畢業(yè)論文-花棚溫濕度自控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、IV大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目論文題目：花棚溫濕度自控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)系 所： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向） 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 導(dǎo)師職稱： 講師 完成日期： 2014年 5月 2日 大連東軟信息學(xué)院Dalian Neusoft University of Information大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要花棚溫濕度自控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要現(xiàn)代智能化花棚溫室中植物對環(huán)境的要求很高，特別是珍貴植物花卉苗木，它們生長大都需要合適的溫度、濕度和光照度等條件。創(chuàng)建智能化花棚溫室，

2、應(yīng)從整體上綜合地研究環(huán)境的各個參數(shù)影響。構(gòu)建智能化花棚溫室控制的系統(tǒng)，即根據(jù)植物生長 發(fā)育的需要，通過傳感器技術(shù)、微電子及單片機技術(shù)，自動測控花棚溫室的環(huán)境參數(shù)，其中包括溫度、濕度、光照度等信息，使植物在不同的季節(jié)中，都能獲得適宜的環(huán)境條件，培育出早熟、優(yōu)質(zhì)植物花卉。本系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心來對花棚溫室中溫度，濕度以及其他環(huán)境參數(shù)進行實時巡檢，測量。溫度采集采用數(shù)字式傳感器DS18B20，濕度傳感器采用電容式傳感器HS1101。當溫度值高于設(shè)定值時，可以通過通風(fēng)機降低花棚溫室溫度，當溫度低于設(shè)定值時，可以通過加熱管加熱循環(huán)水升溫；若濕度低于某設(shè)定值時，啟動噴霧水泵增濕，反之，啟動通

3、風(fēng)機去濕。溫濕度的測量結(jié)果在本地LCD上顯示，而且系統(tǒng)方便以后升級，利用串行口和RS-485總線通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到上位機。系統(tǒng)還可以通過增加溫度傳感器和濕度傳感器的數(shù)量來達到多點測量的目的，方便系統(tǒng)以后構(gòu)建多點網(wǎng)絡(luò)式測量，系統(tǒng)具有很好的實用價值。關(guān)鍵字：花棚溫室，單片機，溫度濕度傳感器，智能化Design and Implementation of Shed Temperature and Humidity Controlled SystemAbstractThe modern intelligent greenhouse plants to the demands of the en

4、vironment is very high, especially rare and precious plant flowers and plants, they mostly growth needs the right temperature, humidity and light conditions. Create intelligent greenhouse, comprehensive study on should begin from the whole environment of each parameter. Building intelligent greenhou

5、se control system, that is, based on the needs of the plant development, through the sensor technology, microelectronics and single chip microcomputer, automatic measurement and control greenhouse environment parameters, including temperature, humidity, light and other information, make plants in di

6、fferent seasons, can achieve appropriate environmental conditions, produced the precocious, high quality plant flowers.This system STC89C52 to the greenhouse temperature, humidity and other environmental parameters for real-time inspection, measuring. The digital collection temperature sensor DS18B2

7、0, humidity sensor adopts HS1101 capacitive sensor. When the temperature is higher than the set, can pass the ventilator cut greenhouse temperature, when the temperature is below the set, can through the heating pipes heating temperature of circulating water; If the humidity under a set, start pump

8、spray humidifier, conversely, start the ventilator to wet. The temperature and humidity measurement result can not only in local revealed, and can make use of the single chip microcomputer serial port and RS-485 fieldbus communication agreement of the data collected will be sent to the PC, show humi

9、dity temperature data, collecting the data measured. The system can also by increasing the temperature sensor and the number of humidity sensors to achieve the purpose of multi-point measurement, convenient system construction after more network measurement, the system has the very good practical va

10、lue.Key word: intelligent greenhouse, microcontroller, temperature and humidity sensor, intelligent大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc386396810 h IAbstract PAGEREF _Toc386396811 h II第1章緒 論 PAGEREF _Toc386396812 h 11.1 課題研究背景與意義 PAGEREF _Toc386396813 h 11.2課題研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc386396

11、814 h 11.3 課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展概況 PAGEREF _Toc386396815 h 1第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹 PAGEREF _Toc386396816 h 32.1溫度傳感器DS18B20技術(shù) PAGEREF _Toc386396817 h 32.2濕度傳感器HS1101技術(shù) PAGEREF _Toc386396818 h 32.3脈沖寬度調(diào)制技術(shù) PAGEREF _Toc386396819 h 4第3章系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc386396820 h 53.1 系統(tǒng)設(shè)計目標 PAGEREF _Toc386396821 h 53.2 系統(tǒng)功能需求 PAGEREF _Toc3

12、86396822 h 53.3 系統(tǒng)非功能需求 PAGEREF _Toc386396823 h 63.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc386396824 h 63.5 系統(tǒng)可行性分析 PAGEREF _Toc386396825 h 63.5.1 技術(shù)可行性 PAGEREF _Toc386396826 h 63.5.2 經(jīng)濟可行性 PAGEREF _Toc386396827 h 6第4章硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc386396828 h 84.1 系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則 PAGEREF _Toc386396829 h 84.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc386396830

13、h 84.2.1溫度的調(diào)節(jié)與控制 PAGEREF _Toc386396831 h 94.2.2 濕度的調(diào)節(jié)與控制 PAGEREF _Toc386396832 h 94.2.3 溫度、濕度之間的關(guān)聯(lián) PAGEREF _Toc386396833 h 94.3 硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc386396834 h 104.3.1 溫度檢測部分 PAGEREF _Toc386396835 h 104.3.2濕度檢測部分的設(shè)計 PAGEREF _Toc386396836 h 104.3.3 LCD1602顯示屏電路設(shè)計 PAGEREF _Toc386396837 h 11第5章軟件設(shè)計 PAGERE

