第頁基于單片機的西瓜大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u17248摘要 I82381緒論 146421.1研究背景 117391.2國內外研究現(xiàn)狀 268321.3研究內容 3217791.4論文結構 483542總體設計方案 5304612.1需求分析 534012.2系統(tǒng)總體設計 6289263硬件設計 7148513.1設備選型 727443.1.1溫度采集方案 7155503.1.2顯示界面方案 710013.2電路設計 7311413.2.1STC89C52單片機 7199483.2.2溫濕度傳感器 11110263.2.3光照傳感器 15221083.2.4LCD1602液晶顯示屏 16231024軟件設計 1850014.1系統(tǒng)總體流程圖 18220864.2溫濕度控制流程圖 19189154.3光照度控制流程圖 21257255系統(tǒng)功能實現(xiàn)與測試 23311215.1系統(tǒng)功能實現(xiàn) 23317765.1.1顯示界面 23125255.1.2溫度濕度及光照度設置界面 24295535.2系統(tǒng)測試 26192435.2.1測試說明 26276125.2.2測試結果 26166696總結 2820113致謝 299471參考文獻 30摘要本文設計了基于STC89C52RC系列單片機的西瓜溫室大棚系統(tǒng)中的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),主要設計功能內容包括監(jiān)控硬件電路設計和軟件電路設計等。本次監(jiān)控系統(tǒng)測試是以一臺單片式微機軟件為控制中心通過內置數(shù)字空氣溫濕度變化傳感器DTH11和數(shù)字光照變化傳感器BH1750FVI對整個西瓜大棚的空氣溫濕度、光照變化程度數(shù)據(jù)進行了測量數(shù)據(jù)采集。這種信號傳感器把之前所有采集所得到的信號數(shù)據(jù)直接由其傳輸出來到一個單片機,而且由這個單片機會根據(jù)信號接收器得到的信號數(shù)據(jù)對其信號做出一個物理相應的信號分析和數(shù)據(jù)處理,其后的結果也就是數(shù)據(jù)顯示出現(xiàn)在LCD1602的液晶電腦顯示屏上。如果驅動超出預先控制設置的環(huán)境溫濕度與光照適應程度所需要約束的控制范圍,則由一個單片機驅動控制開關打開驅動指示燈,同時由一個單片機驅動控制通過相應的驅動繼電器件與驅動控制開關一并打開控制裝置,使得整個西瓜大棚環(huán)境中的氣體溫濕度測量值參數(shù)可以完全達到合理的控制范圍。通過這一設計能夠對室內的環(huán)境溫濕度變化情況監(jiān)控進行一個全方位的實時自動化管理監(jiān)控,從而更好地有效實現(xiàn)了建筑西瓜大棚內部的環(huán)境溫濕度情況監(jiān)控以及管理工作的實時性與相應有效率。關鍵字：STC89C52RC單片機，智能數(shù)字化溫濕度傳感器DTH11，數(shù)字光照強度傳感器BH1750FVI，LCD1602液晶電視顯示屏1緒論1.1研究背景在溫室農業(yè)經濟生產中各個領域及其相關科學技術的不斷深入應用探究和推廣運用也日益廣泛,促使了目前我國溫室農業(yè)經濟生產的科學發(fā)展日益高效,而在我們的現(xiàn)代農業(yè)經濟生產中,溫室農業(yè)西瓜大棚及其建筑則成為是主要的建筑構成的一部分。在一個農用溫室或者一個西瓜大棚內,最重要的功能就是自動實時監(jiān)視棚內的空氣溫濕度,因為這是一個直接會影響到這些溫室農作物健康自然生長的重要因素,同樣因素也包括它們所要身處的自然生長棲息環(huán)境中的溫濕度及其中的光照強度。通過對室外環(huán)境影響因子的長期監(jiān)測和環(huán)境數(shù)據(jù)分析進行統(tǒng)計分析,結合室外環(huán)境種植各類農作物的環(huán)境生長變化規(guī)律,控制室外環(huán)境生長條件,使得這些農作物生長能夠在不同的符合規(guī)定適宜室外生長的環(huán)境逆轉性時期生長季節(jié)中,可以同時獲得一個比室外環(huán)境種植作物生長更好的室外環(huán)境生長條件,從而也更有利于企業(yè)讓這些農作物能夠實現(xiàn)優(yōu)質、高產、有機和效率的室外種植和生產養(yǎng)殖。所以,我國采用農業(yè)溫室現(xiàn)代化養(yǎng)殖生產中最為關鍵的一種便利生產設備之一,那就是農業(yè)溫室養(yǎng)殖西瓜大棚,并進行了農業(yè)自動化安全監(jiān)測監(jiān)控管理。在全球溫室效應體系中,環(huán)境因素直接影響決定著整個農作物的能否健康成長與持續(xù)發(fā)展。其中,溫度、濕度及戶外光線的照射使效率的轉化變動通常是最根本的主要影響產量因素,對于當?shù)剞r作物長期產生的產量影響也最為明顯。本文以室內室外溫濕度和室內太陽能資源光照利用程度變化作為主要溫度監(jiān)測測量對象,設計并研究實現(xiàn)了基于STC89C52RC系列單片機的基于嵌入式大型溫室建筑西瓜大棚內部的室外溫濕度變化監(jiān)測與管理自動化過程控制管理系統(tǒng),測量準確、調試方便,具有很高的可移植性[1]。