岷江蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計論文

本科畢業(yè)論文（設(shè)計）-40-緒論研究背景科學(xué)技術(shù)帶給了我們豐富多彩的生活，21世紀(jì)作為一個全新的科技時代，不論是什么都在進行著高速的發(fā)展與進步。在日常生活以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)研究等領(lǐng)域，溫濕度控制系統(tǒng)的地位會越來越高。實際上，由于不同的物體和現(xiàn)象需要不同的精度和方法，測量方法是多樣的。但是隨著科技的進步，以往的方法就不再適用了，人們就必須探索出新的方法。全球農(nóng)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)越來越依賴于自動化技術(shù)，為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，中國必須致力于發(fā)展自動化技術(shù)。在夏季高溫干旱的酷暑中，在冬季的嚴(yán)寒中，在晝夜的大額溫差中，人類每天必須食用的蔬菜便難以正常生長，難以保證人民的菜籃子，為了解決這個問題，便產(chǎn)生了蔬菜大棚這一事物。蔬菜大棚作為種植蔬菜的十分重要的設(shè)施，能夠幫助農(nóng)民增加收成。為了保證大棚內(nèi)環(huán)境的適宜程度，需要采用出色的保溫框架覆膜結(jié)構(gòu)。通常情況下，大棚的骨架都是由竹子或鋼鐵構(gòu)架組成的。竹子作為傳統(tǒng)的構(gòu)架材料，具有韌性好、重量輕的優(yōu)點，而鋼鐵則耐腐蝕、結(jié)實可靠。這兩種材料都具有耐久性，能夠承受大棚結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，并且能夠抵御風(fēng)雨，保障大棚內(nèi)的蔬菜生長。此外，在覆膜的選材方面也需慎重考慮，優(yōu)質(zhì)的薄膜材料可以保障蔬菜生長的同時，也能保障大棚內(nèi)空氣的新鮮流通，促進蔬菜生長發(fā)育。這種環(huán)境使得外部塑料膜能有效防止二氧化碳流失，從而保持良好的保溫性能，有利于蔬菜的生長。但單一的物理蔬菜大棚僅能在小范圍變化內(nèi)達到保溫效果，且沒有具體的精度控制。在此基礎(chǔ)上，又采用了人工手動控制，因為其測量控制精度低、操作難度大、不能及時測量控制等原因，可能會導(dǎo)致無法挽留的損失，浪費人力，并且難以達成預(yù)期效果。進而發(fā)展為智能控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵之一，在于對農(nóng)作物生長環(huán)境中重要參數(shù)的測量和控制，這是必需的，蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)在此方面扮演著重要的角色。空氣中的溫度、濕度和二氧化碳濃度等因素與大棚環(huán)境和生物的生長發(fā)育密切相關(guān)。因此，在溫室生產(chǎn)管理中，實現(xiàn)自動化和科學(xué)化是必不可少的。同時，環(huán)境監(jiān)測和控制也是基本保障，對此必須高度重視。因此，實施溫室生產(chǎn)管理的科學(xué)化和自動化，對于環(huán)境監(jiān)測及其控制的順利實現(xiàn)具備關(guān)鍵性的用途。綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長的規(guī)律，控制環(huán)境條件實現(xiàn)高品質(zhì)、高產(chǎn)量和高效率的種植目標(biāo)。盡管海外擁有完善的溫室大棚設(shè)施和標(biāo)準(zhǔn)，但其昂貴的價格以及缺乏適用我國特有氣候的測控軟件。為推動我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展，要實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究，就必須積極探索農(nóng)業(yè)工程和設(shè)備的研發(fā)，因為這是提高農(nóng)業(yè)效率、質(zhì)量和精度的關(guān)鍵，智能調(diào)控溫濕度和二氧化碳水平，營造有利于蔬菜生長的環(huán)境。當(dāng)前，蔬菜大棚的個數(shù)在一直增長，使用者對大棚的性能需求也更高，尤其是追求高效生產(chǎn)，對大棚自動化水平有更高的要求。伴隨著其它的電子器件以及單片機的性價比飛速變高，讓這一目標(biāo)在國內(nèi)有可能實現(xiàn)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，大多數(shù)農(nóng)村簡易日光大棚仍采用手動工具進行控制，這種方式已經(jīng)成為了普遍的做法，導(dǎo)致生產(chǎn)率低下，生產(chǎn)成本也偏高。由于大棚業(yè)務(wù)的發(fā)展，作物品種多樣，控制標(biāo)準(zhǔn)也日益高漲，手動工具的控制精度較低且容易造成混亂，無法滿足生產(chǎn)要求。因此，需要研發(fā)一套控制裝置，減少人工干預(yù)。