基于单片机温室大棚温湿度采集系统设计


    基单片机温室棚温湿度采集系统设计

    设计概述:
    温度湿度农业生产中常见基参数会幅度影响作物产量品质现代科学技术提高农业生产力方面发挥着重作确定温度湿度实时显示储存监测国生产产品质量节次设计欲单片机传感器计算机技术相结合设 计出套符合现代温 室棚温湿度采集系统
    该系统单片机第基点温度传感器湿度传感器作元件该单芯片微型计算机数字传感器连接收集存储该传感器测量数该MCU(微控制单元)通RS232发送收集数计算机计算机存储记录MCU员工发送数进行浏览记录进行相关处理方MCU需实现监控系统扩展数实时显示数存储功
    文完成方面首先设计概括出系统致方选择次系统相符合传感器根选择传感器设计硬件软件次数采集:包括温度湿度数字控制监测原监测计划监测系统软件开发系统全面时温室环境中温湿度进行采集监测前数进行保存记录方便时查数外设计显示模块通图形方式更加直观显示参数实现智化远程监测温湿度思想
    关键词温室棚 单片机 温湿度传感器













    Design of temperature and humidity acquisition system in greenhouse based on single Chip Microcomputer
    Design overview
    temperature and humidity are one of the common and basic parameters in agricultural production Modern science and technology play an important role in improving agricultural productivity to determine temperature and humidity realtime display storage and monitoring Domestic production product quality and energy saving In this paper a new modern temperature and humidity acquisition system for hardware and software greenhouse is designed by SCM transducer computer technique
    The system takes single chip microcomputer as the first basic point and uses multiple temperature sensors and humidity sensors as acquisition components The single chip microcomputer is connected to the digital sensor to collect and store the measurement data of the sensor The MCU (Microcontrol Unit) sends the collected data to the computer via RS232 Computer stores records the data sent by MCU for employees for browsing recording and related processing In another place MCU needs to realize the expansion of monitoring system the realtime display of data and the function of data storage
    This paper mainly completes the following aspects first of all the general direction of the system is summarized the sensors consistent with the system are selected and the hardware and software are designed according to the selected sensors Secondly data collection including temperature and humidity digital control monitoring principles monitoring planning and monitoring system software development The system can collect and monitor the temperature and humidity in greenhouse environment in a comprehensive and timely manner and can also save and record the previous data which is convenient for people to view and compare the data in time In addition a display module is designed By using graphics to display parameters more intuitively the intelligence is realized The idea of remote monitoring temperature and humidity
    Key words greenhouse single chip microcomputer temperature and humidity sensor

