大棚溫濕度測控系統(tǒng)設計

1、蔬菜大棚溫濕度測控系統(tǒng)設計摘 要溫室大棚是設施農業(yè)的重要組成部分，大棚測控系統(tǒng)是實現大棚自動化、科學化的基本保證。通過對監(jiān)測數據的分析，結合作物生長規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達到優(yōu)質、高產、高效的栽培目的。計算機應用技術的發(fā)展，也使得用計算機控制的方面也涉及到各個領域，其中在大棚內用單片機控制溫度、濕度是應用于實踐的主要方面之一。對于蔬菜大棚來說，最重要的一個管理因素是溫度和濕度等控制。本設計是一個專門為溫室大棚溫濕度測量控制而設計的系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分設計來達到監(jiān)控要求。硬件部分實現了對溫濕度傳感器模塊、顯示模塊、控制模塊的設計；軟件部分主要根據系統(tǒng)的設計思想設計出了主程序和

2、子程序流程圖，并通過程序實現。在系統(tǒng)設計過程中充分考慮到性價比，選用價格低、性能穩(wěn)定的元器件。通過實踐證明，系統(tǒng)具有性能好、操作方便等優(yōu)點，能實現對溫濕度等的顯示、調節(jié)和控制。系統(tǒng)在其它領域還具有一定的推廣價值。關鍵詞：大棚，溫度，濕度，傳感器 目 錄前言1第1章 設計方案論證21.1 設計要求及框圖21.2 元器件的選擇21.2.1 單片機的選擇21.2.2 溫度傳感器的選擇31.2.3 濕度傳感器的選擇31.2.4 顯示模塊的選擇41.2.5 系統(tǒng)設計方案的確定4第2章 系統(tǒng)的硬件設計62.1 系統(tǒng)硬件的簡述62.2 單片機模塊的設計62.2.1 單片機的功能特性描述62.2.2 單片機的

3、最小系統(tǒng)82.3 溫濕度采集系統(tǒng)的設計92.3.1 溫濕度傳感器的概述92.3.2 傳感器的接口說明92.3.3 硬件連接102.4 顯示模塊的設計102.4.1 LCD12864的概述102.4.2 LCD12864引腳說明122.4.3 LCD12864的主要技術參數132.5 報警電路的設計142.6 功能鍵的設計152.7 控制電路的設計15第3章 軟件系統(tǒng)設計173.1 軟件設計的整體思想173.2 程序流程圖設計173.3 DHT90軟件系統(tǒng)設計183.3.1 DHT90測量流程圖183.3.2 傳感器的電氣特性203.3.3 啟動傳感器指令203.3.4 發(fā)送命令213.3.5

4、測量時序21通訊復位時序213.4 DHT90的溫濕度補償及轉換223.4.1 相對濕度223.4.2 溫度轉換223.5 LCD12864軟件系統(tǒng)設計233.5.1 LCD12864顯示流程圖233.5.2 寫數據到模塊243.5.3 從模塊讀出數據253.6 按鍵軟件系統(tǒng)設計26第4章 調試284.1 軟件調試284.2 硬件調試284.3 液晶模塊調試294.4 報警電路調試29結 論30參考文獻31附 錄32前言改革開放以來，我國經濟的迅速增長，使得農業(yè)的研究和應用技術越來越受到重視，特別是溫室大棚已經成為高效農業(yè)的一個重要組成部分?，F代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重

5、要參數進行監(jiān)測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在現代化農業(yè)生產中，以蔬菜大棚為代表的現代農業(yè)設施在現代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數，直接關系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設施己經發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。當今大多數對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的監(jiān)測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強度大及測控不及時等弊端，容易造成不可彌補的損失，結果不但大大增加了成本，浪費了人力資源，而且很難達到預期的效果。為了實現高效農業(yè)生產的科學化并提高農業(yè)研究

6、的準確性，推動我國農業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農業(yè)設施與相應的農業(yè)工程，科學合理地調節(jié)大棚內溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產效率，對大棚的自動化程度要求也越來越高。溫室大棚是植物栽培生產中必不可少的設施之一，溫濕度是衡量溫室大棚的最重要的指標，它直接影響到栽培作物的的生長和產量，為了能給作物提供一個合適的生長環(huán)境，首要問題是加強溫室內的溫濕度的監(jiān)測。因此，為了實現高效農業(yè)的科學化和研究性，推動我國農業(yè)發(fā)展，解決我國農民普遍收入低的問題，縮小城鄉(xiāng)差距，推動全面小康社會，迫切需要價格適中的