然而，在現(xiàn)今國內(nèi)，同智能蔬菜大棚控制系統(tǒng)也只采用工業(yè)控制計算機或者是PLC控制系統(tǒng)，價格過高，許多用戶難以承受經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。國外研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)70年代，國外開始使用模擬式的組合儀表來監(jiān)測和調(diào)控環(huán)境，但是這種儀器技術(shù)不夠精確，難以滿足日益增長的需求。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，電子式的自動化環(huán)境控制系統(tǒng)逐漸代替了模擬式的組合儀表，讓溫室大棚的環(huán)境控制變得非常精確和高效率。現(xiàn)在的環(huán)境控制系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、CO2濃度控制器、光照控制器、水肥自動噴施控制器等多個部件，可以通過集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)全自動控制。同時，智能化技術(shù)的應(yīng)用也為溫室大棚環(huán)境控制帶來了新的變化。一些先進的大棚環(huán)境控制系統(tǒng)已經(jīng)具有云端數(shù)據(jù)傳輸、遠程監(jiān)控和智能識別等功能，可以實現(xiàn)多種自動化操作，如自動開關(guān)窗戶、自動施肥等，從而實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的溫室大棚生產(chǎn)。本文研究內(nèi)容本次的內(nèi)容主要是通過單片機為控制核心，實現(xiàn)溫濕度控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以應(yīng)用到以蔬菜大棚為典型的大棚領(lǐng)域，設(shè)計時應(yīng)盡量簡單以及低成本，方便用戶使用。該系統(tǒng)能夠檢測并顯示溫濕度和二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，溫濕度和二氧化碳濃度的控制和報警功能等。論文結(jié)構(gòu)本文主要分為以下幾個部分:第一部分是緒論部分，它簡單得論述了本系統(tǒng)的項目背景以及現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r。系統(tǒng)的第二部分為系統(tǒng)分析。從經(jīng)濟、技術(shù)、操作上分析系統(tǒng)的可行性，從關(guān)鍵技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、功能、性能上分析系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)的第三部分為系統(tǒng)設(shè)計，里面細(xì)致說明了系統(tǒng)的各項功能模塊、構(gòu)架設(shè)計、硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計。第四部分是該系統(tǒng)的實現(xiàn)部分。第五部分是系統(tǒng)的測試部分，測試系統(tǒng)的各種模塊和功能。第六部分是總結(jié)與展望，總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)過程中的問題。研究方法及手段系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)是基于單片機技術(shù)上，通過Keil匯編軟件編寫程序代碼，設(shè)計合理正確的仿真圖。最終，需要綜合運用Proteus仿真軟件，將原理圖呈現(xiàn)出來，并借助單片機進行仿真實驗，以達到所需結(jié)果。系統(tǒng)分析可行性分析經(jīng)濟可行性分析本系統(tǒng)用到的DHT11、SGP30、STC89C52及風(fēng)扇、水泵、加熱片、蜂鳴器、閃光燈、LCD等硬件價格低廉，官網(wǎng)上可以下載需要使用的Proteus和Keil仿真軟件，價格較低。根據(jù)上文所說，本系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性高。技術(shù)可行性分析該系統(tǒng)運用STC系列的單片機當(dāng)作控制核心，通過利用DHT11和SGP30設(shè)備，實現(xiàn)了溫濕度和二氧化碳濃度的監(jiān)測、液晶顯示測得的數(shù)據(jù)、溫濕度和二氧化碳濃度控制、聲光報警功能。根據(jù)上文所說，本系統(tǒng)的技術(shù)可行性高。操作可行性分析本系統(tǒng)的仿真設(shè)計和最終的實物制作操作都較為簡單，性能較好，容易實現(xiàn)。根據(jù)上文所說，本系統(tǒng)的操作可行性高。需求分析關(guān)鍵技術(shù)分析本章簡單介紹設(shè)計所用到的一些關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)軟件。