這個關于溫度、濕度、光照強度的自動化監(jiān)測和控制系統(tǒng)已被廣泛應用于我國農業(yè)生產工程中的各種溫室,實現(xiàn)了農業(yè)過程中的溫度、濕度、光照強度的實時監(jiān)視和控制,它是一項智慧、經濟、科學的技術工具和應用程序,比較有利于我們的推廣。通過在現(xiàn)有的場地上運用該項技術,技術人員能夠保證不受當?shù)氐奈恢煤蜌夂驐l件的影響,對于糧食貯存?zhèn)}庫、西瓜大棚內的蔬菜瓜果栽培基地、家畜禽類養(yǎng)殖工廠等場所的空間內溫濕度及其光照程度環(huán)境情況進行了實時、自動化的監(jiān)測,依次對其進行了相應的管理和控制,促進了農業(yè)和經濟的進一步發(fā)展。本監(jiān)控系統(tǒng)所要實現(xiàn)的西瓜溫室大棚監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要設計和目標功能介紹:1)能夠進行實時監(jiān)視并顯示到西瓜大棚當前的溫度、濕度、光照程度等數(shù)據(jù)。2)可以預先制定一個適合農作物發(fā)展的溫度、濕度、光照程度。3)當一個小型西瓜大棚散熱環(huán)境內部溫濕度的控制參數(shù)已經明顯超出預先散熱控制好所需要設定的溫度范圍時,報警器的指示燈往往常亮,單片暖風機會通過散熱控制器上相應的散熱繼電器自動每次打開一個散熱風扇或者開啟加濕器后再啟動風扇即可使其開始正常保溫工作,使得整個西瓜大棚內部環(huán)境中的溫濕度參數(shù)可以自動調節(jié)至正常。1.2國內外研究現(xiàn)狀在溫室中,溫度和濕度、光技術基礎設施以及園藝建筑工程由于其較高的科學技術含量,得到了全球范圍內和世界上更多人的重視,尤其是在一些發(fā)達國家,溫室的溫度和濕度、光照等都是可以進行全方位的自動化監(jiān)測和控制。在當代我國,通過加快對于溫室的引入和對于溫室建筑項目的開發(fā),可以實現(xiàn)我國溫室日益強大。但是同海外相比,在對專業(yè)技術的探索深度及其規(guī)模上還存在很大差距。我國的溫室目前存在的現(xiàn)狀就是,大多數(shù)的溫室主要是依靠農戶手工監(jiān)督與控制其溫室所處的環(huán)境,缺少一套專業(yè)而又科學的保護與指導。農民可以通過以往的實踐來種植自己的農作物,通過人機手動地調節(jié)各個溫室內的氣候、光照程度等各種設備的參數(shù),溫室內的環(huán)境并沒有能夠做到自動化地對其進行監(jiān)視和調整,這就使得當時我國溫室農作物種植技術的發(fā)展變得很緩慢。通過自動關節(jié)調整整個溫室生長作物管理所所在處的溫室生長生態(tài)環(huán)境不僅會給其人員造成大量人力資源的嚴重消耗浪費,而且也往往無法有效保證自己人員能夠及時地準確進行對于整個溫室生長環(huán)境的實時控制和自動調節(jié)合理,測量出的結果有時誤差大,隨意性也比較強,在很大程度上也會影響危及到了溫室植物的健康生長。通過系統(tǒng)采用高于傳統(tǒng)的方法監(jiān)測棚內溫室空氣系統(tǒng)中的氣體溫濕度,不僅會嚴重地導致浪費了大量人力資源,也導致無法能夠確保實時地對于棚內溫室植物環(huán)境狀況進行精確監(jiān)測和及時地進行控制,測量出的結果由于誤差大,隨意性相對較強,在一定很大程度上也會影響涉及到了溫室植物的正常生長。為了有效地克服以上的缺點,需要建立一個完整的溫室小屋自動化的監(jiān)測和控制系統(tǒng)。農作物的健康成長和良好的環(huán)境條件是不可分割的,實現(xiàn)全方位、自動化的溫室環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)是推動西瓜溫室大棚建設和發(fā)展的重中之重,僅僅只需要用LCD1602液晶顯示屏進行觀察和分析,即可以檢測到系統(tǒng)所監(jiān)視的溫度及其有效性,研究西瓜大棚內部農作物生長狀況及其規(guī)律,西瓜大棚便可以生長并培育出優(yōu)質、高品質的溫室農作物。隨著計算機現(xiàn)代信息科學技術以及無線傳感器等現(xiàn)代信息技術的迅猛發(fā)展,在自動監(jiān)視和自動控制系統(tǒng)等各個領域都正經歷了很多巨大的革命性變化,現(xiàn)代農業(yè)與溫室等重要科技產品的引入推出和實施,已經在我國大部分城市和社會各個地區(qū)得到了廣泛的應用。自動化對于各種溫室內環(huán)境情況都進行了監(jiān)視和檢測,因為它的操作性能好,價格低,所以目前是，人們以前常見的針對于空氣中濕度和太陽光照射的監(jiān)視方法慢慢從整個溫室內消失。在一個全自動化的溫室管理系統(tǒng)建設中,最基本的技術要求是對于整個溫室農業(yè)過程進行了監(jiān)測和控制。因為各類農作物的形成和生長周期規(guī)律以及環(huán)境條件的差異,就迫切地需要我們通過研究各類農作物形成和生長周期規(guī)律,再根據(jù)每一種農作物不同的形成和環(huán)境特點來設計和控制它們的形成和生長周期,使其能夠在發(fā)逆季節(jié)內生長,并且可以讓這些農作物具備更高的生產率,讓這些農作物擁有更多的利潤,讓這些農民擁有更多的收益。