【基于STM32的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)10000字（論文）】

基于STM32的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u31372第1章引言 510887第2章系統(tǒng)設計方案介紹 6302382.1實現(xiàn)的功能介紹 656862.2方案設計 6115302.3總體的設計框架 717450第3章硬件設計 7269123.1總體說明 79373.2STM32單片機最小系統(tǒng) 8323843.3溫濕度采集模塊的設計 11149973.4顯示模塊設計 1573553.4.1LCD1602顯示器介紹 1578203.4.2顯示模塊的電路圖 1776763.5報警模塊 17225093.5.1蜂鳴器的介紹 17277843.5.2蜂鳴器工作原理 18260813.6繼電器電路設計 1864113.6.1繼電器的介紹 1850883.6.2繼電器的工作電路 1920627第4章系統(tǒng)軟件設計 2052064.1顯示模塊子程序設計 2159304.2傳感器模塊子程序設計 22126124.3按鍵模塊子程序設計 235225第5章系統(tǒng)調(diào)試 24192185.1硬件調(diào)試 24270055.2軟件調(diào)試 25243145.3聯(lián)合調(diào)試 251138第6章結(jié)論與展望 2622957參考文獻 2717092附錄 2824601附錄A系統(tǒng)硬件原理圖 281409附錄B系統(tǒng)設計實物圖 28摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)事業(yè)的快速發(fā)展以及溫室智能控制工作的不斷推進，溫室自動化控制技術已逐步成為廣大農(nóng)業(yè)從事者最為關注的技術，這對于溫室農(nóng)作物高質(zhì)量，高效性地生產(chǎn)具有重要的實際意義。其中，硬件部分由溫度傳感器DS18B20，Pt100鉑電阻溫度計組成，軟件部分以STM32F103C8T6為主控芯片。選用DHT11數(shù)字輸出信號傳感器電路反應性快速、標定精度高、性價比好。該系統(tǒng)采用AT89C51作為核心控制器,LCD液晶顯示器（LCD1602）作為人機交互界面。硬件電路主要包括：溫度傳感器模塊、濕度檢測單元和A/D轉(zhuǎn)換單元。使用DHT11可以精確采集溫室內(nèi)溫度和濕度值并將其輸出給STM32單片機進行數(shù)據(jù)處理和精確分析計算。最后在LCD1602顯示屏中直觀地顯示所獲取的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對溫濕度數(shù)據(jù)的采集與顯示。測量過程中，通過按鍵設置溫度、濕度、限定值，超過限定值后蜂鳴器發(fā)出提示信息，如有異常需及時進行調(diào)節(jié)。單片機控制其相關繼電器設備，利用降溫（通風扇），除濕（降濕風扇），自動加熱（升溫），加濕（噴霧裝置）等外圍設備對室內(nèi)溫濕度進行調(diào)節(jié)，并按照設定范圍進行溫濕度值的調(diào)整。本系統(tǒng)由溫度采集及顯示、濕度測量及顯示兩大部分組成。這些均為該系統(tǒng)中主要的硬件部分，其設計原理及連接部分比較簡單，大大簡化了該裝置的制造與生產(chǎn)過程。關鍵詞：溫濕度傳感器；STM32單片機；1602液晶顯示屏第1章引言隨著時代的發(fā)展，農(nóng)業(yè)技術的創(chuàng)新，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求也越來越高，比如農(nóng)業(yè)大棚，若能精確地調(diào)控大棚內(nèi)的溫濕度，進而增加溫室的使用率，對于農(nóng)業(yè)發(fā)展來說也是有著極大的幫助。