該項目的關(guān)鍵技術(shù)之一是單片機，使用的軟件包括Proteus和Keil。在詳細(xì)闡述這些技術(shù)時，我們即將依次介紹功能及其特點，以便于更好地理解。單片機的介紹。被高度集成的一種電路芯片單片機，可以將中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器和各種輸入輸出接口等元件集成在一起。通過內(nèi)部的程序控制，單片機可以完成各種功能。單片機僅僅是一個芯片，但它已經(jīng)具備了微型計算機的組成結(jié)構(gòu)和功能，因此也稱作微控制器。單片機因其易開發(fā)、體積小、性價比高、使用靈活等優(yōu)點，備受工程技術(shù)人員的喜愛，被大量應(yīng)用于電子產(chǎn)品、家用電器、自動化設(shè)計等多個方面，帶來了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。單片機采用STC89C52RC，由STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器，比較適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境控制。雖然STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能，例如:看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM,MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器等REF_Ref2284\r\h[1]。該單片機具有大容量的閃存和SRAM，運行速度快，響應(yīng)時間短，可以成功解決很難的控制問題。同時，STC89C52單片機的功耗非常低，工作電壓也很穩(wěn)定，節(jié)省能源且能夠延長監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，該單片機還擁有強大的保護機制，能夠避免數(shù)據(jù)丟失和傳輸中斷?？梢哉f，它也具備穩(wěn)定性和可靠性，可以滿足各種應(yīng)用需求。Proteus的介紹。Proteus軟件作為現(xiàn)代輔助工程設(shè)計工具，是一款由英國LabCenterElectronics公司研發(fā)的軟件REF_Ref3979\r\h[2]。Proteus作為一款全方位的EDA工具，既可用于原理圖的繪制，又可用于具有復(fù)雜布線的PCB設(shè)計，以及各種電路的仿真和調(diào)試中。其所涉及的領(lǐng)域種類豐富，該領(lǐng)域包括數(shù)字電路、模擬電路以及混合信號電路等，引起了眾多電子工程師和電子專業(yè)學(xué)生的濃厚興趣。另外，Proteus還擁有強大的仿真和調(diào)試功能，可在PC端準(zhǔn)確模擬復(fù)雜電路的行為，預(yù)測電路的性能和優(yōu)化設(shè)計，從而避免實際電路開發(fā)中出現(xiàn)的錯誤和損失。此外，Proteus還針對不同的應(yīng)用場景提供了多種仿真模式，包括直流仿真、交流仿真、數(shù)字信號仿真等各種模式，方便用戶根據(jù)需要進行實驗和調(diào)試?？傊琍roteus作為一款全方位的EDA工具，其功能強大，應(yīng)用廣泛，不僅適合電子工程師進行電路設(shè)計和調(diào)試，也非常適合電子專業(yè)學(xué)生進行教學(xué)和科研。作為一款英國EDA工具，Proteus品質(zhì)保障，雖然在國內(nèi)推廣初期，但已經(jīng)深受許多致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者喜愛。Keil的介紹。Keil軟件公司是一家專業(yè)致力于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的企業(yè)，經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，已成為了全球知名的單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)提供商之一。在單片機C語言程序設(shè)計教學(xué)中使用Keil軟件的編譯、調(diào)試、串口功能REF_Ref6715\r\h[3]。它已成為電子工程師開發(fā)單片機時的首選軟件之一。Keil軟件的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具也十分便捷實用。其中，其開發(fā)環(huán)境的特點是統(tǒng)一的界面設(shè)計，讓用戶可以快速上手。此外，Keil軟件支持的調(diào)試工具包括仿真器和調(diào)試器等，可以幫助開發(fā)者進行較為精確的調(diào)試和測試，進而提高開發(fā)效率。同時，Keil軟件還包括了多種插件，比如直接調(diào)用測試工具等等，以保證用戶能夠以最簡單、最高效的方式進行單片機開發(fā)。開發(fā)大型軟件時，高級語言的優(yōu)勢尤為突出。