本次監(jiān)控系統(tǒng)設計原理主要是根據(jù)各個CPU溫濕度、光照射強度等情況進行了自動化的監(jiān)視單片機工作過程。在目前傳統(tǒng)的現(xiàn)代農業(yè)生產中,溫度因素、濕度影響因素和太陽光照射強度等各種因素的定時自動化監(jiān)視與控制系統(tǒng)主要是能夠實現(xiàn)定時地對溫度、濕度以及太陽光照射強度的變化進行定時監(jiān)視與及時地控制,是一個安全、智能、廉價、嚴密地過程。對于我國現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展與應用也是起了很大的幫助與促進作用,在我國傳統(tǒng)的現(xiàn)代農業(yè)生產中對于促進我國各地區(qū)農作物的增殖與發(fā)展也起到了積極的推動與促進作用,提高了我國各地區(qū)農作物的產量,降低了成本,可以為農民們帶來巨額的經濟效益,并且有助于促進其他地區(qū)的社會效益。1.3研究內容該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)提前預測設置最佳適宜監(jiān)控西瓜大棚日照的溫度、濕度及監(jiān)控西瓜大棚太陽和日光照射的強度,采用自動溫濕度計和傳感器DTH11分別測量各個監(jiān)控西瓜大棚的太陽和日照射強度,光照射的強度計分別采用傳感器BH1750FVI分別監(jiān)控各個監(jiān)控西瓜大棚的太陽和日光照射的強度,傳感器向各個樓層中央自動控制監(jiān)視系統(tǒng)分別發(fā)送實時監(jiān)視和監(jiān)控數(shù)據(jù)信號,并將其中中央監(jiān)測系統(tǒng)得到的監(jiān)控數(shù)據(jù)平均值通過微機LCD1602液晶監(jiān)控顯示屏系統(tǒng)進行實時顯示。當整個數(shù)控西瓜大棚的棚內溫度控制超出了預先位置設定的棚內適宜溫度范圍控制值時,通過一臺采用單片機自動控制的散熱繼電器系統(tǒng)來通過驅動系統(tǒng)開啟棚內的散熱風扇,使整個數(shù)控西瓜大棚的棚內溫度控制值達到能夠直接達到預先位置設定的棚內適宜溫度范圍。當整個空氣系統(tǒng)中的氣體濕度含量超出了我們設置的一個適宜濕度區(qū)域內的值時,通過空氣繼電器加熱驅動系統(tǒng)開啟或者自動打開后再直接利用整個西瓜大棚內部的空氣加濕器驅動進行連續(xù)一段時間的自動增溫或者加濕,使得整個西瓜大棚內的空氣濕度含量能夠直接達到我們設定的一個適宜濕度區(qū)域內的值。當紫外光照射程度經常低于系統(tǒng)設定的紫外光照射程度,則電源指示燈就會亮起,給電源管理員系統(tǒng)帶來了燈光提醒的提示功能。一般來說由于光照的照射強度人為沒有辦法去精確控制,光合作用的白天晚上和夜間晝夜都照光是完全具有一定不同程度的光規(guī)律的,所以僅僅只是控制了一個溫室內部的空氣溫度與外部濕度。若被通過監(jiān)測感受到的室內溫濕度及室外光照變化程度都能夠處于非常適宜的工作范圍,則單片機將會保留其工作現(xiàn)狀。這樣就由于能夠對室內的環(huán)境溫濕度變化情況監(jiān)控進行一個全方位的實時自動化管理監(jiān)控,從而更好地有效實現(xiàn)了建筑西瓜大棚內部的環(huán)境溫濕度情況監(jiān)控以及管理工作的實時性與相應有效率。1.4論文結構此次系統(tǒng)設計與開發(fā)通過深入研究了西瓜溫室大棚溫濕度監(jiān)控的歷史和歷程,對該系統(tǒng)進行了分析和設計,通過當今社會的技術來實現(xiàn)了對于西瓜溫室大棚的環(huán)境監(jiān)控。如下將對本文的主要部件組成和結構做了簡單的說明:第一章,提出了本研究課題的主要研究發(fā)展目標及國內外應用相關信息技術的應用發(fā)展研究現(xiàn)狀。第二章,對整個系統(tǒng)的功能結構設計進行了系統(tǒng)需求設計分析和功能設計,通過系統(tǒng)需求設計分析,可行性應用評估等多種方法應用來進行判斷和分析確定整個信息系統(tǒng)將要發(fā)展完成的各項重要功能。第三章,根據(jù)實際需求進行了分析,針對系統(tǒng)中的各個硬件組成部分做出了設計,主要內容包括系統(tǒng)中使用到的各種傳感器和液晶顯示屏進行了介紹和電路設計。第四章,根據(jù)用戶的需求進行分析對系統(tǒng)中的軟件組成部分進行了設計和實現(xiàn),主要內容包括各個軟件模塊的工作流程設計及其核心源代碼的分析。第五章,對已經初步實現(xiàn)的系統(tǒng)進行測試,以發(fā)現(xiàn)其中的紕漏和錯誤并加以改正。第六章,總結自己在本次大學畢業(yè)設計當中所可能碰到的一些困難和熱點問題,收獲與不足之處。2總體設計方案2.1需求分析在當前時代我國,溫室控制西瓜大棚的建設發(fā)展迅速,伴隨著其用戶數(shù)量的不斷擴大,人工對于各類溫室控制西瓜大棚的管理進行過程中，管理也已經出現(xiàn)了許多的由于管理耗時費事或者說是費時耗力等日益不斷增加的管理弊端,所以如果我們人工能夠自動地對人工溫室控制西瓜大棚的室內空氣中高溫濕度、光照強度等蟲害情況可以進行實時的天氣監(jiān)測與蟲害控制,給予西瓜大棚農民一個我們可以及時預判蟲害情況的小信息提醒,讓其盡可能地可以采取一些一定的蟲害處理控制方法、農民對提升西瓜大棚作物質量生產率的經濟效益十分明顯。