7、、自動化程度高的農業(yè)設備。由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高，使得成本低性能穩(wěn)定的這種要求變?yōu)榭赡?。本設計是針對這一問題，設計能夠實現溫濕度上下限設定、自動監(jiān)測、顯示和報警等多功能的溫濕度測控系統(tǒng)。該設計系統(tǒng)還可以推廣到其他領域。第1章 設計方案論證1.1 設計要求及框圖本設計需要設計一個大棚溫濕度測控系統(tǒng)，設計選用單片機為執(zhí)行器，通過溫度監(jiān)測電路，濕度監(jiān)測電路，控制系統(tǒng)，報警電路，顯示電路等組成這樣一個系統(tǒng)。系統(tǒng)設計框圖如圖1-1所示。圖1-1 系統(tǒng)電路設計框圖1.2 元器件的選擇1.2.1 單片機的選擇方案一： 采用MCS-51系列單片機中的AT89C51芯片作為核心器件，有4K 字

8、節(jié)的內部 FLASH PERAM，能于3V的超低壓工作，而且與MCS-51系列單片機完全兼容，但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二：采用AT89S52芯片作為核心器件,片內ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超低壓工作；同時也與MCS-51系列單片機完全兼容。該芯片內部存儲器為8KB ROM 存儲空間，同樣具有89C51的功能，并且具有在線編程技術，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片多次拔插，由此不會對芯片造成損壞。所以設

9、計采用AT89S52作為主控制系統(tǒng)。1.2.2 溫度傳感器的選擇方案一：采用數字式溫度傳感器DS18B20。此類傳感器為數字式傳感器而且僅需要一條數據線進行數據傳輸，易于與單片機連接，由于其輸出為數字量，所以不需要進行A/D轉化，這樣就降低了硬件成本，簡化了系統(tǒng)電路。另外，數字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點。方案二：采用數字式溫濕度傳感器DHT90。該傳感器為數字式傳感器，可以同時采集溫度和濕度，兩線制的串行接口與內部的電壓調整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。微小的體積和極低的功耗等優(yōu)點，使其成為選擇溫濕度傳感器時的首選。1.2.3 濕度傳感器的選擇方案一：采用HS1100/H

10、S1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。該傳感器具有高可靠性、長期穩(wěn)定性和快速響應時間等特點，由頂端接觸(HS1100)和側面接觸(HS1101)兩種封裝產品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。方案二：采用數字式溫濕度傳感器DHT90。該傳感器為數字式傳感器，采集濕度的精度是14位，端口少，只需要單片機的一個端口即可驅動，精度較高，除此之外，該傳感器還可以同時采集溫度和濕度，并能進行相對濕度補償，易于應用，操作簡單。1.2.4 顯示模塊的選擇方案一：采用L

11、CD1602液晶顯示器。其顯示容量為16*2個字符，而此次設計的是一個大棚溫濕度測控系統(tǒng)，需要將設定的溫濕度值以及采集過來的外界環(huán)境里的溫度值和濕度值顯示出來，而LCD-1602的顯示容量只有兩行，可以顯示八個漢字，這樣無法直接在一屏里面顯示溫度值和濕度值，需要分多次頁數來顯示，這樣不便于觀察溫濕度的變化，所以在本次設計中不采用LCD1602液晶顯示器。方案二：采用LCD12864液晶顯示器, 可以顯示四行漢字，每行為16個字符，八個漢字，這樣可進行觀察和比較，清晰明了，易于操作，占用的單片機口線少，可以滿足本系統(tǒng)的設計要求。因此在本次設計中的顯示部分選用LCD12864液晶顯示器。1.2.5

12、 系統(tǒng)設計方案的確定綜上所述，對本次設計系統(tǒng)的方案選定如下: 采用AT89S52作為主控制系統(tǒng)；液晶顯示模塊LCD12864作為本次系統(tǒng)的顯示；DHT90溫濕度傳感器作為本次系統(tǒng)溫度和濕度的信息采集5。通過論證擬采用的設計方案內容包括以下幾點：1. 選擇AT89S52單片機作為整個系統(tǒng)的核心器件，發(fā)送并時時處理系統(tǒng)信息。2. 傳感器是實現測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準確可靠的捕捉和轉換，一切準確的測量和控制都將無法實現。工業(yè)生產過程的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產過程中的各種參量，使設備和系統(tǒng)正常運行在最佳狀態(tài)，從而保證

13、生產的高效率和高質量。本設計選用集成溫濕度傳感器DHT90。3. 顯示電路的設計：設計采用液晶LCD12864進行顯示，簡單明了。4. 報警電路的設計：在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產，對于一些重要的參數或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數據通過計算機進行數據處理、數字濾波和標度變換，這些已經在軟件程序里邊處理過，所以顯示溫濕度即為外界采集的溫濕度，和設定的值比較，如果高于上限值或低于下限值則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。本設計采用聲光報警電路。溫度和濕度任何一個超過設定范圍，蜂鳴器均報警。設計選用二極管的