相較于匯編語言而言，C語言具有明顯的優(yōu)越性和可維護性等方面。因此，學(xué)習(xí)和運用C語言更為簡單易學(xué)。對于曾經(jīng)學(xué)習(xí)過匯編語言的人而言，使用C語言進行開發(fā)能夠更深刻地感受到這種優(yōu)越性。業(yè)務(wù)流程分析主要的控制核心是STC89C52，數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析、報警功能等等均需要它來完成。利用SGP30和DHT11采集我們需要的數(shù)據(jù)，并且把收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD1602上，通過單片機實現(xiàn)液晶屏的顯示。所得到的數(shù)據(jù)超出了設(shè)定的數(shù)值時，蜂鳴器啟動報警，LED燈亮起，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定的數(shù)值時，蜂鳴器同樣會報警，LED指示燈亮起。當(dāng)因溫度過高所對應(yīng)的指示燈亮起時，風(fēng)扇驅(qū)動，進行降溫，使得溫度降低至設(shè)定范圍；當(dāng)因溫度過低所對應(yīng)的指示燈亮起時，加熱片驅(qū)動，進行升溫，使得溫度升到設(shè)定范圍內(nèi)。當(dāng)因濕度過低所對應(yīng)的指示燈亮起時，水泵驅(qū)動，增加濕度至設(shè)定范圍；當(dāng)因濕度過高時，加熱片驅(qū)動，降低濕度至設(shè)定范圍。當(dāng)因二氧化碳濃度過高所對應(yīng)的指示燈亮起時，排風(fēng)扇驅(qū)動，將二氧化碳濃度降至設(shè)定范圍。系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖如REF_Ref25572\h圖STYLEREF1\s2.1所示。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖功能需求分析在功能上，系統(tǒng)可以自動實現(xiàn)溫度、濕度、二氧化碳濃度的檢測，自動控制溫濕度和二氧化碳濃度以及自動報警，不需要人工的參與。僅需人工參與的是根據(jù)實際情況設(shè)置蔬菜生長的合理溫濕度上下限和二氧化碳濃度范圍。性能需求分析DHT11為一款精度高達±5%RH濕度和±2℃溫度的校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出溫濕度傳感器，可實現(xiàn)4引腳安裝，并完全互換。DHT11在使用時應(yīng)注意的事項:如果超過了推薦的工作范圍，也許會造成臨時的漂移信號達到3%RH之高。傳感器在恢復(fù)正常工作環(huán)境后會逐漸恢復(fù)校準(zhǔn)狀態(tài)。若想快速恢復(fù)，請考慮采用“恢復(fù)處理”。長時間在異常工作環(huán)境下使用會加速產(chǎn)品的老化，故建議存儲溫度應(yīng)在10至40攝氏度之間，相對濕度不超過60%。當(dāng)環(huán)境惡劣時，污染物質(zhì)的排放速度會加快。STC89C52是一款符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指令結(jié)合和輸出的8位微處理器，其運用了非易失高密度性能的存儲器的生產(chǎn)技術(shù)，同時具備低耗高性能的特點。擁有精確的8位CPU和存儲器相結(jié)合，因此STC89C52是比較方便的微控制設(shè)備。本設(shè)計選用的SGP30傳感器是一款集成多個傳感器元件的氣體傳感器，如可以檢測空氣中二氧化碳、揮發(fā)性有機化合物(VOC)的含量，二氧化碳的檢測范圍:400ppm~60000ppm，VOC檢測范圍:0ppb~60000ppb。利用STC89C52單片機中的IIC協(xié)議對其進行讀寫操作REF_Ref10892\r\h[4]。它能夠同步檢測多種氣體成分，在單一芯片上完成氣體傳感測量。此傳感器的輸出信號精準(zhǔn)校準(zhǔn)，可用于空氣質(zhì)量監(jiān)測等多種場合。將來可能提出的需求分析(1)通過電腦端可以觀測到現(xiàn)場環(huán)境狀況及其控制過程和結(jié)果。(2)通過電腦端能夠設(shè)置閾值。(3)還能進行光照、土壤鹽分的控制。系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)設(shè)計為了充足地保障人民的菜籃子，設(shè)計方案已經(jīng)提出，其蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)具備自動化、易操作、低成本和高可靠性的特點。以最低的成本和最高的效率來提高蔬菜的產(chǎn)量質(zhì)量是設(shè)計的根本價值所在。系統(tǒng)設(shè)計的總框圖如REF_Ref25726\h圖STYLEREF1\s3.1所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)設(shè)計總框圖功能模塊該設(shè)計的功能包括以下幾點:精準(zhǔn)測量出大棚環(huán)境中的溫濕度以及二氧化碳濃度，并且能夠在液晶顯示屏上呈現(xiàn)當(dāng)前所測的數(shù)值。