基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計班級電氣092文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正?；ɑ艿纳L要在一定的環(huán)境中進行，其在生長過程中受到環(huán)境中很多因素的影響，其中對花卉生長影響最大的是環(huán)境中的溫度和濕度。環(huán)境中晝夜溫度和濕度變化很大，不利于花卉的生長。因此必須對環(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測和控制，使其適合花卉的生長。本課程設(shè)計就是要求利用基于單片機來設(shè)計一個參數(shù)精度高，控制操作方便的花房溫濕度控制系統(tǒng)。以前種植植被一般都用溫室栽培，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必須有一套科學(xué)的，先進的管理方法，用以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監(jiān)控。溫濕度控制對于單片機的應(yīng)用具有一定的實際意義，它代表了一類自動控制的1、顯示部分的第1到4位顯示出溫度值，分辨率為0.01度，2位小數(shù)，第5、6位顯示出濕度值，分辨率為1%H;2、設(shè)置濕度報警值，按1度增加，測量濕度到了設(shè)定值后，濕度指示LED燈關(guān)掉，高于設(shè)定濕度5度時報警LED燈打開，斷3、溫度低于設(shè)定值時，輸出加熱控制信號；濕度大于設(shè)定值4、利用89C51單片機實現(xiàn)對溫度和濕度的控制，以實現(xiàn)溫濕度的文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。采集和控制；5、完成SHT11溫濕度傳感器模塊電路的設(shè)計；6、完成溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要控制電路的設(shè)計；7、完成LED數(shù)碼管顯示模塊電路的設(shè)計；8、完成聲光報警模塊電路的設(shè)計；9、完成按鍵模塊電路的設(shè)計。文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。測量電路和SHT11數(shù)字式集成溫濕度傳感器等溫濕度控制系統(tǒng)上電工作后，用戶首先經(jīng)過鍵盤輸入溫度及濕度的初值，單片機系統(tǒng)將用戶設(shè)置的初值保存在X25045芯片中。單片機進入主程序后，開始以查詢的方式檢測溫濕度傳感器SHT11的溫濕度狀態(tài)，并將相應(yīng)的數(shù)值經(jīng)過液晶顯示器顯示輸監(jiān)控中心可向現(xiàn)場控制器發(fā)出控制指令，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度或濕度小于設(shè)置的初值時，單片機將經(jīng)過控制輸出接口使加溫設(shè)備或加濕設(shè)備開始工作；當(dāng)溫室內(nèi)的溫濕度大于或等于設(shè)置的初值時，單片機將經(jīng)過控制輸出接口使加溫設(shè)備或加濕設(shè)備停止工作，從而保證花卉的最佳生長環(huán)境。同時監(jiān)控中心也能夠經(jīng)過報閃爍，在設(shè)定值停止閃爍。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示：文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。入圖1系統(tǒng)原理圖根據(jù)設(shè)計要求，整個系統(tǒng)由單片機、溫濕度傳感器、LED數(shù)碼管、蜂鳴器以及鍵盤等5部分組成。單片機作為主控制器，主要負(fù)責(zé)處理由溫濕度傳感器送來的數(shù)據(jù)，并把處理好的數(shù)據(jù)送向顯示器模塊。溫濕度傳感器主要用來采集周圍的環(huán)境參數(shù)，并把所采集到得數(shù)據(jù)送向單片機。鍵電路主要是用來完成單片機的復(fù)位操作和溫濕度初始值的設(shè)定。蜂鳴器電路就是用三極管來實現(xiàn)的，用來判斷周圍的溫度或者濕度是否超出設(shè)定數(shù)值。顯示電路主要用來顯示當(dāng)前的溫濕度。2.系統(tǒng)所用主要芯片介紹(1)單片機STC89C51芯片STC89C51共有40個引腳，其中電源引腳有4個，控制引腳有4個，并行的I/O接口有32個，其引腳圖如圖2所示：文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。1 INT023456789(2)芯片X25045X25045是美國Xicor生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將機外圍芯片。X25045引腳如圖3所示。T文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。TX25045芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可經(jīng)過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預(yù)置的時間內(nèi)若沒有總線活動，則X25045將從RESET輸出一個高電平信號，經(jīng)過微分電路C2、R3輸出一個正脈沖，使CPU復(fù)位。