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• 本文标题：基于51单片机的室温环境监测和报警系统.doc
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• 内容摘要：本科毕业设计，论文， 基于51单片机的温室环境监测和报警系统 MonitoringandalarmsystemofthegreenhouseenvironmentbasedonMCU51 院，系， 计算机科学与技术系 专业 电子信息工程 班级 16级二班 学号 16210420207 学生姓名 刘晓璇 指导教师 郭鹏飞 提交日期 2020年4月14日 毕业设计，论文，原创性声明 本人郑重声明，所呈交的毕业设计，论文，，是本人在指导老师的指导下，独立进行的设计，研究，工作及取得的成果，论文中引用他人的文献数据图件资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人已经发表或撰写的作品及成果。对本文的研究作出贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文作者，签字，，签字日期，年月  成绩评定 成绩项 论文成绩，， 比例 分 指导教师 30% 评阅教师 20% 答辩成绩 % 总评成绩 ，毕业设计，论文，成绩百分制评定。答辩的低于，则该毕业设计，，成绩。 目录 目录 I 中文摘要 IV Abstract V 第一章绪论 1 1。1课题研究背景 1 1。2国内外发展现状 1 1。2。1国外研究现状 1 1。2。2国内研究现状 2 1。2。3我国温室农作物栽培技术存在的问题 2 1。3温度湿度和光照与农作物生长的关系 2 3 第二章设备方案选择 4 2。1温湿度传感器方案 4 2。2光照传感器方案 4 2。3单片机方案 4 第三章系统硬件设计 6 3。1整体方案设计 6 3。1。1系统概述 6 3。1。2系统框图 6 3。2单片机最小系统电路 6 3。2。1STC89C52单片机 6 3。2。2单片机最小系统电路图 7 3。3温湿度数据采集模块 8 3。3。1DHT11温湿度传感器 8 3。3。2DHT11接口说明 8 3。3。3DHT11通讯过程 8 3。3。4温湿度数据采集模块电路图 10 3。4光照强度采集模块 10 3。4。1BH1750FVI简介 10 3。4。2光照强度采集模块电路图 11 3。5液晶显示模块 11 3。5。11602液晶简介 11 3。5。21602液晶引脚说明 11 3。5。3液晶显示模块电路图 12 3。6蜂鸣器模块 12 3。6。1模块简介 12 3。6。2蜂鸣器模块电路图 13 3。7LED指示灯模块 13 3。7。1模块简介 13 3。7。2LED指示灯模块电路图 13 3。8按键输入模块 14 3。8。1模块简介 14 3。8。2按键输入模块电路图 14 第四章系统软件设计 15 4。1程序语言及开发环境 15 4。2程序流程图设计 15 4。2。1总体程序流程图设计 15 4。2。2液晶显示模块程序设计 16 4。2。3温湿度数据采集模块程序设计 17 4。2。4光照强度采集模块程序设计 17 第五章硬件组装与调试 19 5。1元器件的组装与焊接 19 5。2电路的调试 19 总结 20 致谢 21 参考文献 22 附录 23 附录一元件清单 23 附录二原理图 24 附录三PCB图 25 中文摘要 随着我国综合国力的增强，农业发展需要更多科技力量的参与以实现产业的智能化现代化。农业生产科技化目标之一便是研究和发展温室环境调控系统，因此，设计出能够实时监测温室环境的监测与报警系统便显得十分重要。本设计以单片机最小系统为核心部分，使用DHT11温湿度一体传感器和BH1750FVI光照检测传感器实现环境监测功能，显示设备采用1602液晶，可实时显示监测到的温度湿度以及光照强度等值。同时设有LED灯电路键盘电路蜂鸣器电路等，共同组成了本设计的超限报警模块。整个设计结构简单清晰，功耗低，性能高，抗干扰性强，是一个集智能环保使用便捷等优点于一体的温室环境监测和报警系统。 关键词，单片机温湿度光照  Abstract WiththedevelopmentofCompreheiveNationalPowerinChinathedevelopmentofagricultureneedsmorescientificandtechnologicalforcetorealizetheintelligentizationandmodeizationofindustry。