基于單片機(jī)技術(shù)的智能大棚測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

梁佳儀 尹思琪 劉沫含 陳曉旭

摘 要：本設(shè)計(jì)基于STC89C52的溫室大棚溫度濕度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要由溫度傳感器、濕度傳感器、單片機(jī)、串口通訊、控制電路、時(shí)鐘電路、顯示電路等組成。討論了溫室大棚溫濕度巡回檢測(cè)與控制的基本原理，并進(jìn)行了可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機(jī)及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高?？蓮V泛應(yīng)用溫室塑料大棚、物資倉(cāng)庫(kù)、食品加工、熱處理、冶金以及其他行業(yè)的溫濕度檢測(cè)及顯示、報(bào)警等。

關(guān)鍵詞：大棚溫濕度檢測(cè)；STC89C52單片機(jī)；硬件設(shè)計(jì)

1 前言

進(jìn)入21世紀(jì)，士農(nóng)工商的分化界限已經(jīng)慢慢淡化了，表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)上的特點(diǎn)就是農(nóng)業(yè)集商品化和產(chǎn)業(yè)化于一身，這就是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展方向，而大棚溫室則是設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要代表，因此研究更加科學(xué)化和智能化的大棚溫室測(cè)控系統(tǒng)具有重要意義。大棚溫室已經(jīng)在很多國(guó)家很多地區(qū)被廣泛使用并且?guī)?lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其使用經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)調(diào)控方法已被普及。大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)實(shí)施的重要產(chǎn)物，在國(guó)內(nèi)多數(shù)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。環(huán)境控制是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提高產(chǎn)量和質(zhì)量的主要方式，溫室的科學(xué)化生產(chǎn)植物的健康生長(zhǎng)取決于農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)。一個(gè)完備的設(shè)計(jì)合理的能夠調(diào)控出植物適宜生長(zhǎng)的環(huán)境空間的控制系統(tǒng)，有助于達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。這也就是大棚測(cè)控系統(tǒng)的研究意義。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和單片機(jī)的工作原理，本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作微處理器，該單片具有16KB的flash閃存存儲(chǔ)器，容量大，能夠滿足三路溫度數(shù)據(jù)和一路濕度數(shù)據(jù)的采集和處理。本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源電路、測(cè)量電路、顯示電路、串口通訊電路以及調(diào)控電路組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

總的硬件系統(tǒng)可分為單片機(jī)最小系統(tǒng)和外圍電路系統(tǒng)。電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。外圍電路系統(tǒng)由測(cè)量電路、顯示電路、調(diào)控電路及串口通訊電路組成，其中測(cè)量電路包括溫度測(cè)量電路和濕度測(cè)量電路。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由測(cè)量電路獲取溫濕度的值并通過(guò)顯示電路在1602液晶屏上進(jìn)行顯示。調(diào)控電路的控制對(duì)象是溫濕度，與之連接的是一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的目的是使溫度保持在適宜的范圍。若測(cè)量電路所得到的溫濕度值保持在適宜范圍，則執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。串口通訊電路是單片機(jī)和PC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道，單片機(jī)既能接收數(shù)據(jù)也能發(fā)送數(shù)據(jù)，PC機(jī)用Labview進(jìn)行編程，能夠?qū)崟r(shí)顯示測(cè)量值并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所采用的最小系統(tǒng)電路為最典型的51單片機(jī)應(yīng)用電路，微處理器選用STC89C52，復(fù)位方式采用上電自動(dòng)復(fù)位，晶振選用11.0592MHZ，P0口外接10KΩ的上拉電阻，第31引腳直接接入高電平，單片機(jī)運(yùn)行時(shí)只訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。第40引腳為單片機(jī)的電源引腳，接入+5V電源，第20引腳，GND接地。

為了給控制器提供穩(wěn)定的5V電壓，設(shè)計(jì)采用USB供電，無(wú)需電壓轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠。

2.3 DS18B20溫度測(cè)量電路

外部電源供電方式是DS18B20最佳的供電方式。這種供電電路穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以外接多個(gè)傳感器，開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在外部供電方式下，可以充分體現(xiàn)DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC下降到3V，依然能夠保證溫度轉(zhuǎn)換精度。

2.4 DHT11濕度測(cè)量電路

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器能夠以數(shù)字信號(hào)輸出所測(cè)得的溫度值和濕度值，與傳統(tǒng)輸出模擬信號(hào)的傳感器相比，電路更為簡(jiǎn)單，而且在電路設(shè)計(jì)時(shí)省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，這種簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)使得該類型傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面被廣泛使用。

DHT11只有4個(gè)引腳，VDD為電源引腳，電壓范圍可在3～5V范圍內(nèi)選擇。DATA引腳為數(shù)據(jù)引腳，也就是單總線接口，依靠這一唯一的數(shù)據(jù)引腳，可對(duì)DHT11進(jìn)行讀寫操作。NC引腳通常懸空，無(wú)需接任何線路。GND引腳為電源的。

2.5 其他電路

顯示電路采用1602液晶，單片機(jī)串口通訊采用最常用的MAX232芯片，電路原理圖已經(jīng)成熟，在此不再一一贅述。

3 總結(jié)

通過(guò)本設(shè)計(jì)可以強(qiáng)化對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解與運(yùn)用，增加了設(shè)計(jì)設(shè)使用Visio繪制流程圖和使用Altium Designer繪制電路圖的能力，這對(duì)于工科學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)十分有幫助。

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