大棚基地温湿度自动控制（大棚自动灌溉）.doc-资料库

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西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告目录 1 前言................................................................................................................... - 1 - 2 总体方案设计....................................................................................................- 2 - 2.1 设计内容 ............................................................................................................................................. - 2 - 2.2 系统硬件电路整体框架图 .........................................................................................................- 2 - 2.3 系统硬件电路图 .................................................................................................................- 3 - 3.单元模块设计....................................................................................................- 4 - 3.1 各单元模块功能介绍 ......................................................................................................................... - 4 - 3.1.1 晶振模块.................................................................................................................................. - 4 - 3.1.2 复位模块.......................................................................................................................... - 4 - 3.1.3 温度调节模块..........................................................................................................- 5 - 3.1.4 湿度报警模块设计..........................................................................................- 5 - 3.2 电路参数的计算及元器件的选择 .............................................................................................- 6 - 3.3 特殊器件的介绍 .................................................................................................................- 7 - 4 软件设计.......................................................................................................... - 12 - 4.1 软件设计整体结构图 .......................................................................................................................- 12 - 4.2 LCD1602 显示模块结构图......................................................................................................- 14 - 4.3 外部中断 0、按键、设置（SET）温、湿度上下限、UP+，DOWN—： ................ - 15 - 4.4 设定过程：即设定温、湿度上下限过程 ...............................................................- 16 - 5 系统调试.......................................................................................................... - 16 - 5.1 系统软硬件联调 ............................................................................................................................... - 16 - 5.2 系统的抗干扰设计 ..................................................................................................................- 17 - 6 总结与体会......................................................................................................- 18 - 7 参考文献.......................................................................................................... - 19 - 8 附录.................................................................................................................. - 20 - 8.1 系统电路图 ....................................................................................................................................... - 20 - 8.2 系统部分程序代码 ..................................................................................................................- 21 - - 0 -

西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 1 前言随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，温室环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的温湿度控制措施.但是，目前应用于温室大棚的温湿度检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D 转换器及单片机等组成的传输系统。这种温湿度度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。为了克服这些缺点，本文参考了一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于温室大棚的的设计方案闭，根据实用者提出的问题进行了改进，提出了一种新的设计方案, 在单总线上传输数字信号。本文介绍的温湿度测控系统就是基于单总线技术及其器件组建的。该系统能够对大棚内的温湿度进行采集，利用温湿度传感器将温室大棚内温湿度的变化，变换成数字量，其值由单片机处理，最后由单片机去控制液晶显示器，显示温室大棚内的实际温湿度，同时通过与预设量比较，对大棚内的温度进行自动调节，如果超过我们预先设定的湿度限制，湿度报警模块将进行报警。这种设计方案实现了温湿度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高，可维护性好。这种温湿度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，从而提高温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。 - 1 -

西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 2 总体方案设计 2.1 设计内容要求设计一个大棚基地温湿度控制系统，当 DHT11 温湿度传感器检测到空气中温度超过预设的温度范围值时，直流电机会加速旋转，降低大棚内温度；当空气中温度低于预设温度范围时，直流电机停止转动。当 DHT11 温湿度传感器检测到空气中湿度高于预设湿度范围时，电路启动报警系统，蜂鸣器工作；当 DHT11 温湿度传感器检测到空气中湿度低于预设湿度范围时，电路启动报警系统，蜂鸣器工作，电磁阀工作。 2.2 系统硬件电路整体框架图 DHT11 温湿度检测模式 LCD1602 显示模块温湿度报警模块复位、晶振模块温度调节系统 STC89C52 按键模块湿度调节系统图 2-1 系统整体框图 DHT11 温湿度传感器采集数据，STC89C52 单片机进行数据处理，LCD1602 显示模块显示预设的温湿度范围和当前温湿度值。由 PWM 控制温度调节系统进行温度调节，当温度小于设定温度下限时，红色指示灯亮，直流电机停止运转；当温室大于设定温度上限时，红色指示灯亮，直流电机全速运转；当温度处于 18℃和 28℃之间时，通过 PWM 控制直流电机转速。由 STC89C52 单片机输出高低电平控制湿度报警系统，当湿度小于 45%RH 时， STC89C52 单片机输出低电平，黄色指示灯亮，湿度报警模块报警，打开电磁阀；当湿度大于 65%RH 时，STC89C52 单片机输出低电平，黄色指示灯亮，湿度报警模块报警，打开电机通风；当湿度处于 45%RH 和 65%RH 之间时，STC89C52 单片机输出高电平，湿度报警模块关 - 2 -

西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告闭，电磁阀关闭。复位模块用于给单片机复位。晶振模块用于传输时钟信号给单片机。其中温度和湿度的范围均是可以通过按键功能设定的。 2.3 系统硬件电路图图 2-2 系统整体电路图 - 3 -

西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 3.单元模块设计 3.1 各单元模块功能介绍 3.1.1 晶振模块图 3-1 晶振电路晶振电路是给单片机提供时钟信号，晶振是石英振荡器的简称，英文名为 Crystal，晶振分为有源晶振和无源晶振两种，其作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号。它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向 IC 等部件提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。由于制造工艺不断提高，现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好，已不容易出现故障，但在选用时仍可留意一下晶振的质量。 3.1.2 复位模块图 3-2 复位电路复位电路原理：VCC 上电时，电容充电（充电过程中会有充电电流，并且在最开始时电流最大，随着时间推移逐渐减小直到电容充满电后充电电流变为 0，此时无充电电流， - 4 -

西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告电容器相当于开路，这个时候才是真正意义上的隔直，所以在电源接通的一瞬间，是有通交这个过程的），在电容充电这个过程中，RST 端电压确正好相反是从 VCC 逐渐降低到 0（因为充电电流是从大变小直到 0），此过程中会有一段时间 VCC 处于高电平状态，导致单片机复位（时间常数有 R 和 C 决定）。但电容不再充电后，无电流通过，RST 恒为 0，单片机正常工作。 3.1.3 温度调节模块图 3-3 电机驱动电路图由 PWM 控制温度调节模块，当温度高于设定上限时，PWM 端输入高电平，电流经过三极管放大，继电器常开端闭合，电流经 Q4 放大，常开端闭合，直流电机运转；当温度低于设定下限时，当 PWM 端输入低电平时，常开端断开，直流电机停止运转。 3.1.4 湿度报警模块设计图 3-4 湿度报警模块电路图 - 5 -

西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告如图 2-5 所示，由 STC89C52 单片机在 BUZZER 端输入信号控制湿度报警模块。当湿度大于 65%RH 或者小于 45%RH 时，BUZZER 端输入高电平，电流经 Q 放大，使蜂鸣器工作；当湿度处于 45%RH 和 65%RH 之间或者在我们设定的范围内时，BUZZER 端输入高电平，蜂鸣器不工作。 3.2 电路参数的计算及元器件的选择表 3-1 主要元件参数计算参数工作电流工作电压额定功率 min typ max min typ max 6.5mA -- -- 2uA -- 25mA 2.4mA -- 36mA -- 3.3V 2.2V 2.4V 4.5V 5V 5V 5V 5V 5V 12V 5.5V VDD 5.5V 7V 0.01W 0.00275W 0.120W 12W 2.0mA 550uA 24mA 0.17A 直流电机 0.09A 主要元件 89C52 LCD1602 SHT11 L298 元件 89C52 LCD1602 DT11 L298 排阻电容电阻二极管按键开关 LED 石英振荡器电机蜂鸣器继电器表 3-2 主要元件清单表参数和数量 1 1 1 1 10k 10uF*1、100uF*1 电解电容瓷片电容 33pF*2 0.1uF*1 100nF*1 30uF*1 47uF*1 1N4148*1 1k、10k 若干 1N4007*4 普通二极管*4 3 3（红黄绿各 1 支） 1 小直流电机 1 1 - 6 -

西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 3.3 特殊器件的介绍 3.3.1 DHT11 数字温湿度传感器的介绍 Pin 1 2 3 4 名称 VDD DATA NC GND 表 3-3 DHT11 引脚说明注释供电 3－5.5VDC 串行数据，单总线空脚，请悬空接地，电源负极 DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。 - 7 -

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