    目 录
    1引言 1
    11棚温湿度采集背景意义 1
    12棚温湿度采集发展现状 1
    2硬件电路设计实现 1
    21总体设计 1
    22硬件介绍 2
    23数采集 3
    24键盘显示电路 8
    3软件电路设计 9
    31程序模块设计 9
    32温度采集 10
    33湿度采集 12
    34键盘显示模块 12
    4总结 13
    参考文献 15
    1引言
    11棚温湿度采集背景意义
    农业生产直国非常重视方面然国年会予农业补助然存问题目前国农业生产方面面问题:首先中国口众次资源匮乏次中国农业生产昂贵低技术没规模工业解决问题关键中国农业传统农业转变现代科学技术农业保障粮食安全提高效率质量产量农业环境高技术高质量高生产力技术控制助规模推广设备齐全中国农业现代化步伐加快
    12棚温湿度采集发展现状
    国温室栽培技术早 追溯2000年前时植物进行恰保护措施世纪中国温室塑料温室太阳温室温室属传统温室具操作方便性价高优点该设备温湿度控制力非常差相简单极降低农作物产量质量果遇极端天气颗粒收现代温室发展历两阶段改进太阳温室现代温室然区处理环境风俗惯造成生产情况济极差异化温室棚 然存总说国温室棚监测正发挥着积极作正处消化吸收简单应实际全面应渡发展阶段
    现美英等发达国家温湿度采集技术已相成熟仅运计算机采集温湿度时进行温湿度光等作物生长环境控制形成标准系统
    果应计算机技术温室棚监测仅幅度提高会员工劳动效率提高时作物产量会提高增加更收益国外处温室产业发展阶段急需高端技术远程控制技术局域网络技术前温室控制遥感技术应现实生活中种温室系统户实现远程监控目遥远方实时监控方状态
    2硬件电路设计实现
    21总体设计
    该系统设计收集环境温度湿度相关作物生长发育功实现温室中点位置温湿度间断采集务该传感器担着搜集温室中温湿度收集完成会信号转换成05伏电压 信号单片机总体设计图示图1
    系统控制芯片STC89C52单芯片微型计算机温度湿度收集信号发送通传感器单芯片微型计算机单片机接受信号进行处理处理完成结果发送连接显示屏计算机实时显示出温湿度
    22硬件介绍
    221控制
    微控制器ST08952具特征
    ①性高稳定性高功耗低
    ②强加密性法解密具超强抗干扰性
    ③STC89C52微型控制器时钟频率0 ~80兆赫具达32IO口适合更I 016K字节EPROM微控制器易提供更存储空间须刻录机直接计算机串行端口ISP模式进行刻录受城市时间环境该计划灵活易修改未产品容易更新系统需采台单片机温度湿度进行次测量单片机测量温湿度进行优化外控制器全面测量系统参数储存数诸计算机通信功
    222单片机引脚配置图引脚功介绍
    图2示出单片机40脚封装现实生活中排列图STC89C528位单芯片微型计算机实现单片微型计算机尺寸性高简单硬件实现简单安装灵活性简单编程逻辑控制算术控制通编程实现微型计算机连接传感器直接进行工作建立分布式结构微型计算机计算机级机器单片微机单总线结构形成两阶段点测量巡逻温度湿度分布检测系统
    
    ① 电源引脚:
    VCC:电源输入接+5V电源
    GND):接线
    ②外接晶振引脚:
    XTAL1:片振荡电路输入端
    XTAL2:片振荡电路输出端
    ③控制引脚:
    RSTVPP:复位引脚引脚出现2机器周期高电单片机复位
    ALEPROG:址锁存允许信号
    PSEN:外部存储器读选通信号
    EAVPP:程序存储器外部选通接低电外部程序存储器读指令果接高电部程序存储器读指令
    ④编程输入输出引脚:
     STC89C52单片机4组8位编程IO口分位P0P1P2P3口口8位32根
    图2
    图2 芯片引脚图
    PO 口:8位双IO口线名称P00~P07
    P1口:8位准双IO口线名称P10~P17
    P2口:8位准双IO口线名称P20~P27
    P3口):8位准双IO口线名称P30~P37

    23数采集
    生产生活中通设备温度湿度压力等易辨模拟量转换成数字信号接着数字信号进行显示处理记录传送相应装置程称数采集促成程系统数采集系统般讲基数采集系统图3

    图3数采集系统

    图4 温度传感器
    231温度传感器选择
    图4示系统欲利DS18 B20网络温度传感器传感器着干点例体积较质量轻抗衰性强方便操作等适合数码化温度测量控制种狭窄空间仪器DS18B20容易创建具单总线功传感器网络DS18B20连接址总线单片机通信便点温度采集系统设计灵活方便抗干扰种复杂恶劣环境中实现良性实现时温度监控
    (1)部结构图
    DS18B20中ROM出厂时会带唯序列号单片机识温度传感器需设置通信协议完成
    DS18B20 部结点示图5温度传感器测温范围5°C+125°C温度10℃+85℃范围精确度正负05℃






    图5 DS18B20部结构图
    DS18B204重部件:
    ①采集环境中温度温敏原件
    ②存储历史温度报警HTTL控制字写设置报警限限软件
    ③激光ROM 64位高低序8位CRC48位序列号8位系列代码
    ④8位配置寄存器高速暂存存中第五字节RORI特配置寄存器温度分辨率设置位相应四分辨率示表1中外ROR1默认值工厂RO 1RI 112位分辨率通编程确定合适分辨率