看門狗定時器的預(yù)置時間是經(jīng)過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表1所示，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WDO和看門狗表1X25045狀態(tài)寄存器XX文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正?？撮T狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，一般比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。編程時，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠(yuǎn)達不到預(yù)置時間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，則看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。其與單片機連接電路如圖4所示：U3U3二7670o12345678BC22pF64512300042093581圖4X25045與單片機的連接電路圖文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。濕度集成傳感器，該傳感器包括一個電容性聚合體濕度敏感元件、一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進行標(biāo)定，以鏡面冷凝式濕度計為參照。校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲在OTP內(nèi)存中，在校正的過程中使用。兩線制的串行接口，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。這種芯片技術(shù)不但將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信全部集成在一個芯片內(nèi)。經(jīng)校準(zhǔn)的相對濕度和溫度傳感器與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器相連，可將裝換后的數(shù)字溫濕度值送給I2C總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)字信SHT11的溫濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu)，由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了單一的個體，因而測量精度高，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器比其它類型的溫濕度傳感器具有更好的性能。首先是傳感器信號強度的增加增強了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長期敏感程序。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只溫濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。它與單片機的連接圖如圖5所示：34584NCVDD19NCNC麗3201267DATA也變?yōu)楦唠娖絼t表示開始數(shù)據(jù)讀寫，溫濕度傳感送出的溫度、濕度數(shù)據(jù)必須經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換才能表示實際的溫度和文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。RHTue=(T.-25)×(t?+t?×與溫度分辨率有關(guān)；C?、C?、C?、t?、t?與濕度分辨率有關(guān)；SOr表示模塊。它是由單片機的I/O口控制的，有效控制電平為+5V,執(zhí)行器導(dǎo)通。的驅(qū)動電流，讓繼電器中的電感線圈產(chǎn)生足夠1溫濕度調(diào)節(jié)器NPND圖6溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3、聲光報警電路本設(shè)計采用把計算機采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、標(biāo)度變換、數(shù)字濾波之后，與該參數(shù)上下限與給定值進行比較，如果高于上限值則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示。如圖7所示，蜂鳴器額定電流≤30Ma,而對于STC89C51單片機，P1口的灌電流為15mA,由此可見，僅靠單片機的P1口電流是不能驅(qū)動蜂鳴器的，必須使用晶體管放大電路，為了使單片機的功率更小，因此使用PNP型晶體管，當(dāng)外部環(huán)境的溫度或者濕度超過預(yù)設(shè)值的時候，基級變?yōu)榈碗娖剑澍Q器導(dǎo)通鳴叫。KKK文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。報警模塊具備兩項功能，即為報警燈和聲音報警。報警燈模塊是完成LED有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，以便從視覺上提醒用戶。