基于STM3F103單片機(jī)的室內(nèi)花卉環(huán)境智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文詳細(xì)介紹了一款基于STM32單片機(jī)的室內(nèi)花卉多氣候環(huán)境智能管理系統(tǒng)，以STM32單片機(jī)作為核心，LED等相關(guān)零部件作為主要控制對(duì)象，它由DHT11溫濕度傳感器模塊、報(bào)警燈、驅(qū)動(dòng)模塊和LCD顯示模塊組成，DHT11溫濕度傳感器主要用來實(shí)時(shí)測量當(dāng)前建筑物或者大棚的溫濕度。溫濕度數(shù)字量由傳感器直接采集模擬量，通過一個(gè)傳感器內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字量，送入STM32單片機(jī)，LCD1602顯示當(dāng)前的空氣中溫濕度值，并且增加三個(gè)按鍵，可以自主設(shè)置溫濕度的上下限，如果當(dāng)前檢測的空氣中溫濕度超過上限，溫度太高時(shí)立即啟動(dòng)降溫，溫度太低時(shí)，立即啟動(dòng)供暖;如果空氣中的濕度太大，啟動(dòng)一臺(tái)除濕機(jī);如果空氣中的濕度太低，啟動(dòng)一個(gè)加濕器，綜上而言，本設(shè)計(jì)可以很好地調(diào)節(jié)整個(gè)花卉溫室的空氣溫濕度。關(guān)鍵詞：DHT11傳感器1602液晶顯示屏STM3F103單片機(jī)驅(qū)動(dòng)外設(shè)目錄第1章緒論 11.1概述 11.2課題研究的意義 11.3課題研究的主要內(nèi)容 11.4課題章節(jié)安排 1第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 22.1功能要求 22.3方案選擇 22.3.1傳感器選擇方案 22.3.2液晶顯示屏選擇方案 22.3.3單片機(jī)主芯片選擇方案 3第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33.1概述 33.2主控模塊設(shè)計(jì) 43.2.1STM32芯片的簡介 43.2.2STM32F103系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 53.3DHT11傳感器模塊設(shè)計(jì) 63.3.1DHT11傳感器簡介 63.3.2DHT11傳感器模塊電路設(shè)計(jì) 73.41602液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 83.4.11602液晶顯示屏簡介 83.4.21602液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì) 93.5報(bào)警和驅(qū)動(dòng)模塊 103.5.1蜂鳴器電路設(shè)計(jì) 103.5.2繼電器電路設(shè)計(jì) 11第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 124.11602液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 134.1.1液晶顯示模塊流程圖 134.1.2液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì) 144.2傳感器模塊設(shè)計(jì) 144.2.1傳感器模塊流程圖 144.2.1傳感器模塊程序設(shè)計(jì) 15第5章系統(tǒng)硬件調(diào)試及功能測試 165.1設(shè)計(jì)目標(biāo) 165.2設(shè)備元件清單 165.3系統(tǒng)功能測試 17第6章總結(jié)與展望 18第1章緒論1.1概述溫度和濕度在目前的世界上非常重要。在19世紀(jì)，工廠制造產(chǎn)品，農(nóng)牧業(yè)養(yǎng)殖等等與溫度和濕度的條件有著很大關(guān)系。眾所周知，我國雖然是一個(gè)龐大的人口和生產(chǎn)力發(fā)展中的大國，但是就其土地范圍相當(dāng)于對(duì)應(yīng)龐大人口而言，有點(diǎn)相形見絀，在這個(gè)時(shí)候溫濕度對(duì)于農(nóng)業(yè)的種植所起的作用就相當(dāng)大。在花卉種植、水果栽培、蔬菜種植等行業(yè)，溫濕度控制技術(shù)是一條可以提高種植效率，增大利益的技術(shù)。