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大棚温湿度自动控制系统设计大棚温湿度自动控制系统设计摘摘 要要:本设计是基于 STC89C52RC 单片机的大棚温湿度自动控制系统,采用SHT10 作为温湿度传感器,LCD1602 液晶屏进行显示。SHT10 使用类似于 I2C 总线的时序与单片机进行通信,由于它高度集成,已经包括 A/D 转换电路,所以使用方便,而且准确、耐用。LCD1602 能够分两行显示数据,第一行显示温度,第二行显示湿度。这个控制系统能够测量温室大棚中的温度和湿度,将其显示在液晶屏 LCD1602 上,同时将其与设定值进行对比,如果超出上下限,将进行报警并启动温湿度调节设备。此外,还可以通过独立式键盘对设定的温湿度进行修改。通过设计系统原理图、用Proteus 软件进行仿真,证明了该系统的可行性。 关键词关键词:STC89C52RC,SHT10,I2C 总线,独立式键盘,温湿度自动控制Abstract: This design is an automatic temperature and humidity controller for greenhouses, with the STC89C52RC MCU being its main controller. It uses the SHT10 as the temperature and humidity sensor, and the LCD1602 to display the messages. The SHT10 uses a timing sequence much like the I2C to communicate with the micro-controller. Because its a highly integrated chip, it already includes an analog to digital converter. Therefore, its quite convenient to use, and also accurate and durable. The LCD1602 can display two lines of messages, with the first line for temperature and the second line for humidity. The design can measure the temperature and humidity in a greenhouse, and then display it on a LCD1602. Meanwhile, it compares the data with the set limit. If the limit is exceeded, then the system will send out a warning using a buzzer and activate the temperature and humidity controlling equipment. Besides, the set limit can be modified with the independent keyboard. Through schematic design and Proteus simulation, the feasibility of this design has been proved. Keywords: STC89C52RC, SHT10, I2C bus, independent keyboard, temperature and humidity control目目 录录1 前言前言12 总体方案设计总体方案设计32.1 温湿度控制系统的设计指标要求32.2 系统设计的原则32.2.1 可靠性32.2.2 性价比32.3 方案比较42.3.1 方案一42.3.2 方案二42.4 方案论证52.5 方案选择53 单元模块设计单元模块设计63.1 各单元模块功能介绍及电路设计63.1.1 单片机最小系统63.1.2 液晶显示模块83.1.3 温湿度传感器模块83.1.4 报警电路的设计93.1.5 输出电路设计103.1.6 电源的设计123.1.7 按键电路设计133.1.8 串口通信电路143.2 元件清单153.3 关键器件的介绍173.3.1 STC89C52RC .173.3.2 SHT10 温湿度传感器194 系统软件设计系统软件设计224.1 软件设计的总体结构224.2 主要模块的设计流程框图244.2.1 主程序流程图244.2.2 SHT10 子程序流程图254.2.3 LCD1602 子程序流程图274.2.4 输出控制子程序流程图284.2.5 键盘扫描子程序流程图294.3 软件设计所用工具314.3.1 Keil uVision4314.3.2 Proteus.315 系统调试系统调试325.1 用 Proteus 搭建仿真总图325.2 用 Keil 对程序进行调试、编译.336 结论结论366.1 系统的功能366.2 系统的指标参数366.3 系统功能分析367 总结与体会总结与体会388 致谢致谢399 参考文献参考文献40附录附录 1 系统的电路原理图系统的电路原理图.41附录附录 2 系统仿真总图系统仿真总图.42附录附录 3 系统实物照片系统实物照片.43附录附录 4 系统源程序系统源程序.44附录附录 5 英文参考资料英文参考资料.461 中文翻译.462 英文原文.491 前言前言温室大棚作为一种高效的农业生产方式,与传统农业生产方式相比具有很大的优点。温室农业生产可以获得高产和优质的蔬菜、花卉、瓜果,不仅可改变这些产品按自然季节供应的模式,延长其供应期,而且可在不同地方进行种植,达到所谓“地不分东西南北,食不分春夏秋冬” 。