14、F _Toc386396838 h 135.1 功能模塊設(shè)計圖 PAGEREF _Toc386396839 h 135.2軟件實現(xiàn) PAGEREF _Toc386396840 h 135.3溫度檢測與控制的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc386396841 h 145.3.1溫度檢測 PAGEREF _Toc386396842 h 145.3.2溫度控制 PAGEREF _Toc386396843 h 155.4濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc386396844 h 155.4.1濕度檢測 PAGEREF _Toc386396845 h 165.4.2 濕度控制 PAGERE

15、F _Toc386396846 h 16第6章系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc386396847 h 176.1 測試概述 PAGEREF _Toc386396848 h 176.2 測試用例 PAGEREF _Toc386396849 h 176.1.1溫度檢測控制報警和LCD顯示屏測試 PAGEREF _Toc386396850 h 176.2.2濕度檢測控制報警和LCD顯示屏測試 PAGEREF _Toc386396851 h 186.2.3實時狀態(tài)演示圖 PAGEREF _Toc386396852 h 18第7章結(jié)論 PAGEREF _Toc386396853 h 21參考文獻 PA

16、GEREF _Toc386396854 h 22致 謝 PAGEREF _Toc386396855 h 23附錄A PAGEREF _Toc386396856 h 24大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）- 第1章緒 論1.1 課題研究背景與意義智能花棚溫室是通過采用現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)工程和機械技術(shù)，改變自然環(huán)境，為動植物生產(chǎn)提供相對可控制甚至最適宜的溫度、濕度、光照、水肥和氣等環(huán)境條件，在一定程度上擺脫對自然環(huán)境的依賴進行有效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)設(shè)施?；ㄅ锘ㄅ餃厥殷w現(xiàn)了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，它利用先進的工程技術(shù)和工業(yè)化的生產(chǎn)方式，為農(nóng)作物生產(chǎn)提供了適宜的生長環(huán)境，將農(nóng)作物的產(chǎn)量，質(zhì)量提高到最大限度，同時也使農(nóng)業(yè)經(jīng)

17、濟效益有了很大的提高?；ㄅ餃厥沂且环N典型的設(shè)施農(nóng)業(yè)。隨著計算機，控制工程和通信技術(shù)的交叉和綜合發(fā)展，花棚溫室也一步一步向智能化的方向發(fā)展。將各種現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用在花棚溫室系統(tǒng)中實現(xiàn)對花棚溫室內(nèi)室溫、地溫、濕度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)向、風(fēng)速以及作物生長狀況等參數(shù)的準確采集，將室內(nèi)溫、光、水、肥、氣等諸多因素綜合，根據(jù)用戶的要求，直接協(xié)調(diào)到最佳狀態(tài)的智能化花棚溫室是未來花棚溫室發(fā)展的必然趨勢。1.2課題研究的主要內(nèi)容本系統(tǒng)意在實現(xiàn)控制花棚溫室內(nèi)的花棚溫室度值，系統(tǒng)總共分為四部分設(shè)計，第一部分主要介紹了本系統(tǒng) 應(yīng)用背景意義，國內(nèi)外實現(xiàn)情況和擬實現(xiàn)的目標；第二部分介紹了本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

18、；第三部分主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計目標、功能需求和非功能需求；第四部分重要對系統(tǒng)的主要硬件進行設(shè)計介紹，包括總體設(shè)計以及各分模塊的設(shè)計；第五部分對系統(tǒng)的溫度采集及控制，對系統(tǒng)的濕度采集控制以及軟件設(shè)計進行介紹。最后做出了總結(jié)和展望。1.3 課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展概況溫室是一種根據(jù)所種植的植物的生長環(huán)境從而改變室內(nèi)溫濕度，使植物能夠避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ渌斐傻膫?，使其能夠在最佳的條件下快速生長，長時間保持美觀。它以玻璃或透光五色塑料為全部或部分材料，使其可在任何季節(jié)的任何天氣下栽培過季或?qū)Νh(huán)境要求嚴格的露地植物。溫室生產(chǎn)通過防治病蟲害，調(diào)節(jié)溫濕度變化調(diào)節(jié)植物的產(chǎn)期和促進其生長發(fā)育以提高產(chǎn)量與

19、質(zhì)量為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是對室內(nèi)溫濕度控制，該技術(shù)的主要目標是提高對環(huán)境的控制及作業(yè)精度。國外對溫室環(huán)境控制的技術(shù)研究較早，起始于20世紀70年代。先是對現(xiàn)場采集到的信息并進行記錄和操控。80年代末期出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正在開發(fā)和研制數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。由于現(xiàn)在科技發(fā)展迅速，而且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也是一個重要產(chǎn)業(yè)，各個國家對溫室控制技術(shù)的開發(fā)極為重視，使得其技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著全智能自動化、無人化發(fā)展。溫室環(huán)境控制技術(shù)主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：手動控制、自動控制、智能化控制（1）手動控制這是在溫室發(fā)展初期的主要控制手段，完全由人工實現(xiàn)對環(huán)境溫