1.2課題研究的意義使用STM32F103單片機(jī)設(shè)計(jì)溫度濕度控制系統(tǒng)，可以立即準(zhǔn)確地反應(yīng)室內(nèi)溫度和濕度變化?？梢园褱囟忍岣叩皆O(shè)定的溫度范圍內(nèi)，可以把溫度降到設(shè)定的溫度范圍內(nèi)?？梢惨允箿厥一ɑ艽笈锉３衷谀骋粋€(gè)固定的溫度，在濕度控制方面有同樣的功能。如果將這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用于溫室，將無比適合花卉的生長。因?yàn)榛ɑ軐?duì)溫濕度的要求很高，在花卉大棚中，需要對(duì)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)測，并且控制溫濕度，使其在某一個(gè)范圍內(nèi)。該系統(tǒng)能準(zhǔn)確、及時(shí)地反映、控制室內(nèi)溫濕度的變化，滿足花卉大棚內(nèi)花卉生長的要求。1.3課題研究的主要內(nèi)容本系統(tǒng)完成的任務(wù)是：1.3.1根據(jù)所種植的花卉不同，花卉需要的溫濕度差異很大。本設(shè)計(jì)自行設(shè)計(jì)溫濕度的范圍。1.3.2單片機(jī)可以實(shí)時(shí)接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且發(fā)送給1602液晶屏。使其顯示。1.1.3通過采集溫度和濕度值，判斷當(dāng)前值與設(shè)定的溫濕度的閥值比較，如超過閥值，立即啟動(dòng)警報(bào)裝置（警報(bào)提示音），發(fā)出警報(bào)，并采用相應(yīng)的方案。1.3.4根據(jù)所種植的花卉對(duì)環(huán)境溫濕度的要求，用戶可以自行設(shè)置溫濕度上下限，來滿足花卉生的要求。1.4課題章節(jié)安排本設(shè)計(jì)是室內(nèi)花卉多氣候環(huán)境智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整個(gè)課題章節(jié)安排如下：1、主要研究本設(shè)計(jì)的用處，本設(shè)計(jì)猜想方案。2、系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)：需要的功能、怎么才能實(shí)現(xiàn)這些功能、采用哪些器件。3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：元器件的電路原理圖、可執(zhí)行的功能、簡介。4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：主要幾大模塊的代碼編寫、與主函數(shù)的連接。5、系統(tǒng)硬件調(diào)試及功能測試6、結(jié)論和展望。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1功能要求根據(jù)種植大棚內(nèi)所種植的花卉不同，花卉生長所需要的溫濕度差異很大。單片機(jī)可以實(shí)時(shí)接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且發(fā)送給1602液晶屏。使液晶屏顯示溫濕度的值。通過采集溫度和濕度值，判斷當(dāng)前值與設(shè)定的溫濕度的閥值比較，如超過閥值，立即啟動(dòng)警報(bào)裝置（警報(bào)提示音），發(fā)出警報(bào)，并采用相應(yīng)的方案。根據(jù)所種植的花卉對(duì)環(huán)境溫濕度的要求，用戶可以自行設(shè)置溫濕度上下限，來滿足種植花卉的要求。2.2設(shè)計(jì)思路該電路分為檢測、顯示、調(diào)整、警報(bào)、輸出等部分，檢測部分以STM32F103微處理器為中心控制DHT11傳感器的溫濕度檢測，顯示部分以STM32F103微處理器為中心把從DHT11傳感器接收到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到LCD1602液晶屏上，調(diào)整部分以STM32F103微處理器為中心，控制內(nèi)部溫濕度閥值，可以通過按鍵進(jìn)行設(shè)定閥值。警報(bào)部分以STM32F103微處理器為中心，當(dāng)超過閥值，單片機(jī)PB9端口輸出高電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。輸出部分以單片機(jī)的四個(gè)輸出控制四個(gè)繼電器，使繼電器控制外部設(shè)備。