14、亮滅顯示溫度或者濕度是否過限，這樣便于觀察，可以更加直接的確定是要升降溫還是要增減濕度，給工作人員減少了工作量。蜂鳴器報警電路是通過MCS-52的1根口線經驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。5. 溫濕度控制主程序的設計要考慮以下問題：(1) 溫濕度采樣，數字濾波；(2) 越限報警和處理；(3) 溫度標度轉換。第2章 系統(tǒng)的硬件設計2.1 系統(tǒng)硬件的簡述系統(tǒng)采用單片機對大棚的溫度、濕度進行自動監(jiān)測和控制，不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等特點，而且還可以大大提高被控制溫度、濕度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數量。本設計利用單片機的這些特點對大棚的溫度、濕度進行控制，將其保持在一個合適的范圍內。若溫

15、度低于10，加熱裝置工作；若溫度高于40，通風裝置工作；濕度低于30%RH，噴灌裝置工作；濕度達到或超過70%RH，噴灌裝置停止工作。2.2 單片機模塊的設計2.2.1 單片機的功能特性描述AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，存儲器是采用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品的指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針

16、，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作；掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機停止一切工作，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S52的引腳結構圖如圖2-1所示。P0 口：P0口是一個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。 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，

17、需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內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內部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。 圖2-1 AT89S52引腳圖P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內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內部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。 P3 口：P3 口是一個具有內部

18、上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內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內部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。 RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平，單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。應注意的是：每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。 PSEN：程序儲存

19、允許輸出(PSEN)是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令(或數據)時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(其地址為0000H-FFFFH)，EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。2.2.2 單片機的最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)應包括振蕩電路和復位電路等。振蕩電路(時鐘電路)的主要任務是為AT89S52單片機正常工作需要的時鐘電路提供一個穩(wěn)定的工作頻率。根據AT89S52單片機時鐘周期的

20、要求，回路需要選用頻率為12MHz的晶振。晶振回路由電容和陶瓷諧振器并聯(lián)組成，作為單片機的時鐘源。AT89S52內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2端口接上時鐘電源即可構成時鐘電路。本設計中采用內部時鐘產生方式，如圖2.2所示。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振，與內部的反相器構成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入單片機內定時控制部件。電容C8和C9對頻率有微調作用。電容C1和C3，應盡可能的安裝在單片機芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。復位電路的功能就是對CPU進行實時監(jiān)測，當

21、CPU落入死循環(huán)之后，能及時發(fā)現并使整個系統(tǒng)復位。為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)未定可靠工作，復位可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般微機電路正常工作需要供電電源為4.755.25V。由于微機電路是時序數字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC上電時，只有當VCC超過4.75V，低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。單片機在啟動時都需要復位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)

22、定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。2.3 溫濕度采集系統(tǒng)的設計2.3.1 溫濕度傳感器的概述DHT9x是數字溫濕度傳感器系列中插針型的傳感器。此類型傳感器把傳感元件和信號處理集成起來，輸出全標定的數字信號。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上與 14 位的 A/D轉換器以及串行接口電路實現無縫連接。傳感器采用專利的CMOS技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。因此，該產品具有品質卓越、響應超快、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。傳感器采用的是原裝進口數字溫濕度傳感

23、器芯片，引腳插針為標準2.54插針，使用時無需重新校準。傳感器直接與單片機相連，無需其他外部元件?？傊瑯O低的功耗、極高的性價比、卓越的品質等優(yōu)點使其成為我們在選擇溫濕度傳感器時的首選。DHT90的基本特性如下：測濕范圍：0100%RH；測溫范圍：-40123.8；響應時間：溫度：30s，濕度：8s；分辨率：溫度：0.01，濕度：0.03%RH；重復性：溫度：0.1 濕度：0.1%RH；測量精度：溫度：0.5 濕度：4.5%RH；安裝方式：2.54mm間距插針。2.3.2 傳感器的接口說明DHT90引腳結構如表2-1所示。表2-1 DHT90引腳結構PinNameComment1SCK時鐘信號

24、2VDD電源3GND地4DATA數據輸出DHT90的供電電壓為2.4-5.5V，建議供電電壓為3.3V。DHT90的串行接口，在傳感器信號的讀取及電源損耗方面，都做了優(yōu)化處理；傳感器不能按照I2C 協(xié)議編址，但是，如果I2C總線上沒有掛接別的元件，傳感器可以連接到I2C總線上，但單片機必須按照傳感器的協(xié)議工作。SCK用于微處理器與 DHT90之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。DATA三態(tài)門用于數據的讀取。DATA在 SCK 時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并且僅在 SCK時鐘上升沿有效。數據傳輸期間，在SCK時鐘高電平時，DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理