20、度、濕度等各個環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，生產(chǎn)一線的種植者既是對環(huán)境進行檢測的“傳感器”，也是對溫室作物進行管理的執(zhí)行者，他們是溫室環(huán)境控制的核心部分也是外圍部分。通過對室內(nèi)植物的觀測，憑借長期積累的種植經(jīng)驗，手動調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動控制的方式，對于作物生長狀況是最直接、最迅捷且最有效的，這是最符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的方法，但相對來說，其使用的人力、物力和時間也是最多的，不適合大規(guī)模工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因其對種植者要求過于嚴格。（2）自動控制自動控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室內(nèi)植物生長所需的環(huán)境參數(shù)，計算機根據(jù)傳感器的實時測量值與預(yù)先設(shè)定好的環(huán)境參數(shù)進行比較，然后通過比較結(jié)果對控制部分進行指示，控制部分進行

21、加熱、降溫、加濕、通風(fēng)等動作改變環(huán)境達到參數(shù)值。計算機自動控制的溫室控制技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)監(jiān)控的自動化，適合大規(guī)模工廠生產(chǎn)，節(jié)省人力資源，且更精確。但是這種控制方式對作物生長的狀況難以及時作出相應(yīng)的反應(yīng)，無法介入農(nóng)作物生長的內(nèi)在規(guī)律。我國現(xiàn)階段的溫室控制技術(shù)大部分屬于這種控制方式。（3）智能化控制這是在溫室控制系統(tǒng)技術(shù)和實際生產(chǎn)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過收集和總結(jié)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識和技術(shù)，與各種實驗數(shù)據(jù)相結(jié)合構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)一種適合不同植物生長的溫室控制系統(tǒng)。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1溫度傳感器DS18B20技術(shù)系統(tǒng)采用數(shù)字式溫度傳感器

22、精確測量溫度值，能實時監(jiān)測溫度值，而且測量溫度范圍廣、分辨率高，可以使調(diào)節(jié)溫度迅速，系統(tǒng)采用DS18B20傳感器測溫：DS18B20特點：獨特的1-Wire接口僅需一個端口引腳即可進行通信，每個設(shè)備都有唯一的64位序列碼存儲在板上ROM，多節(jié)點能力簡化了分布式，溫度檢測應(yīng)用無需外部元件，電源可以從數(shù)據(jù)線供電，電源電壓范圍為3.0V至5.5V，測量溫度范圍從-55C至+125C（-67F至+257F），從-10C至+85C精度0.5C，溫度計分辨率是用戶可選擇的9至12位，在750毫秒內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字。DS18B20的外形及管腳如圖2.1所示。圖2.1 DS18B20的外形及管腳2.2濕

23、度傳感器HS1101技術(shù)HS1101在電路中相當于一個電容器件，它的電容量隨著所測空氣濕度的增加而增大， 檢測相對濕度范圍在0%100%內(nèi)；電容變化導(dǎo)致的誤差不大于2%；響應(yīng)時間短，精度系數(shù)高。可以應(yīng)用與辦公室自動化，汽車，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。它有著以下幾個顯著的特點：（1）全互換性，在標準環(huán)境下不需要矯正（2）可以制動化焊接，包括波峰或水浸（3）可靠性高，穩(wěn)定性時間長（4）固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)有著其自帶專利（5）可用于線性電壓或頻率輸出回路（6）反應(yīng)速度快（7）可在長時間的飽和狀態(tài)下快速脫濕HS1101外形圖如圖2.2所示。圖2.2 HS1101外形圖2.3脈沖寬度調(diào)制技術(shù)脈沖寬度調(diào)制（

24、PWM ）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。是將模擬信號轉(zhuǎn)換為脈波的一種技術(shù)，一般轉(zhuǎn)換后脈波的周期固定，但脈波的占空比會依模擬信號的大小而改變。它是所使用的微處理器的數(shù)字輸出，是用于控制模擬電路一個非常有效的技術(shù)，廣泛用于許多領(lǐng)域的測量，通信，功率控制等許多領(lǐng)域。數(shù)字電路是在預(yù)先確定的范圍內(nèi)取值，在任何時刻，其輸出只可能為ON和OFF兩種狀態(tài)，所以電壓或電流會通/斷方式的重復(fù)脈沖序列加載到模擬負載。PWM技術(shù)是一種對模擬信號電平的數(shù)字編碼方法，通過使用高分辨率計數(shù)器（調(diào)制頻率）調(diào)制方波的占空比，從而實現(xiàn)對一個模擬信號的電平進行編碼。其最大的優(yōu)點是從處理

25、器到被控對象之間的所有信號都是數(shù)字形式的，無需再進行數(shù)模轉(zhuǎn)換過程；而且對噪聲的抗干擾能力也大大增強（噪聲只有在強到足以將邏輯值改變時，也可能對數(shù)字信號產(chǎn)生實質(zhì)的影響?？煽毓杈哂泄β蚀蟆⑿矢?、體積小、重量輕、無噪音、控制靈敏等優(yōu)點，而且還具有使用小電流小功率來控制大電流大功率的特點，其應(yīng)用范圍較廣。第3章系統(tǒng)需求分析3.1 系統(tǒng)設(shè)計目標通過單片機，使用溫濕度傳感器對溫室內(nèi)溫濕度進行檢測，如果溫室內(nèi)空氣的溫度或濕度過高，則通過風(fēng)扇對溫室內(nèi)的空氣進行置換，使室內(nèi)溫度降低。若室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)的溫度值，則通過燈光或陽光對室內(nèi)環(huán)境進行加熱，使溫度升高。若室內(nèi)濕度低于預(yù)設(shè)值則灑水提高室內(nèi)濕度。整體實現(xiàn)了對

