1、毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目： 基于 51 单片机的温湿度控制器的设计学 院： 化工过程自动化学院 学 号： 120132415 专业班级： 测控技术与仪器 1301 班 学生姓名： 丛天龙 指导教师： 马晓娜 2017 年 3 月 1 日基 于 51 单 片 机 的 温 湿 度 控 制 器 的 设 计一、课题基本情况1. 课题的来源及选题的依据随着现代工农业的发展，空气湿度在各个方面的应用也越来越广泛，且对空气湿度的要求也越来越高。无论是在温室栽培、食物储藏方面，还是医疗环境和科学研究等多方面都需对环境湿度进行测量和控制，湿度测量控制智能化 对开展各项工作有着积极的意义 1。
2、由此可看出，设计一个高精度、控制简捷且成本较低的湿度控制系统是有一定的实用意义所在的，具有良好的应用前景和推广价值。 采用湿度传感器芯片进行湿度检测，用单片机编程进行控制，打破原有的人工控制湿度模式，采用智能化的方式进行控制，研制的系统具有小型化，智能化，湿度控制范围可以根据不同的应用环境进行设定 2。利用单片机判别特定环境湿度程度，再进行去湿或加湿装置处理，不仅具有控制方便、简单、灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控湿度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量 3。2. 国内外的研究动态及水平国内外温湿度控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历了 3 个发展阶段：(1) 手动控制：这
3、是在温湿度控制技术发展初期所采取的控制手段，其实并没有真正意义上的控制系统及执行机构。 生产一线的种植者既是温湿度环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构。他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候的状况和对作物生长状况进行观测， 凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接，最迅速且最有效的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低， 不适合工业化农业的生产需要，而且对种植者的素质要求较高。(2) 自动控制：这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器实际的测量值与事先设
4、定的目标进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风,加湿等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产的自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到了提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动的进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生产状况的改变难以及时做出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。(3) 智能化控制：这是温湿度自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结，收集农业领域知识、技术和各种实验数据构建专家系统，以建立作物生长的数学模型为理论依据， 研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专
5、家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、自动化控制的生产进程，向着越来越先进的，功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型， 温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展 4。 3. 本课题的目的及意义科学技术是第一生产力，它的发展必然导致新事物淘汰旧事物。每一位科技工作者都有义务钻研各种新技术、新原理，为推动社会进步贡献自己的力量。自动控制的研究同样是为了给人们生活带来便捷，为科技文明增砖添瓦 5。本课题具有以下目的及意义：首先，自动控制系统能够更精确、更快速的完成对温度湿度的测量任务，在最短时间内快速的控制温湿达到理想的温室环境。
6、通过与RS232 串口通信，温湿控制系统可以更快速更方便的更新最新技术。其次，课题研究的系统可以让温室更智能化，效率化，用LCD显示温湿度让用户更加清晰明了。最后，课题研究的温湿度控制系统是温室建设的基础设备，其先进性为我国农业化、现代化的实现提供了技术支持，也提高了效率。 4. 预期目标利用单片机和接口技术设计、存储电路控制温湿度系统具有以下功能:(1) 温度湿度自动控制系统预定义的温度为 2025 ，湿度在 35%45%期间。 超出设定范围系统将会自动控制温度和湿度满足要求，要是温度湿度长时间不发得到控制范围内系统将会报警。(2) 自动报警系统长时间无法把温度湿度控制在预定义的范围内时会进
7、行报警。(3) 显示系统系统用 LCD 显示温度和湿度。(4) 手动设置温度湿度系统本系统的测量范围为温度 0-50湿度 20%RH-90%RH、系统监视精度:温度2，湿度5RH 考虑到在两个极端下传感器不稳定的原因和大棚实际温湿度要求因此设定系统测定的温度可调范围在 1540，湿度可调范围在 30%60% RH。(5) 串口通信系统可以用 MAX232 串口进行通信，设置预定值以及传输数据及进行调试。(6)存储系统使用 EEPROM 可以掉电保存数据 6。二、课题设计拟采用方法和手段1. 系统的基本方案系统硬件框图如图 1 所示。该系统主要由显示模块、通讯模块、键盘控制模块、MCU 模块、湿
8、度模块，MAX232 模块。DHT11 湿度传感器STC89C52 EEPROM保存数据LCD1602显示数据按键控制 温湿度控制 LED 显示18B20 温度传感器温度数据 湿度数据温湿度数据 上下限数据温湿度上下限数据 模拟控制除湿增湿图 1 系统的硬件框图STC89C52 组成的 MCU 模块控制所有芯片的工作、截止及计算和模块的显示，显示模块采用 1602 液晶模块，液晶正常显示当前测量的温度，湿度，可通过键盘控制要设定的温度湿度等 7；通讯模块采用 MAX232 芯片实现系统与 PC 机之间的通信。并接受 PC 上位机同步控制并与其通信 8。2. 软件设计大棚温湿度控制系统的软件设计
9、部分包括以下的几个部分：湿度模DHT111 数据程序、液晶模块 1602 显示子程序、键盘功能处理程序、温湿度控制模块、RS232 芯片实现系统与 PC机之间的通信。其主程序的流程图如图2 所示。开始检测 DHT11是否存在系统初始化LCD 初始化显示温湿度检测、控制数据显示返回NY按键扫描图 2 系统的软件流程图三、完成课题所需条件1. 通过使用 Altium Designer 完成原理图和接线图的绘制1. 通过使用 Altium Designer 完成原理图和 PCB 图的绘制。Altium Designer 中的原理图设计系统，包括电路图编辑器（简称 SCH 编辑器） 、电路图元器件编辑