25、器應驅動 DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻 (例如：10k)將信號提拉至高電平。 2.3.3 硬件連接設計采用數字式溫濕度傳感器DHT90。它是數字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單等特點，傳感器僅需要一條數據線進行數據傳輸，另外SCK端用于微處理器與 DHT90 之間的通訊同步，設計中采用AT89S52的P3.7與DHT90的SCK相連，用P3.6與DATA端相連，Vcc接電源,Vss接地9。DHT90的硬件連接圖如圖2-2所示。圖2-2 DHT90硬件連接圖2.4 顯示模塊的設計2.4.1 LCD12864的概述顯示器是最常用的輸出設備。顯示器件使用最多的是發(fā)光二極管顯示器

26、(LED)和液晶顯示器(LCD)。因為它們都具有結構簡單、耗電少、價格低廉、接口簡單、壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于智能儀表場合，尤其是單片機系統(tǒng)中大量應用。LCD以其功耗低、視覺范圍廣等特點也被廣泛應用。顯示電路的設計是不可缺少的。對于溫濕度測控系統(tǒng)的設計而言，顯示電路的設計也是不可缺少的。在本設計系統(tǒng)中，不僅要顯示測量的溫濕度值，而且還有不同的溫濕度報警參數，故而顯示器的設計是十分必要的?？紤]到本設計的特點(工作溫濕度、顯示行列數、光線等)，設計中選用的是FYD12864顯示器。該顯示器的大屏幕顯示具有顯示清晰、視覺范圍廣、價格低等優(yōu)點。液晶顯示模塊提供兩種界面來連接微處理機：8位串行及并行兩種

27、連接方式。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。和LED顯示器一樣，LCD也有字符型和點陣型兩種。字符和數字的簡單顯示，不能滿足漢字和圖形曲線現實的要求；點陣式LCD不僅可以顯示字符、數字，還可以顯示各種曲線、圖像及漢字，并且可以實現屏幕上下的滾動、反轉、閃爍等功能，用途十分廣泛。本設計中的顯示器設計采用的是點陣式液晶顯示模塊。FYD12864-0402B是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集。低電壓低功耗是其又一顯著

28、特點。與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論其硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊10。其基本特性如下：低電源電壓：VDD:+3.0-+5.5V； 顯示分辨率：12864點；內置漢字字庫：提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選)；內置點陣字符：128個168；時鐘頻率：2MHZ；顯示方式：STN、半透、正顯；驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS；視角方向：6點；背光方式：側部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10；通訊方式：串行、并口可選；內置轉換電路：DC-DC，無需外加負壓；工作溫度：0 - +55，存儲溫度：-20 -

29、+60。2.4.2 LCD12864引腳說明LCD12864的引腳結構如圖2-3所示。圖2-3 LCD12864引腳圖LCD12864共20個引腳，其中引腳NC應懸空。由于模塊內部接有上電復位電路，因此在不需要經常復位的場合可以將引腳RST懸空，引腳DB0-DB7為三態(tài)數據線，可用于寫入并讀取數據。LCD12864引腳說明如表2-2所示。表2-2 LCD12864引腳說明序號引腳名稱方向功能說明1VSS-模塊的電源地2VDD-模塊的電源正端3V0-LCD驅動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數據選擇信號；串行的片選信號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數據口6E(CLK

30、)H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘7DB0H/L數據08DB1H/L數據19DB2H/L數據210DB3H/L數據311DB4H/L數據412DB5H/L數據513DB6H/L數據614DB7H/L數據715PSBH/L并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16NC空腳17/RSTH/L復位 低電平有效18NC空腳19LED_A-背光源正極(LED+5V)20LED_K-背光源負極(LED-OV)2.4.3 LCD12864的主要技術參數 LCD12864的主要技術參數如表2-3所示。表2-3 LCD12864的工作參數顯示容量:128X64 點陣點尺寸:0.48X0.48(WXH)mm工作

31、電壓:4.85.2V模塊最佳工作電壓:5.0V工作電流:4.0mA(5.0V)背光源顏色:白色(5.0V)背光源工作電流:150.0mA藍膜負顯STN2.5 報警電路的設計在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產，對于一些重要的參數或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數據或經過計算機進行數據處理、數字濾波、標度變換之后，與該參數上下限給定值進行比較，如果高于上限值或低于下限值則進行報警，否則就作為正常的采樣值，進行顯示和控制。本設計采用聲光報警電路。蜂鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機AT89S52的1根口