26、溫室內(nèi)的溫濕度的自動化控制。3.2 系統(tǒng)功能需求（1）溫濕度檢測功能通過傳感器對所處室內(nèi)環(huán)境的進行溫濕度檢測，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機。由單片機對數(shù)據(jù)進行分析，與預(yù)先設(shè)定的溫濕度參數(shù)值進行比較，若數(shù)據(jù)值不在預(yù)設(shè)參數(shù)值的范圍內(nèi)，則單片機會對響應(yīng)模塊發(fā)送信號，使其進行響應(yīng)工作。（2）報警功能當室內(nèi)溫濕度高于或低于預(yù)先給其設(shè)定的溫度值范圍時，單片機會對連接蜂鳴器的I/O輸出一個高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音，對工作人員進行報警提醒，使工作人員能夠?qū)崟r了解室內(nèi)環(huán)境情況，進行操作。（3）溫濕度控制功能通過對單片機的外接響應(yīng)模塊發(fā)送高電平，通過繼電器給風(fēng)扇，加熱絲與水泵提供電壓，使其能夠開始工作，

27、通過風(fēng)扇通風(fēng)改善室內(nèi)空氣溫度與濕度，加熱絲發(fā)熱產(chǎn)生熱量，水泵提高濕度和降低溫度來改變室內(nèi)環(huán)境，使溫濕度值達到范圍值。溫濕度自控功能模塊描述如表3.1所示。表3.1 溫濕度控制功能功能編號功能名稱功能描述優(yōu)先級1空氣溫度檢測檢測空氣中的溫度12空氣濕度檢測檢測空氣中的濕度23蜂鳴器報警報警通知工作人員34風(fēng)扇通風(fēng)通過風(fēng)扇通風(fēng)改變空氣溫度時濕度55升高溫度通過加熱絲升高空氣溫度46降低溫度和增加濕度通過水泵噴水來降低室內(nèi)溫度和增加濕度63.3 系統(tǒng)非功能需求（1）性能需求系統(tǒng)啟動時間為1-2s，響應(yīng)速度快，采集數(shù)據(jù)結(jié)果精度高，運行資源消耗量小，供電5v電壓即可驅(qū)動。（2）成本硬件部分成本低廉，如使

28、用正確則不易損壞，無需經(jīng)常更換使用元件，完全符合物美價廉。（3）易用性需求操作簡單，顯示界面簡潔易懂，只需閱讀操作介紹文檔，在操作過程中就不會存在問題。（4）可保障性需求硬件部分模塊各部分獨立，可拆卸更換，如硬件損壞更換即可立即使用，易恢復(fù)性強。且消耗類硬件部分市場上銷售商家多，不會出現(xiàn)貨品不足無法更換的現(xiàn)象。（5）外部接口僅需單片機供電線與計算機和單片機數(shù)據(jù)傳輸線兩線即可，外設(shè)檢測與響應(yīng)部分直接與單片機接線，線路布置簡單易檢查。3.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境：STC89C52單片機/LCD1602顯示屏/溫度傳感器DS18B20/濕度傳感器HS1101軟件環(huán)境：Windows7操作系統(tǒng)/Ke

29、il/ STC_ISP_V4833.5 系統(tǒng)可行性分析3.5.1 技術(shù)可行性本控制系統(tǒng)采用STC89C52單片機是市場上最常見的單片機設(shè)備，且種類繁多，可供挑選空間極大，可擴展性能也十分良好，對各種傳感器都可操作，外接的響應(yīng)控制模塊可選擇的種類繁多，且其響應(yīng)時間短，數(shù)據(jù)處理快。而所選用的溫度傳感器DS18B20與濕度傳感器HS1101對溫濕度采集的部分完全可以勝任，精確度高。本人過去曾做過相類似的控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的。3.5.2 經(jīng)濟可行性本控制系統(tǒng)所使用的主控設(shè)備是STC89C51單片機，外設(shè)采用溫度與濕度傳感器、風(fēng)扇、燈泡與水泵，總價不超過150元，如需要擴大控制范圍，只需

30、添加外設(shè)即可，因此整體硬件部本分成本很低，軟件部分由Keil與STC_ISP_V483兩部分組成即可，開發(fā)完成之后即可投入到對其有所需要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不論大型工廠化生產(chǎn)還是小型個人生產(chǎn)都可使用，使其不僅具有生產(chǎn)成本低的特點，更有面向范圍廣的優(yōu)勢，可創(chuàng)造更多的經(jīng)濟收益。第4章硬件設(shè)計4.1 系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則（1）先進性與市場上的傳統(tǒng)的溫室相比，傳統(tǒng)的溫室需要大量的人力物力，且對操作工人的農(nóng)業(yè)常識有著很高的要求，對資源的使用和員工的要求本系統(tǒng)都需求更少，本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的元器件直接連接安裝，綜合布線少，連線簡潔，只需一套后端軟件系統(tǒng)。操作簡單，數(shù)據(jù)顯示簡明易懂。較市場上的其他溫控設(shè)備的性能更加先進。