此外，用戶也可以方便地設(shè)定溫度、濕度和二氧化碳濃度所對應(yīng)的閾值。一旦溫濕度或者二氧化碳濃度超出了設(shè)置的閾值，設(shè)備就會發(fā)出聲光報警、驅(qū)動控制板塊進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)功能模塊如REF_Ref25853\h圖STYLEREF1\s3.2所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s12系統(tǒng)功能模塊硬件設(shè)計單片機模塊STC89C52屬于一個低耗能、高性能的8位微處理器，簡單來說就是單片機，配備8位CPU與存儲器完美結(jié)合。因此，STC89C52是一款全面的微控制設(shè)備，此解決方案適用于各類嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)靈活高效，具備解析問題的方法。它的原理圖如REF_Ref24694\h圖STYLEREF1\s3.3所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13STC89C52原理圖STC89C52主要有以下特點:與MCS-51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容片內(nèi)有4k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器

全靜態(tài)運行,覆蓋頻率范圍為0Hz至24MHz

采用三級程序存儲器加密技術(shù)

擁有128×8位內(nèi)部隨機存儲器

搭載32位雙向輸入輸出線

配置兩個十六位定時器/計數(shù)器

帶有五個中斷源,且分為兩級中斷優(yōu)先級

具備全雙工異步串口

可以選擇間歇和掉電兩種工作方式

該產(chǎn)品擁有極強的抗干擾性能，能容易地對付高強度靜電干擾，同一時間還能夠成功防御2KV以及4KV的快速脈沖的干擾。電壓幅度寬泛,可以抵御電源抖動可以適應(yīng)寬廣的溫度范圍,達到-40℃至85℃

禁止ALE輸出超低功耗按鍵輸入模塊溫度、濕度、二氧化碳濃度是依次輸入的，并且按照上限下限的順序逐一輸入，將其中的中間值存儲至單片機中，在將LCD初始化后，逐一展示當(dāng)前的溫濕度、CO2濃度實時數(shù)據(jù)。按鍵輸入如REF_Ref27038\h圖STYLEREF1\s3.4所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s14按鍵輸入溫濕度檢測模塊采用DHT11溫濕度傳感器作為溫濕度采集模塊REF_Ref13269\r\h[5]。它經(jīng)過校驗后可高精度地測量溫濕度信息。它可以為用戶提供準(zhǔn)確的溫度和相對濕度數(shù)據(jù)。能在5%RH至95%RH的濕度范圍和-20度至+60度的溫度范圍內(nèi)工作。包括超快的響應(yīng)速度、高質(zhì)量、經(jīng)濟實惠、強抗干擾等優(yōu)點。該產(chǎn)品功耗極低，體積超小，在嚴(yán)苛環(huán)境下是最優(yōu)選擇。它有四針單排引腳進行封裝，連接也是簡單方便的。該產(chǎn)品是一款高性能的濕度溫度測量儀器，可以準(zhǔn)確地測量出相對的濕度以及溫度，并同時提供數(shù)字輸出。該產(chǎn)品采用了先進的全面校準(zhǔn)技術(shù)，能夠獲得卓越的長期穩(wěn)定性。不僅如此，該產(chǎn)品還具備多重保護措施，能夠有效地防止溫度變化、濕度波動和電磁干擾等環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響。此外，該產(chǎn)品還具有數(shù)據(jù)記錄、報警、遠程控制等功能，可大量地用在實驗室、工業(yè)生產(chǎn)這些領(lǐng)域?？傊?，該產(chǎn)品是一款可信賴且高效的濕度溫度測量儀器，為用戶提供了全面的測量數(shù)據(jù)和便捷的使用體驗。溫濕度傳感器如REF_Ref31378\h圖STYLEREF1\s3.5所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s15溫濕度傳感器二氧化碳濃度檢測模塊SGP30是一款室內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器，其單一芯片上集成4個氣體傳感元件，這個傳感器運用了金屬氧化物納米顆粒做出來的加熱膜，能夠吸附周圍的氧氣和目標(biāo)氣體并與其進行反應(yīng)，通過電子的釋放，為我們提供了精確校準(zhǔn)的空氣質(zhì)量輸出信號。從而改變金屬氧化物層的電阻。因此，當(dāng)有還原性氣體的時候，會減少氣敏材料表面的氧氣的含量，這會對半導(dǎo)體的電阻或者電導(dǎo)率產(chǎn)生影響，電路部分再對檢測到的電阻進行信號處理和轉(zhuǎn)換，得到氣體濃度值?？傊琒GP30主要用于監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量。