Oneofthegoalsofagriculturalproductionscienceandtechnologyistoresearchanddevelopthegreenhouseenvironmentcontrolsystemsoitisveryimportanttodesignarealtimemonitoringandalarmsystem。Thecoreofthisdesignistheminimumsystemofsinglechipmicrocomputer。TheDHT11temperatureandhumidityseorandBH1750FVIlightdetectionseorareusedtorealizetheEnvironmentalmonitoringfunction。Thedisplaydeviceadopts1602liquidcrystalrealtimedisplayofmonitoredtemperaturehumidityandlightinteityequivalent。AtthesametimeLEDlampcircuitKeyboardCircuitbuzzercircuitandsoontogethercotitutethedesignoftheoverlimitalarmmodule。ThewholedesignstructureissimpleandclearlowpowercoumptionhighperformanceantiinterferenceisasmartenvironmentalprotectioneasytouseadvantagesofthegreenhouseEnvironmentalmonitoringandalarmsystem。 Keywords:SingleChipMicrocomputeTemperatureandHumidityIllumination绪论 1。1课题研究背景 温室是指能通过人为调控植物生长环境以达到人们需要的农作物生长效果的建筑物。在传统的温室栽培中，人们为了更精密地检测温室环境因素，发明了温度表毛发湿度表等各种环境检测仪器，或是直接通过对光照的感觉观测植物的生长情况等手段来判断温室环境因素。但这些工具或做法都只能起到粗略判断环境温度湿度光照强度等因素的作用，效率偏低，误差比较大。由于我国地理环境复杂国外系统我国温室环境参数监测系统在稳定性性和可性方面难以应用推广。为改传统的人问题开发一种稳定可靠易于的 以发达国家美国与荷兰为例。美国是最早实现农业生产与计算机技术结合的国家，它最早研发的环境控制计算机能够对影响农作物生产的基本要素如温度湿度相对空气湿度光照强度进行监测，还能与其他设备联机交互，为管理者提供包括基地水泵洒水设备温度控制设备等的实时运行状况。这样的温室环境数据采集技术为小型农户生产大型农业生产基地都带来了经济效益，降低了生产风险，减少了以往等量农作物生产所需人工管理工作量，同时也为农作物的质量优化与研发带来更多的可能性。 荷兰的自动化智能玻璃温室大棚制造技术处于世界领先水平，它的原理同样是基于对环境因素的监测与控制。这种自动化控制系统可通过用户自定义设置绘制出所需的环境因素的参数曲线修正值曲线等，还可以将所检测到的数据长时间保存于数据库中，以此获得环境因素变化的宏观数据。 此外，国外温室农作物生产技术正致力于更广泛的高科技领域发展。从20世纪70年代，通过模拟式环境检测组合仪表进行实时环境因素检测记录显示以及控制到80年代末的全局控制系统，从人力监测到实现网络技术遥测技术多通讯平台数据共享，温室技术已向着智能化高效化普遍化的方向发展。 1。2。2国内研究现状 20世纪七八十年代，我国开始致力于农业计算机的开发与应用，并率先发展农作物生产控制与管理领域。90年代初期，温室大棚控制与管理系统诞生于中国农业科学院农业气象研究所，这预示着我国农业生产开始迈向科技化道路。除温室大棚控制与管理系统外，中国各农业研究院还共同研发了基于Windows操作系统的控制软件。到20世纪90年代末，我国研发出能够全方位控制温湿度光照二氧化碳浓度等环境因素的多功能温室控制系统。它还能依照各农作物生长特点进行智能控制，这表明我国农业科技化水平又在探索的道路中更进一步。 1。2。