温室大棚智能控制系统

本系统由如图 2-1、图 2-2 所示，DHT11 温湿度传感器采集数据，STC89C52 单片机进 行数据处理，LCD1602 显示模块显示温湿度。由 PWM 控制温度调节模块进行温度调节， 当温度小于 18℃时，M4QA045 电机停止运转，当温室大于 28℃时，M4QA045 电机全 速运转，当温度处于 18℃和 28℃之间时，通过 PWM 控制 M4QA045 电机转速。由 STC89C52 单片机输出高低电平控制湿度报警模块，当湿度大于 65%RH 或者小于 45%RH 时，STC89C52 单片机输出高电平，湿度报警模块报警，当湿度处于 45%RH 和 65%RH 之间时，STC89C52 单片机输出低电平，湿度报警模块关闭。单片机通过 RS232 通信协议与上位 PC 机进行串口通信。系统既可由单片机系统独立完成温室环境信息的 采集、处理和显示，也可由 PC 机完成监控工作。
今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服 务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域的应 用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊控制化已成为世界 潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。采用单片机来对温湿度进行控制，不 仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温湿度的技术 指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、 造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器 件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温湿度的控制问题是一 个工农业生产中经常会遇到的问题。因此，本课题围绕基于单片机的温室大棚控制系统 展开了应用研究工作。
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第 4 章总结 参考文献 致谢
附录
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第一章 绪论
1.1 选题背景
在人类的生活环境中，温湿度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什 么工作，无时无刻不在与温度和湿度打着交道。自 18 世纪工业革命以来，工业发展与 是否能掌握温湿度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业， 可以说几乎 80%的工业部门都不得不考虑着温湿度的因素。温湿度不但对于工业如此重 要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。我国人多地少，人均占有 耕地面积更少。因此，要改变这种局面，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们 要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。温室大棚技术就是其中一个好的方法。温室大 棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对 生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，能使不同的农作物在 不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长不再产生过度影响，部分或完全摆脱了 农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济效益，所以温室大棚技术越 来越普及，并且已成为农民增收的主要手段。
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DS18B20 引脚定义： （1）DQ 为数字信号输入/输出端； (2)GND 为电源地； (3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
2.2.3 DS18B20 的内部结构
DS18B20 内部结构图：
2.2 单片机的选择 2.2.1 单片机概述
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2.2.2 STC89C52 单片机的引脚说明
图 2-3 STC89C52 单片机引脚图
芯片引脚如图 2-3 所示： VCC : 电源。 GND: 地。 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 P1 口： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口 使用。 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输 入口使用。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输 入口使用。 RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地
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摘要
本课题运用 STC89C52 单片机、DS-18B20 数字温度传感器、继电器和 M4QA045 电动机、
ULN-2003A 集成芯片、湿敏电阻，以及四位八段数码管等元器件，设计了温湿度报警电路、
M4QA045 电机驱动电路、电热器驱动电路，实现了温室大棚中温度和湿度的控制和报警系
2.2 显示模块的选择
2.2.1DS18B20 简介
DS18B20 数字温度传感器采用 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐 磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样等优点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控 制领域。
2.2.2 DS18B20 的管脚排列
2.2.2.1、DS18B20 的外形及管脚排列如下图：
统，解决了温室大棚人工控制测试的温度及湿度误差大，且费时费力、效率低等问题。该系 统运行可靠，成本低。系统通过对温室内的温度与湿度参量的采集，并根据获得参数实现对 温度和湿度的自动调节，达到了温室大棚自动控制的目的。促进了农作物的生长，从而提高 温室大棚的产量，带来很好的经济效益和社会效益。
关键词: STC89C52 单片机、DS-18B20 数字温度传感器、ULN-2003A 集成芯片、 温室、自 动控制、自动检测
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1.2 选题的现实意义
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。
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目录
第 1 章绪论 §1.1 选题背景 §1.2 选题的现实意义 第 2 章系统硬件电路的设计 §2.1 系统硬件电路构成系统整体框图 §2.1.2 系统整体电路图 §2.1.3 系统工作原理 §2.2 温度传感器的选择 §2.2.1 DS18B20 简介 §2.2.2 DS18B20 的性能特点 §2.2.3 DS18B20 的管脚排列 §2.2.4 DS18B20 的内部结构 §2.2.5 DS18B20 的控制方法 §2.2.6 DS18B20 的测温原理 §2.2.7 DS18B20 的时序 §2.2.8 DS18B20 使用中的注意事项 §2.3 单片机的选择 §2.3.1 单片机概述 §2.3.2 AT89C2051 芯片的主要性能 §2.3.3 AT89C2051 芯片的内部结构框图 §2.3.4 AT89C2051 芯片的引脚说明 §2.3.5 使用 AT89C2051 芯片编程时的注意事项 §2.4 RS-485 通信设计 §2.4.1 串行通信的分类 §2.4.2 串行通信的制式 §2.4.3 串行通信的总线接口标准 §2.4.4 RS-485 的硬件设计 §2.5 小结 第 3 章系统软件的设计 §3.1 系统主程序 §3.2 系统部分子程序 §3.2.1 DS18B20 初始化子程序 §3.2.2 DS18B20 读子程序 §3.2.3 DS18B20 写子程序(有具体的时序要求) §3.2.4 DS18B20 定时显示子程序 §3.2.5 DS18B20 温度转换子程序 §3.3 DS18B20 的流程图
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址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储 器读取指令，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期 间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 程序存储器：如果 EA 引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。 数据存储器：STC89C52 有 256 字节片内数据存储器。高 128 字节与特殊功能寄 存器重叠。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR） 定时器 2：定时器 2 是一个 16 位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件 计数器。 中断：STC89C52 有 6 个中断源如表 2-2 所示：两个外部中断（INT0 和 INT1）， 三个定时中断（定时器 0、1、2）和一个串行中断每个中断源都可以通过置位或清除特 殊寄存器 IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。它能一次禁止所有， 实际上，中断服务程序必须判定是否是 TF2 或 EXF2 激活中断，标志位也必须由软件清 0[1]。
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。
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第二章 系统硬件电路的设计 2.1 系统硬件构成及其测控原理
2.1.1 系统硬件电路构成系统整体框图
图 2-1 系统整体框图
2.1.2 系统整体电路图
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图 2-2 系统整体电路图
2.1.3 系统工作原理
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温湿度控制便成为一个 十分重要的课题。传统的温湿度控制是在温室大棚内部悬挂温度计和湿度计，通过读取 温度值和湿度值了解实际温湿度，然后根据现有温湿度与额定温湿度进行比较，看温湿 度是否过高或过低，然后进行相应的通风或者洒水。这些操作都是在人工情况下进行的， 耗费了大量的人力物力。现在，随着国家经济的快速发展，农业产业规模的不断提高， 农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显 现出很大的局限性。温室大棚的建设对温湿度检测与控制技术也提出了越来越高的要 求。
单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子 计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器叶数器集成在一块 芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此， 适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。因此，在本课题设计 的温湿度测控系统中，采用单片机来实现。在单片机选用方面，由于 STC89 系列单片 机与 MCS-51 系列单片机兼容，所以，本系统中选用 STC89C52 单片机。