SGP30如REF_Ref31555\h圖STYLEREF1\s3.6所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s16二氧化碳檢測LCD1602液晶顯示模塊液晶顯示器是一種以液晶技術(shù)為基礎(chǔ)的平面顯示設(shè)備，它是由許多像素組成的，每個像素由一個液晶陣列和一個背光源組成，可顯示出高質(zhì)量、高解析度的圖像和視頻。LCD顯示器可以廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，如電視、電腦、手機、平板電腦等，具有超薄、輕盈、低功耗、低輻射等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)大家對于高品質(zhì)的視覺體驗的要求。該器件的工作原理是通過電流激發(fā)液晶分子實現(xiàn)，促進點線面的結(jié)合，與背光源燈管協(xié)調(diào)構(gòu)成完整的畫面。LCD顯示器的類型多種多樣，按照LCD顯示器的顯示方法可以劃分為字符型、段型和點陣型。按驅(qū)動方法可劃分為三大類：源矩陣、簡單矩陣和靜態(tài)驅(qū)動。LCD1602是一款非常實用的工業(yè)特性液晶屏，設(shè)計用于數(shù)碼電路中的信息顯示，并廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，比如自動化控制、嵌入式系統(tǒng)、儀器設(shè)備等。顯示屏幕為16*2(即兩行，每行可顯示16個字符)的液晶屏REF_Ref16110\r\h[6]。每個字符是由5×8的點陣拼湊的，不僅精度高而且能夠同時呈現(xiàn)32個字符，大大提升了信息的可讀性，方便用戶快速了解目標(biāo)設(shè)備的運行狀態(tài)。在便攜式電腦、數(shù)碼相機、手機車輛等方面，得到了廣泛的應(yīng)用。LCD1602液晶顯示如REF_Ref31862\h圖STYLEREF1\s3.7所示。LCD1602顯示器的技術(shù)參數(shù)有以下幾點：工作電壓4.5-5.5；工作電流2毫安；顯示大小16乘2；字符大小2.95毫米（寬）乘4.35毫米（高）。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s17LCD1602液晶顯示軟件設(shè)計作為溫濕度控制系統(tǒng)的核心，STC89C52的軟件設(shè)計的主控芯片起著重要的用處，它可以實現(xiàn)很多功能，例如I/O端口、邏輯判斷以及處理采集到的溫度、濕度、二氧化碳濃度的信息，并且可以驅(qū)動外部電路和聲光報警。因為這個芯片是系統(tǒng)的核心，可以用模塊化的設(shè)計方法，便于在后期的維護。這個子程序旨在實現(xiàn)各個模塊的功能，方便未來的擴展。其中，子程序包含了閾值設(shè)置子程序、溫濕度和二氧化碳濃度數(shù)據(jù)采集子程序、液晶顯示子程序、報警子程序。系統(tǒng)程序流程圖如REF_Ref32136\h圖STYLEREF1\s3.8所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s18系統(tǒng)程序流程圖報警功能模塊報警信號有:閃光燈報警，蜂鳴器報警和語音報警三種，本系統(tǒng)采用了閃光燈報警和蜂鳴器報警的結(jié)合報警模式。其中閃光燈報警電路由二極管和電容構(gòu)成。該方案中，通過使用三極管S8550來實現(xiàn)蜂鳴器的自動報警聲REF_Ref17965\r\h[7]。當(dāng)測量值超出設(shè)定范圍時，程序就會把MCU的P1.0設(shè)定成0，然后蜂鳴器和閃光燈同時發(fā)出警報。報警器如REF_Ref1066\h圖STYLEREF1\s3.9所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s19報警器溫濕度、二氧化碳濃度控制模塊溫濕度判斷控制模塊是系統(tǒng)中不可或缺的核心模塊之一REF_Ref10249\r\h[8]。這個模塊的作用是對輸入的溫度濕度和二氧化碳濃度以及特定的上下限范圍進行比較和判斷，只有經(jīng)過嚴(yán)格的判斷后，才進行控制。該控制模塊是系統(tǒng)行動關(guān)鍵的決策者。比如，當(dāng)溫度超過上限時，需要啟動風(fēng)扇以降溫；當(dāng)?shù)陀谙孪迺r，則需要使用加熱片以升溫；濕度高于上限時需要驅(qū)動加熱片進行除濕，濕度低于下限時需要驅(qū)動水泵進行加濕；二氧化碳濃度高于上限時需要驅(qū)動排風(fēng)扇來降低其濃度。驅(qū)動器件如圖REF_Ref1994\h圖STYLEREF1\s3.10所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s110抽水泵和風(fēng)扇單片機復(fù)位模塊復(fù)位電路是一種用于將電路恢復(fù)到最初狀態(tài)的裝置。復(fù)位電路啟動的手段有多種，一種是在給電路通電時就馬上開始進行\(zhòng)t"/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"復(fù)位操作；第二種方式可以手動操作，而第三種方式則是自動執(zhí)行，取決于程序或電路運行的需求REF_Ref10357\r\h[9]。