2.3方案選擇2.3.1傳感器選擇方案方案一：DS18B20溫度傳感器。該傳感器可以傳輸溫度值，是濕度值還需要自己另加傳感器測量。但該傳感器測量精度高，抗干擾強(qiáng)。方案二：選擇DHCT11作為溫度濕度模塊，DHCT11是集成的數(shù)字溫度濕度傳感器。該傳感器的性能和準(zhǔn)確度已經(jīng)完全滿足了本次設(shè)計(jì)的需求。經(jīng)上述分析，方案一雖然精度更精確，但操作麻煩，價(jià)格高昂，適用于精度較高的場合。方案二精度較低，價(jià)格便宜，易操作。故選擇方案二。2.3.2液晶顯示屏選擇方案方案一：12864液晶屏，12864液晶屏內(nèi)部自帶的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有漢字8192個(gè)，128個(gè)字符和64*256的點(diǎn)陣列RAM，只要對(duì)相應(yīng)的地址寫入地址指令和讀寫數(shù)據(jù)指令即可。需要與單片機(jī)有10個(gè)數(shù)據(jù)線接線，一共8個(gè)并行線（數(shù)據(jù)線），2個(gè)串行線（接口線）。方案二：1602液晶顯示器，LCD1602是在目前來看畢業(yè)設(shè)計(jì)中用的最多的液晶屏，可以顯示32個(gè)文字或者16列漢字兩行。這些字符也可以顯示出字母、數(shù)字、符號(hào)?？偨Y(jié)：在代碼編寫的難度而言，兩者相差不大，編寫流程大致相同。但12864液晶顯示屏價(jià)格太高，有很多功能對(duì)于本次設(shè)計(jì)用處不大，考慮到要顯示的是溫度和濕度這兩個(gè)數(shù)據(jù)，所以只需要能夠顯示一到兩行的顯示器即可。所以根據(jù)上述分析，采用LCD1602。2.3.3單片機(jī)主芯片選擇方案方案一：AT0是美國生產(chǎn)的小型的8位微控制器，該指令系統(tǒng)可以與51單片機(jī)系列的指令系統(tǒng)兼容，即可以用之前所學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識(shí)編寫代碼。方案二：AT0系列的指令系統(tǒng)和STM32系列單片機(jī)的相互兼容，運(yùn)行速度更快：（1）AT0不帶光盤ISP下載，要用下載器才行，STM32可以用你的USB轉(zhuǎn)串口進(jìn)行下載，下載軟件可以到STM32廠家網(wǎng)址上去下。（2）STM32單片機(jī)的指令執(zhí)行速度非?？?，大約是AT的3-30倍。（3）STM32單片機(jī)對(duì)工作環(huán)境的要求很低。電壓并不是要求必須是額定電壓，可以稍微小于額定電壓。但是，AT對(duì)電壓要求較高，所以使用STM32單片機(jī)。比較一下這兩個(gè)系統(tǒng)。因?yàn)樵趯W(xué)校學(xué)過數(shù)字電子電路、STM32單片機(jī)原理和C語言編程。比較了設(shè)計(jì)要求，綜合考慮學(xué)校方面的硬件設(shè)備，之后決定了第二種方案。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1概述本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中DHT11溫濕度傳感器主要用來實(shí)時(shí)測量當(dāng)前建筑物或者大棚的空氣中溫濕度。溫濕度數(shù)值由一個(gè)傳感器直接采集模擬量，通過傳感器內(nèi)部自帶的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字量，送入STM32單片機(jī)，LCD1602顯示當(dāng)前檢測的空氣中溫濕度值，在本系統(tǒng)中可以通過按鍵設(shè)定溫濕度的閥值，如果當(dāng)前觀測得的空氣中溫濕度超過上限，溫度太高時(shí)立即啟動(dòng)降溫，溫度太低時(shí)立即啟動(dòng)供暖;如果空氣中的濕度太大，啟動(dòng)一臺(tái)除濕機(jī);如果空氣中的濕度太低，啟動(dòng)一個(gè)加濕器，。綜上而言，本設(shè)計(jì)可以很好地調(diào)節(jié)整個(gè)花卉溫室的空氣溫濕度。3.2主控模塊設(shè)計(jì)3.2.1STM32芯片的簡介單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)中非常重要的一種組成，我們生活中隨處可以看見單片機(jī)所控制的系統(tǒng)，所以單片機(jī)在我們生活中處處可見。單片機(jī)內(nèi)部是中央處理器、IO接口和存儲(chǔ)器。