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對于農(nóng)產(chǎn)品的要求越來越高，因此必須要不斷地研究出適合不同地區(qū)的新型栽培技術。其中最為重要的一個方面便是加強對農(nóng)作物的管理。現(xiàn)階段我國溫室種植技術被廣泛應用，有關數(shù)據(jù)表明溫室種植面積仍在不斷擴大，溫室種植技術最重要功能是使各類作物生長更健康，因此對溫度與濕度進行調(diào)控尤為關鍵。傳統(tǒng)的溫度和濕度控制工作，都是在溫室里面進行的。通過懸掛溫度表和濕度儀來檢測室內(nèi)的溫度和濕度，如果溫度過高，就要進行噴灑降溫，如果濕度過高，則要進行通風降低濕度。這些過程基本全靠人工操作，耗費了很多的時間和精力以及大人力、物力等。傳統(tǒng)溫度測量計如下圖所示：圖1-1傳統(tǒng)溫度測量計為了解決這些問題，開發(fā)設計合理高性能的控制系統(tǒng)是設計的關鍵。首先我們采用最為先進的科學智能的監(jiān)測系統(tǒng)，可對室內(nèi)的環(huán)境做進一步的檢測，通過這樣的方式我們可實時了解溫濕度值及更好的分析數(shù)值變化。其次可以采用更智能科學的方式對室內(nèi)的溫度和濕度進行遠程監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理問題。本設計根據(jù)聯(lián)系農(nóng)戶的需求及承受能力，設計一種滿足自動化，便于操作的溫濕度控制系統(tǒng)。該執(zhí)行機構(gòu)由加濕裝置，通風裝置和溫度裝置組成。本發(fā)明利用PLC和變頻器實現(xiàn)了對溫室大棚內(nèi)部各種環(huán)境要素進行實時檢測與控制；同時根據(jù)傳感器反饋信號調(diào)節(jié)風機電機轉(zhuǎn)速來改變棚內(nèi)溫濕度條件。自主地對溫室大棚中各參數(shù)及其變化進行調(diào)控，形成一個自動控制體系。它們不僅成本低、可控性強、易于擴展設計的特點并且普遍適用于農(nóng)業(yè)工業(yè)多方面發(fā)展中，有效推動市場發(fā)展。第2章系統(tǒng)設計方案介紹2.1實現(xiàn)的功能介紹（1）DHT11傳感器以數(shù)字信號對實時溫濕度數(shù)值和變化進行采集和監(jiān)控，再以STM32單片機接收溫濕度數(shù)據(jù)。（2）采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送到LCD1602型液晶顯示屏上。（3）電源模塊控制電壓，將有關溫度，濕度等數(shù)據(jù)在顯示區(qū)域進行顯示。（4）按鍵設置溫濕度限定制，電路中接入蜂鳴器裝置，如果室內(nèi)的數(shù)值超出了預設值將會報警，直到數(shù)值調(diào)整為范圍內(nèi)的值時才會停止。2.2方案設計STM32單片機具有很強的性能，它采用最少系統(tǒng)為主要的控制線路，對DHT11的溫度和濕度進行了實時的控制，1602液晶屏幕的顯示和報警器的警報。實現(xiàn)方式和功能內(nèi)容都是通過硬件設計、軟件編程等方式顯示?？刂骑@示屏顯示數(shù)值，最后控制蜂鳴器發(fā)出警報。DHT11為數(shù)字溫濕度傳感器，帶有可互換模塊。它采用了模塊化設計方法，將溫度、濕度、氣壓三個參數(shù)集成到一個芯片中，實現(xiàn)對多個環(huán)境因子進行實時測量，并通過無線傳輸網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給遠程監(jiān)控中心。接路為插針式1602液晶顯示器可直接連接單片機，從而無需人工焊接等煩瑣工序，顯著提高工作效率。其操作過程如下：在電路中接入DHT11傳感器讓其與數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模塊在和微處理器相連接，用DHT11溫濕度傳感器實現(xiàn)溫室大棚溫度和濕度的精確采集，STM32微控制器將傳送過來的數(shù)據(jù)進行接收和計算，完成此步驟后發(fā)送到LCD顯示屏上并將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在系統(tǒng)的屏幕上，完成溫濕度值的顯示。