1、1目录摘 要 .2第 1 章 概述 .31.1 系统设计背景 .31.2 设计要求 .31.3 蔬菜大棚温湿度监控系统的简图 .41.3 系统功能、优势及特点 .4第 2 章设计内容 .42.1 总体方案的设计 .42.1.1 设计思想 .42.1.2 系统组成及框图 .52.2 系统主要电路的设计 .62.2.1 主要芯片 89C51 的功能及引脚图 .62.2.2 温湿度检测电路的设计 .72.2.3 复位电路的设计 .102.2.4 报警电路 .10 2.2.5 键盘输入电路 .112.3 SHT10 数据采集 .122.4 超温湿报警和温湿度值的 LCD 显示流程图 .132.5 系统
2、上位机流程图 .142.5 系统的原理图 .142.5.1 上位机的电路原理图 .142.5.2 系统下位机原理图 .15第 3 章 课程设计总结 .16参考文献 .172摘 要随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中
3、通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。本论文主要阐述了基于 AT89C51 单片机的蔬菜大棚温湿度控制系统设计原理，主要电路设计及软件设计等。该系统采用 AT89C51 单片机作为控制器，SHT10 作为温湿度数据采集系统，可实现大棚温湿度的监控。关键词：AT89C51；SHT10；蔬菜大棚；温湿度；控制系统；传感器3第 1 章 概述1.1 系统设计背景植物的生长都是在一定的环境中进行的，其在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。环境中昼夜的温度和湿度变化大，其对植物生长极为不利。因此必须对环境的温度和湿度进行监测和控制，使其适
4、合植物的生长，提高其产量和质量。本系统就是设计一个用于农业种植生产蔬菜大棚温湿度测控系统。本 系 统 温 湿 度 的 监 控 包 括 以 下 步 骤 ： 感 应 环 境 温 湿 度 ； 判 断 感 应 到 的 温湿 度 是 否 异 常 ； 若 感 应 到 的 温 湿 度 异 常 ， 若 异 常 则 出 现 异 常 报 警 。 从 而 实现 环 境 温 湿 度 管 理 的 实 时 性 和 有 效 性 。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。它以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行
5、高效率，高产值和高效益的生产。1.2 设计要求（1）设计基于 RS485 总线的数据监控系统，从节点即蔬菜大棚个数设计为3 个，主控制器及从节点都以微控制器处理核心。（2）主节点除了具备数据通讯功能外，具有报警显示设置等功能。（3）各从节点采集主要采集各大棚温湿度信息及上传数据。（4）可以通过主节点设计各从节点报警的阈值。1.3 蔬菜大棚温湿度监控系统的简图4上位机下位机 1 下位机 2 下位机 31.3 系统功能、优势及特点该检测系统充分利用AT89C51单片机的软、硬件资源,辅以相应的测量电路和SHT10数字式集成温湿度传感器等智能仪器,能实现多任务、多通道的检测和输出。温湿度检测系统采用
6、SHT10为温湿度测量元件。系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性,经过一定的添加或改造,很容易增加功能。根据温室大棚内的温湿度采集到的信息，利用RS485 总线将传感器信息送给单片机进行显示。并将收到的采样数据与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警。使大棚管理人员采取相应措施来确保大棚内的环境正常。第 2 章设计内容2.1 总体方案的设计2.1.1 设计思想系统的一大特点是用户可以通过上位机中的键盘输入温湿度的预置值，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。系统下位机设在种植植物的大棚内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进
7、行处理后送至下位机中的单片机，下位机通过RS485总线传给上位机，通过LED数码管进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理；单片机可以根据比较的结果决定是否报警，用户直接通过键盘对温湿度的预置值进行设置。2.1.2 系统组成及框图系统的上位机原理框图如下：5复位电路RS485 电路AT89C51电源显示电路报警电路按键电路系统下位机原理图：AT89C51温湿度检测电路复位电路RS485 电路电源系 统 由 电 源 电 路 、 温 湿 度 传 感 器 SHT10、 数 据 通 讯 转 换 部 分 (RS485)、上 下 位 机 模 块 （ AT89C51） 。 1、 温 湿 度 传
8、感 器 ： 负 责 检 测 并 采 集 各 控 制 点 温 湿 度 数 据 。 2、 数 据 通 讯 转 换 器 ： 负 责 温 湿 度 数 据 采 集 数 据 的 信 号 转 换 。 3、 软 件 部 分 ： 软 件 部 分 负 责 对 所 有 数 据 进 行 读 取 分 析 ， 并 执 行 各 项 管理 功 能 。4、控制部分（即温湿度调节系统）：执行远程控制指令。 控制部分连接增湿装置、干燥装置、温度的控制装置等。62.2 系统主要电路的设计2.2.1 主要芯片 89C51 的功能及引脚图芯片 89C51 共有 40 个引脚，其中电源引脚有 4 个，控制引脚有 4 个，并行的 I/O 接
9、口有 32 个，其引脚图如图所示：图 89C51 引脚（1）电源及时钟引脚（4个）Vcc:电源接入引脚；Vss:接地引脚；XTAL1:晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚接地）；XTAL2:晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端）。（2）控制线引脚（4个）RST/VpD:复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；ALE/PROG:地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚(低电平有效）；EA/Vpp:内外存储器选择引脚（低电平有效）/片内EPROM（或FlashROM）编程电压输入引脚；PSEN:外部存储器选通信号输出引脚（低电平有效）。(3)并行
