大棚温湿度控制-初稿

山东大学

控制科学与工程学院

课程设计报告书

课程设计名称：大棚温湿度检测控制

班级：

学号：

姓名：

时间：2010.12.08

*摘要：

设计一种基于单片机的温湿度传感器的大棚温湿度控制系统。该系统性能可靠，结构简单，能实现对大棚内温湿度的自动调节。温室大棚钟植技术已突破了传统的农作物种植受地域自然环境等诸多因素的限制,对农业生产有重大意义。但目前我国温室大棚的温湿度测量和设备的操作大多还是由人工来完成,当温室较大时,操作人员的劳动强度很大。本温湿度控制系统是以单片机控制为核心, 以瑞士生产的SHT11单片集成温湿度传感器作为温湿度检测元件,初步实现了温室大棚的自动化管理，大大降低了工人的劳动强度。

*Abstract：

Design based on single-chip processor of temperature and humidity of canopy temperature and humidity control system. The system is simple structure and reliable performance, can realize to the canopy of the temperature and humidity in automatic adjustment. Greenhouse trellis plant technology has already through the traditional planted crop subject to regional natural environment of the limitation of various factors of agricultural production is of great significance. At present, the temperature and humidity measurement and greenhouse trellis equipment operation mostly by artificially to complete, or when greenhouse is bigger, the operator of the labor intensity is very large. The temperature and humidity control system based on single-chip microcomputer control as the core, with Switzerland production SHT11 monolithic integrated as temperature and humidity sensor test components, preliminarily realized the automation management greenhouse trellis greatly reduce the labor intensity of the workers.

*关键词:

温室大棚；单片机；温湿度传感器。

*课题背景:

近年来,我国的设施农业得到了较大发展,温室大棚钟植技术已突破了传统的农作物种植受地域自然环境等诸多因素的限制,对农业生产有重大意义。但目前我国温室大棚的温湿度测量和设备的操作大多还是由人工来完成,当温室较大时,操作人员的劳动强度很大本温湿度控制系统是以单片机控制为核心, 以瑞士生产的SHT11单片集成温湿度传感器作为温湿度检测元件,初步实现了温室大棚的自动化管理，大大降低了工人的劳动强度。温湿度是衡量温室大棚的重要指标,它直接影响到栽培作物的的生长和产量,为了能给作物提供一个合适的生长环境,首要问题是加强温室内的温湿度的检测, 但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。该设计即是针对这一问题,设计出了能够实现温湿度自动检测,显示,上下限报警等多功能的温湿度监测控制系统。

*设计思想:

系统的一大特点是用户可以通过下位机中的键盘输入温湿度的上下限值和预置值，也可以通过上位机对温湿度的上下限值和预置值进行输入，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。系统下位机设在种植植物的大棚内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，单片机读取数据后将数据送到缓冲区内，通过LED数码管进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理；单片机可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电器的控制对相应的设备如喷水器、吹风机、加热器、降温泵等进行操作，调节大棚内温湿度状态。用户直接通过键盘对温湿度的上下限值和预置值进行设置后，如果环境的实时参数超越上下限值，系统自动启动执行机构调节大棚内湿度和温度状态，直到温湿度状态处于上下限值以内为止。如果有预置初值且与当前状态不相等时，系统也会启动执行机构动态调节温湿度状态，直到所处的平衡状态与预置值相等为止。

*硬件设计

根据设计要求确定了系统的总体方案，整个系统由单片机、温湿度传感器、显示模块、报警器、温湿度调节系统以及键盘等6部分组成。系统功能原理图如图1所示。用户预先输入温湿度报警值到程序中，该值作为系统阈值。温湿度传感器监测值传输给单片机，当单片机比较监测到的数值超出所设定阈值时，驱动蜂鸣器报警，并为温湿度调节系统提供控制信号，实现自动控制。温湿度调节系统包括加湿模块、除湿模块、加温模块和制冷模块。

图一，温湿度控制系统功能原理图

单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各

个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性。本系统主要硬件

设计包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路、复位电路、LCD 显示电路以及温湿度传感器电路。控制电路的核心器件是AT89S52单片机，属于MCS-51系列。AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，采用的工艺是高密度非易失存储器技术；片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案；价格

低廉、性能可靠、抗干扰能力强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。

系统的蜂鸣器电路、振落电路、复位电路如图2、图3、图4所示。蜂鸣器额定电流IB≤30mA，而对于AT89S52单片机，P1口的灌电流为 1．6mA，拉电流为60μA，由此可见，仅靠单片机的P1口电流是不能驱动蜂鸣器的，必须使用集晶体管放大电路，为了使单片机消耗的功率更小，所以使用 PNP型晶体管9012。AT89S52采用的晶振电路采用11．0592MHz 的无源晶振，微调电容大小取30pF。显示模块选用1602字符型液晶模块，是目前工控系统中使用最为广泛的液晶屏之一，电路图如图5所示。1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经编码后显示内容多样化。系统的输入模块采用中断扫描的4×4矩阵键盘，相比定时扫描方式，提高了MCU的使用效率

图二，蜂鸣器电路图图三，晶振电路图

图四，复位电路图图五，LCD1602电路图

*软件设计

系统单片机代码采用C语言编写，以KeiluVision2为开发环境。系统软件实现的功能：

1)通过LCD显示温湿度值；

2)比较监测到的温湿度值和报警设置值，发现超限则蜂鸣器报警提示；

3)根据相应的温湿度值控制温湿度调节系统运行。

根据温湿度监控系统功能，系统软件流程图如图8所示。

图八，系统软件流程图

温湿度传感器SHT 完成一次测量的工作顺序一般为：设置传感器分辨率→发送“启动传输”命令→发送测量命令→读输出的测量值→将输出测量值转换为物理量。SHT 10数据采集程序流程图如图9所示：

图九，数据采集流程图

为了提高系统相对温度的测量精度，采用补偿湿度传感器的非线性以获取准确数据，使用公式(1)修正输出数值：

RH linear = c1 + c2*SO RH + c3*SO2RH (1)

式中：SORH表示传感器的相对湿度输出数值(大约范围在90～3400)，c1、c2、c3为湿度转换系数，湿度传感器对电压基本上没有依赖性。

对于温度的测量，由采用正比于绝对温度的能隙材料PTAT研发的温度传感器，具有极好的线性，用公式(2)将数字输出转换为温度值：

T emperature = d1 + d* SO T (2)

*个人体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践

能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新

日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。

回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在接近一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

*参考文献

[1]丁元杰.《单片微机的原理与应用》.机械工业出版社

[2]童诗白,华成英，模拟电子技术基础，高等教育出版社

[3]赵娜，赵刚，于珍珠等.基于51 单片机的温度测量系统[J].高等教育出版社

[4]胡辉，王晓，戴永茂，陈光军。MCS-51单片机原理及工程应用[M]。国防工业出版社