復(fù)位電路相對來說比較簡單，通常只需要電阻和電容組合就能實現(xiàn)，如果再復(fù)雜\t"/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"一些就有\(zhòng)t"/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"三極管等配合程序來進行REF_Ref10553\r\h[10]。復(fù)位電路如REF_Ref3675\h圖STYLEREF1\s3.11所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s111復(fù)位電路系統(tǒng)實現(xiàn)開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)在軟件開發(fā)的時候，需要一臺Windows10以上版本的電腦，使用編程軟件Keil4REF_Ref10726\r\h[11]。硬件開發(fā)是需要的元器件清單如REF_Ref4763\h表STYLEREF1\s4.1元器件清單所示。表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s11元器件清單序號元件名稱數(shù)量1蜂鳴器12風(fēng)扇13抽水水泵14排風(fēng)扇1510uF電解電容1630pF瓷片電容27470uF電解電容18104瓷片電容39IN4007二極管4105V電源接口111加熱片112HRS1H-S-DC5V信號繼電器113SW-AJ開關(guān)414LED紅燈415LCD1602液晶1168位排阻117Header4插接件118DHT11溫濕度傳感器1198550三極管5203K電阻2續(xù)表4.1元器件清單2110K電阻3221K電阻923自鎖開關(guān)124STC89C52單片機125SGP30氣體傳感器12611.0592M晶振1設(shè)計代碼本系統(tǒng)的主程序部分代碼如REF_Ref14321\h圖STYLEREF1\s4.1所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11主程序代碼仿真成果經(jīng)過元件的擺放連線和代碼的編寫后，最終的仿真如REF_Ref9441\h圖STYLEREF1\s4.2所示。 圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12仿真圖系統(tǒng)測試測試計劃測試范圍與主要內(nèi)容此次測試主要包含電源測試、顯示屏測試、溫度濕度和二氧化碳濃度報警測試，通過測試來保障系統(tǒng)的暢通運行REF_Ref10909\r\h[12]。測試方法在對蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)進行測試時，我采用了黑盒測試法REF_Ref11010\r\h[13]。這種測試方法將測試對象看作是一個封閉的黑盒子，在考察程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)或處理過程的同時，同時強調(diào)了測試對象的封閉性，使其不可見REF_Ref11611\r\h[14]。依據(jù)程序功能需求范圍確定測試用例，以驗證測試結(jié)果的正確性，測試應(yīng)以輸入和輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系為依據(jù)REF_Ref12012\r\h[15]。功能測試系統(tǒng)的功能測試項目以及測試的結(jié)果如REF_Ref8175\h表STYLEREF1\s5.1功能測試表所示。表STYLEREF1\s5.SEQ表\*ARABIC\s11功能測試表編號測試項描述/輸入/操作期望結(jié)果實際結(jié)果1電源接入外接電源顯示屏亮起與期望相符2顯示屏調(diào)節(jié)按鍵能夠設(shè)置并顯示溫度、濕度、二氧化碳濃度與期望相符3溫度報警升高環(huán)境溫度聲光報警并啟動風(fēng)扇與期望相符4溫度報警降低環(huán)境溫度聲光報警并啟動加熱片與期望相符5濕度報警升高環(huán)境濕度聲光報警并啟動加熱片與期望相符6濕度報警降低環(huán)境濕度聲光報警并啟動水泵與期望相符7二氧化碳報警升高環(huán)境二氧化碳濃度聲光報警并啟動排風(fēng)扇與期望相符測試實物圖本設(shè)計除了仿真之外，也完成了對應(yīng)實物的制作，但由于部分器件的仿真與實物硬件不能完全對應(yīng)，但完成預(yù)期的功能是完全沒問題的，實物溫濕度控制系統(tǒng)如REF_Ref4565\h圖STYLEREF1\s5.1REF_Ref7845\h所示。圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s11實物圖測試結(jié)論這個系統(tǒng)通過了功能以及兼容性的測試以后，每個模塊正常運轉(zhuǎn)，達到了設(shè)計的預(yù)期效果。