我們只需要用編譯器Flymcu燒寫程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)端口輸出的控制（可以輸出高低電平，或者輸出輸入一組數(shù)據(jù)）。對(duì)單片機(jī)的選型設(shè)計(jì)是以STM32C8T6核心板。它非常簡單，方便，易于使用，在現(xiàn)實(shí)世界的很多方面，都有著很多的用處。STM32單片機(jī)如設(shè)計(jì)圖3.1所示。圖3.1STM32單片機(jī)管腳圖STM32特點(diǎn)：工作頻率(MHz)4816-bit定時(shí)器832-bit定時(shí)器1A/D轉(zhuǎn)換器1x12-bitD/A轉(zhuǎn)換器1x12-bit通信接口1xSPI/I2S;1xSPI;2xI2C;2xUSART;CECI/O接口39個(gè)電壓(V)2to3.6STM32F103單片機(jī)是一款低功耗、高性能的微控制器，是STC公司早期生產(chǎn)用于工業(yè)控制的單片機(jī)。作用是對(duì)各種與各種外部設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的交替，特點(diǎn)是可以自己處理得到的數(shù)據(jù)和信號(hào)，也可以輸出各種各樣的數(shù)據(jù)和信號(hào)，并且進(jìn)行各種各樣的操作。與電腦相比，單片機(jī)的作用很少，最多算微小電路，只可以進(jìn)行一些簡單的操作。但若是幾個(gè)單片機(jī)組裝成一個(gè)大的單片機(jī)，那么就可以執(zhí)行很多的功能。在生活中，到處都有單片機(jī)的影子，當(dāng)前非常流行的智能機(jī)器人就是單片機(jī)的應(yīng)用。任何大的設(shè)備其里面都包含一個(gè)或者多個(gè)單片機(jī)。智能設(shè)備的發(fā)展也非常依賴單片機(jī)，多樣化的傳感器對(duì)單片機(jī)也提出了一定的要求，故此越來越多的高級(jí)的單片機(jī)出現(xiàn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是STM32F103C8T6單片機(jī)，STM32有著很強(qiáng)大的通信功能和控制功能。這一點(diǎn)是51單片機(jī)無法比擬的。因?yàn)?1單片機(jī)只有1個(gè)串口進(jìn)行通信，而32單片機(jī)具有5個(gè)串口進(jìn)行通信，所以對(duì)一些要求用串口進(jìn)行通信的模塊而且就不需要通過CD4052等雙串口模塊來轉(zhuǎn)換，所以這一點(diǎn)被市場上廣泛的運(yùn)用，32單片機(jī)因?yàn)楸旧砜梢赃M(jìn)行多種不同的時(shí)鐘模數(shù)來進(jìn)行工作，所以在功耗要求比較嚴(yán)格的產(chǎn)品中占有一席之地。STM32特點(diǎn)：引腳個(gè)數(shù)為48個(gè)。工作頻率為72MHZ。單片機(jī)具有3個(gè)普通定時(shí)器和1個(gè)高級(jí)定時(shí)器。單片機(jī)具有2個(gè)2位/16通道的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換。使用了3.3V穩(wěn)壓芯片，可以保證最大輸出300MA電流。支持ST-LINK和JTAG調(diào)試下載。存儲(chǔ)資源為64kbbyteFLASH和20byteSram。3.2.2STM32F103系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖3-2-1STM32F103實(shí)物圖圖3-2-2STM32模塊電路原理圖本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)是核心板，核心板有40個(gè)可用引腳進(jìn)行輸出，另外還有程序下載口和單片機(jī)單獨(dú)供電電源口。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，我們首先要準(zhǔn)確的分析STM32單片機(jī)功能的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，然后通過對(duì)比和本次設(shè)計(jì)需要達(dá)到的要求進(jìn)行考慮整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)共有4個(gè)輸入，15個(gè)輸出。