温室农业可以改变传统农业劳动力冬闲夏忙的安排,以小面积获得高产,减轻大面积的土地压力。温室农业采用适时适量供水的优化用水同时配以微灌和高湿环境,可达到农业用水高效高产,按产品的数量平均计算,节省水分量是很大的。这种设施系统可以从简易到全自动控制,适宜各种状况下的选择,特别是对于日光温室、塑料大棚,相对投资较少。若能降低成本、采用经久耐用的低成本采光材料,发展前景将更为广阔,即使在一些偏远地区的农村、场所,也可以修建单个的温室和塑料大棚,进行环境控制下的蔬菜和瓜果的生产,改变这些地区的生活条件。要想实现温室大棚高效增产的作用,对温湿度的准确控制是极其重要的。温室内空气湿度的日变化受天气、加温及通风换气量的影响,阴天或灌水后室内空气湿度几乎都在 90以上。晴天在傍晚关窗至次日早晨开窗前温室维持在高湿度。室内湿气遇冷后凝结成水滴附着在薄膜或玻璃的内表面上,待到加温或日出后,室内温度上升,湿度逐渐下降,附着在屋顶上的水滴随之消失。温湿度的较大变化对农作物的生长十分不利,研究结果表明,由于植物体内水分不足导致气孔关闭,首先妨碍了 CO2的交换,而使饱和作用显著下降,特别是在缺水状况加剧时,给细胞原生质的生化作用带来影响,光合作用显著下降。而温度在夜间下降过低也会影响光合作用的效率。因此,非常有必要使用一套温湿度控制系统,以维持温室大棚内的温度、湿度在一个合适的范围,实现大棚内农作物的水分、养分的有效供给,提高光合作用的效率,从而达到增产目的。传统的温湿度控制是在温室大棚内部悬挂温、湿度计,通过读取温、湿度值进而了解实际的温度和湿度,然后根据现检测的温湿度与额定值进行比较,看温湿度是否超过限定值,然后进行相应的通风或者相应的洒水。这些操作都是人工的,耗费了大量的人力以及物力。现在,随着国家经济的迅速发展,农业产业规模的进一步提高,大棚中培育出的农产品品种数量的逐渐增多,对于数量较多而又大型的大棚,传统的温湿度控制措施就出现了局限性。这要求我们提高温湿度检测与控制技术,来满足对温室大棚建设的需要。在本设计中,采用单片机来控制温湿度,不仅具有廉价、配置简单和灵活的优势,而且可以大大提高所测温湿度的技术指标,从而可以提高产品的数量和质量。单片机因为它具有功能强、高可靠性、体积小、造价便宜和开发周期短这些优势,广泛用于自动化测量和控制现场设备,特别是在日常生活中发挥的日益重要的作用。这次选用 STC89C52RC 作为主控制器,可以从按键电路输入设定的温湿度,通过温湿度传感器 SHT10 对温度、湿度信号进行采集,然后通过 I2C 总线与单片机通信,并将温湿度显示在液晶屏 LCD1602 上,单片机把它们与设定的值进行对比后决定是否报警,并启动空调设备对温湿度进行调节。2 总体方案设计总体方案设计2.1 温湿度控制系统的设计指标要求温湿度控制系统的设计指标要求本文要设计的大棚温湿度自动控制系统,要能够及时、准确地对温室大棚内的温度、湿度进行采集,将其显示在 LCD1602 液晶显示器上,然后与设定的上下限值进行比较,如果超出限制则启动温度、湿度控制设备,并通过蜂鸣器报警,直到温湿度回到规定的范围。另外,还要能够通过按键修改设定的上下限。为了能够满足农业生产的需要,此次设计要达到一下指标:(1)工作环境:温室大棚;(2)温度测量误差:1;(3)测温范围:0+55;(4)湿度测量误差:5%RH;(5)测湿范围:0100%RH;(6)通过键盘电路修改上下限:有;(6)温湿度报警:有;2.2 系统设计的原则系统设计的原则2.2.1 可靠性可靠性可靠性是在设计过程中应该优先考虑的一个因素,一个控制系统必须要能稳定、可靠地工作,才能投入到生产实践中去。如果系统的可靠性不能达标,那么系统出现故障的可能就会增大,造成很大的损失。这种损失不仅包括经济上和信誉上的损失,而且可能会对人身安全产生威胁。要提高控制系统的可靠性,那么就要注意以下几个方面:选用的元器件要有很高的可靠性;由于供电电源很容易产生干扰,所以应该对其采用抗干扰措施;对输入输出通道也一样,要采用抗干扰措施;在对电路板的设计时,要合理的布线和接地;软硬件都要进行滤波;系统要有自己诊断功能等。2.2.2 性价比性价比性价比也是一个系统设计中所要考虑的重要因素。性价比高的产品更容易被消费者接收,但是设计过程中不能盲目地追求性价比,它应该建立在对产品性能要求的基础上,首先要满足性能要求,然后再设法降低产品成本。2.3 方案比较方案比较2.3.1 方案一方案一采用 PLC 作为主控制器。使用 PLC 的最大优点在于 PLC 使用梯形图进行编程,编程语言形象直观,难度较低,因此开发周期短,便于扩展。而且 PLC 抗干扰能力强,工作稳定可靠,这一点已被长期的工业控制实践所证明。图 2.1 用 PLC 作为主控制器的控制系统2.3.2 方案二方案二使用单片机进行控制。采用 STC89C52RC 单片机作为主控制器,可以用 C 语言进行编程,由于它支持ISP 在线编程,因此可以通过 RS232 串口将程序烧录到单片机中,很方便。温湿度传感器 SHT10 通过 I2C 总线与单片机连接。继电器 键盘输入加热器制冷器加湿器除湿器液晶显示蜂鸣器报警温湿度传感器PLC温室大棚图 2.2 用单片机作为主控制器的控制系统2.4 方案论证方案论证从功能上看,两种控制器都能满足要求。PLC 在工业控制领域用得比较多,编程简单,而且抗干扰能力强。但是本系统是用于温室大棚,并没有其他大型工业设备的干扰。单片机用 C 语言编程,相对 PLC 的梯形图要复杂得多,但是编程更为灵活,可以实现复杂的功能。从价格方面上看,单片机就比 PLC 具有很大的优势。一个单片机只要几块钱,而一个很一般的 PLC 一般也要几百上千元。另外,中国是农业大国,随着温室大棚越来越普及,农村对温湿度控制系统的需求也会越来越旺盛,因此虽然用单片机开发的周期较长,但是一旦完成开发,后期生产环节的边际成本很小;而基于 PLC 的控制系统受制于
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