本次自動系統(tǒng)設計是在實現(xiàn)人工自動管理內部西瓜大棚的功能同時,為了方便能夠有效賦予管理西瓜大棚內部的專業(yè)農民一個對管理西瓜大棚內部空氣溫濕度、光照不足程度以及平均值的自動判別,以便他們能夠有效減少不同天氣時候無法及時自動調整管理西瓜大棚內部的空氣溫濕度、光照不足程度等各種無法人工自動管理內部西瓜大棚的可能缺陷。本監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術研究目標任務就是為了使其能夠有效實現(xiàn)我國溫室生物西瓜大棚及其周邊環(huán)境的自動監(jiān)視與監(jiān)督管理,從而更好地有效實現(xiàn)我國溫室生物西瓜大棚及其周邊環(huán)境的管理自動化。設計一款基于STC89C52RC單片機的家用溫室和農業(yè)西瓜大棚內部環(huán)境溫度監(jiān)視系統(tǒng),人們通過預先程序設定一個適宜于西瓜大棚農作物正常發(fā)育生長的居室溫度、濕度和西瓜大棚光照程度等相關數(shù)值,單片機自動控制的溫室溫濕度充足傳感器和西瓜大棚光照溫度充足傳感器通過自動采集各種溫室環(huán)境下的溫濕度和西瓜大棚光照程度,所需要采集的相關數(shù)據(jù)由該監(jiān)視系統(tǒng)根據(jù)居室溫濕度管理信息系統(tǒng)進行定量分析和計算處理,其計算結果直接出現(xiàn)在該監(jiān)視系統(tǒng)的LCD1602在系統(tǒng)LCD中的顯示屏上,人們已經能夠非常清晰地直接看到整個西瓜溫室大棚內部的居室溫度、濕度及西瓜大棚光照充足程度等相關數(shù)值。例如,當你從監(jiān)視器中得到的空氣溫度、濕度和各種太陽能對于光照的輻射強度都完全不在預先控制設定的溫度范圍內時,系統(tǒng)中就會出現(xiàn)了一個相應的溫控指示燈,單片機通過自動控制一個相應的溫控繼電器開關來同時驅動溫控開關中的風扇和啟動加濕器開關來對其進行自動操縱。2.2系統(tǒng)總體設計單片機軟件是該控制系統(tǒng)的主要一個設計核心和由控制元件組成的零部件,溫濕度變化傳感器、光照強度傳感器等都可以直接作為該控制系統(tǒng)的主要測定控制元件,自動化地實時監(jiān)測室內溫度、濕度與太陽光照度。該控制系統(tǒng)模塊可以進行劃分分別為光照溫濕度變化數(shù)據(jù)采集電路模塊、光照和濕度變化數(shù)據(jù)采集電路模塊、液晶電視顯示電路模塊、溫度控制電路模塊、濕度變化檢測驅動控制電路模塊、復位控制電路和晶振驅動控制六個模塊。系統(tǒng)結構框圖以圖2-1表示。圖2-1系統(tǒng)結構框圖3硬件設計3.1設備選型3.1.1溫度采集方案方案一：模擬溫度傳感器。熱敏電阻，溫度值轉換為電壓值通過抽真空操作放大A/D轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后通過比較計算出的溫度由微控制器。優(yōu)點：應用范圍廣，特別是在工程領域，采用不同的熱敏電阻可實現(xiàn)超低溫測量。缺點：必須使用高速A/D轉換器，系統(tǒng)復雜，成本高，而且還引入非線性誤差，所不同的是通過軟件修正。方案二：采用DHT11溫濕度傳感器，該傳感器采用單總線接口，能方便的與單片機通信。測溫范圍從0°到+50°,測溫精度為±2°，完全滿足本設計的要求。缺點：不能實現(xiàn)高溫與低溫測量。從上各種因素，我們采用DHT11溫濕度傳感器方案。3.1.2顯示界面方案方案一：采用數(shù)字顯示，優(yōu)點：結構簡單，成本低。缺點：只能顯示有限的測量點和符號。

方案二：采用LCD顯示屏。英文操作提示可以方便的人機交流。多點溫度值可同時顯示，可以通過鍵盤或顯示器瀏覽一個測量點的溫度快速滾動。本系統(tǒng)設計為多點溫度采集情況，所以選擇LCD顯示。3.2電路設計3.2.1STC89C52單片機1電源電路設計本次控制系統(tǒng)的主要電源集成器電路主要是由兩個組成部分共同構成,分別是電源集成器和二極管,電源集成器可以使整個系統(tǒng)的運行順利,保證整個系統(tǒng)具備充足的動力。電源電路圖以圖3-1表示。圖3-1電源電路圖2復位電路設計第9腳被指定為一個自動復位引腳(Reset),如果該引腳之間相互連接的高電平工作引腳要求遠大于2個自動復位引腳機器人正常運行的工作生命周期,則位于該引腳的自動復位引腳的動作便必須能夠正常地進行。以12mhz的中頻工作時鐘脈沖實例可以作為一個簡單的例子,每個中頻工作時鐘脈沖1us,兩個中頻工作時鐘機器人的時鐘分別為12us,那么,在第9腳上只需要外接一個12us以上的中頻工作高電平的時鐘脈沖,它們就應該會自動開始進行時鐘復位。外接了一個自動短路復位電容在自動短路充電復位器的引腳上面也就是自動上下短路充電復位,當這個自動短路引腳上外接+5v的自動短路復位電壓時,此時的這個自動短路復位引腳的電路真正可以被自動地作為一個自動短路充電復位的電容,經過一小段的復位時間后,電容將被自動地接入到一個自動短路充電停止的狀態(tài),此刻這個復位引腳的電路還可以說就是充電時相當于自動停止或者是自動切斷。另外一種復位方式主要是采用手動連接法對電路進行復位,其中的這種手動連接法主要特點就是在兩個位于STC89C52RC的兩個復位引腳外部內部相互連接的一個復位啟動控制電容上再另外加上一個復位啟動控制開關。