4個(gè)輸入分別是DHT11溫濕度傳感器輸入，數(shù)據(jù)以串行方式輸入，是STM32f103唯一的數(shù)據(jù)來源。其余輸入全是按鍵輸入，從按鍵電路可以分析，當(dāng)按下電路時(shí)，按鍵電路輸出低電平，作為信號(hào)輸入到STM32f103單片機(jī)。15個(gè)輸出包括10個(gè)LCD液晶顯示屏輸入，4個(gè)驅(qū)動(dòng)外設(shè)輸出，1個(gè)蜂鳴器輸出。該單片機(jī)內(nèi)部PA的低八位、PB的16位、PC的高八位做基本的輸入輸出口，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，給單片機(jī)編寫進(jìn)代碼，使這些端口接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)STM32f103單片機(jī)的任務(wù)。3.3DHT11傳感器模塊設(shè)計(jì)3.3.1DHT11傳感器簡介DHT11溫濕度傳感器就是用來檢測花卉溫室的溫濕度值的一種設(shè)備。圖3-3DHT11傳感器實(shí)物圖（1）引腳介紹：Pin1：(VDD)，電源引腳，可驅(qū)動(dòng)電壓在3.3~5v之間。Pin2：（DATA），串行數(shù)據(jù)，單總線。Pin3:（NC），空腳，請(qǐng)懸浮。Pin4（VDD），接地端，電源負(fù)極。（2）接口說明：本設(shè)計(jì)中連接線的長度對(duì)于20m而言，可忽略不計(jì)，故可以采用5k的上拉電阻。（一般而言，單片機(jī)上拉電流的作用很弱，如果負(fù)載過大，會(huì)產(chǎn)生很大的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)時(shí)間常數(shù)變大，系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性變大。可能會(huì)出現(xiàn)沒數(shù)據(jù)，但標(biāo)志位顯示有數(shù)據(jù)輸入）。圖3-4DHT11典型應(yīng)用電路3.3.2DHT11傳感器模塊電路設(shè)計(jì)溫濕度傳感器的設(shè)計(jì)原理圖如下3-9圖3-9DHT11電路原理圖單片機(jī)與DHT11傳感器的連接只有一根數(shù)據(jù)線。單片機(jī)的PB4端口作為和DHT11溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸連接口，PB4既可以給DHT11溫濕度傳感器以低電平來觸發(fā)，使其開始檢測溫濕度。當(dāng)傳感器檢測出溫濕度數(shù)據(jù)后，傳感器給單片機(jī)一組信號(hào)，這組信號(hào)包括起始位（通知單片機(jī)開始接收數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位（檢驗(yàn)傳輸數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)）、結(jié)束位（通知單片機(jī)可以執(zhí)行其他程序）。一般而言，單片機(jī)上拉電流的作用很弱，如果負(fù)載過大，會(huì)產(chǎn)生很大的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)時(shí)間常數(shù)變大，系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性變大?？赡軙?huì)出現(xiàn)沒數(shù)據(jù)，但標(biāo)志位顯示有數(shù)據(jù)輸入。所以傳感器的第二號(hào)引腳與電源之間要連接一個(gè)大于等于5k的電阻，這樣才可以作為輸出輸入數(shù)據(jù)的引腳。傳感器的1、4端口為傳感器電源端口，該引腳在實(shí)物的連接中可以并聯(lián)到單片機(jī)的電源線上，用一個(gè)總體的電源開關(guān)。既可以節(jié)能，又可以方便操作。3.41602液晶顯示模塊設(shè)計(jì)3.4.11602液晶顯示屏簡介1602液晶顯示器，LCD1602是在目前來看畢業(yè)設(shè)計(jì)中用的最多的液晶屏，可以顯示32個(gè)文字或者16列漢字兩行。這些字符也可以顯示出字母、數(shù)字、符號(hào)。