32、線經驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。蜂鳴器的正極接電源，負極接單片機的P2.7口。報警電路中加了兩個發(fā)光二極管，一個與單片機的P2.5連接，另一個與單片機的P2.6連接。溫濕度傳感器采集來的溫度，濕度與單片機設定的溫度，濕度值相比較，只要其中任何一個過限，蜂鳴器就會發(fā)出蜂鳴音報警。當溫度大于設定值，其中一只二極管發(fā)光；當濕度大于設定值，另一只發(fā)光二極管亮。這樣便于觀測是哪一個量過限。使得工作人員的工作量減少。發(fā)出，極管路報警電路了本設計是為在溫濕度測量中對溫濕度的上下限超出時的提示報警

33、，當溫濕度過限時，接口被置0，本系統(tǒng)開始工作。報警電路連接圖如圖2-4所示。圖2-4 報警電路圖2.6 功能鍵的設計當一個單片機應用系統(tǒng)的運行需要人工干預時，鍵盤往往是一種最簡單的干預途徑。利用鍵盤，人們可以很方便的實現向系統(tǒng)輸入數據或讓系統(tǒng)去執(zhí)行某一項命令，因此，鍵盤接口技術也是單片機應用系統(tǒng)開發(fā)中的一項重要內容。在單片機控制系統(tǒng)中，由于其控制對象比較專一，往往需要幾個功能鍵。對于具有少量功能鍵的系統(tǒng)，多采用相互獨立的接口方法，即每個按鍵接一根輸入線，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。鍵盤具有結構簡單，使用靈活等特點，因此被廣泛應用于單片機系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要是對溫室大棚中溫濕度進行自動監(jiān)測和控制，但是為

34、了管理人員的管理，系統(tǒng)使用鍵盤來設定溫濕度的上下限。本設計采用四個按鍵，按鍵的功能如下：S1：S1控制溫度上限，設定其上限后，當測量溫度超過40時，則按S1鍵，使其保持在35；S2：S2控制溫度下限，設定其下限后，當測量溫度低于10時，則按S2鍵，使其保持在20；S3：S3控制濕度上限，設定其上限后，當測量溫度超過70%RH時，則按S3鍵，使其保持在60%RH；S4：S4控制濕度下限，設定其下限后，當測量溫度低于40%RH時，則按S4鍵，使其保持在30%RH。2.7 控制電路的設計繼電器是電子控制器件，通常應用于自動控制電路中。它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，實際上

35、是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。電磁式繼電器具有結構簡單、工作可靠、堅固耐用、價格便宜等優(yōu)點。本電路采用常開繼電器組成控制電路。它們分別控制加溫設備、降溫設備等設備。加溫設備工作原理：當溫度低于設定下限溫度時，與單片機連接的引腳將送入低電平，三極管將導通，繼電器有電流通過將吸合，則加熱裝置將進行加熱工作，溫度上升。當溫度上升到設定范圍之內時，置其引腳為高電平，三極管將截止，繼電器不能工作，處于常開狀態(tài)，加熱裝置停止工作。降溫等其他繼電器控制設備原理與加溫設備原理相似。加溫設備原理圖如圖2-5所示。圖2-5 加溫設備電路圖第3章

36、軟件系統(tǒng)設計3.1 軟件設計的整體思想對于系統(tǒng)而言，要完成各項功能，首先必須要有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持，尤其是單片機應用高速發(fā)展的今天。許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程來代替，甚至有些用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程的時候，往往會變得很簡單，如數字濾波，信號處理等等。系統(tǒng)進行軟件設計時，先要對本設計硬件有一個熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數據的傳輸，信號是如何被控制的，以及信號的顯示。然后進行軟件設計時，先搞清楚各個部分的子程序及他們的流程圖，然后進行C語言編程，最后將它們系統(tǒng)的編程11。本設計是以AT89S52單片機為核心，采用C語言編程。

37、它采用模塊化設計，由主程序、讀出溫濕度子程序、按鍵處理子程序、LCD12864顯示子程序、以及有關DHT90的程序等模塊組成。本系統(tǒng)設計的工作流程是，開始并初始化后，先從鍵盤上輸入要設定的溫度和濕度的上下限值；傳感器讀取溫濕度值，讀取成功后，線性擬合數據，然后 LCD顯示數據，如果溫濕度過限，則報警并且啟動控制設備；如果數據在溫濕度上下限范圍內，則顯示溫濕度值。3.2 程序流程圖設計整個系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化編程，主要的功能子程序有：系統(tǒng)初始化，DHT90的初始化，LCD-12864的初始化。主程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1 主程序流程圖3.3 DHT90軟件系統(tǒng)設計3.3.1 DHT9