如果快速啟動時的開關未被自動按下一下,則整個充電電容器就很有可能直接陷入到自動停止快速充電的正常工作狀態(tài);如果按下快速啟動開關控制器的開關,電容就可能會直接開始自動進行快速放電,從而,在快速復位電路引腳上就可能會自動產生一個高電平,從而直接實現(xiàn)了復位電路的快速復位。復位電路圖以圖3-2表示。圖3-2復位電路圖3晶振電路設計晶體振蕩器控制電路設計來給MCU提供一個新的時鐘控制信號。兩種類型的晶體振蕩器,其中所需要包含的就是有源晶振和無源晶振,它們都已被廣泛認為是整個時鐘集成電路最主要的一個構件和組成部分,晶體振蕩器就是為整個時鐘集成電路和其它一些重要的電子元件而言的提供了一個完全相應的頻率和溫度基準。XTAL1是一個片內單片機直接地作為一個片內反向信號控制電路反向信號放大器的一個基本輸入和信號端,XTAL2是一個片外單片機直接地作為一個片內反向信號控制電路反向信號放大器的一個基本輸出和信號端,反向信號放大器一般也可以直接地拿來作為片內反向信號振蕩器的一個基本輸入端?？芍苯佑糜诠ぞ叩挠刑沾善瑑日袷幤骱褪д袷幤?。而且當我們需要通過使用外部驅動的時鐘和電源元件來對這一個驅動器件進行控制時,此時XTAL2是不必再與它進行時鐘連接了[6]。利用一個二分頻信號觸發(fā)器就可來直接實現(xiàn)某一個不同時鐘控制電路中內部或與交換機相互連接的某個不同時鐘電路信號點來進行數(shù)據(jù)傳送和信號輸出。在虛擬現(xiàn)實化技術和工業(yè)生產中的應用中,不僅僅是需要按外部接地方式確定脈沖信號的脈寬,但首先還必須要求脈沖電壓與輸出端電流相同。晶振工作電路框圖以圖3-3表示。圖3-3晶振電路圖4按鍵電路設計本操作系統(tǒng)中所采用的按鍵控制電路主要是通過對k2、k3、k4三個按鍵采取最簡單的低電平掃描技術手段來實現(xiàn),共有k2、k3、k4三個按鍵,k2為按鍵的設定點,可以根據(jù)溫度、濕度和光照程度等多種影響因素選擇按鍵位置,k3為加鍵,k4為降低鍵,利用這三個按鍵在開關的任何一端都能夠連接到單片機的I/O口,另外的一端則是采用接地方式,用一個單片機來監(jiān)視I/O口是否以低電平,判斷按鈕是否已經被按住。該按鍵的電路框圖以圖3-4表示。圖3-4按鍵電路圖5控制電路設計如果通過溫濕度傳感器監(jiān)視得到的溫度值遠遠高于預先設定的溫度值,則系統(tǒng)就會自動地驅動一個繼電器,后者就會帶動一個風扇在棚內進行操縱和工作,降低西瓜大棚的溫度。該控制電路框圖結構以圖3-5表示。圖3-5控制電路圖所以當一個空調西瓜大棚的平均氣溫或者一個空調的溫濕度已經完全不在用戶預期中所設定的空調限值溫度范圍內時,就系統(tǒng)軟件會自動地對空調裝置西瓜大棚中的各個空調系統(tǒng)組件進行對空調溫濕度的實時監(jiān)測。3.2.2溫濕度傳感器1工作原理（1）接口說明根據(jù)不同的電路工作環(huán)境條件情況可以分別連接不同的負載電阻,連接線的兩端高度和連接距離與20米電阻相比,在較短的工作時間內可以使用5k的上或下拉連接電阻,在較長的工作時間內則需要根據(jù)不同的電路工作條件情況使用來分別選擇不同的上或下拉連接電阻。DTH11典型的工業(yè)應用集成電路基本結構以圖3-6表示。圖3-6DTH11典型應用電路（2）電源引腳電源電壓供電器該系統(tǒng)可以提供3-5.5v的有源電壓。當一個傳感器被自動放置連接到無線電后,它的一個響應中斷持續(xù)時間大約不過是1秒,在這段短的響應持續(xù)時間里,要立即進行暫停。若是同時需要直接進行一個去耦電容濾波的話,可以加一個100nF的電容在電源引腳（VDD，GND）之間。直接添加一個100nF的去耦電容。（3）串行接口(單線雙向)數(shù)字溫濕度復合傳感器dth11與數(shù)字微處理器之間我們可以直接通過采用單總線兩種數(shù)據(jù)通訊的格式直接地進行一次數(shù)據(jù)通訊和一次數(shù)據(jù)同步[9],一次通訊數(shù)據(jù)的同步時間大約為4ms,其中一次通訊的數(shù)據(jù)由兩個主要的部分共同連接而來,分別是指的就是一個帶有單位整數(shù)及一個帶有小數(shù)的部分,具體對于數(shù)據(jù)格式的要求可以根據(jù)下文中詳細地進行了說明,目前這些帶有小數(shù)點的部分已經可以讀出其值為零,以后再對該主要部分數(shù)據(jù)進行同步擴展。其中高位操作系統(tǒng)流程定義為如下:一次完全高位的數(shù)據(jù)輸入傳遞速率可以設定為40bit,高位首先就是輸出。位控制算法主要是將一個溫濕度整數(shù)與一個溫度整數(shù)進行計算,將一個溫度和濕率小數(shù)進行計算,只需要保留一個較低的8位數(shù)字。主機的所有微處理器MCU都開始自動實時發(fā)送主機起始響應信號,同時主機DTH11的工作模式被自動切換至高速,實施了對主機數(shù)據(jù)的自動實時監(jiān)測,對主機的所有起始響應信號也自動進行了實時響應,在發(fā)現(xiàn)主機的所有起始響應信號已經完全自動終止后,這時主機DTH11開始向所有主機用戶提供實時響應的數(shù)據(jù)信號,發(fā)出的從機響應數(shù)據(jù)信息位數(shù)為40位,同時對主機響應后的信息數(shù)據(jù)進行了實時采集,其中一些響應數(shù)據(jù)信息可以隨時提供給主機用戶實時查看和隨機閱讀。