 焊接信息2.1.7 注意事項 2.2 RS232接口 2.3

13、 單片機STC89C52 2.4 LCD1602第3章 系統(tǒng)的硬件設計和連接3.1 主控模塊3.2 顯示模塊3.3溫度和濕度采集模塊3.4鍵盤設計3.5與上位機相連電路的設計3.6報警電路設計第4章 系統(tǒng)軟件方案的設計4.1程序流程圖第5章 總結與展望參考文獻因此為了保證產品的質量與機臺的使用壽命，對其環(huán)境的要求也很高，尤其的是對溫度、濕度的控制。例如在我工作的生產發(fā)光二極管LED的工業(yè)現(xiàn)場，前面的兩道工序固晶片和焊線要求的精度非常高，晶片必須固到碗杯的中心點，偏差不可超過1/5晶片的寬度，且對膠量的控制也有嚴格的要求，只有這道工序做好了，下一個工序焊線才會順利，否則焊線將會出現(xiàn)很多異常，不僅

14、會降低產量也會造成質量問題，因此要求每三個小時記錄一次室的溫濕度，且要保證其溫度在18-23之間，濕度不可超過60%。隨著信息產業(yè)的發(fā)展與工業(yè)化的進步,溫度和濕度不僅僅表現(xiàn)在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件, 還表現(xiàn)在對工生物制品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學研究、國防建設等方面的影響。針對以上情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。常用溫濕度傳感器的非線性輸出與一致性較差，使溫濕度的測量方法和手段相對較復雜，且給電路的調試帶來很大的困難。傳統(tǒng)的溫濕度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調理電路復雜，且溫濕度值的標定過程也極其復雜，并需要使用昂貴的標定儀器設備。因此對于溫濕度控制器的設計

15、有著很大的現(xiàn)實生產意義。本文設計的是基于單片機STC89C52的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應用的DHT11作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度較高、硬件電路簡單、并能很好的進行顯示，可測試不同環(huán)境溫濕度的特點。另外和控制電路相連，可以進行加濕電路和除濕電路的控制，使溫度和濕度參數(shù)在預先設定的圍，不需要人的直接參與。本系統(tǒng)還通過RS232和上位機相連，可以設置每隔一定的時間進行溫度和濕度的采集，上傳到上位機，以供查詢。1.2溫濕度檢測的發(fā)展狀況以與存在的問題傳統(tǒng)的溫度和濕度檢測系統(tǒng)主要有以下幾種：（1）水汽壓（e）：是水汽在大氣總壓力中的分壓力。它表示了空氣中水汽的絕對含量的大小，以毫

16、巴為單位。（2）相對濕度（rh）：濕空氣中實際水汽壓e與同溫度下飽和水汽壓E的百分比，相對濕度的大小能直接表示空氣距離飽和的相對程度?？諝馔耆稍飼r，相對濕度為零。相對濕度越小，表示當時空氣越干燥。當相對濕度接近于100%時，表示空氣很潮濕，越接近于飽和。（3）露點（或霜點）溫度：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。（4）干濕球溫度表：用一對并列裝置的、形狀完全一樣的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。（5）發(fā)濕度表（計）：利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器，它的測

17、濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于-10時使用。（6）電阻式濕度片：利用吸濕膜片隨濕度變化改變其電阻值的原理，常用的有碳膜濕敏電阻和氯化鋰濕度片兩種。前者用高分子聚合物和導電材料碳黑，加上粘合劑配成一定比例的膠狀液體，涂覆到基片上組成的電阻片；后者是在基片上涂上一層氯化鋰酒精溶液，當空氣濕度變化時，氯化鋰溶液濃度隨之改變從而也改變了測濕膜片的電阻。（7）薄膜濕敏電容：是以高分子聚合物為介質的電容器，因吸收（或釋放）水汽而改變電容值。它制作精巧，性能優(yōu)良，常用在探空儀和遙測中。隨著智能檢測系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)將多傳感器系統(tǒng)結合在一起。如何把多傳感器集中于一個檢測控制系統(tǒng)，

18、綜合利用來自多傳感器的信息，獲得對被測對象的可靠了解和解釋，以利于系統(tǒng)做出正確的響應、決策和控制，是智能檢測控制系統(tǒng)中需要解決的首要問題。在溫濕度要求嚴格的場合，利用多傳感技術可以提高系統(tǒng)的可靠性和精度，亦可以提高系統(tǒng)的時間空間的覆蓋圍。1.3本課程設計的主要容單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機的性能關系到整個系統(tǒng)的好壞。因此單片機的選擇，對所設計系統(tǒng)的實現(xiàn)以與功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52單片機，AT89C51片4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，