然后在設置手動按鍵預設溫室內(nèi)溫濕度值的上下界限值，在把蜂鳴器接入電路，若所測值超出界限范圍，將發(fā)出聲音警報，調(diào)整為正常值時則停止報警。最后通過外圍設置對大棚溫濕度進行控制，自給自足的進行降溫、升溫、除濕、加濕。2.3總體的設計框架該設計主要包括溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊，顯示屏數(shù)據(jù)模塊，微控制處理模塊，按鍵模塊，報警提示模塊4個模塊。把處理器和外圍模塊聯(lián)系起來，使設計更明確。當濕度傳感器檢測到室內(nèi)溫度超過設定值時，控制器就會通過GSM通信方式向用戶發(fā)送短信提醒。當環(huán)境溫濕度值達到設定值時，報警器自動打開并發(fā)出聲光報警信號。該系統(tǒng)的設計以STM32單片機為主控模塊，對各個模塊進行分步設計和分析。設計框架如圖所示：圖2-2系統(tǒng)總體設計框架圖第3章硬件設計3.1總體說明本設計的系統(tǒng)硬件有四個部分：采集和控制處理、警報提醒和數(shù)據(jù)顯示。一方面，中央處理控制模塊是本設計系統(tǒng)的主要組成部分。它將中央處理機和外圍電路進行了分離，并提供給用戶以一個接口，使之可以直接連接在總線上，從而為實現(xiàn)計算機與外圍設備之間的信息交換奠定基礎。作為整個設計系統(tǒng)關鍵的微控制器，可以控制一個或者多個模塊。該設計采用單片機AT89C51作為主控芯片，以DS18B20為溫度傳感器，LCD1602為顯示電路，并利用熱釋電紅外傳感器來探測環(huán)境中是否有人體存在。另一方面利用蜂鳴器來達到報警提示的目的，重點是實時檢測溫濕度并探測其變化值，在給定要求溫度范圍內(nèi)，超過預設界值則報警的作用。最后利用傳感器采集并顯示溫濕度數(shù)據(jù)并將其顯示到液晶顯示屏。圖3-1系統(tǒng)硬件原理圖3.2STM32單片機最小系統(tǒng)STM32F103單片機具有體積小、功耗低、性能高的特點，在早年有STC公司制造，用于工業(yè)生產(chǎn)控制方面。單片機上有存儲器、IO端口和CPU，類似于一個微型計算機，使用對應的編譯器就可以創(chuàng)建出一個外圍控制設備?？梢詫λ鶞y數(shù)值進行加工處理，分析后下達執(zhí)行命令。在日常生活中，單片機運用廣泛，如生活智能家用電器上、計算機到高端復雜基本儀器、電子醫(yī)療設備等諸多方面。首先，它比51系列單片機執(zhí)行速度更快可以滿足不同設備和系統(tǒng)的需要。而且它還有兩個AD轉(zhuǎn)換器，在外圍設計方面還可以省去許多麻煩的步驟。其次，STM32單片機的通訊功能和微控制器控制功能是51單片機無法比擬的。并且51單片機只有一個通訊接口，在工業(yè)及電子控制工業(yè)中廣泛應用。在工業(yè)及電子控制工業(yè)中廣泛應用。STM32特點：（1）采用了主流的Corte-x核心，采用ARM的標準架構(gòu)。（2）接口相對簡單和較高的工作速率（工作頻率：70MHZ）（3）芯片品種繁多、涵蓋范圍廣泛、效能高、功率消耗小、使用方便。（4）48個腳，6個串口，4個定時器（由三個高級定時器組成）。（5）使用32位通道進行模數(shù)的轉(zhuǎn)換。（6）具有很好的軟件支持，能夠進行調(diào)試和下載。（7）調(diào)試模式：多達可提供112個的快速I/O端口、11個定時器、13個通信接口。圖3-2STM32最小系統(tǒng)對于STM32系列，在功能和運行速度方面的首選是STM32F103單片機，在諸多領域有極大優(yōu)勢，尤其是在通信和處理控制方面?？傮w上數(shù)據(jù)處理能力較強，具有低成本、低功耗、低耗能等特點。使用的時鐘頻率為72MHz。內(nèi)置閃存為32-128K，執(zhí)行命令會消耗36mA的功率，是同種類型中耗能最低的產(chǎn)品了。