如果從主機DTH11接受了一次主機溫濕度信號起始的采集信號,就很有可能會再次從機觸發(fā)一個溫濕度起始信號的再次采集,如果一個主機接到無法再次接受信號得到的是主機直接傳來的一次溫濕度信號起始時的信號,從而主機DTH11進行一次溫濕度的信號采集則很有可能認為是主機處于臨時的或暫停。若將一個數(shù)據(jù)采集處理完畢DTH11的數(shù)據(jù)模型由高速可以轉換至一個低速。通信的總體和流程設計框圖具體設計方案如下,以流程圖3-7表示。圖3-7通訊總流程圖總線的主機空閑運行狀態(tài)必須設置為一個高電平,主機通過微處理器將主機總線高度拉低,并不能讓其繼續(xù)等待從主機DTH11的實時響應,拉低后的時間必須始終控制在18毫秒以上,這樣這么做的設計目的主要是為了保證能夠有效確保從主機DTH11對整個主機所進行發(fā)送的每個起始和最后終止數(shù)據(jù)信號都可以能夠及時進行順利地實時監(jiān)測。在一個主機中連接微處理器的一個指定起始控制信號若被主機DTH11接受并同時被聽到,主機就必須決定是否要繼續(xù)通過等候連接一個主機的一個指定起始控制信號直到接收器終止,然后再向一個機器端接收到80us的一個指定低電平信號作為響應。主機在此時自動讀取計算機發(fā)送到的起始輸入響應模式的信號工作全部完成后,延時主機停止繼續(xù)工作等待20-40us,開始自動打開主機繼續(xù)讀取DTH11向計算機起始輸入的響應模式信號,主機在此時自動讀取計算機發(fā)送到的起始輸入響應模式的信號也就是可以直接自動切換為主機輸入響應模式,或者當主機輸出的兩個高電平都有即可,上下下拉的響應電阻把整個控制總線拉高。如果當一個新的總線主機處于低于高電平時,這時由于主機向另外一個新的主機總線發(fā)出一個響應線路信號,主機將整個響應線路信號數(shù)據(jù)發(fā)送連接完之后,把整個主機總線接口寬度拉高80us,準備開始發(fā)送數(shù)據(jù),每個總線主機的的每一位一個響應線路信號主機開始數(shù)據(jù)發(fā)送時都必須一直是以50us低于高電平時隙大小來開始進行的,數(shù)據(jù)位0或1是直接影響取決于整個高電平時隙的時間大小和時隙長短,對整個響應線路信號的時隙大小已經進行了一次讀取,如果這樣的話則響應線路信號必須一直是處于高電平,從而主機DTH11沒有什么大的響應,需要先對整個線路信號進行一次測試,看其總線連接后的情況數(shù)據(jù)是否正常。如果最后面的一位主機數(shù)據(jù)已經成功完成了空閑傳送,從而主機DTH11要把整個點在總線上的寬度分別拉低50us,然后主機通過總線上面的拉穩(wěn)壓電阻將整個點在總線上的寬度拉高并且數(shù)據(jù)進入了一個空閑傳送狀態(tài)。2溫濕度傳感器電路數(shù)字西瓜大棚溫濕度數(shù)據(jù)傳感器對于DTH11是重要的一個電路工作原理設備和控制原件,電路的內部連接簡單,僅僅就是將一個溫濕度數(shù)字傳感器的一個相關數(shù)據(jù)從電路輸入/被發(fā)送出兩個管腳中間直接通過串聯(lián)發(fā)送到一個數(shù)字單片機I/O口[10],通過一個由數(shù)字單片機自動控制的數(shù)字傳感器可使DTH11實時地通過監(jiān)測和自動讀取整個工業(yè)西瓜大棚室內空氣的實際溫度,濕度。溫濕度變化傳感器的集成電路設計框圖結構以下文的圖3-8表示。圖3-8溫濕度傳感器電路圖圖中的VCC引腳分別作為串口電源引腳、DATA腳分別作為串口單片機接地P1.2口、NC腳分別作為空足、GND腳分別作為串口接地。因為DTH11是一種可以利用微機單線程的方式直接進行視頻數(shù)據(jù)無線傳輸,所以它的集成電路和器件接線簡便。3.2.3光照傳感器為了保證能夠有效使得監(jiān)測得到的紫外光照度監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準確,本監(jiān)測系統(tǒng)在進行測量紫外光照射強度時特別采用了一種控制精度極其高的紫外光照射強度控制傳感器,該控制模塊和采用單片機的多種通信控制方式共同協(xié)作構建了一種完全符合國際相關標準的IIC[12]，使用方便,便于系統(tǒng)設計和技術開發(fā)者及時地對其進行科學研究和設計開發(fā),適合于對紫外光照射亮度和輻射強度的實時監(jiān)測。光照傳感器電路圖以圖3-9表示。圖3-9光照傳感器電路圖3.2.4LCD1602液晶顯示屏1LCD1602簡述這種數(shù)位字符式彩色數(shù)字顯示屏主要的用途之一就是一種數(shù)字顯示能夠提供一種利用字母、數(shù)碼、符號等各種文字信息來對其進行顯示的數(shù)字點陣式彩色數(shù)字顯示器陣列LCD,現(xiàn)在常見的數(shù)字液晶顯示器陣列LCD模塊分別是16×1,16×2,20×2和40×2行。LED1602液晶數(shù)字顯示屏系統(tǒng)可以非常清晰地向企業(yè)用戶和系統(tǒng)研究工作人員準確地顯示各種英文字母和各種圖形文本,占整個系統(tǒng)研究工作人員在開發(fā)過程中所占大小比重較少、所展現(xiàn)的信息內容豐富、對于系統(tǒng)實際使用能量的消耗影響相對較少。