19、片有128字節(jié)的RAM。而AT89S52含有在系統(tǒng)可編程的Flash存儲器，片有8K閃存，RAM的容量也較AT89C51大，為256字節(jié)。顯然這種單片機優(yōu)點更多，開發(fā)時間也大為縮短。在本次設計中選用了STC89C52單片機。鍵盤接口電路較為簡單，而顯示部分有兩種方案供選擇：一種為LCD，一種為LED。LCD液晶顯示的像素單元是整合在同一塊液晶版當中分隔出來的小方格。通過數(shù)碼控制這些極小的方格進行顯像。顯示非常細膩但是造價很高。而LED數(shù)碼顯示中每一個像素單元就是一個發(fā)光二極管，如果是單色，一般是紅色發(fā)光二極管。如果是彩色，一般是三個三原色小二極管組成的一個大二極管。這些二極管組成的矩陣由數(shù)碼控

20、制實時顯示文字或圖象，造價相對低廉，顯示效果也較好。本設計中，最終選用的集成溫度傳感器DHT11，采集到的溫濕度信號送至單片機，實現(xiàn)溫濕度的顯示與控制。系統(tǒng)主要由以上元器件組成，通過硬件電路和軟件程序的設計，實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。第2章 系統(tǒng)總體方案設計本設計是基于單片機對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產生模擬信號，和A/D模擬數(shù)字轉換芯片的性能，此設計以STC89C52基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括單片機、復位電路、溫濕度檢測、鍵盤與顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設計。系統(tǒng)總體方框圖如圖2.1。鍵盤控制顯示電路系統(tǒng)晶振電平變換PC機報警電路溫濕度傳感器單片機 系統(tǒng)重點與組

21、成：溫濕度的檢測 溫濕度的顯示 單片機與PC機間的通信 通過開關量控制實現(xiàn)溫濕度上下限調節(jié)圖2.1 系統(tǒng)總體框圖2.1 溫濕度傳感器1、DHT11產品概述DHT11數(shù)字溫濕度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。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP存中，傳感器部在檢測信號的處理過程中要調用這些

22、校準系數(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20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據用戶需求而提供。2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米時根據實際情況使用合適的上拉電阻3、電源引腳DHT11的供電電壓為35.5V。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。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。4、串行接口 (單線雙向)DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)

23、據格式,一次通訊時間4ms左右,用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據,并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據.從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據后轉換到低速模式。5、DHT11引腳說明Pin名稱注釋1VDD供電 35.5VDC2DATA串行數(shù)據，單總線3NC空腳，請懸空4GND接地，電源負極6、 焊接信息手動焊接，在最高260的溫度條件下接觸時間須少于10秒。7、注意事項(1)避免結露情況下使用。(

24、2)長期保存條件：溫度1040，濕度60以下2.2 RS232接口RS232接口是1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家與計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數(shù)據終端設備（DTE）和數(shù)據通訊設備（DCE）之間串行二進制數(shù)據交換接口技術標準”。 該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。隨著設備的不斷改進，出現(xiàn)了代替DB25的DB9接口，現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。2.3 單片機STC89C52STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程F

25、lash存儲器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許ROM在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使其為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。2.3.1 主要特性(1) 與MCS-51單片機產品兼容；(2) 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；(3) 1000次擦寫周期；(4) 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；(5) 三級加密程序存儲器；(6) 32個可編程I/O口線；(7) 三個16位定時器/計數(shù)器；(8) 八個中斷源；(9) 全雙工UART串行通道；(10) 低功耗空閑

26、和掉電模式；(11) 掉電后中斷可喚醒； 圖2.3 STC89C52芯片的引腳圖(12) 看門狗定時器；(13) 雙數(shù)據指針；(14) 掉電標識符。如圖2.3所示STC89C52芯片的引腳圖VCC：電源Vss：地 P0口：8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據復用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅動

27、4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表3-1所示。在Flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動四個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在方位外部程序存

28、儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據存儲器時，P2口送出高八位地址。在Flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動四個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用RST：復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/：控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的

29、輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據存儲器時， ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。：外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)

30、據存儲器時，將不被激活。/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接地。為執(zhí)行部程序指令，應該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.4 LCD1602工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線 VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中： 引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD

31、接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 0位（最低位）8DB1低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 1位9DB2低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 2位10DB3低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 4位12DB5

32、高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據總線 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負極寄存器選擇控制表 RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以與讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據寄存器讀取數(shù)據第3章 系統(tǒng)的硬件設計和連接3.1主控模塊采用STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制器。Pl口控制數(shù)碼管顯示溫度和濕度值。P2口與DHT11連接實現(xiàn)濕度模擬電壓量轉換為數(shù)字量便于單片機處理。鍵盤控制采用PO口

33、其中POO是溫度的設置，PO1是濕度的設置，PO2PO3是分別對溫度與濕度的上下限值進行設置。原理如下圖：圖3.1 STC89C52單片機各引腳功能3.2顯示模塊3.3 溫度和濕度采集模塊1.通訊過程如圖1所示圖1總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。圖2總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應信號,DHT11發(fā)送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據,每一bit數(shù)據都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù)據位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最后一bit數(shù)據傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號表示方法如圖4所示 圖4數(shù)字1信號表示方法.如圖5所示 圖5