10、器（简称 SchLib 编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是绘制、修改和编辑电路原理图，更新和修改电路原路图元件库，查看和编辑有关电路图和元器件库的各种报表。正确设计完原理图后生成网络表，为 PCB 的设计打好基础。Altium Designer 的原理图编辑器为用户提供了智能化的高速原理图编辑方法，以生成准确的原理图设计输出。它提供的元器件库最大限度的覆盖了众多的电子元件生产厂家的庞大的元器件类型。具有自动化的连线工具。分层的原理图设计，Altium Designer 在用户的已将要设计的系统划分为几个子系统，子系统又可划分为几个功能模块，功能模块也可以根据情况继续划分，分层实现总体
11、设计，我们称为自顶向下的层次型设计方法。强大的原理图编辑功能，Altium Designer 的原理图编辑方式采用标准的图形化编辑方式，用户能够看得非常直观的控制整个编辑过程。Altium Designer 具有功能强大的电气规则检查（ERC） ，可以对复杂的设计进行快速准确地检验，在电路原路图设计完毕后，要确认是否正确无误，然后才能开始 PCB 的设计工作。电气规则检测可以按照用户指定的物理或逻辑特性进行，像空的输入引脚、未连接的电源等都会以高亮的形式进行标识，以此来提示设计者修改的位置 9。2. 通过使用 Keil 软件进行 51 系列单片机编程机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用
12、于 MCS-51 单片机的汇编软件有早期的 A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（vision ）将这些部份组合在一起 10。3. 通过使用 protues 进行 51 单片机仿真软件Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA
13、工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus 从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Ke
14、il 和 MPLAB 等多种编译器 11。4. 通过使用 Visual Studio 2015 编写上位机软件Visual Studio 是一套基于组件的软件开发工具和其他技术，可用于构建功能强大、性能出众的应用程序。所要使用的 C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework 之上的高级程序设计语言。并定于在微软职业开发者论坛(PDC) 上登台亮相 12。C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由 C 和 C+衍生出来的面向对象的编程语言。它在继承 C 和 C+强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性。C#综合了 VB 简单的可视化操作和 C+的高运行效率，以其强大的操
15、作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET 开发的首选语言 13。C#是面向对象的编程语言。它使得程序员可以快速地编写各种基于MICROSOFT .NET 平台的应用程序，MICROSOFT .NET 提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域 14。C#使得 C+程序员可以高效的开发程序，且因可调用由 C/C+ 编写的本机原生函数，因此绝不损失 C/C+原有的强大的功能。因为这种继承关系，C#与 C/C+具有极大的相似性，熟悉类似语言的开发者可以很快的转向 C#15。5. 所需要购买的元器件清单本设计元器件清单，如表 1：表 1中文名称 英文
16、名称 数量三极管 PNP8550 1单片机 STC89C52 1存储芯片 AT24C02 1开关 BUTTON 4蜂鸣器 BUZZER 1电容 Cap 9湿度传感器 DHT11 1温度传感器 DS18B20 1LCD 显示屏 LCD 1602 1LED 灯 LED3 6串口通信 MAX232 1开关 POWER1 2电阻 Res2 21电位器 Rpot 1波动快关 SW-SPDT 1晶振 XTAL 1四、课题进度安排第 1 周 下达设计任务书，布置课题。查找外文资料并完成外文翻译。第 2 周 收集与课题相关的各种资料，整理资料完成开题报告。第 3 周 进行课题的总体设计。第 4 周 进行硬件详
17、细设计：最小系统模块设计。第 5 周 进行硬件详细设计：温湿度模块设计。第 6 周 进行硬件详细设计：液晶显示的设计。第 7 周 进行硬件详细设计：键盘的设计。第 8 周 进行硬件详细设计：温湿度控制模块设计。第 9 周 进行硬件详细设计：通讯模块的设计。第 10 周 进行软件详细设计：下位机程序设计。第 11 周 进行软件详细设计：上位机程序设计。第 12 周 系统实物设计与制作。第 13 周 硬件和软件调试。第 14 周 完成系统总体电路图。第 15 周 写论文。第 16 周 改论文。第 17 周 准备答辩。第 18 周 答辩。五、参考文献1 张潇潇.温度湿度控制器J.电子测量技术, 20
18、06，4: 64-65.2 李俊，张晓东.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究J.微计算机信息，2008，17:116-118. 3 纪友芳，李大海，林美娜智能温度控制仪的设计与实现M计算机工程与设计，2007.55-594 沙占友. 中外集成传感器实用手册M.北京:电子工业出版社,2005.126-1275 王义军.单片机原理及应用实验指导书M. 中国电力出版社, 2006.25-266 胡学海. 单片机原理及应用系统设计M. 电子工业出版社, 2010.77-807 丁元杰.单片微机原理及应用M. 机械工业出版社. 2009.156-1578 杨海.基于 AT89C52 单片机的药品库房温
19、湿度控制系统设计J.机械与电子，2010，7:82-83.9 易顺明.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计J.现代电子技术，2011，34：55-58. 10 倪天龙.单总线传感器 DHT11 在温湿度测控中的应用J.单片机与嵌入式系统应用,2010，(06)：60-62.11 赵月飞. Altium Designer 13 电路设计M.北京：科学出版社,2015.10-1212 张明洋.基于 AT89C51 单片机的温室大棚温湿度测控系统J.黎明职业大学学报，2007，2：25-30. 13 张妮,段文强,邵婷婷.基于单片机的温湿度监控系统设计J.延安大学学报.2010，7：15-1614 张昱，陆文龙，宋治文.遥控式土壤温、湿度数据采集仪的研制开发J.天津农业科学 ,2006，3：42-43. 15 沙占友，薛树琦，葛家怡.湿度传感器的发展趋势J.电子技术应用，2003，29：6-7.指 导 教 师 意 见指导教师签字：年 月 日