lcd1602液晶文字顯示屏主要的特點之一就是它在工作時能夠同時也可以實現(xiàn)2行16個字符的自動數(shù)據(jù)顯示,有一個d0-d7,8位數(shù)據(jù)傳輸總線及三個主要的自動控制功能端口,即rs,r/w,en,工作電壓分別設定為5v,對比度和彩色背光自動亮度調節(jié)兩個主要的控制功能顯示字符[13]。它還由很多個小的點陣和字符位集合所構成,例如5×7或5×11等,每個小的點陣和字符位都很有可能會使用戶需要對一個大的點陣并以字符形式進行表達。每位之間就是只有一個字符點位的間隔就直接地起到了一個字符間隔的作用,每行之間就是只有一個的字符間隔就直接起到了一個的字符行間隔的作用,所以這個時候不能直接對它進行任何文本或者圖形的具體展示。可以根據(jù)顯式屏的明亮度和程度不同來對其進行手動調整,用戶就已經能非常清楚地可以看到上面16個字符。2LCD1602引腳LCD1602液晶顯示原理圖以圖3-10表示。VSS:為電源地。VDD:接5V電源正極。vl:lcd1602液晶顯示屏的輸出口是一個對比度自動調整端,該輸出口之間的距離可以因為特殊設置而有所改變,從而使得顯示器和屏幕之間具有不同程度的對比。例如當接正電源時其相互之間的對比程度最低,而當接地電源時其相互之間的對比程度最高。rs:根據(jù)用戶的需要可以自由選擇不同的輸出寄存器,該口信號可以在不同的電源輸出輸入電壓水平下進行對應并適用于不同的輸出寄存器。如果在為低或高電平1的情況下可以直接用來選擇一個數(shù)據(jù)寄存器、當為低或高電平0的情況下也可以直接用來選擇一個指令寄存器。R/W:它是用來在電路中作為一個讀寫輸出信號時使用,如果它是高電平1的話這個時候它的功能應該是一個讀操作,如果它是低電平0的話這個時候它的功能應該是一個書寫操作。如果RS為一個低電平0時,RS和R/W都被認為是一個可以直接用來讀出寫入指令或者在顯示文件中輸出地址的一種特殊功能而被使用,如果RS為一個低電平、R/W為一個高電平時,只能直接讀數(shù)據(jù),相反如果RS為一個高電平時、R/W為一個低電平時,此時只需要直接寫入一個數(shù)據(jù)。E:該端為使能端。D0~D7:為8位雙向數(shù)據(jù)端。BLA~BLK:空腳或背燈電源。15引腳:背光正極。16引腳:背光負極。圖3-10LCD1602液晶顯示原理圖4軟件設計4.1系統(tǒng)總體流程圖本文對于軟件系統(tǒng)中各種的子軟件的程序設計性能要求分析是通過基于系統(tǒng)模塊化軟件設計的系統(tǒng)理念方法進行分析實現(xiàn)的,系統(tǒng)中各種的子軟件程序就是由許多子軟件程序直接構成的軟件程序設計模塊。該軟件將系統(tǒng)在電氣工業(yè)應用中的主要應用范圍劃分調整為四個控制模塊,分別是系統(tǒng)主程序控制模塊、參數(shù)控制設定器和溫室的控制數(shù)據(jù)采集控制模塊、西瓜大棚內的數(shù)據(jù)采集器的顯示控制模塊及電氣繼電器上的控制參數(shù)處理程序控制模塊。每個的子模塊都功能具有特定的的子功能,每個子模塊都功能可以直接劃分開成為一或許多子功能模塊,它們之間既獨立又相互具有關聯(lián)的、高級的子模塊也就是可以直接用來調用中等或者上下級的子模塊。該系統(tǒng)的總體工作流程框圖以圖4-1表示。首先是進行了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)初始化,把液晶顯示屏上所顯示的數(shù)據(jù)內容進行了初始化,接下來就是啟動了溫濕度傳感器,然后進行了數(shù)據(jù)采集,把這些數(shù)據(jù)直接存儲在緩沖區(qū)中,緩沖區(qū)對這些數(shù)據(jù)進行了保存,單片機對這些數(shù)據(jù)都進行了分析,在LCD1602液晶顯示屏里就會把這些數(shù)據(jù)清晰地顯示了出來,采集到的數(shù)據(jù)若是沒有達到預先控制好設定的溫濕度范圍,使得系統(tǒng)的指示燈一旦亮起,系統(tǒng)就會對溫濕度及光照程度進行自動調整,繼電器的驅動就會使得風扇或加濕器被關閉。該系統(tǒng)的總體工作流程框圖以圖4-1表示。圖4-1系統(tǒng)總體流程圖4.2溫濕度控制流程圖溫濕度監(jiān)控流程圖以圖4-2表示。圖4-2溫濕度監(jiān)控流程圖溫濕度傳感器DTH11監(jiān)測棚內的溫濕度，并對統(tǒng)計的數(shù)據(jù)結果進行了分析和匯總,把監(jiān)測的空調溫度和預先設定好的溫度都做了比較,如果空調溫度的測量值要高于預先設定好的溫度值,驅動繼電器打開了棚內的一個排氣扇,對整個西瓜大棚空調進行了降溫,如果是最低的話,再把空調所監(jiān)測的空調溫度和預先設定好的空調濕度都做了比較,如果是溫度比預先設定好的當空調系統(tǒng)處理在一定時間內,由單片機帶動一個相應的繼電器,從而直接打開西瓜大棚的加濕器,使得西瓜大棚的空調系統(tǒng)濕度變大。4.3光照度控制流程圖光照度監(jiān)控流程圖以圖4-3表示。