3我国温室农作物栽培技术存在的问题 ，1，我国现代化温室农作物栽培技术总体发展水平比较低。虽然我国的设施农业发展较早，但温室农作物生产自动化方面起步较晚。从生产设施到栽培技术，存在着生产不规范生产管理不配套等问题，因此难以形成大规模农产品生产。 ，2，温室环境监测系统的仍然采用有线通信方式。目前我国大部分的温室控制系统进行环境监测依然采用有线通信的传输方式，这导致了温室内的设备连接不方便线缆安全隐患大建造和维护成本高的缺点，且人工管控温室内设备也将浪费大量的人力物力。[] ，3，设施水平低，温室环境通风问题仍需改善。温室农作物生产环境狭小，加上农药与肥料的使用，易导致温室内有害气体积累过多，影响农作物的生长，给温室农业生产带来不利影响。[] ，4，温室农业生产自动化普及率低。我国中大型的温室农作物生产基地配有先进的温室控制系统，而大多数小型的温室大棚则没有合理配置控制系统。[] 1。3温度湿度和光照与农作物生长的关系 环境中温湿度光照强度对农作物的生长影响极大，在适宜的温度和光照强度条件下，农作物可以通过叶绿体进行光合作用，将光能转化成化学能，把二氧化碳和水转化成有机物和氧。[]而环境温度过高或温度过低都将抑制农作物的光合作用，对农作物的代谢活动起到消极影响，导致生长发育缓慢，甚至在叶面上出现坏死现象。环境湿度同样对农作物影响重大。不适宜的空气湿度会影响农作物蒸腾作用，出现发黄脆弱萎蔫等现象。所以在温室农作物生产中，对于环境温湿度以及光照强度的监测与调控是十分重要的。 1。4本设计任务 针对我国温室环境监测与报警系统研发的需要，通过调查分析，确定了本设计任务。本设计要通过各电路模块与单片机的配合实现对温室环境温湿度光照强度的实时采集与实时显示，并设置外部独立键盘自定义调整报警阈值，当数据超出系统设定的报警值时能够实现声光报警。 设备方案选择 2。1温湿度传感器方案 方案一，选择DHT11温湿度传感器。 方案二，选用DS18B20温度传感器和HS1101湿度传感器。 虽然方案一不具方案二误差小精度高测量范围广等特点，DS18B20温度传感器精度高达0。0625℃，误差仅为±0。5%，HS1101电容式湿度传感器，检测范围是0%100%RH，误差为±2%RH。而DHT11温湿度传感器精度与测量范围都不如方案二的传感器，且即只能检测到温湿度的整数位，无法精准到小数位数值。但由于方案一的功能参数已能够基本满足设计要求，且价格经济实惠体积较小，一个元件兼具温湿度检测两个功能，操作更为方便，故本模块采用方案一。 2。2光照传感器方案 方案一，选用BH1750FVI集成光照传感器。BH1750FVI是一种性能高适用环境广泛操作方便的集成光照传感器，它特有的IIC接口通讯模式能够直接对单片机进行数据传输通信，不需要AD转换数字信号以及电压转换光照强度值计算的步骤，输出的结果即为当前的光照强度，能够轻易实行设备对环境光照强度的实时监测与显示，适合在温室农作物生产这种复杂环境下使用。 方案二，选用光敏电阻传感器元件。通过光敏电阻检测光照强度需要使用ADC0芯片对光敏电阻的电压进行采集，并通过进一步计算获得相对应的光照强度数值。此方案的优点是价格低廉，但操作难度高，数据转化复杂，误差风险高，适合专门的光敏电阻研究试验。 综上所述，虽然方案二的成本低，但数据计算繁琐，电路设计相对复杂且误差风险较高，而集成光照传感器使用方便，精准度高，能够适应温室农产品生产的复杂环境条件，因此最终选用方案一的BH1750FVI集成光照传感器。 2。3单片机方案 方案一，采用AT89S52单片机作为系统控制器。AT89S52单片机集成度高可靠性强电压低功耗低性价比高，同时带有ISP下载接口，相比需要高压编程器的单片机来说，操作更加便捷。FLASH容量为8k，拥有高达1万次下载次数，工作电压范围也更广，在45。5V范围内，运行速度快，抗干扰能力强。 方案二，采用STC89C52单片机作为系统控制器。STC89C52单片机是一种使用十分便捷的单片机。它能够通过串口下载程序，算术运算功能强，软件编程灵活性高，并拥有条件极丰富的指令系统。其内部还带有EEPROM，可用于保存用户输入数据，即使掉电重启也能存留先前保存的数据，在需要频繁更改数据的系统中非常适用。在同等配置的单片机中，STC89C52单片机价格较低。 通过以上对比方案一和方案二两种单片机的不同点，带有EEPROM的STC89C52单片机更能够满足本设计需要，且价格较AT89S52便宜，是具实用性经济性为一体的单片机。