38、0測量流程圖DHT90測量流程圖如圖3-2所示。圖3-2 DHT90測量時序圖3.3.2 傳感器的電氣特性電氣特性：如能耗，低、高電平，輸入、輸出電壓等，都取決于電源。DHT90時序圖如圖3-3所示。圖3-3 DHT90時序圖3.3.3 啟動傳感器指令選擇供電電壓后將傳感器通電，上電速率不低于 1V/ms。通電后傳感器需11ms 進入休眠狀態(tài)，在此之前不可對傳感器發(fā)送命令。DHT90命令集如表3-1所示。表3-1 DHT90命令集命令代碼預留0000x溫度測量00011濕度測量00101讀狀態(tài)寄存器00111寫狀態(tài)寄存器00110預留0101x-1110x軟復位，復位接口、清空狀態(tài)寄存器，即清

39、空為默認值，下一次命令前等待 至少 11ms111103.3.4 發(fā)送命令用一組 “啟動傳輸”啟動表示數據傳輸的初始化。它包括：當 SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?，隨后是在 SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉為高電平?！皢觽鬏敗睍r序后續(xù)命令包含三個地址位，DHT90會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第 8個 SCK 時鐘的下降沿之后，將 DATA下拉為低電平；在第 9個 SCK 時鐘的下降沿之后，恢復高電平。發(fā)送命令時序圖如圖3-4所示。圖3-4 發(fā)送命令時序圖3.3.5 測量時序發(fā)布一組測量命令(00000101表示相對濕度 RH，00000

40、011表示溫度 T)后，控制器要等待測量結束。這個過 程需要20/80/320ms，分別對應 8/12/14bit 測量。DHT90通過下拉 DATA至低電平并進入空閑模式，表示測量的結束?？刂破髟谠俅斡|發(fā) SCK 時鐘前，必須等待這個信號來讀出數據。檢測數據可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務在需要時再讀出數據。接著傳輸 2個字節(jié)的測量數據和 1個字節(jié)的 CRC奇偶校驗。Uc需要通過下拉 DATA為低電平，以確認每個字節(jié)，所有的數據從 MSB開始右值有效。用CRC數據的確認位，表明通訊結束。如果不使用CRC-8校驗，控制器可以在測量值 LSB后，通過保持確認位 SCK高電平，來中止通

41、訊。在測量和通訊結束后，DHT90自動轉入休眠模式。3.3.6通訊復位時序如果與 DHT90通訊中斷，下列信號時序可復位串口：當 DATA 保持高電平時，觸發(fā) SCK 時鐘 9 次或更多，可參閱圖3-5。圖3-5 通訊復位時序3.4 DHT90的溫濕度補償及轉換3.4.1 相對濕度為補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數據，可參閱表3-2，可使用公式(3-1)。 (3-1) 表3-2 濕度轉換系數12bit-4.00000.0405-2.8000E-68bit-4.00000.6480-7.2000E-43.4.2 溫度轉換溫度轉換數可參閱表3-3，可使用溫度轉度公式(3-2)。 (3-2)表3-

42、3 溫度轉換數VDDd1 ()d1()5V-40.1-40.24V-39.8-39.63.5V-39.7-39.53V-39.6-39.32.5V-39.4-38.9SOTd2 ()d2()14bit0.010.01812bit0.040.0723.5 LCD12864軟件系統(tǒng)設計3.5.1 LCD12864顯示流程圖用FYD12864-0402B顯示模塊進行軟件設計時應注意：欲在某一個位置顯示中文字符時，應先設定顯示字符位置，即先設定顯示地址，再寫入中文字符編碼；顯示ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時，只須設定一次顯示地址，由模塊自動對地址加1指向下一個字符位置，

43、否則，顯示的字符中將會有一個空ASCII字符位置；當字符編碼為2字節(jié)時，應先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)；模塊在接收指令前，向處理器必須先確認模塊內部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標志時BF需為“0” ，方可接受新的指令。如果在送出一個指令前不檢查BF標志，則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即等待前一個指令確定執(zhí)行完成。LCD12864顯示流程圖如圖3-6所示。圖3-6 LCD顯示流程圖3.5.2 寫數據到模塊單片機發(fā)送和接受數據或指令要通過控制LCD上RS、RW、E三個引腳的高低電平來實現。應特別注意的是：無論是寫數據還是讀數據一定要先查忙(對左右半屏讀命令)，只有在BF=0時才