31、（2）可靠性及安全性主要設(shè)備采用了嵌入式實時 HYPERLINK /os_index/subcate121_list_1.html 操作系統(tǒng)，所需設(shè)備簡單，而數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的顯示是通過綜合布線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，系統(tǒng)可靠性相當高；而且可以外部元器件可即時更換投入使用，發(fā)現(xiàn)問題可馬上解決，不會因硬件問題耽誤使用。 4.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示。圖4.1 硬件結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)為智能花棚溫室控制系統(tǒng)，意在實現(xiàn)根據(jù)用戶的需要將花棚溫室中的溫度，濕度控制在一定的范圍，對花棚溫室內(nèi)基本的環(huán)境參數(shù)進行很好的調(diào)控，保證植物良好的生長環(huán)境。為了避免控制方案過于復(fù)雜，本設(shè)計選擇最重要的環(huán)境因子：花棚溫室內(nèi)空

32、氣溫度和濕度作為基本的監(jiān)測和控制項目。4.2.1溫度的調(diào)節(jié)與控制溫度是設(shè)施栽培中相對容易調(diào)節(jié)控制的環(huán)境因子。對花棚溫室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)和控制要保證當花棚溫室內(nèi)溫度偏離設(shè)定值后能對花棚溫室進行加溫和降溫。溫度調(diào)控要求達到能維持適宜于作物生育的設(shè)定溫度。1、加溫，系統(tǒng)通過傳感器檢測到溫度低于設(shè)定值一定范圍時，則需要對花棚溫室進行加溫控制，單片機通過輸出PWM信號來通過可控硅驅(qū)動位于花棚溫室土壤中和花棚溫室上方的加熱管工作，均勻的加熱花棚溫室上方的氣體和土壤的溫度。2、降溫，保護設(shè)施內(nèi)降溫最簡單的途徑是通風(fēng)，但在溫度過高，依靠自然通風(fēng)不能降低溫度至作物生育要求時，必須進行降溫。系統(tǒng)在花棚溫室內(nèi)設(shè)有通風(fēng)機

33、，可以進行室內(nèi)外氣體的交換，當溫度值高于設(shè)定值一定范圍時，就啟動通風(fēng)機工作，降低花棚溫室內(nèi)溫度。4.2.2 濕度的調(diào)節(jié)與控制土壤中的濕度與空氣中的相對濕度要協(xié)調(diào)一致才能達到對花棚內(nèi)濕度進行有效控制的作用，濕度調(diào)控范圍一般在60%RH-80%RH，精度為士5%。濕度的調(diào)控影響溫度，要求濕度與溫度的調(diào)控需按按一定的程序進行。常用的濕度調(diào)節(jié)方式是加濕和去濕。1、加濕，當傳感器測得的濕度值偏離標準值一定范圍時就需要就行濕度調(diào)節(jié)，加濕主要是單片機通過可控硅驅(qū)動電路位于花棚溫室上方的噴淋水汞，來達到增加花棚溫室濕度的目的。2、去濕，當花棚溫室中濕度值增加到大于標準濕度時，就啟動通風(fēng)機來減少花棚溫室內(nèi)濕度，

34、增加氣體的干燥度。4.2.3 溫度、濕度之間的關(guān)聯(lián)溫度與濕度之間有一定的關(guān)聯(lián)，當溫度升高時，濕度就會因其發(fā)生升高或降低的改變，而濕度升高時，溫度也會有相應(yīng)的變化。所以在不同的環(huán)境下，就要對其中一項確定優(yōu)先級。例如冬季花棚溫室環(huán)境控制中，因農(nóng)作物對溫度需求增高，溫度則為第一優(yōu)先級，當溫度的條件滿足要求后，再來滿足濕度的條件，因此需要首先增加溫度。只有當溫度上升到溫度限之上時，才能改變濕度。而溫度的提高會使空氣變得更加干燥，從而導(dǎo)致濕度降低。在夏季或干旱地區(qū)，如降雨量過少，則溫度會上升濕度下降，濕度則為第一優(yōu)先級。當濕度低于預(yù)設(shè)濕度下限時，需先加濕，如果溫度過高，應(yīng)選用噴灑方式加濕。而溫度維持在范

35、圍內(nèi)時，可選用開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置，通過蒸發(fā)水分降低溫度從而加強濕度。而當需要啟動蒸發(fā)降溫執(zhí)行機構(gòu)時，必須先檢測確定室內(nèi)的相對濕度，若濕度高于設(shè)定上限時，就需要通風(fēng)降溫除濕，只有濕度低于設(shè)定下限時，才能啟動蒸發(fā)降溫裝置。系統(tǒng)就是實時檢測花棚溫室內(nèi)氣體土壤的溫度濕度值，然后通過液晶顯示器顯示環(huán)境溫濕度及一些提示信息，當溫濕度超過一定范圍值時，啟動通風(fēng)機，加熱器等改變環(huán)境參數(shù)值，使其能夠在植物事宜生長的范圍內(nèi)。4.3 硬件設(shè)計4.3.1 溫度檢測部分溫度傳感器的設(shè)計如圖4.2所示。圖4.2 溫度傳感器的設(shè)計單片機通過單線接口控制DS18B20溫度傳感器，檢測溫度時先發(fā)啟動命令，當DS18B20接收

36、到溫度轉(zhuǎn)換命令啟動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的高、低字節(jié)中；讀取數(shù)據(jù)時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625LSB形式表示。從溫度傳感器中轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)并不是實際的溫度值，要進行計算轉(zhuǎn)換。溫度高字節(jié)中的前5位用來保存溫度的正負(標志為S的 bit11bit15)，高字節(jié)(MS Byte)的后3位和低字節(jié)8位來保存溫度值(bit0bit10)，其中低字節(jié)(LS Byte)的低4位保存溫度的小數(shù)位(bit0bit3)。由于要求采用0.062 5的精度，小數(shù)部分的值，可以用后四位代表的實際數(shù)值乘以0.062 5，得到真正的溫度值，本系統(tǒng)保留一位小