如下圖為STM32內(nèi)核：圖3-3STM32內(nèi)核在溫室大棚的設計中我們通常選擇使用復位電路，其電路可以讓系統(tǒng)的狀態(tài)循環(huán)回到零狀態(tài)。復位電路的類型很多，比如手動按鈕復位，需要我們自己主動地在復位的輸入端和電源的中間設置一個按鈕，間電源端和REST連接起來完成復位；其次為上電復位，顧名思義就是要將其電路通電，即在輸入端和電源正極之間加上一個電容，保持通電；再有就是系統(tǒng)復位，利用異步復位引腳的WWDG方式和低電平進行后續(xù)轉(zhuǎn)換，形成復位信號。圖3-4復位電路STM32為低電平復位，每次充電復位一次，所以當系統(tǒng)啟動時，它的RST腳應是高電平的。其電路如圖3-4所示，當系統(tǒng)上電后，RST腳先被激活，然后再進入下降段，如果不在下降段則會繼續(xù)上升到高一級，直至達到設定的最大電壓值為止，此時系統(tǒng)才開始復位。單片機有內(nèi)置晶振和外部晶振，但是晶振的精確度卻是天差地別，晶振的精確度是內(nèi)置晶振的十倍以上，如果速度要求的話，就必須選擇精度更高的單片機。如若要求不是很嚴格，則可以用內(nèi)置晶振。但是在用內(nèi)置晶振的時候，頻率一定不能超過72兆赫茲。本設計中我們選用的就是內(nèi)置晶振。圖3-5STM32F103C8T6實物圖（1）電源指示燈：電源指示燈：在正常運行情況下，小燈一直在運行。當需要接通和切斷電路的時候，則要把它關掉；在無其他原因時，可將其點亮。如果指示燈不亮，說明蓄電池已充滿了電，可用萬用表測量蓄電池電壓是否正常。如果變暗或者閃爍，則可能為MCU有故障。（2）PC13指示燈：便于對單片機運行狀態(tài)等某些簡單檢測。通過這些數(shù)據(jù)可以了解到系統(tǒng)的工作情況以及硬件電路是否存在故障；還能夠顯示出CPU當前的工作頻率和最大負載等重要參數(shù)；并能根據(jù)需要設置相應的保護功能。（3）可通過跳帽法對系統(tǒng)內(nèi)存，閃存，用戶SARM進行處理。該方法在提高系統(tǒng)資源利用率，減少系統(tǒng)開銷方面取得了良好效果；同時也使操作系統(tǒng)具有很好的可移植性和可擴展性。本文最后對全文進行總結(jié)并提出進一步研究的方向。（4）復位電路的設計以STM32單片機為主。（5）8M晶振，主要是為了把單片機系統(tǒng)頻率設置在72MHZ；（6）有了RTC的內(nèi)部晶振，計時器不必再對芯片進行一次加工。3.3溫濕度采集模塊的設計DHT11溫濕度傳感器以數(shù)字的形式傳輸，抗干擾能力強，穩(wěn)定性好，性價比高。用DHT11傳感器連接構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)比較簡單，與性能優(yōu)越的8位微控制器相連，接收和發(fā)送信號迅速高效。DHT11傳感器分為濕度傳感器和溫度傳感器，兩種傳感器都經(jīng)過高精度的標定。傳感器輸出的模擬信號通過一放大器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送到A/D轉(zhuǎn)換器中，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入到微處理器中送到顯示單元進行顯示。本文介紹的是一種基于DHT11傳感器設計的智能恒溫恒濕控制系統(tǒng)。它利用單片機強大的數(shù)據(jù)處理能力及豐富的外設資源，可以完成溫度、濕度等參數(shù)的實時測量和自動控制。在該系統(tǒng)中，標準接口電路同時安裝。DHT11采用標準串行通信協(xié)議，可以進行長距離的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度高。本文介紹了一種基于單片機技術的智能溫濕度檢測儀系統(tǒng)。該儀器以DS18B20為核心芯片，AT89C51為控制芯片，利用串口通信將測量值傳送至上位機。上位機界面友好。它的硬件電路設計簡單緊湊、外圍器件較少。該軟件具有算法簡單、編程方便。校準系數(shù)以程序的方式保存在OTP存儲器中，以便在內(nèi)部檢測信號處理完畢之后進行調(diào)用。