因此本设计选择了方案二的STC89C52单片机作为系统控制器。 系统硬件设计 3。1整体方案设计 3。1。1系统概述 本系统以STC89C52单片机为核心部件，与复位电路晶振电路电源电路共同构成单片机最小系统，同时设有三个独立按键构成的按键输入模块，通过此模块可自定义设置系统的监测报警范围，采用DHT11温湿度传感器BT1750FVI集成光照传感器与其它元器件分别构成温湿度数据采集模块和光照强度采集模块，它们负责检测温室环境的温湿度光照强度数据，并传送至单片机进行处理，选用1602液晶作为输出设备，构成系统的LCD显示模块，在此模块中可显示16乘2个字符，满足系统基本显示需求，设计了LED指示灯模块与蜂鸣器模块共同构成的声光报警功能，系统电源使用USB5V供电。 3。1。2系统框图 如图31所示。 图31STC89C52单片机 STC89C52单片机共有40个引脚，其外部引脚排列如图32所示。 图32μF的极性电容与一个10K电阻连接单片机第9引脚RESET组成，它的作用是使单片机上电且电压稳定之后再开始执行代码，确保程序代码能够被正常执行，其原理是利用电容刚通电时完全导通而后缓慢充满电使电路断开的特性。在电源开始供电瞬间由于电容导通，复位电路使RESET引脚处于高电平状态，程序被延迟一段时间不执行，待电容充满电后，复位电路使RESET引脚处于低电平状态，此时电压已经稳定，程序开始执行。 此外，单片机P0口还连接了一个103排阻，阻值为10K，排阻连接VCC供电，使高阻态P0口能够被作为普通IO口使用。最后，本设计将单片机第31引脚EA连接至VCC。EA引脚在高电平状态时，单片机会执行内部存储的程序，低电平状态时，则执行储存外部EPROM的程序。此时由于本系统程序代码储存于内部存储器空间，故将EA引脚接VCC，以保持高电平，使单片机从内部存储器空间读取程序。 图33 3。3温湿度数据采集模块 3。3。1DHT11温湿度传感器 DHT11数字温湿度传感器实物如图34所示。 图34接口说明如图35所示。由于本设计中DHT11数据连接线长度短于20米，故选用4。7K上拉电阻连接第1与第2引脚。 图35 通讯过程如图36所示。DHT11在未接受到主机开始信号时保持低功耗模式，当主机发送开始信号，会启动DHT11高速模式进行一次数据采集，数据采集完毕后DHT11又自动转换回低功耗模式。 图36DHT11与单片机的通讯过程 ，1，通讯初始化 通讯初始化如图37所示。 图37通讯初始化 数字信号说明 每一bit数据在开始时会持续50μs低电平时隙，而后电平拉高，当高电平保持时长在2628μs时，表示信号0，高电平保持时长在70μs时，表示信号1。最后，编写程序检测总线在高电平延时30μs后的电平状态以识别信号。若此时总线为低电平，即输出信号为0，此时总线为高电平，即输出信号为1。接着程序进入while循环等待低电平结束，进入下一bit数据的传输。 数字信号0如图38所示。 图38数字信号0的表示方法 数字信号1如图39所示。 图39数字信号1的表示方法 3。3。4温湿度数据采集模块电路图 温湿度数据采集模块电路图如图310所示。本设计在DHT11模块电路图的电源引脚，VCC，GND，之间增加一个100nF的电容，它的作用是去耦滤波稳定电压提升抗干扰能力。 图310温湿度数据采集模块电路图 3。4光照强度采集模块 3。4。1BH1750FVI简介 BH1750FVI一种用数字型光强度传感器集成电路。它的功能特点是支持ICBUS接口，能够直接输出对应亮度的数字值自动开启低功耗模式，拥有除光噪音功能，可选择两种IIC地址，可通过调整测量光入口大小来调节测量结果，能计算1。1lx到100000lx范围的光照强度值，光源依赖性弱，可适应多种光源。[]实物图如图311所示。 图311BH1750FVI实物图 3。4。2光照强度采集模块电路图 光照强度采集模块电路图如图312所示。当光照传感器地址接口ADD连接到GND时，传感器地址为0100011，当光照传感器地址接口ADD连接到VCC时，传感器地址为1011100。本设计中我们选择将ADD连接至GND，故光照传感器地址为0100011。 图312光照强度采集模块电路图 3。5液晶显示模块 3。5。11602液晶简介 本系统显示采用带背光型液晶LCD1602，它拥有功耗低用途广无电磁辐射使用寿命...
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