37、數(shù)，即檢測的溫度精確到0.1度。采用數(shù)字式溫度傳感器省去了大部分的電壓放大調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，大大簡化了系統(tǒng)的設(shè)計，而且提高了系統(tǒng)的精度。4.3.2濕度檢測部分的設(shè)計本系統(tǒng)采用HS1101電容傳感器作為濕度傳感器，在電路與一個電容器件是等效的，其工作原理是隨著所檢測的空氣濕度變化而變化，濕度增大則電容增大，反之則減小。將HS1101安置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，傳輸給單片機，單片機可直接采集。NE555是可以產(chǎn)生精確定時脈沖的高穩(wěn)度控制器，在多諧振蕩器工作方式時，其輸出的脈沖占空比由兩個外接電阻和一個外接電容確定；在單穩(wěn)態(tài)工作方式時，其延時時間是由一個

38、外接電阻和一個外接電容確定，可以延時數(shù)微秒至數(shù)小時。溫度測量電路圖如圖4.3所示。圖4.3 濕度測量電路圖NE555電路功能的簡單概括為:當6端和2端同時輸入為高電平1時,3端輸出為低電平0；當6端和2端同時輸入低電平0時,3端輸出高電平1。在此電路中,555定時器正是以這一功能來實現(xiàn)多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號的。4.3.3 LCD1602顯示屏電路設(shè)計本系統(tǒng)采用1602字符型液晶顯示系統(tǒng)花棚溫室中土壤溫度濕度以及一些提示信息，作為人機界面的接口部分。（1）液晶介紹1602是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符能顯示16列2行字符。1602字符型液晶通常有14條引腳線或16條引腳線

39、， 具有顯示質(zhì)量高，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍，數(shù)字式接口，功耗低等特點，適合顯示字母、數(shù)字、符號等。液晶引腳接口如表4.1所示。表4.1 液晶引腳接口（2）1602液晶與單片機的接口設(shè)計1602字符型液晶可以支持4位和8位并行通信，在這里采用8為并行通信的方式。液晶1602屬于慢顯示器件，本系統(tǒng)單片機所要處理的程序比較多，需要對溫濕度采集以及控制加熱器等裝置，采用串行液晶顯示可能不流暢，所以液晶與單片機采用并行接口。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器旋鈕來改變VL引腳的電壓從而調(diào)節(jié)液晶的對比度。液晶的RS端接在了單片機的P3.6口，由于本系統(tǒng)只需要向液晶寫數(shù)據(jù)所以RW端直接接地，使能端E接在了單片機的P3.

40、7口。數(shù)據(jù)端與單片機的P2口的高四位相連，提供液晶顯示的數(shù)據(jù)。液晶與單片機的接口如圖4.4所示。圖4.4LCD顯示屏電路設(shè)計大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5章軟件設(shè)計5.1 功能模塊設(shè)計圖圖5.1 功能模塊設(shè)計圖功能模塊分別包括檢測模塊、控制模塊、報警模塊和顯示模塊，檢測模塊包括溫度檢測與濕度檢測，控制模塊包括溫度控制與濕度控制。5.2軟件實現(xiàn)主流程圖如圖5.2所示。圖5.2 主流程圖通電后系統(tǒng)會初始化傳感器，進行溫度檢測，在LCD1602顯示屏上將數(shù)據(jù)顯示將檢測到的溫度值顯示出來，并將溫度值與預(yù)設(shè)溫度范圍進行比較，如果沒有超過預(yù)設(shè)范圍則繼續(xù)進行溫度檢測，如果高于預(yù)設(shè)下限值，溫度過高則風(fēng)扇

41、通電，進行降溫。如果低于預(yù)設(shè)下限值，溫度過低則加熱絲通電，升高溫度。濕度檢測顯示部分與溫度檢測顯示部分相同，當濕度低于預(yù)設(shè)濕度下限則水泵通電加濕，若高于預(yù)設(shè)濕度上限則風(fēng)扇通電干燥空氣。5.3溫度檢測與控制的軟件設(shè)計溫度檢測與控制流程圖如圖5.3所示圖5.3 溫度檢測與控制流程圖溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域 ,如家電、汽車、花棚溫室、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標有所不同。智能化花棚溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，就是要達到對花棚溫室內(nèi)溫度等環(huán)境參數(shù)的檢測與控制，系統(tǒng)必須包含三個部分：(1)信號采集輸入部分。包括溫度環(huán)境參數(shù)的檢測；(2)信號轉(zhuǎn)換與處理部分。將采集的信號

42、轉(zhuǎn)換為處理器可以識別的數(shù)據(jù)量，并由單片機進行相關(guān)處理；(3)輸出和控制部分，控制通風(fēng)、加熱等環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)。5.3.1溫度檢測溫度檢測DS18B20溫度讀取與轉(zhuǎn)換函數(shù)，用于完成對DS18B20的調(diào)用、管理、測量溫度值的計算及溫度值等功能。主機STC89C52首先復(fù)位脈沖使信號線上的DS18B20芯片都被復(fù)位，接著發(fā)送跳過ROM操作命令，激活在線的DS18B20，然后系統(tǒng)發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，等待適當?shù)臅r間后，單片機發(fā)送讀取溫度命令。讀完后在將得到的數(shù)據(jù)乘以0.0625轉(zhuǎn)換成真實的溫度值，其中初始化函數(shù)完成DS18B20的初始化 。5.3.2溫度控制傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用，但由于繼電器動