測量值通過串口發(fā)送到上位機。系統(tǒng)以單片機為核心，并輔以外圍電路組成一個完整的測試平臺。微處理器將數(shù)據(jù)處理后向?qū)膱?zhí)行器件或者執(zhí)行機構(gòu)下達控制命令以執(zhí)行多種功能。實際工作中可針對不同的環(huán)境選用適當類型的傳感器進行配合或分別工作。單線制的串行接口使系統(tǒng)集成更加方便快捷。本實用新型具有體積小，功耗低，信號傳輸距離在20米以上，四腳單排引腳設計方便封裝連接等特點，滿足了用戶需求。DHT11傳感器實物圖如下圖所示：圖3-6DHT11傳感器實物圖（1）DHT11四個引腳如下表所示：表3-1DHT11的電氣特性（2）DHT11電路設計如下圖所示：圖3-7DHT11傳感器電路設計（3）單總線通信：用一根總線充當電路，與單片微型計算機連接組成通信系統(tǒng)，由此來輸出信號。這個設備可以檢測溫度和濕度的最大值以及最小值，測溫度的話一般是在0到50℃左右，可以存在-2到+2℃的誤差值；測濕度的話可以在15%到90%之間上下浮動，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大概為40比特，以降序排列組合。（4）DHT11的電氣特征：電源電壓為5伏，溫度為25攝氏度。表3-2DHT11的電氣特性（5）時序描述:單片機正常運行并執(zhí)行指令系統(tǒng)后，為了數(shù)據(jù)采集，MCU必須向傳感器發(fā)送一個啟動命令，以接收信號通知并對信號做出響應，于是在進行下一步的采集和監(jiān)測，實時的讀取數(shù)值。從這一點可以看出，如果沒有單片機的指令，就不能進行系統(tǒng)的運行，對溫度和濕度進行測量。下面為通訊過程：圖3-8通訊過程圖CAN有3種總線狀態(tài)，即主動錯誤狀態(tài)。主動錯誤狀態(tài)也是一種常態(tài)，在這種情況下，節(jié)點能夠獨立地發(fā)送文本并主動地發(fā)送錯誤幀節(jié)點。網(wǎng)絡中所有節(jié)點都將被喚醒，這就是我們通常所說的誤碼現(xiàn)象。就像積極的錯誤狀態(tài)，節(jié)點發(fā)送文字及被動的錯誤幀接點也是不受約束的；最后一種關閉總線狀態(tài)，以上的統(tǒng)統(tǒng)無法發(fā)送，而且最關鍵的是不能參加通訊過程。圖3-9通訊過程圖3.4顯示模塊設計3.4.1LCD1602顯示器介紹LCD1602是一款可以同時顯示16x02，也就是32個字符的工業(yè)型級液晶，它的作用是利用偏振濾波器和光線向四面八方擴散。極化濾光器實際上是非常薄的平行線，它們形成一張網(wǎng)，阻擋已經(jīng)偏振的光線。當兩個濾光器上的線條完全平行時，光就移動到第二個極化濾光器來匹配它，光就會穿透。由于LCD上每個點在收到信號后所發(fā)射的色彩與亮度是一致的，因此并不需要陰極射線管顯示器一樣不斷地更新閃光燈。此外，LCD是一種全透明材料，即使在光線強烈的情況下也能清楚地看到屏幕上所顯示的內(nèi)容。而且，LCD有一個很高的對比度和色彩還原性。因此LCD具有良好的圖像質(zhì)量和不產(chǎn)生閃光的特性，與MCU的界面更為簡潔、穩(wěn)定，使用起來也更為便捷。圖3-10液晶屏正面圖3-11液晶屏背面（1）引腳說明：1602型液晶顯示器分為14足和16足，16足厚度大于14足，多出1足作為背光電源線使用，控制原理均相同。如果用一只普通的12V干電池供電的話，就可以使用這種顯示器。在一般情況下，我們是不需要更換電池的。但是要想延長它的使用壽命，還是應該注意以下幾個方面。實例中最為特別的2個引腳15、16是背光電源的正極與負極。（2）1602LCD的RAM地址映射液晶顯示模塊設備運行速度較慢，當判定低電平而不運行時就是執(zhí)行命令，否則就是不執(zhí)行命令。通過采用一種方法和裝置可以實現(xiàn)這種功能。該方法包括：根據(jù)預定的時間間隔來產(chǎn)生一個或多個控制信號；以及基于所述控制信號而使顯示器處于所選擇的模式中。若位于顯示模塊中，則先輸入顯示字符址的編碼，該模塊執(zhí)行顯示指令。