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖3-10和3-11所示：圖3-1液晶屏正面圖3-11液晶屏背面1602內(nèi)部顯示地址如圖3-12所示：圖3-21602內(nèi)部顯示地址3.4.21602液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)液晶顯示模塊對(duì)于輸入的信號(hào)需要一定的時(shí)間來處理接收到的信號(hào)，所以我們?cè)趯懘a的時(shí)候，當(dāng)收到指令信號(hào)的時(shí)候，都要添加一個(gè)延時(shí)程序，給液晶顯示屏以處理的時(shí)間在收到每次的指令信號(hào)時(shí)，都要事先查詢標(biāo)志位。本指令是確定要顯示的字符在什么位置上，然后對(duì)字符發(fā)生存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)，即顯示什么字符。但是在寫入顯示地址時(shí)，液晶屏對(duì)于輸入信號(hào)的地址有要求，需要要求最高位恒為高電平。例如，當(dāng)你想找到第二行第三個(gè)位置，不可以直接輸入42H，需要加一個(gè)偏移地址80H，所以最終為C2H。確定地址后，再給這個(gè)地址輸入字符的代碼，因?yàn)?602內(nèi)部已經(jīng)對(duì)于每一個(gè)字符都有固定的代碼。例如大寫英文字母“C”的代碼是01000011B（43H）。所以只要給相應(yīng)的地址上輸入相應(yīng)相應(yīng)的代碼就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮功能了。光標(biāo)的移動(dòng)是通過切換輸入地址的代碼來實(shí)現(xiàn)的，字符的改變是通過修改對(duì)應(yīng)地址的數(shù)據(jù)值來改變的。圖3-31602顯示模塊原理圖3.5報(bào)警和驅(qū)動(dòng)模塊3.5.1蜂鳴器電路設(shè)計(jì)圖3-14蜂鳴器工作原理圖蜂鳴器如圖所示，眾所周知，單片機(jī)的輸出電流通常而言很小，可以很艱難的驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，但蜂鳴器的聲音很小，在對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，便是一個(gè)設(shè)計(jì)的缺陷。所以需要一個(gè)電流放大電路，根據(jù)模電學(xué)習(xí)的知識(shí)，采用8050NPN三極管來實(shí)現(xiàn)放大電流。所以只要單片機(jī)通過PB9端口對(duì)蜂鳴器的Alarm端口輸入一個(gè)高電平，高電平就可以接通U7這個(gè)NPN三極管，使蜂鳴器輸入電流值較大的高電壓，經(jīng)過壓電效應(yīng)，蜂鳴器便可以發(fā)聲。3.5.2繼電器電路設(shè)計(jì)繼電器原理圖如下所示：圖中為繼電器電路，單片機(jī)通過對(duì)端口PB5、PB6、PB7、PB8輸出高低電平來控制8050三極管的輸入段的高低電平。我們采用8050三極管，作用是放大電流當(dāng)給8050三極管基極高電平時(shí)，8050三極管的發(fā)射機(jī)就會(huì)輸出帶有高電流的高電平。當(dāng)我們需要打開繼電器的時(shí)候單片機(jī)給8050輸入信號(hào)端高電平，當(dāng)8550輸入端是低電平，這個(gè)時(shí)候繼電器就會(huì)進(jìn)行閉合。繼電器的開合可以控制220v的通斷。U11、U12、U17、U19是外部設(shè)備，分別是加熱器，降溫器，加濕器，除濕器。LED燈的作用是便于觀測系統(tǒng)處于什么樣的情況，可以通過LED燈光直接觀測出來。繼電器的開閉的瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的反向電流，可能會(huì)使三極管處于雪崩擊穿，破壞整個(gè)系統(tǒng)，為了防止這個(gè)事情出現(xiàn)，添加一個(gè)二極管，可以限制反向電流。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在明白本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所要求的功能后，且對(duì)于各種功能的模塊有了一定的了解后，我們首先要做的事情就是大變小，把整體的模塊畫出來，然后拆分成各個(gè)小塊。整體模塊是溫濕度檢測、顯示和驅(qū)動(dòng)外設(shè)。劃分成顯示模塊、傳感器模塊和外設(shè)模塊。圖4-1本次設(shè)計(jì)的主程序框圖。