10、I/O引脚（32个，分成4个8位口）P0.0P0.7:一般I/O引脚或数据/低位地址总线服用引脚；P1.0P1.7:一般I/O引脚；7P2.0P2.7:一般I/O引脚或高位地址总线引脚；P3.0P3.7:一般I/O引脚或第二功能引脚。2.2.2 温湿度检测电路的设计传感器 SHT10 的原理图：DACalibration MemeryDigitalinter-faceRH SensorTempSensorSCKDATAGNDVDD本系统选择的温湿度传感器是由 瑞士 Sensirion 公司推出了 SHT10 单片数字温湿度集成传感器，采用 CMOS 过程微加工专利技术（CMOSens tech
11、nology） ，确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与 l4 位的 AD 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在 OTP 内存中，在校正的过程中使用。两线制的串行接口，使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选。（1）数字集成温湿度传感器 SHT10 的主要特点a.相对湿度和温度的测量兼有露点输出；b.全部校准，数字输出；c.接口简单（2-wire）,响应速度快；d
12、.超低功耗，自动休眠；e.出色的长期稳定性；f.超小体积（表面贴装） ；g.测湿精度45%RH，测温精度0.5（25） 。（2)引脚说明8a.电源引脚（VDD、GND） SHT10的供电电压为2.4V5.5V。传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚（VDD 和 GND）之间可增加1个100nF 的电容器，用于去耦滤波。b.串行接口SHT10的两线串行接口（bidirectional 2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似 I2C 总线但并不兼容 I2C 总线。串行时钟输入（SCK） 。SCK 引脚是 MCU 与 SHT
13、IO 之问通信的同步时钟，由于接口包含了全静态逻辑，因此没有最小时钟频率。即微控制器可以以任意慢的速度与 SHT10 通信。串行数据（DATA） 。DATA三态引脚是内部的数据的输出和外部数据的输入引脚。DATA在SCK时钟的下降沿之后改变状态，并在SCK时钟的上升沿有效。即微控制器可以在SCK的高电平段读取有效数据。在微控制器向SHT10传输数据的过程中，必须保证数据线在时钟线的高电平段内稳定。为了避免信号冲突，微控制器仅将数据线拉低，在需要输出高电平的时候，微控制器将引脚置为高阻态，由外部的上拉电阻(例如：lOk)将信号拉至高电平。为避免数据发生冲突，MCU 应该驱动 DATA 使其处于低
14、电平状态，而外部接1个上拉电阻将信号拉至高电平。传感器 SHT10 的电路连接图：（3）命令与时序SHT10命令如表所列:命令 代码保留 0000X测量温度 000119a.命令时序 发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化，如图所示。其时序为：当 SCK 为高电平时 DT 翻转保持低电平，紧接着 SCK 产生1个发脉冲，随后在SCK 为高电平时 DATA 翻转保持高电平。紧接着的命令包括3个地址位（仅支持“000” ）和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为：在第8个 SCK 时钟的下降沿之后将 DATA 拉为低电平（ACK位）,在第9个 SCK 时钟的下降沿之后释放 DATA（此
15、时为高电平） 。 DATASCK命令时序b.测量时序（RH 和 T）“000 00101”为相对湿度（RH）量， “000 00101”为温度（）测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束，这个过程大约需要20/80/320ms 对应其8/12/14位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化，最多能够缩短30%。SHT10下拉 DATA 至低电平而使其进入空闲模式。重新启动 SCK 时钟读出数据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的 CRC 校验。MCU 必须通过拉低DATA 来确认每个字节。所有的数据都从 MSB 开始，至 LSB 有效。例如对于
16、12位数据，第5个 SCK 时钟时的数值作为 MSB 位；而对于8位数据，第1个字节（高8位）数据无意义。确认 CRC 数据位之后，通信结束。如果不使用 CRC-8校验，控制器可以在测量数据 LSB 位之后，通过保持 ACK 位为高电平来结束本次通信。测量和通信结束后，SHT10自动进入休眠状态模式。c.复位时序测量湿度 00101读状态寄存器 00111写状态寄存器 00110保留 0101X1110X软件复位，复位接口、清楚状态寄存器为默认值，下一个命令前等待至少11ms1111010DATASCK传输开始1 21 31 4-8 91复位时序如果与 SHT10的通信发生中断，可以通过随后的
17、信号序列来复位串口，如图所示。保持 DATA 为高电平，触发 SCK 时钟9次或更多，接着在执行下次命令之前必须发送一组“传输启动”序列。这些序列仅仅复位串口，状态寄存器的内容仍然保留。2.2.3 复位电路的设计本系统采用 RC 复位电路，RC 复位电路实质是一阶充放电电路。如图所示。该电路提供有效的复位信号 RST（高电平)直至系统电源稳定后撤销复位信号（低电平） 。设 t 为保持高电平的时间，只要保证 t=RC2M（M 为机器周期）即可。复位电路图2.2.4 报警电路系统采用声音报警来实现温湿度的越限报警，当蔬菜大棚里的温湿度超过人为的设定值时，与该大棚里温湿度传感器相连的单片机会输出一个高电平给该报警电路中的三极管，从而使三极管工作带动小喇叭发出声音警报。