表3-3指令操作說明將代碼寫入顯示字符址上，就可以顯示字符。顯示地址如下圖：圖3-121602內(nèi)部顯示地址3.4.2顯示模塊的電路圖從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)范圍寬廣，為了顧及大眾使用性，設計出一款操作便捷，又能清晰直觀地看到溫濕度值，成了設計本系統(tǒng)的首要任務。我們的可視化顯示模塊，其工作方式非常的簡潔，利用電壓來實現(xiàn)屏幕的顯示，當有電源時，它會自動地進行數(shù)字的檢測，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號呈現(xiàn)出來。諸如此類的方法適用于多個領域，多種設備都用到了顯示模塊。目前常用的液晶顯示屏主要由背光源（即背光模塊），偏振片及液晶屏三部分組成。在電壓作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，液晶自身不會發(fā)光，它是依靠背光管來發(fā)光的，所以液晶顯示屏發(fā)光是由背光管決定。之后，STM32單片機將采集的數(shù)據(jù)分析處理后傳送至液晶顯示屏上。圖3-131602顯示模塊電路圖3.5報警模塊3.5.1蜂鳴器的介紹蜂鳴器作為以直流電壓為動力的一體化電子訊號被廣泛地應用在打印機，計算機，報警器，電子玩具，定時器及其他電子產(chǎn)品中。在這個設計中，我們選擇蜂鳴器作為報警裝置，類似于警報器，或者更確切地說，類似于手機鈴聲，以發(fā)出警報或警示作用。產(chǎn)品按工作原理分為壓電式型和電磁式。3.5.2蜂鳴器工作原理圖3-14蜂鳴器工作原理圖設計系統(tǒng)里用到的單片機的引腳我們都一直默認設置為低電平，若要實現(xiàn)蜂鳴器的報警功能,就得用三極管來導通它。蜂鳴器驅(qū)動三極管選擇pnp型，因為當單片機第一次充電時，所有IO口都有一個短的高電平。這時單片機上的控制芯片就不能再向外電路發(fā)送指令了。這時要使蜂鳴或繼電器工作必須將蜂鳴器和繼電器同時下電，才能使外接設備正常運行，如果使用了npn，即使IO口被編程為向下拉，蜂鳴器或者繼電器也會響或者關閉一點。要避免這種情況，則需要選擇pnp型。3.6繼電器電路設計3.6.1繼電器的介紹繼電器是控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路）間電子控制的角色，常被用于高壓操作電路和低壓控制電路，其特點是電流小電壓高。平時可使系統(tǒng)平穩(wěn)工作；出現(xiàn)故障時能快速切斷電源，且對元件無損傷。繼電器比接觸器運動可靠，使用壽命長，體積小，重量輕，造價低。因此在工業(yè)自動化設備中廣泛使用。為了提高其可靠性，除了對其本身進行改進外，還采用各種有效措施來保證其工作性能。自動調(diào)整和安全保護方便，不需要復雜的轉(zhuǎn)換電路；電磁繼電器由鐵芯、線圈、銜鐵及觸點簧片等組成。線圈在外加電壓作用下產(chǎn)生電磁場，當電樞電磁場達到一定強度時，線圈就會產(chǎn)生一個拉力。繼電器分為固態(tài)繼電器和電磁繼電器兩種類型。其工作原理是：通電后，電磁鐵吸合，銜鐵失去對鐵芯的吸引力而釋放出鐵塊。鐵塊推動動觸片運動并向外移動。線圈和電樞之間的連接由靜態(tài)動觸頭實現(xiàn)線上導通。該電路采用PNP三極管作為驅(qū)動元件，超出閾值后單片由高電平跳變低電平的可能性增大。所述三極管連接有繼電器，繼電器為開關帶動負載轉(zhuǎn)動。圖3-15繼電器原理圖3.6.2繼電器的工作電路圖3-16繼電器與單片機連接電路圖繼電器連接RC線路，一般保護工作電壓低于供電電壓。當回路閉合后，繼電器繞組因感應而產(chǎn)生電位阻擋線圈中電流增大，從而延長了吸入時間，經(jīng)RC線路串聯(lián)后吸附時間顯著縮短。當電路中產(chǎn)生短路或斷路時，繼電器就處于關斷狀態(tài)；而如果此時沒有負載，則繼電器仍處于接通狀態(tài)。這種現(xiàn)象是因為關斷瞬間使電容器表面電壓驟變，可以把高于保護線圈的工作電壓的供電電壓施加在繞組上，加速線圈內(nèi)的電流增加，使得保護裝置能夠快速地吸收。