LED是由單片機控制2個雙色LED燈組成的，其轉(zhuǎn)換規(guī)律為：2、系統(tǒng)溫濕度值超出給定的范圍時，紅色LED亮。警報燈由2個雙色的LED燈組成，一共需要2根數(shù)據(jù)線，使用單片機控制。要實現(xiàn)的功能是使2個雙色LED燈有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)進行實時的采樣，并判斷出當(dāng)前溫濕度與給定溫濕度之間的差異，如果當(dāng)前溫濕度低于用戶給定的下限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過低，系統(tǒng)自動啟動紅色警報燈，同時開始加溫增濕，直至加到所需溫濕度值時警報燈熄滅。反之，如果當(dāng)前溫濕度高于用戶設(shè)定的上限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過高，系統(tǒng)也會自動啟動警報燈，同時開始降溫減濕，直鍵，并對其進行循環(huán)掃描。在具體連接時，按鍵一端連接單片機，另一端接地，當(dāng)按下時，單片機的相應(yīng)端口呈現(xiàn)低電平。同時，在靠向單片機的一端分別連接了一個上拉電阻，該電阻一方面保證了在按鍵未被按下時，P2響應(yīng)端口的電平能夠保持高電平，另一方面也保證了在按鍵按下時，電路中高電平被截止，是低電平有效。另外，還可防止電源被短路。其按鍵電路連接圖如圖8所示：00000圖8按鍵電路連接圖S1為溫度和濕度設(shè)定切換S2為溫度或濕度加1,S3為溫度或濕度減1,S4當(dāng)前狀態(tài)與設(shè)定狀態(tài)切換，S5為上下限設(shè)定切換。文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。表2按鍵功能表功能溫度或濕度加1溫度或濕度減1當(dāng)前狀態(tài)與設(shè)定狀態(tài)切換RST加上大于2個機器周期的高電平就可使STC89C51復(fù)位。復(fù)位電路一般采用上自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是經(jīng)過外部復(fù)位電路給電容C充電加至RST引腳一個短的高電平信號，次信號隨著Vcc對電容C的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容C的充電時間。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，EST引腳上的高電平必須維持足夠長的時間。文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。圖9復(fù)位電路本設(shè)計中采用了六位一體的共陰極數(shù)碼管軟件譯碼的動態(tài)顯示方式經(jīng)過程序查表來實現(xiàn)譯碼其中前四位顯示溫度，后兩位顯示濕度。為了達到數(shù)碼管工作的額定電流。本設(shè)計將其與單片機相連時采用74LS244芯片作為驅(qū)動芯片。經(jīng)過單片機PO口輸出顯示所使用需的段碼作為位碼的驅(qū)動芯片經(jīng)過逐一置低電平來實現(xiàn)。其顯示電路連接圖如圖10所示：文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。YA22baabfdfaabddaabafCfdd1三12468a6gdcdabCdefa6gdcdabCdeffeabCabCd12二12二efefg77533abgcPSEN三、軟件設(shè)計圖10顯示電路連接圖本系統(tǒng)的智能核心是STC89C51,其監(jiān)控程序和應(yīng)用軟件全部固化在EPROM內(nèi)。她的工作過程是：當(dāng)系統(tǒng)接通電源后，STC89C51單片機進入監(jiān)控狀態(tài)，同時完成對各個端口的初始化文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。工作，當(dāng)有按鍵按下時，產(chǎn)生申請中斷，進入響應(yīng)的中斷程序，完成鍵盤處理工作。當(dāng)沒有外部控制信息的輸入時，系統(tǒng)會自動采集溫濕度傳感器的電壓值，最終數(shù)據(jù)在LED數(shù)碼管顯示屏上顯示。主程序流程圖如圖11所示：延延時程序NYY查詢鍵盤，NN圖11總設(shè)計流程圖標(biāo)準(zhǔn)接口，使用方便，應(yīng)用廣泛。SHT11是一種新型的單總線溫先對SHT11進行初始化，然后讀取、計算，傳送給單片機，其溫濕度讀取子程序流程圖如圖12所示：開始SHT11初始化該值是否適合花卉生長?Y值N溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖12溫濕度傳感器模塊文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。按鍵識別有兩種方法：一是行掃描法，另一種是線反轉(zhuǎn)法。本系統(tǒng)采用行掃描法，CPU經(jīng)過輸出鎖存器在某一行線上送出0,經(jīng)過輸入緩沖器檢查列線是否有0,進行按鍵識別。若有按鍵壓下，則轉(zhuǎn)入逐行掃描，同時檢測列線狀態(tài)。其流程圖如圖13所示：YYYNN文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。圖13按鍵掃描消抖電路4.溫濕度控制模塊溫濕度判斷控制模塊也是系統(tǒng)的核心模塊之一，所謂判斷控制模塊，就是對用戶輸入的溫度和濕度與當(dāng)前溫室內(nèi)的實際溫濕度進行比較，先進行判斷，然后再進行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進行什么工作的。