44、能對LCD進行操作?！癛E”為基本指令集與擴充指令集的選擇控制位。當變更“RE”后，以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)，除非再次變更“RE”位，否則使用相同指令集時，無需每次均重設“RE”位。LCD寫數據到模塊時序圖如圖3-7所示。圖3-7 LCD寫數據時序3.5.3 從模塊讀出數據根據LCD讀數據時序圖可以從12864液晶模塊內部RAM中讀出相應的數據，忙檢測函數也是根據這個時序圖寫出來的。從RAM讀數據，讀指令執(zhí)行后Y地址計數器自動加1。從RAM讀數據前要先執(zhí)行“設置頁地址” 及“設置列地址”命令。讀數據時也一定要先查忙，只有在BF=0時才能對LCD進行操作。從模塊讀出數據的LCD讀數據時序圖

45、如圖3-8所示。圖3-8 LCD讀數據時序3.6 按鍵軟件系統(tǒng)設計在控制系統(tǒng)中，一般采用中斷或查詢的方式實現其鍵盤接口。查詢方式的過程為：查詢、等待、數據傳送。待到下一次數據傳送時，重復上述過程。等待也可以不采用循環(huán)等待，而用軟件插入固定延時的方式來完成。查詢方式的優(yōu)點是通用性好，可以用于各類外部設備和CPU間的數據傳送。缺點是需要有一個等待過程，特別是在連續(xù)進行數據傳送時，由于外設工作速度比CPU慢得多，因此，CPU在完成一次數據傳送后需要等待很長時間，才能進行下一次的傳送。在等待過程中，CPU不能進行其他操作，所以效率比較低。提高CPU效率的一條有效途徑是采用中斷方式。為了提高CPU的效率

46、，可以采用中斷掃描的工作方式，即只有在鍵盤按鍵按下時才產生中斷申請；進入中斷服務程序進行掃描，并做相應處理。中斷服務程序除完成鍵識別和鍵功能外，還具有消除鍵抖動等功能。中斷方式完全消除了CPU在查詢方式中的等待現象，大大提高了CPU的工作效率。本設計采用中斷方式。鍵盤可以分為獨立連接式和行列式，對于具有少量功能建的系統(tǒng)，多采用相互獨立的接口方法。獨立式按鍵是指各按鍵相互獨立地接通一條輸入數據線，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。鍵盤的優(yōu)點是電路簡單；缺點是當按鍵數較多時，要占用較多的引腳。本設計中的按鍵采用獨立連接式的方式。在鍵盤掃描程序中，求得鍵值只是手段，最終目的是使程序轉移到相應的地址去完成該鍵所

47、代表的操作。對數字鍵一般是指直接將該鍵值送到顯示緩沖區(qū)進行顯示；對功能鍵則須找到該功能鍵處理程序的入口地址，并轉去執(zhí)行該鍵的功能。因此，求得鍵值后，還必須找到功能鍵處理程序入口。為了防止CPU對一次按鍵動作只確認一次，必須排除抖動的影響，可以從硬件和軟件兩個方面著手解決。若采用硬件抖動電路，按鍵個數比較多的時候，硬件防抖無法勝任?？梢圆捎密浖姆椒ㄟM行防抖。當第一次檢測有鍵按下時，先用軟件延時，而后再確認該鍵電平是否仍維持閉合狀態(tài)。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認此鍵確已按下，從而消除按鍵抖動的影響。按鍵掃描的工作過程如下：1. 第一步先判斷鍵盤中是否有鍵按下；2. 第二步進行行掃描，判斷是哪一個鍵

48、按下，若有鍵按下，則調用延時子程序去抖動；3. 第三步讀取按鍵的位置碼；4. 將按鍵的位置碼轉換為鍵值。需要注意的是：當其中某個鍵被按下時，中斷引腳變?yōu)榈碗娖?，向CPU申請中斷。CPU響應后，用查詢方法找出被按下的功能鍵，再通過軟件查找出功能鍵服務程序的入口地址，為了把機械信號轉換成電信號，設計時使用了上拉電阻。這樣，當開關開啟時，輸出被提升至+5V，當開關關閉時，輸入就被強制接地?？傊?，在系統(tǒng)設計中，為了縮小整個系統(tǒng)的規(guī)模，簡化硬件線路，盡可能使用最少的按鍵，獲得更多的操作控制功能。第4章 調試4.1 軟件調試系統(tǒng)軟件設計的過程主要分為以下幾個步驟：第一步：建立源程序。通過計算機開發(fā)系統(tǒng)的編