當電力供應穩(wěn)定時，電容器不再工作，電阻器作為電流限制。3.7按鍵模塊本模塊主要完成上下限溫度設置及復位電路。本設計采用STC89C52單片機作為主控制器，并通過串口與上位機進行通信，完成對整個溫度控制過程的監(jiān)測。就單片機應用系統(tǒng)而言，除復位按鍵具有專用復位電路及專用復位功能之外，還有一個關鍵就是要用開關狀態(tài)設定控制功能或者輸入數(shù)據(jù)。按鍵K1至K3用于復位、確認和溫度加減。溫度設置鍵盤部分的電路圖如圖3-18所示：圖3-17溫度設置按鍵電路圖第4章系統(tǒng)軟件設計在充分了解需要完成的課題設計后，可以將軟件和硬件結(jié)合起來，完成整個設計體系的功能。首先要制定出程序框架流程圖，其次要把各子模塊合理地聯(lián)系起來，組成通用程序。軟件部分分主程序與子程序兩部分，主程序在控制系統(tǒng)中處于核心地位，用于模塊間關系的調(diào)整與處理。本文采用模塊化編程方法來實現(xiàn)上述任務。在此過程中利用了VB.NET技術，C#語言以及Access數(shù)據(jù)庫等相關技術。為了提高程序開發(fā)效率，簡化程序設計，降低代碼復雜度。本子程序為各個模塊中具有實質(zhì)功能的子程序，主要子程序有：溫度采集，數(shù)據(jù)處理，LCD顯示。對整個系統(tǒng)初始化后，向系統(tǒng)發(fā)送采集溫度、濕度指令，見下圖：圖4-1系統(tǒng)主程序流程框圖接通電源后，系統(tǒng)啟動并出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，DHT11溫濕度傳感器監(jiān)測溫濕度并經(jīng)微處理器分析處理后最終實時顯示于液晶顯示屏。如果室內(nèi)溫度低于設定的上限或下限時，則會自動關閉空調(diào)；而當溫度高于設定值時，則自動打開空調(diào)。當環(huán)境不適合時，則自動關閉機器。接下來開始判斷并通過按鍵設定上下界值如果室內(nèi)溫濕度超過上下界值，蜂鳴器將會報警提醒，若沒有超出設置的數(shù)值范圍，單片機控制繼電器閉合，通過外設裝置自動調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫濕度。4.1顯示模塊子程序設計顯示模塊的子程序設計最為重要也是最有挑戰(zhàn)性的。具有體積小、功耗低、占空面積小和使用壽命長的特點，因為執(zhí)行每條命令，液晶顯示屏顯示字符很慢，查看液晶顯示模塊是否為低電平，則執(zhí)行指令。顯示模塊子程序流程圖：圖4-2顯示模塊流程圖4.2傳感器模塊子程序設計新技術的發(fā)展日新月異，生活質(zhì)量和智能化的生活方式也越來越受到人們的關注。各種家電如汽車、空調(diào)、除濕器、烘干機等，已經(jīng)走進了我們的生活，其中有許多都是需要溫度、濕度和其他環(huán)境條件變化會引起溫度發(fā)生變化，從而影響測量結(jié)果。為了使溫度保持恒定，必須將環(huán)境溫度信號轉(zhuǎn)換成相應的相對濕度值。所以溫濕度傳感器得到了日益廣泛的使用，很多應用領域的需求也越來越大。傳統(tǒng)模擬溫度傳感器因其價格昂貴，體積龐大等缺陷已經(jīng)被淘汰，隨著集成電路技術不斷發(fā)展及成本不斷下降，新型數(shù)字傳感器漸漸成為人們關注的焦點問題之一。下一代數(shù)字傳感器無需再外接AD轉(zhuǎn)換模塊、接口規(guī)范、使用簡單、用途日益廣泛。圖4-3溫濕度采集原理圖根據(jù)溫室大棚內(nèi)不同溫濕度需求，需兼顧不同功能，采用按鍵設置方式進行溫濕度調(diào)節(jié)，當傳感器上電時，單片機讀取相關數(shù)據(jù)并判斷房間溫濕度是否超限，進而進行判斷，若超限則蜂鳴器報警。4.3按鍵模塊子程序設計本設計采用鍵盤設定溫度閾值。當超過這個閾值時，STM32單片機就會控制液晶顯示屏顯示相應的信息。本設計采用基于ATmega16微處理器的硬件電路進行軟件編程。