    (2)DS18B20存储器
    次DS18B20四基数量数采集保存处理全部中高速暂 存寄 存器控制着包含9字节旦系统发送温度转换命令温度模拟信号会立刻转换成数字信号果S 1述补码第变更原代码然十进制值计算S 0二进制系统转换十进制收集温度值存储双字节字节补码形式存储第0第字节描述MCU单总线接口读取数数格式示表2表3
    种传感器尺寸输出完全数字化然STC89C52运载DS18B20理数总线连接256DS18B20实际发现果超25DS18B20采集温度驱动难达时路DS18B20分组方式单芯片微型计算机输入 输出端口驱动外该单条总线长度应超80M否会影响数传输



    232湿度传感器
    完成温湿度采集务SHT11会SCK线DATA线单片机进行串口通讯硬件 布局非常简单次会SCK作时钟线务微型处理器SHT11中间实现 通讯步化DATA作数线值注意DATA数线必须加拉电阻
    程序开始微型 处理 器会发出 启动时序时SCK会 0变1紧接着DATA会立刻切换0SCK改0SCK 次 1时候DATA 变1样周期表示完毕开始数传输
    微处理 器定 时启动会立刻发出8位命令码3址5命令位控制SH T11数 采 集传输
    1 SIT11温度湿度传感器表面安装封装SMD引脚说明示图表4
    表4 引脚说明

    2SHT1I传感器特性:模拟数字转换温湿度传感器信号控制总线IIC接口整合会利CMOSENSTM技术特点:
    ①相湿度完全校准输出温度
    ②湿度14位温度12位编程12位8位高分辨率:
    ③体积进行表面贴装
    ④芯片负载校准系数确保完全互换性
    ⑤低耗:550微米测量3微米睡眠时
    2 工作原理
    集成静态逻辑需低频率SCK:工作时电压45伏时SCK频率1兆赫工作时电压45伏时SCK频率高达10兆赫

    4应说明(1)果测量时温度差异较传感器会幅度偏移传感器会点点矫正偏移值回正常果芯片温度低芯片加热90°C恢复较高准确度次样做必会芯片极易损坏增加成(2)环境中相湿度温度会相互影响测量环境传感器环境温度保持相范围温度必须保持通风良减少SHT11PCB间热传输钢导线必须较细加狭窄槽传感器应暴晒光紫外线传感器布线时SCKData信号行彼接者信号线路长度10厘米时产生干扰信息种情况VDDGND必须置两组信号间
    24键盘显示电路
    提高控制利效率设计拟采矩阵键盘循环扫描会幅度提高效率键盘实现机话常输入设备未编码键盘通常单片机系统关闭键字统软件识独立矩阵键应转移址键值表4示
    现两种方式处理开关状态输入性软件防抖动检测键完成10毫秒时限程序确认水保持关闭状态维持关闭状态水确认真正关键消异常抖动影响种硬件防抖动寄存器添加硬件中两种方法简单易设计采软件抖动示图6方便编码转发条目址布置密钥号序布置




















    图6 拨码开关状态含义
    3软件电路设置
    MCU温度湿度采集系统整体功程序控制完成方案模块化设计结构该系统软件符合硬件设计概念MCU温度湿度远程监测系统软件计算机系统般操作设计测试通程序中断处理程序设计思想相应软件部分会分块化分成部分然分步部分完成样利链接调试旦发生障工作员便修改温室气体温度湿度系统测控软件硬件系统相关联便补充系统环境实时采样参数处理
    31程序模块设计
    该系统中 关键步骤 程 序模块设计实施职 处理种数进行系统测试实现系统初始化该系统基系统输程序:分枝循环程 序限间断序 执行子程序系统会采集参数进 行测试控 制参数测试 控制子程序进行程序框图示图7
    系统需作出程序框架调子程序嵌入中编写程序时定消IO口协调寄存器存突值注意分配寄存器址时定作出合理安排程序时避免传输指令跳转指令调代跳转指令区块着复杂关系稍慎会程序法进行样利软件开发指令会程序模块更加清晰操作者开发者更加方便修改维护系统外功块子程序模块形式写入方便调外果稍软件扩展程序升级直接调单元功模块处