43、作頻繁 ，可能會因觸點不良而影響正常工，利用PWM控制可控硅來控制加熱管，通風(fēng)機的功率能有效的解決這個問題。PWM簡單說就是讓一個大功率管一會兒導(dǎo)通一會兒關(guān)斷，使得主電路一會兒通電一會兒斷電，通電時間與整個周期的時間之比叫做導(dǎo)通占空比。頻率一般千赫茲以上，通過占空比的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)電路的功率。本溫度控制系統(tǒng)中就是將加熱元件與大功率管串聯(lián)以達到調(diào)節(jié)加熱元件功率的作用。5.4濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計濕度檢測與控制流程圖如圖5.4所示圖5.4 濕度檢測控制流程圖濕度控制系統(tǒng)也是今年來應(yīng)用非常廣泛的一種控制系統(tǒng)，主要在農(nóng)業(yè)，倉庫和花棚溫室中應(yīng)用最廣泛。單片機等處理器將傳感器采集到的濕度值與標準濃度值相比較，

44、如果存在偏差，單片機就會通過驅(qū)動電路控制通風(fēng)機，加濕器等調(diào)節(jié)濕度值，從而達到控制花棚溫室內(nèi)濕度值的目的。5.4.1濕度檢測系統(tǒng)采用HS1101來測量花棚溫室內(nèi)的濕度，根據(jù)硬件設(shè)計可知只需要測出電容式濕度傳感器經(jīng)過555變換后的頻率值，既可以通過對應(yīng)關(guān)系得到此時濕度傳感器的電容值，在通過查表就可以測出此時系統(tǒng)的濕度值。5.4.2 濕度控制利用PWM控制可控硅來控制噴霧水泵來增加花棚溫室內(nèi)濕度，控制通風(fēng)機來降低濕度。控制的PWM頻率一般在千赫茲以上，單片機可以通過占空比的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)電路的功率。本濕度控制系統(tǒng)中就是將水泵元件與大功率管串聯(lián)以達到調(diào)節(jié)花棚溫室濕度的作用。第6章系統(tǒng)測試本次系統(tǒng)功能的測試

45、主要針對濕度傳感器HS1101和溫度傳感器DS18B20能否正常運行獲取環(huán)境溫濕度，并通過單片機STC89C51在LCD1602上顯示出來，外接控制設(shè)備能否正常運行。測試過程中會出現(xiàn)由于元器件損壞或線路連接錯誤導(dǎo)致無法正常運行，需要在測試過程中對硬件部分進行調(diào)試。如若硬件部分無問題就檢測軟件部分，保證系統(tǒng)能夠正常運行，達到通過檢測溫濕度并顯示控制的目的。6.1 測試概述通過LCD1602上顯示的溫濕度數(shù)據(jù)達到檢測HS1101、DS18B20和LCD1602能否正常運行的目的，并通過改變溫度濕度檢測控制模塊風(fēng)扇，水泵和加熱絲模擬led燈能否正常運行。6.2 測試用例6.1.1溫度檢測控制報警和L

46、CD顯示屏測試測試方案：通過單片機給DS18B20傳感器模塊發(fā)送命令讓它采集實時溫度值，采集完成后會通過D0輸出一個低電平，并將溫度值傳給單片機，單片機內(nèi)部將測到的溫度值乘于0.0625就能到實際溫度，在LCD顯示屏上顯示出來。并將實際溫度值與設(shè)定值比較，高于或低于設(shè)定值則發(fā)送報警信號。通過PWM可控硅將風(fēng)扇和加熱絲與單片機相連，采集到的實時溫度超過預(yù)設(shè)值范圍則風(fēng)扇和加熱絲將工作。VCC、GND接好，D0口接單片機引腳P3_7。測試用例：將溫度范圍設(shè)定在35至30之間，在將溫度傳感器模塊以方案中敘述的方式連接好以后，用手摩擦傳感器，并觀察1602顯示屏，觀察LCD顯示屏溫度值，風(fēng)扇與模擬加熱絲

47、led的實時狀態(tài)。測試結(jié)果如表6.1所示。表6.1 溫度檢測控制報警和LCD顯示屏測試結(jié)果測試條目預(yù)期結(jié)果實際結(jié)果說明1602顯示屏與DS18B20傳感器顯示屏有數(shù)值25至37變化溫度傳感器與1602顯示屏能正常運行控制模塊風(fēng)扇風(fēng)扇能夠轉(zhuǎn)動高于35時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動高于溫度預(yù)設(shè)上限時風(fēng)扇能正常上電工作降溫控制模塊模擬加熱絲ledled能夠亮起低于30時led亮起低于溫度預(yù)設(shè)下限時led亮起模擬加熱絲加熱蜂鳴器與報警燈蜂鳴器響起報警燈閃爍高于35時與低于30時蜂鳴器與報警燈都能正常工作蜂鳴器與報警燈能夠在超出預(yù)設(shè)范圍時起到報警的作用6.2.2濕度檢測控制報警和LCD顯示屏測試測試方案： 通過單片機發(fā)送命

48、令讓HS1101傳感器模塊采集濕度值，采集完成后會通過D0輸出一個低電平，并將采集到的數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機會測到的濕度值在LCD顯示屏上顯示出來，并將濕度值與設(shè)定值比較，超出設(shè)定值范圍則發(fā)送報警信號，并啟動風(fēng)扇或水泵進行濕度控制。將VCC、GND接好，D0口接單片機引腳P1_0。測試用例：在將濕度傳感器模塊以方案中敘述的方式連接好以后，將濕度傳感器置放在空氣中，LCD初始顯示濕度值為60%RH，所以設(shè)定濕度范圍為65%70%RH，并對濕度傳感器哈氣。觀察LCD顯示屏濕度值與風(fēng)扇和水泵的狀態(tài)。由此可知，HS1101傳感器模塊能否正常檢測，風(fēng)扇與水泵能否正常運行。測試結(jié)果如表6.2所示。表6.2

49、 濕度檢測控制報警和LCD顯示屏測試測試條目預(yù)期結(jié)果實際結(jié)果說明1602顯示屏與濕度傳感器HS1101顯示屏有數(shù)值顯示屏有濕度部分數(shù)值從65%變化至75%濕度傳感器與顯示屏能夠正常運行控制模塊風(fēng)扇風(fēng)扇能夠轉(zhuǎn)動高于預(yù)設(shè)濕度時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動高于濕度預(yù)設(shè)上限時風(fēng)扇能正常上電工作除濕控制模塊水泵水泵能夠運行低于預(yù)設(shè)濕度時水泵運作低于預(yù)設(shè)濕度時水泵能正常上電噴水加濕蜂鳴器與報警燈蜂鳴器響起報警燈閃爍高于35時與低于30時蜂鳴器與報警燈都能正常工作蜂鳴器與報警燈能夠在超出預(yù)設(shè)范圍時起到報警的作用6.2.3實時狀態(tài)演示圖溫度與濕度數(shù)據(jù)顯示如圖6.1所示圖6.1 溫度與濕度數(shù)據(jù)顯示圖系統(tǒng)設(shè)有3個按鍵，從左向右依次是

50、：設(shè)置鍵，增加鍵，減少鍵。共有4個設(shè)置模式，分別是調(diào)溫度上限，溫度下線，濕度上限，濕度下線。每按下一次設(shè)置鍵，改變一次模式，最后進入正常顯示模式。在每個模式中，按下增加鍵，設(shè)置值會加1，按下減少鍵，設(shè)置值會減因四種模式相同，取溫度上限設(shè)置圖，如圖6.2所示。圖6.2 溫度上限設(shè)定演示圖電熱絲改用led燈進行控制模擬，當溫度低于溫度設(shè)定下限時，蜂鳴器會報警，led燈亮起模擬加熱。如圖6.3所示。圖6.3 led燈亮起演示圖當溫度高于設(shè)定值上限時，風(fēng)扇會啟動通過通風(fēng)降低溫度，當濕度高于設(shè)定上限值時，風(fēng)扇也會通過空氣流通來改變空氣濕度。風(fēng)扇運作如6.4所示。圖6.4 風(fēng)扇工作演示圖當濕度低于設(shè)定下限

51、值時，水泵會運作抽水增加濕度，水泵如圖6.5所示。圖6.5 水泵樣式圖大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第7章結(jié)論隨著社會的飛速發(fā)展，務(wù)農(nóng)人員逐漸涌入城市務(wù)工，導(dǎo)致務(wù)農(nóng)人員急劇減少，這就導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降，一款成本低，人力資源少的系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要。在此情況下，圍繞溫室自動化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與功能模塊的設(shè)計進行了研究，提出一種基于單片機與溫濕度傳感器進行溫濕度檢測與控制的系統(tǒng)。旨為務(wù)農(nóng)群體提供一個經(jīng)濟實惠，方便快捷易操作的智能化控制系統(tǒng)，使他們在減少勞作的同時得到更好的生活條件。本文主要闡述了花棚溫室系統(tǒng)的功能模塊及其功能的實現(xiàn)，分析市場上主流溫室系統(tǒng)的優(yōu)缺點與功能，對其進行改進與整合，使其能夠在

52、擁有更高的競爭力。本系統(tǒng)的花棚溫室控制利用溫度傳感器和濕度傳感器以及一些調(diào)溫調(diào)濕元件構(gòu)成了花棚溫室控制系統(tǒng)。此智能控制系統(tǒng)采用了單片機技術(shù)和傳感器技術(shù)，對環(huán)境的溫度和濕度參數(shù)進行檢測，從而進行報警及控制，實現(xiàn)了對植物生長環(huán)境的智能化控制，改變了傳統(tǒng)的花棚溫室依靠人工操作的缺點，且基于單片機的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化、節(jié)能化，同時也是現(xiàn)代花棚溫室智能控制的發(fā)展方向。如今科技發(fā)展迅速，單片機嵌入式自動化有著光明的前景。由于單片機經(jīng)濟實用、開發(fā)簡便，因而依然在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)自動化、家電智能化等領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場。本文介紹的系統(tǒng)設(shè)計有一定的實用性，但該系統(tǒng)在設(shè)計過程中仍有很多漏洞。還需要在智能化方面加以改進，并根據(jù)用戶需求增加更多的實用功能。需要提高性價比和降低功耗，提高穩(wěn)定度等方面。參考文獻1 張瑞華.花棚溫室環(huán)境自動監(jiān)控J，計算機與農(nóng)業(yè)，2005(2)：8-102 徐波譯.C和指針M，人民郵電出版社，20