首先通過對STM32單片機端口I/O進行組態(tài)初始化，再調(diào)用按鍵掃描函數(shù)進行掃描，若有相應按鍵被按下，進行相應運算，最終完成按鍵子程序。本實用新型通過上述步驟實現(xiàn)自動操作不同類型鍵盤，并且能夠按需設置溫度閾值范圍，有效地避免了誤觸造成誤報警的問題。一般情況下，鍵盤會抖動一下，為了消除抖動，采取了軟件方法，當發(fā)現(xiàn)有鍵時，會進行10ms的延遲，然后確定鍵盤的水平是不是還處于關閉狀態(tài)，如果處于關閉狀態(tài)，那么就會被認為是真實的鍵壓下，這樣就可以排除抖動影響。按鍵檢測子程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4按鍵流程圖第5章系統(tǒng)調(diào)試由于溫濕度控制系統(tǒng)由若干部分構(gòu)成，需透過現(xiàn)象進行調(diào)試、運用排除、替換法等手段找出問題并對現(xiàn)象原因進行分析才能解決問題。第一，對各個模塊構(gòu)建電路，編寫模塊軟件程序，對獨立的模塊進行調(diào)節(jié)。其次是對整個系統(tǒng)進行測試。最后根據(jù)測試結(jié)果對系統(tǒng)進行改進和完善。在全部單個模塊正常運行的情況下，把各模塊置于系統(tǒng)內(nèi)，讓它們正常運行。通過對當前存在的問題進行調(diào)試，及時解決問題，從而達到系統(tǒng)穩(wěn)定、工作效率高的目的。5.1硬件調(diào)試其調(diào)試步驟如下：（1）采用proteus、multisim方法，對電源等基礎電路進行仿真，確定目標是否實現(xiàn)，再焊接電路板工作。（2）做完以上步驟，對照電路圖看接好了沒有，再用萬用表測試焊點間導通情況。（3）接電源前應保證接電正常，查看各個模塊的供電電壓，用手輕摸各個模塊并查看有無芯片發(fā)熱及其他異常。如果出現(xiàn)問題，應首先排除電路板上的元器件；其次要對各個器件進行測試，以判斷其工作狀態(tài)及可靠性。在測試過程中，注意觀察電路有無短路或斷路現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)有異常情況，立即斷電，查找故障原因并排除。（4）在上述步驟結(jié)束時，插上電源使電路中的各模塊工作，再對各模塊進行逐一排查工作與否，最后對整個電路的工作情況進行檢驗。最后將各個功能模塊連接到一起進行綜合檢測和分析。通過上述步驟，完成了硬件檢查，保證了硬件電路的正確性，為之后軟件調(diào)試奠定了良好的基礎。5.2軟件調(diào)試軟件的調(diào)試是指對各模塊編程和硬件的集成以及基于此調(diào)試使得各模塊功能能夠順利實現(xiàn)。它是軟件開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，其目的在于檢驗開發(fā)出的軟件是否能夠達到預期目標。因此，軟件的調(diào)試必須得到足夠重視，否則就會導致整個軟件系統(tǒng)無法正常運行。具體地說：（1）keil開發(fā)環(huán)境下編寫了各模塊基本驅(qū)動程序。（2）該軟件利用FlyMcu下載安裝軟件實現(xiàn)了CH340串行接口的燒錄程序；（3）在串口助手的幫助下，對數(shù)據(jù)進行觀測和分析。（4）如果出現(xiàn)問題，可以對該軟件進行修正，并反復進行以上步驟，直至能夠正常工作。5.3聯(lián)合調(diào)試聯(lián)合調(diào)試旨在將所有模塊集合在一起，并通過調(diào)試讓其正常運行，最后實現(xiàn)設計目標。本文介紹了一個以8031單片機為核心的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設計方法及實現(xiàn)步驟，并對各部分電路進行了詳細說明和測試分析。（1）將溫度采集模塊，單片機STM32系統(tǒng)模塊，按鍵模塊以及顯示模塊均結(jié)合起來，經(jīng)過調(diào)試后能夠正常工作。溫度傳感器輸出的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)