    图7程序流程图



    32温度采集
    DS18B20特征独特单总线结构单芯片STC 89C52刚开始总线发送复位脉控制信 号线全部DS18B20芯片复位接着DS1 8B20发 送ROM命令DS18B20序号 读存 储器 ROM序列号码相 匹DS18B20激活接收存储器访问命令状态通种形式DS18B20完成 已设定工作图8示工作流程DS18B20框图








    开始

    初始化DS18B20

    发出搜索ROM命令

    读存储前DS18B20序列号

    N
    存DS18B20?
    Y
     



    初始化DS18B20


    跳ROM命令


    温度转换命令

    转换结束


    初始化DS18B20匹配ROM命令
    匹配ROM命令


    发送DS18B20序列号

    读前DS18B20温度

    DS18B20访问完毕?

    Y
    结束
    N




    图8 DS18B20流程图



    33湿度采集
    微处理器温 度湿度传感 器 通SCK 线路数线单片机微 机进行串行通信 双线串行通信协 议符合IC协议注意方 DATA数线 拉电阻程序开始时候微处理器发 送启动时序:SCK 0转化 1时候DA TA 变0时SCK 翻转 成0低 电0变1周期性SCK 1时钟信号次出现时Data变成1高电 表 示周期开始 传输数
    34键盘显示模块
    简化系统设计两行端口模拟串行端口74LS164 LED移位寄存器提供显示功收集数显示时MCU必须串行端口正确时序显示子程序该程示图9
    设计采查询法

    图9 显示流程图

    4总结
    单机片棚温度湿度采集系统进行研究设计解决测控通信关键技术问题系统传感器进行深入分析设计该系统目单者温室棚提供智化非常实简单操作监测系统目标更新现农业温室测控技术民生活提供更加便捷舒服生活状态外鉴该系统目前应环境必须强调部分
    ①考虑成问题须便宜容易买电子元器件样会易安装节约成
    ②保证次系统安全稳定采量模块化设计
    ③系统灵活延展性较强异常方便增加者组合传感器
    ④述系统计算机(PC机)较低计算机(微控制器控制模块数获取模块)形成分发系统方便实现远程监视
    ⑤该系统设计符合适国家部门标准条例
    力问题设计时间限次系统存着问题例关软件开发方面非常简单够完善屏幕显示够清晰希未获持续改进努力成产品实
    设计开发单单理知识远远够付诸实践发现设计中存问题然根问题断改善提高考虑环境影响监测温湿度单片机远远完成需更技术支持验足时间紧迫处实验环境等素限制需进步提高该系统仅温度湿度改进三方表示
    ①系统采集环境量太少仅仅温湿度度出发远远够光等系列素会影响农作物发展
    ②系统优点然明显然够进步加强精度方面现准确性控制策略应改进改进应逐步提高精度
    ③文章中提温室中种参数相互影响问题应提起注意改进控制措施提高控制效应
    致 谢
    毕业时间显更快段时间努力指导老师郭燕霞帮助完成毕业设计段时间收获懂问懂查知道想找什想研究什断锻炼学思维交际力等等首先感谢着丰富资源互联网互联网学成直降时获取知识学变简单喜欢学校专业专业班级老师学学会满足学会感恩感谢满足社会成长帮助感谢指导老师郭老师选题确定方案排版等方面帮助感谢学鼓励支持感谢参考书作者荣幸资料感谢母校感谢选择专业会继续努力
    参考文献
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    [8]姚传安线温湿度测量传感器网络设计J计算机测量控制200702)165167
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    [10]郭志勇单片机应技术项目教程C语言版[M北京中国水利水电出版社201101
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    文档贡献者

    王***朝

    贡献于2020-09-01

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