圖4-3光照度監(jiān)控流程圖光照射強度的顯示自動控制主要工作原理就是根據(jù)控制LED燈的強度顯示,光照射強度自動傳感器通過控制LED燈對系統(tǒng)屏幕中的每個光照度數(shù)據(jù)實現(xiàn)了自動監(jiān)測,數(shù)據(jù)中的值大小會在LCD1602的32寸液晶電視顯示屏上自動分別顯示出來,預先在控制系統(tǒng)中對每個光照射強度的數(shù)值大小分別進行了自動設置,若是所能監(jiān)測的數(shù)據(jù)值遠遠的要低于預先所能測量到的值,系統(tǒng)屏幕中的燈光指示燈就可能會自動發(fā)亮,提醒當時西瓜大棚農民用戶西瓜大棚內的照射光線質量存在明顯不足,農民用戶可以根據(jù)其中的具體情況自己自行選擇是否使用。這就使得需要盡可能地盡量增加棚內的室外采光率。然而,農作物的各種光合作用仍然存在著一定的白天和次日晚晨的變化規(guī)律,一般并沒有辦法做好這些光化學的處理。5系統(tǒng)功能實現(xiàn)與測試5.1系統(tǒng)功能實現(xiàn)5.1.1顯示界面該系統(tǒng)一旦安裝上了用戶充電后,棚內的氣候、濕度和太陽光照射程度就有機會在lcd1602液晶顯示屏上進行實時展示,農民們就能夠更加明確地通過視頻觀察獲得各種數(shù)據(jù)。該監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對棚內空氣環(huán)境中的相對溫濕度與太陽能的光照程度等數(shù)據(jù)進行了實時監(jiān)控,并把被檢測得到的各種數(shù)值都顯示在LCD1602的液晶顯示屏上。若是空氣中的溫濕度與太陽光所能照射的強度均被控制在事前預設的范圍內,則系統(tǒng)將持續(xù)地監(jiān)測每一個環(huán)境因子。相反,如果棚內溫濕度沒有在預先控制好之后所設定的溫度范圍,系統(tǒng)中一個相應的指示燈就會隨之有機會被自動關閉,系統(tǒng)就有機會自動執(zhí)行各種溫濕度的調節(jié),農民也只是可以隨時通過觀察得到西瓜大棚內空氣溫濕度和其光照程度并對各種空氣影響的因素進行適當調節(jié),系統(tǒng)將根據(jù)需要監(jiān)測到的空氣溫濕度及其光照程度的平均值都是可以通過直觀地表現(xiàn)出來提供給一個負責監(jiān)督管理一間西瓜大棚的工作人員,農民不必再過分擔心忙于其它的工作而且沒有辦法能夠提前及的準確地測量了一間棚內各種的環(huán)境因素,也不需要再過分擔心自己所檢測到的數(shù)據(jù)取得來是否正確,而且農民們的使用操作起來非常方便。溫度濕度和光照程度的顯示界面以圖5-1表示。圖5-1溫度濕度及光照度顯示界面圖系統(tǒng)對周圍環(huán)境的氣候、濕度及其光照程度等情況進行了監(jiān)測,將被檢測得的數(shù)據(jù)通過LCD1602液晶顯示屏進行了顯示,由圖5-1表示可以得知,環(huán)境的濕度為19%,溫度為24℃,光照強度為1570LX。5.1.2溫度濕度及光照度設置界面本系統(tǒng)上一共有3個按鍵,從左到右依次都是按照農作物的溫度設定,加,減按鍵,農民們也就是可以根據(jù)自己和其他的農作物在不同的生長季節(jié)不同的情況和要求來選擇各種影響因素的值,比如把農作物的溫度設定為25℃時,當指示燈按下關閉,濕度設定為80%時,當指示燈按下關閉,光照度的值被設定為200lx時各個指示燈按下關閉,這樣一來當我們監(jiān)測得到的溫度值已不在我們預先設定的工作范圍內,各個指示燈就一定會自動地提醒給我們到了西瓜大棚的農民,讓他們隨時都能夠對不良影響因素的數(shù)據(jù)進行調整,對于我們的西瓜大棚也就能夠做到有效地控制。溫度、濕度和光照度的設置界面圖以5-2、圖5-3、圖5-4表示。圖5-2溫度設置界面圖按下設定溫度鍵就能夠對系統(tǒng)中的溫度值進行設定,由圖5-2表示可知,該設定溫度值是25°C。圖5-3濕度設置界面圖按下設置按鍵可以對系統(tǒng)的濕度進行設置，由5-3可知，設置的濕度值為80%。圖5-4光照度設置界面圖按下需要設定的標準按鍵就已經能夠對系統(tǒng)中所有的的光照度測量指標參數(shù)進行精確設定,由上圖5-4可知,所需要設定的所有光照射強度參數(shù)指標值為200LX。5.2系統(tǒng)測試5.2.1測試說明本系統(tǒng)的整體測試說明如下表示:1)試溫濕度和光照程度的數(shù)值設定后,不在此區(qū)域內的指示燈是否會被打開。2)總體要求中提出要求所設定的各種值都可以通過斷電保存,觀察所有設定好的各種值之后再進行一次斷電或者重啟,當環(huán)境因素都不在此限度內時,則檢查指示燈上的信號是否被打開。5.2.2測試結果1)分別自動檢測了各種相機的溫度指示值分別為25°c、濕度的指示能低于為80%、光照溫度指示值可能低于為200LX的各種可能會直接影響溫度的因素進行數(shù)值自動選擇,當各種相機的溫度指示值可能超過25°c,濕度的指示值也可能低于80%,光照溫度可能高于為80%或者是濕度可能低于200Lx時相機所對應的溫度指示燈可能會被自動地關閉或者打開。溫度、濕度、光照變化程度數(shù)值測量實驗結果分析圖表的顯示方式以5-5表示。圖5-5溫度、濕度和光照度測試結果圖由設計圖5-5可得,系統(tǒng)在各種環(huán)境穩(wěn)定條件下自動進行了本次監(jiān)測后的系統(tǒng)溫度平均值一般設定