圖4-1主程序流程圖4.11602液晶顯示模塊設(shè)計(jì)4.1.1液晶顯示模塊流程圖其顯示程序流程圖如下：圖4-21602液晶顯示模塊程序流程圖4.1.2液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)LCD液晶顯示屏與單片機(jī)連接的數(shù)據(jù)線共有11條，11條中8條是數(shù)據(jù)線D7~D0，該8條數(shù)據(jù)線是用來傳輸寫地址指令和讀寫數(shù)據(jù)指令的。剩余3條分別為EN使能端，RS數(shù)據(jù)/命令端口，RW讀/寫端口。這三個(gè)端口是控制端。由于LCD1602顯示屏的顯示需要配合按鍵、傳感器接收到的數(shù)據(jù)，需要時(shí)時(shí)刻刻對(duì)顯示屏進(jìn)行配置，所以這里設(shè)立了一個(gè)函數(shù)庫，方便使用。函數(shù)voidLCD_Init(void)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD1602的初始化，對(duì)端口進(jìn)行初始配置。LCD_Write_Com(0x38)，（顯示模式設(shè)置）、LCD_Write_Com(0x08)（無顯示），函數(shù)voidLCD_Write_Com(unsignedcharcom)是寫入命令函數(shù)，即對(duì)控制端口進(jìn)行控制。函數(shù)voidLCD_Write_Data(unsignedcharData)是寫入數(shù)據(jù)函數(shù)，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的端口進(jìn)行控制。函數(shù)voidLCD_Write_String(unsignedcharx，unsignedchary，unsignedchar*s)為寫入字符串函數(shù)等等。4.2傳感器模塊設(shè)計(jì)4.2.1傳感器模塊流程圖DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如下圖所示圖4-3DHT11傳感器模塊程序流程圖4.2.1傳感器模塊程序設(shè)計(jì)首先由單片機(jī)給傳感器一個(gè)起始信號(hào)，即通過PB4端口，輸出一個(gè)低電平信號(hào)，為什么是低電平信號(hào)呢，因?yàn)閭鞲衅鞯亩?hào)引腳由于上拉電阻的存在，一直是高電平。所以必須給傳感器2號(hào)引腳低電平，作為給傳感器一個(gè)通知。本次單片機(jī)給傳感器起始信號(hào)通過voidDHT11_Rst(void)這個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，具體操作是先把2號(hào)引腳電平拉低20ms，再把2號(hào)引腳電平拉低30us。然后等待傳感器的響應(yīng)信號(hào)，這段是通過u8DHT11_Check(void)這個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)返回0表示傳感器給單片機(jī)響應(yīng)信號(hào)，返回1則相反。具體響應(yīng)過程是傳感器先拉低2號(hào)引腳的電平40~80us，傳感器再拉高2號(hào)引腳的電平40~80us。當(dāng)完成響應(yīng)信號(hào)時(shí)，開始數(shù)據(jù)的傳送，模式為溫度16位、濕度16位和校驗(yàn)位8位。數(shù)據(jù)位的傳送是以低電平開頭，持續(xù)大約15us，所以要通過u8DHT11_Read_Bit(void)函數(shù)（低電平返回0，）來判斷數(shù)據(jù)位是不是以低電平開始。通過u8DHT11_Read_Byte(void)這個(gè)函數(shù)來判斷讀取的數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)值是以高電平持續(xù)的時(shí)間，數(shù)字‘0’表示方法為高電平保持時(shí)間在26-28us這個(gè)范圍內(nèi)。數(shù)字‘1’表示方法為，高電平保持時(shí)間在116-118us這個(gè)范圍內(nèi)。通過u8DHT11_Read_Data函數(shù)來確定所有40位數(shù)據(jù)值。傳感器最后一部分為DHT11端口的初始化，同時(shí)根據(jù)響應(yīng)信號(hào)的回應(yīng)，判斷是否存在DHT11.最后在單片機(jī)端通過DHT11_Read_Data(&Temperature，&HUM);讀取溫濕度。