如溫度高于上限時需要降溫，低于下限時需要升溫，同時還要啟動警報等等。溫度判斷控制部分的程序整體思路如圖14所示：NY文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。圖14溫濕度控制模塊的程序圖本設(shè)計圍繞對溫室溫濕度進行控制的目的，應(yīng)用單片機控制系統(tǒng)，為了實現(xiàn)系統(tǒng)模塊化，設(shè)計中涉及到了SHT11傳感器電路、STC89C51單片機主控電路、LED數(shù)碼管顯示電路、聲光報警電路和按鍵電路這五個模塊，經(jīng)過51單片機來進行數(shù)據(jù)傳輸和交換。使用8051型單片機設(shè)計溫濕度控制系統(tǒng)，能夠及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室當(dāng)中無疑為經(jīng)過近兩周的設(shè)計，從確定題目，到后來查找資料，理論學(xué)習(xí)，排版校訂，這一切都使我的理論知識和動手能力有了很大的提高，更加熟悉了單片機的硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程方法，對單片機的工作方式有了進一步的認(rèn)知。同時，對一些外圍設(shè)備比如傳感器、LED數(shù)碼管、鍵盤、蜂鳴器等有了一定的了解。而且對文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。如何設(shè)計：首先，要分析需要設(shè)計的系統(tǒng)要實現(xiàn)什么功能，需要什么器件；然后，針對設(shè)計選擇相應(yīng)的硬件，選用硬件時不但要選用經(jīng)濟的，更重要的是如何能更精確更方便的完成系統(tǒng)的要求；再次，對各個硬件的軟件實現(xiàn)要弄清楚，如何更好的實現(xiàn)各個硬件的協(xié)調(diào)，更好的經(jīng)過主控制器件實現(xiàn)硬件的功能。最后，由于本人水平有限，此設(shè)計中也存在很大的不足。比如對一些芯片的選擇不是最佳，可能導(dǎo)致溫濕度顯示不是很靈敏。當(dāng)然，本次的課程設(shè)計也是畢業(yè)設(shè)計之前的最后一次設(shè)計了，它給我們提供了一次寶貴的練手的機會，讓我們熟稔設(shè)計的流程步驟，溫故基礎(chǔ)的專業(yè)知識，熟練繪圖軟件的使用，這些都為即將到來的畢業(yè)設(shè)計打下堅實基礎(chǔ)。它把淺淺的理論上升到實踐，使最后謝謝老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，是我這次課程設(shè)計能夠順利地完成。[2]孫育才.MCS—51系列單片微型計算機及其應(yīng)用[M].南京：東文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。南大學(xué)出版社，.[3]王寶芹，范長勝，郭艷玲.基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)[4]公孫茂，馬寶匍，孫晨.單片機入口接口實例集[M].北京：北京航空航天出版社，.[5]龍澤明，顧立志，王桂蓮，陳光軍.MCS—51單片機原理及工[6]胡輝.王曉，戴永成.單片機原理及應(yīng)用設(shè)計[M].北京：中國水社，.[8]王寶芹，范長勝，郭艷玲.基于單片機的溫室溫濕度控制系統(tǒng)[9]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，.文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。附錄A程序清單typedefunsignedcharU8;typedefunsignedintU16;#defineDISPLAY_ADDRESS#defineCLEARSCR文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。U8U8FLAG;U8U8count,U8temp;U8T_data_H,U8T_data__data_H,U8RH_data_L,U8checkU8T_data_H_temp,U8T_datatemp,U8RH_data_H_tempH_data_L_temp,U8checU8U8comdata;unsignedunsigned1--;1--;文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。while((P2_0)&&U8FLA{}voidLCD_en_dat(uns文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。voidLCD_write_char(unsigned{{voidLCD_write_string(unsigned文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。{while((!P2_0)&&U8FLAwhile((P2_0)&&U8FLAU8RH_data_H_temp=U8cU8RH_data_L_temp=U8coU8T_data_H_temp=U8coU8T_data_L_temp=U8coU8checkdata_temp=U8coU8temp=(U8T_data_H_8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp