基于单片机的农业大棚温湿度监测系统设计(共35页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本科毕业论文(设计)论文题目:基于单片机的农业大棚温湿度监测系统设计姓名: 学号: 班级: 年级: 专业: 学院: 指导教师: 完成时间: 专心-专注-专业 作者声明本毕业论文(设计)是在导师的指导下由本人独立撰写完成的,没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文(设计)引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文(设计)成果归武昌工学院所有。特此声明。 作者专业: 作者学号: 作者签名: 2017年3月26日 基于单片机的农业大棚温湿度监测系统设计XXXThe Desig
2、n of Agricultural Greenhouse Temperature And Humidity Monitoring System Based on Single Chip MicrocomputerX, X X 2017年03月26日摘 要在大棚种植术里,温湿度是影响作物产量的关键因素,传统的温湿度测量采集方式具有精度不高,操作费时费力的问题,不能够动态监测,很容易造成由于环境因素突变而造成的减产甚至无产的惨痛损失。本设计以AT89S52单片机为控制核心,用SHT11数字式温湿度传感器作为数据采集,并把数据显示在LCD显示屏上,能任意时刻观测到大棚内部的实时环境参量;用户可自己设
3、定温湿度上下限,当系统检测到的温湿度在安全阀值之外立即通过报警电路报警。这样设计出来的系统具有实时性、精度高、稳定性、低能耗、低成本、操作简单等诸多优点,可广泛应用与大棚种植的环境之中。 关键词:AT89C52单片机;SHT11;大棚;温湿度;传感器Temperature and humidity in the greenhouse planting technique, is the key factor that influence the yield of crops, traditional way of temperature and humidity measurement col
4、lection has the accuracy is not high, laborious operation problem, dynamic monitoring, will not be able to easily caused by environmental factors mutations caused by production and even dangerous painful losses.This design by AT89S52 single chip microcomputer as the control core, using digital tempe
5、rature and humidity sensor SHT11 as data acquisition, and data display on the LCD screen, can be observed at any time inside the greenhouse environment parameters in real time; Users can set temperature and humidity on the lower limit, when the system detects the temperature and humidity in the reli
6、ef valve values through the alarm circuit alarm immediately. This designed system with real-time, high precision, stability, low energy consumption, low cost, simple operation, and many other advantages, can be widely used and greenhouse cultivation environment.Keywords: AT89C52 Single Chip Microcom
7、puter; SHT11; Greenhouses; Temperature And Humidity; Sensor 目 录1 引 论1.1选题背景近期,我国温室的总种植面积位于世界前列,产业的发展迅猛。但是,我国的温室自动控制技术远远跟不上温室数量的增长,农业生产还在使用大量的人力劳动,不仅劳累,而且因为无法对温室环境进行精确监测,不仅浪费了大量的资源,还使作物产量受到了影响,降低了收入。同现代化农业发达的国家相比,我国在这一方面还是有比较大的差距,特别在是对温室生产环境的各个因素的自动监测与控制方面。本课题目的在于研究一个基于单片机为主控芯片下的大棚温湿度自动监测系统,由于单片机及相关附
8、加部件的经济性,使得其能广泛应用于广大农民之中,从而通过对大棚温湿度的科学量化实时监测调整对作物的环境从而提高农业产量,造福广大农民,其实用性使得这个研究很有必要。1.2国内外研究现状 上个世纪70年代开始,国外就利用当时发展的模拟技术对温室环境因子控制开展研究,告别了之前人工测量的落后时代,随着研究的深入和进步,分布式控制系统便进一步在此领域发展起来了。随着世界各国的温室自动控制技术的迅猛发展,如以色列、荷兰、日本美国等西方发达国家,都实现了根据所植入和采集到的温室生物的特点与要求,对温室所处的多方面因素进行自动控制,包括温度、湿度、光照强度、水分、气体浓度、肥料等各个方面。在荷兰,其玻璃温
9、室已经可以通过计算机控制,实行全自动无人化控制生产;在日本,其温室自动控制在温室生产的各项作业中都逐步实现了无人化、全自动化。通过热电技术的使用,荷兰实现了精确控制成熟期的水果和蔬菜,鲜花和其他植物的开花期,满足在各种节日的时间需求的人;在英国,伦敦大学农业学院研制出来的温室自动控制技术,可以对超过50公里的温室内环境进行监控,包括温度和湿度,光照强度,气体浓度和水等环境因素。比国外大概晚十年,也就是在80年代之后,中国相关科研人员不断学习西方发达国家在温室控制领域取得的成果,并且积累总结出自身经验,内化为适应中国本土的技术,在研究初始阶段,只能对单一环境因子实现自动控制,但在随后快速发展的微
10、机技术、传感技术等高新技术的驱动下,自动控制的领域有了翻天覆地的变化,通过温室生产,可利用计算机对生物生长所需的部分或者全部的环境因素进行自动控制,使农业生产方式有了巨大的改变,生产信息化、工厂化等已经成为了世界上农业广泛生产的新途径。1.3系统主要设计内容1.3.1系统框图控制单元AT89S52复位电路1602显示电路温湿度传感器报警电路键盘输入电源电路图1.1 系统框图1.3.2元器件的选择利用AT89S52单片机控制单元的设计,传感器采用SHT11数字温湿度传感器,1602A双液晶显示器实时显示温度和湿度,蜂鸣器报警电路,并用三极管驱动,LED报警信息电路。在单片机中,ATMEL公司生产
11、的C51系列单片机具有成本低廉、运行稳定、开发周期短、易操作使用等优点,但是每次写程序的时候都要进行拔插,不仅在调试的时候比较繁琐,而且对芯片也会造成一定的损害;而S系列的AT89S52单片机弥补了这一缺陷,不仅支持在线ISP编程,免除繁琐的编程拔插,还比89C51 多了一倍的内存,因此可以支持更大的程序,这样有利于该系统日后的功能拓展。在数据采集模块上面,为了使得整体电路更加精简,减少繁杂的外围电路,A/D转换电路,使用集成式的数字式温湿度传感器SHT11。同样的道理,1602液晶显示器可以显示双行字符,满足了设计的显示要求。2 系统硬件设计2.1系统性能概述作为一个大棚温湿度监测系统,其核
12、心任务是对棚内环境进行自动测量。该系统上电初始化后,通过SHT11感应并检测大棚内的温湿度值,传送给AT89S52核心处理单元,此时处理器调出内部设定好的温湿度上下限,据此对比判断对应数据是否异常,然后做出报警与否的反馈;确定是否异常超过预设的时间,如果超过预定时间,异常信号从报警电路输出;然后继续确定异常处理,如果解决了,然后就会解除报警。这样一来,通过单片机的核心处理控制功能来采集实时环境信息,让用户可以实时高效地获取大棚内部的环境状态,从而能够及时实施管理。2.2 单片机模块单片机作为一种微型计算机,广泛应用在工业自动化、自动控制、智能仪器仪表等领域,具有体积小、成本低的特性,功能齐全,
13、简单方便,发展迅速,嵌入容易。本设计采用AT89S52单片机,单片机是一种低功耗,高性能CMOS8位微控制器,有8K的系统内可编程闪存。它兼容MCS-51系列的引脚,适用于所有标准80C51指令集。从而使该器件进行编程,因此它能够在进行程序烧录是不进行多次拔插,可避免不必要的繁琐程序以及对装置的损耗甚至损坏。2.2.1 AT89S52 主要功能概述AT89s52提供以下标准功能:8K字节的Flash闪速存储器,256字节内部RAM,拥有32个I/O口线、3个16位定时器/计数器、一个6向量两级中断结构、1个全双工串行通信口以及片内振荡器及时钟电路。与此同时,AT89S52可将至0 Hz的静态逻
14、辑操作,并支持两种软件可选的结点工作模式。空闲方式停止CPU工作,但允许RAM和定时器/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式下会保存RAM中的内容,但是振荡器停止工作并且禁止其它所有部件工作,直到下一个硬件复位。2.2.2 AT89S52 封装结构图2.1 AT89S52 PDIP封装结构2.2.3 AT89S52引脚功能VCC: 电源引脚GND: 逻辑地P0口:8位的地址和总线复用I/O口。 P1口:I/O端口,8位,具有内部上拉电阻。P2口:P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口:端口P3是具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口依然和AT89C51一样提供了它
15、的第二功能。RST:复位输入端口,复位方式是当其工作是在RST引脚接入持续时间长达两个机器周期以上高电平。ALE/:地址锁存允许。:片外程序存储器的读选通信号。/VPP:外部访问允许端口。第二功能,即VPP功能,在对片内Flash进行编程的时候,要在这个引脚上接入12V 的编程电压。XTAL1:片内振荡器反相放大器和内部时钟发生器的输入端。XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端。2.3 单片机最小系统单片机最小系统就是单片机能够运行程序,正常工作最简单电路系统,是保证单片机的正常启动和开始工作的必须电路,组成这部分的东西缺一不可,单片机最小系统应该有单片机、晶振电路、复位电路。2.3.1 单
16、片机在上节已经作了阐述。2.3.2 晶振电路在Proteus仿真环境里如图2.2 。图2.2 单片机振荡电路系统在执行程序的时候需要一个稳定的时钟信号,一切的指令都需要这样的时钟信号才能够有条不紊地执行。单片机系统所需的时钟信号由晶振提供,并且其运行速度与频率的高低息息相关,呈现出正比的规律,单片机产生的频率越高其运行速度就越快,反之则越慢。在一般环境下,晶体振荡器的频率五十的绝对精度可以达到百万,足够一般使用,先进的水晶会更精确。STC89S52采用11.0592MHz的晶振作为振动源,单片机内部含振荡器电路,所以震荡电路的连接跟8051单片机一样,所连接的电容容量为22pF即可。2.3.4
17、复位电路如同计算机,单片机在执行程序的时候可能会遇到各种各样的意外情况而使系统瘫痪或者软件跑飞,因此就需要一个复位机制。就好比计算机的重启部分,单片机复位电路使得其具有恢复正常运作的功能,当按下复位按键的时候,内部的程序会重新从头开始执行。图2.3 复位电路单片机的复位电路由两种方式,分别是上电自动复位和按键复位,本设计采用的是上电自动复位电路,实现原理如图2.3。2.4 传感器模块2.4.1 SHT11简介目前在电容式温湿度传感器的发展中,以盛世瑞恩公司制造的SHTXX系列的产品占主要份额,即集成的单片智能数字化温湿度传感器。这种产品在工业CMOS过程中采用了微加工技术,从而使其有长期的稳定
18、性和比较高的可靠性。它的外观和引脚如图2.4所示。图2.4 SHT11外观和引脚这个温度和湿度传感器由一个湿度传感器探头式温度测量元件和电容器体,还包含了A/D转换器,这样一来就能够免去复杂的外围电路而使该装置直接输出数字信号。对于传感器的系数校准方面,它会在对外界检测到相应信号的时候自动调用存储在OTP内存里的校准系数程序。其湿度测量范围为0%100%RH,测量精度为0.1%RH;温度测量范围为-40 123.8 ,测量精度为0.01。2.4.2 SHT11端口介绍VDD :电源引脚。SHT11的额定电压为5V。一般在3.3V就可以正常工作,上电后电源引脚可以接上一个100nF 的电容。SH
19、T11的串行接口优化传感器读出和有效的电力消耗。传感器可以连接到一个I2C总线,不干扰其他设备连接到总线,控制器必须在协议之间进行切换。GND:地。SCK:串行时钟输入。DATA:串行数据引脚。这个传感器的三态串行数据引脚用来收发数据。传感器发送命令到串行数据时钟(SCK)的有效前沿,并且必须保持稳定在较高的水平时,SCK,SCK边缘的数据值可能倒台后发生改变。为了保持安全通讯数据有效,应当延长在TSU上升和THO下降沿的SCK后,分别见图2.5。图2.5 SHT11收发数据时序用于读取数据传感器、数据SCK已经是低电平,后是有效的电平SCK仍然有效,直到下一个下降沿到来。为了避免信号争用单片
20、机必须唯一用低电平驱动数据位,所以通常在该引脚外部接上10k大小的上拉电阻。2.4.3 SHT11典型应用电路图2.6 SHT11典型应用电路2.5显示模块2.5.1 LCD1602概述本系统选择的字符型显示器是一种用 5*7 点阵图形显示字符的显示器,根据可以显示的字数多少可以分为 2 行 20 字、2 行 16 字、1 行 16 字等。通常我们所用的是 2 行 16 字,也就是本系统采用的 LCD1602 模块。 液晶显示器具有体积小,功耗低,微薄而轻,使用方便,显示内容丰富等优点,已应用于许多低功率器件。这个装置的引用使得这些电子设备的人机界面变的越来越形象和直观。图 2.7 是该模块的
21、实物图。图2.7 LCD1602实物图2.5.2 LCD1602特性该类型液晶显示模块内部有字符发生器CGROM,也就是字符库。可以显示192个5*7点阵字符。如图2.8。因此,每个字母和数字都有唯一的一个代码至,而且恰好与ASCII码中的字母和数字相同。因此在显示字母和数字的时候,向LCD1602送入对应的ASCII码就行了。图2.8 LCD1602ROM字符库的内容2.5.3 LCD1602引脚说明字符型 LCD 通常有 14 条引脚(无背光)线或 16 条引脚线(带背光)两种接口形式,其中 16 条引脚的多出了背光电源线 VCC(15 脚)和地线 GND(16 脚),各引脚定义如表 2.
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