在測試中發(fā)現(xiàn)了一些小問題，對其進行了修復(fù)。系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)更為穩(wěn)定、可靠，最后得到了符合要求的高效率的溫濕度控制系統(tǒng)。總結(jié)與展望總結(jié)回顧這個本科的畢業(yè)設(shè)計，仿佛也是在總結(jié)自己四年的學(xué)習(xí)生涯。這一既挑戰(zhàn)又充實的經(jīng)歷，同時也是一個告別過去、展望未來的契機，它具有濃烈的學(xué)術(shù)儀式感。同時，這也是一個職業(yè)道路或深造的起點。在這個過程中，我們要充分展現(xiàn)自己的思想和學(xué)習(xí)成果，充分展現(xiàn)對未來的部分期望。倘若我們站在這個角度去完成我們的畢業(yè)設(shè)計，那么這一過程應(yīng)當(dāng)是愉悅的。岷江蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)較為龐大，分為若干個模塊，雖然它不是特別的完善，但也是一定程度的勞動量獲得的成果。這篇論文介紹了一把單片機當(dāng)作控制核心的系統(tǒng)，包括DHT11溫濕度傳感器、SGP30二氧化碳濃度傳感器、按鍵輸入模塊、LCD顯示模塊、蜂鳴器聲光報警電路、溫濕度二氧化碳濃度調(diào)節(jié)模塊等組成的復(fù)雜系統(tǒng)。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，我面臨了不少的挑戰(zhàn)以及難題。但這是畢業(yè)設(shè)計制作中不可避免的關(guān)卡，但是秉持著關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過的心態(tài)，不論是原理的學(xué)習(xí)、原理圖的繪制、代碼的編寫、仿真的制作、乃至最后實物的制作，都一步一步，跌跌撞撞地完成了。這不僅加深了我知識層面的學(xué)習(xí)應(yīng)用，同時也在精神層面獲得了鍛煉和啟迪。展望隨著科技高速發(fā)展，單片機于更加廣泛的地方獲得應(yīng)用，這一趨勢有望持續(xù)下去，在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都會有很大的發(fā)展空間，來滿足社會發(fā)展的需求?？茖W(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)莊重的學(xué)問，做研究必須持實事求是的態(tài)度，絕不允許虛夸浮華，從事科學(xué)研究必須以誠實踏實、實事求是為原則，切不能虛夸其辭。雖然本設(shè)計是一個入門水準(zhǔn)，但是一旦入了門，便可以通過努力，一層層地抵達更深層次的水平。參考文獻王彥儒,繆睿,葛蘊華等.基于STC89C52單片機智能農(nóng)業(yè)蔬菜大棚系統(tǒng)設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技,2022,19(03):65-66.龐寶麟,封岸松,李帥.Proteus仿真軟件在單片機教學(xué)實踐中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2023(01):176-177+181.DOI:10.15913/ki.kjycx.2023.01.048.唐靜,趙常昊,翟麗杰.“單片機C語言程序設(shè)計”課程教學(xué)改革[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2016,14(05):163-166.胡俊賢,田秀云,賴錦松等.基于單片機的空氣質(zhì)量檢測與報警系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測試,2020(19):34-36.DOI:10.16520/ki.1000-8519.2020.19.010.楊力,孟令亞.基于Arduino的智能溫濕度計設(shè)計[J].電子制作,2023,31(05):35-38.DOI:10.16589/11-3571/tn.2023.05.017.紀(jì)峰,徐壯,郝靜.基于單片機PIC18F87J11串行通信模塊驅(qū)動LCD1602的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子世界,2019(13):145-146.DOI:10.19353/ki.dzsj.2019.13.073.白曉藝,吳德廣.居民樓煙霧溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)研究[J].福建電腦,2022,38(11):91-95.DOI:10.16707/ki.fjpc.2022.11.020.李倩,朱宇豪,華文誠等.蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機,2020,33(08):151-152.張儷亭,楊習(xí)偉.基于單片機的蔬菜大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].無線互聯(lián)