49、輯軟件，按照所要求的格式、語法規(guī)定、源程序輸入到開發(fā)系統(tǒng)中，并存在磁盤上。第二步：在計算機上，利用KILE軟件對第一步輸入的源程序進行編譯，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標代碼。如果源程序有語法錯誤，則其錯誤將顯示出來，然后返回到第一步進行修改，再進行編譯，直到語法錯誤全部糾正為止。第三步：在線調試。對于與系統(tǒng)、硬件無聯(lián)系的程序，可以借助在線調試手段，發(fā)現邏輯錯誤后，返回到第一步修改，直到邏輯錯誤糾正為止。對于與系統(tǒng)硬件緊密相關的程序，則需對軟件和硬件同時進行調試，將程序燒入CPU，然后將CPU 插入系統(tǒng)。發(fā)現硬件故障后應排除故障，發(fā)現邏輯錯誤后應修改程序，消除邏輯錯誤。4.2 硬件調試硬件調試主要包括兩步：

50、第一步：系統(tǒng)上電之前，先仔細檢查線路是否連接正確，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求，應特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極性錯誤，并重點檢查系統(tǒng)總線是否存在相互之間短路或與其它信號線的短路。第二步：第一步的調試，只是對系統(tǒng)進行初步調試，可以排除一些明顯的故障，而硬件故障(如各個部件內部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯誤)主要是靠軟件和硬件聯(lián)調來排除。硬件調試和軟件調試是不能完全分開的，許多硬件錯誤是在軟件調試中發(fā)現和被糾正的。4.3 液晶模塊調試液晶顯示器是人機界面最關鍵的部分，能夠使我們更加清楚的讀取數據。在對顯示模塊進行調試的過程中發(fā)現顯示不正常，漢字顯示與字符顯示不同，

51、LCD-12864每行可以顯示16個字符，8個漢字，漢字不能分半顯示，由于軟件編程時，地址分配有誤，使得漢字部分無法顯示。經過檢查，發(fā)現問題后，將地址重新分配，顯示部分正確。4.4 報警電路調試本次系統(tǒng)設計采用的是聲光報警電路。當溫度和濕度其中任何值一個過限后，蜂鳴器都會發(fā)出聲音。這是寫在軟件程序里的。但是在加上控制信號，溫濕度過限后，蜂鳴器不報警。蜂鳴器的控制端口無控制信號輸出。經檢查發(fā)現程序里面蜂鳴器的控制端口電平設置有誤，修改后，蜂鳴器工作正常。結 論本設計綜合利用單片機技術、傳感器技術、數字電子技術和LCD顯示等科學知識，完成了基于單片機控制的溫濕度測量和顯示報警等的設計。比較系統(tǒng)地介

52、紹了硬件的組成及設計方法。利用單片機C語言完成了系統(tǒng)軟件的設計。本設計特點如下：1. 把傳感器技術應用到單片機控制系統(tǒng)中，實現了對環(huán)境溫濕度的數據采集、讀取等。2. 利用LCD液晶的顯示技術完成了環(huán)境溫度、濕度及顯示電路的設計。3. 外接了蜂鳴器報警模塊，在超過設定溫濕度上下限時自動報警。4. 整個系統(tǒng)軟硬件搭配合理，設計、開發(fā)、維護方便，性價比高。由于單片機經濟實用、開發(fā)簡便，因而在工業(yè)控制、農業(yè)自動化、家電智能化等領域也占據了廣泛的市場。本設計有一定的實用性，但該系統(tǒng)在設計過程中仍有很多漏洞。還需要在智能化方面加以改進。特別是在節(jié)省功耗，提高穩(wěn)定度等方面。不過，該產品有很好的可擴展性能，比

53、如，該設備的測量結果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機的串行口和RS-232總線通信協(xié)議將采集的數據傳送到主控機，以進行進一步的存檔、處理。主控機負責控制指令的發(fā)送，以控制各個從機的溫濕度采集，收集測量數據，并對測量結果(包括歷史數據)進行整理、顯示和存儲。主控機與從機之間也能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調，從而達到系統(tǒng)整體統(tǒng)一、和諧的效果。本系統(tǒng)存在的不足與拓展：1. 設計不足：系統(tǒng)設計中，未能顯示實時信息。在一些比較特殊的場合，有時候需要系統(tǒng)顯示出各個時間段，比如，早、中、晚的實時信息。而這個系統(tǒng)沒有此項功能。2. 系統(tǒng)拓展：(1) 本系統(tǒng)可以添加無線模塊?？梢蕴砑又?、短程無線通信模塊，使得系統(tǒng)能夠在比較惡劣、危險等不適合人到達的地方進行工作，這樣就提高了系統(tǒng)的實用性；(2) 本系統(tǒng)可以利用串口與PC機相連接，然后將采集的信息在PC機上進行處理，比如可以繪制時間溫濕度曲線，也可將信息發(fā)布到WAP上，進行遠程操控。參考文獻1范海濤. 世界設施農業(yè)發(fā)展現狀. 農村實用工程技術, 2001(1): 10-112李朝青. 單片機原理及