第5章系統(tǒng)硬件調(diào)試及功能測試5.1設(shè)計(jì)目標(biāo)本次設(shè)計(jì)有以下的目標(biāo)，DHT11可以檢測環(huán)境的溫濕度。液晶顯示屏可以顯示當(dāng)前溫濕度，按下從左邊數(shù)第一個(gè)按鍵可以顯示切換顯示模式，從左邊數(shù)第2,3個(gè)按鍵可以設(shè)置溫濕度上下限，分別是增減。當(dāng)超限可以啟動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)5.2設(shè)備元件清單本設(shè)計(jì)所用到的全部設(shè)備元件清單如下圖5-1所示。規(guī)格名稱標(biāo)號(hào)數(shù)量IN4148二極管D1，D2，D9，D124KEY1按鍵K1，K2，K33LEDLED指示燈LED3，LED5，LED6，LED84S8050三極管Q1，Q2，Q3，Q4，Q5510K電阻R311K電阻R4，R9，R10，R18，R32510K電位器RT31LCD1602液晶U11POW電源U21SWITCH開關(guān)U31DHT11溫濕度傳感器U41STM32核STM32F103C8T6單片機(jī)U51JDQ-5繼電器U9，U10，U28，U3245V2A加熱片半導(dǎo)體U111蜂鳴器U1515V2A風(fēng)扇U12，U1725V2A加濕器模塊U191圖5-1設(shè)備元件清單5.3系統(tǒng)功能測試首先是整個(gè)硬件的實(shí)物如圖5-2所示：通過電源線給電路5v的電源，電源用充電寶即可，另一頭連接單片機(jī)的電源鍵即可。按下電源開關(guān)，系統(tǒng)上電，程序自動(dòng)運(yùn)行。液晶屏顯示當(dāng)前溫濕度。如圖5-3圖5-2實(shí)物圖圖5-3液晶屏顯示PCB板上在單片機(jī)下方有三個(gè)按鍵，第一個(gè)按鍵是模式切換按鍵，剛通電時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的電源是一個(gè)開關(guān)，開關(guān)打開，液晶屏收到單片機(jī)的信號(hào)，開始運(yùn)行，液晶顯示屏顯示溫濕度，按下模式切換按鍵立馬切換成溫濕度上下限設(shè)置界面，第一行是溫度上下限設(shè)置，左邊數(shù)據(jù)是溫度下限，右邊是溫度上限。第二行是濕度，布局同溫度一樣。光標(biāo)會(huì)在溫濕度上下限的四個(gè)部分的其中一個(gè)部分閃爍，表示可以設(shè)定數(shù)值。第二和第三個(gè)按鍵是增大和減小按鍵。如圖5-4圖5-4溫濕度上下限設(shè)置界面當(dāng)當(dāng)前溫濕度超過相應(yīng)的所設(shè)定的上下限，單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)JDQ-5繼電器，使其驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，并且點(diǎn)亮LED燈。共有4組外部設(shè)備（分別是加溫器、降溫器、加濕器、除濕器），由于設(shè)計(jì)的目標(biāo)是功能，外部設(shè)備分別用4種5v的設(shè)備代替分別是加熱片半導(dǎo)體、風(fēng)扇、加濕器模塊、風(fēng)扇。相應(yīng)圖片如圖5-5、5-6、5-7、5-8.圖5-5圖5-6圖5-7圖5-8整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試和各項(xiàng)功能測試后表明?；赟TM32單片機(jī)的智能花卉大棚溫室系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所需要的4個(gè)要求。第6章總結(jié)與展望該系統(tǒng)是STM32為中心的控制系統(tǒng)，其本質(zhì)是要求使用軟件的編程。雖然系統(tǒng)的溫度濕度測量正確，但是有溫濕度測量不精確等缺點(diǎn)。雖然還不理想，但是可以反映設(shè)計(jì)的目的和要求。經(jīng)過這兩個(gè)月的奮斗，從剛開始的資料收集，整體框架的搭建，器件的選擇，到后來學(xué)習(xí)編程，理解電路原理圖，調(diào)試等等。這個(gè)過程讓我學(xué)習(xí)到了很多。對(duì)于框架的學(xué)習(xí)，當(dāng)理解了整個(gè)大框架后，就要學(xué)會(huì)把大框架劃開，拆分成一個(gè)個(gè)的小框架，然后一個(gè)個(gè)擊破。當(dāng)拆成小模塊，就需要對(duì)器件的