1、河南科技学院2014届本科毕业论文（设计）基于单片机的温室自动控制系统学生姓名所在院系机电学院所学专业电气工程及其自动化导师姓名完成时间2014年5月24日基于单片机的温室自动控制系统摘要温室是日常生活中常见的农业生产的基础设施，在不适于农作物生长的气候条件下，能创造适宜条件，对于提高农业生产和增加农业收入相当重要。温室的功效是在自然环境的逆境状态下，能创造出适于作物生长发育的环境条件，进行有用出产。智能温室作为一种新的农业生产技术，和传统的农业生产有很大的区别，打破陈规，克服了地域、自然环境、气候等因素的限制，对农业生产意义是巨大的。可以说智能温室是现代农业生产所必不可少的，用它来控制空气温
2、度、光照、土壤湿度、二氧化碳浓度等自然环境因素，为植物生长创造最佳条件，避免外界四季变化和恶劣气候对农作物的影响。该设计系统围绕以STC89C52单片机为核心，来实现对温室内的部分参数进行采集、显示和控制。基于农作物的生长条件，该设计主要实现对土壤湿度、空气温度和光照强度的测量和控制。本设计主要内容有（1）利用数字温度传感器DS18B20采集实时温度。（2）利用湿度传感器HS1101采集实时湿度。（3）利用光敏电阻采集模拟光照信号。（4）单片机判断采集到的数值与起初设定值是否一致，并进行调控设备的控制。通过以上方法可以对农作物生长过程中的例如土壤湿度、空气温度、光照强度等因素进行连续、直观、实
3、时的检测和控制。关键词单片机，传感器，光敏电阻，继电器控制DESIGNOFSCMBASEDAUTOMATICCONTROLSYSTEMFORGREENHOUSEABSTRACTGREENHOUSEISTHEUSEOFTRANSLUCENTMATERIALCOVERINGTHEWHOLEORPARTOFTHEBUILDINGENVELOPE,WITHSOMEENVIRONMENTALCONTROLEQUIPMENTTOWITHSTANDADVERSEWEATHERCONDITIONSTOENSURENORMALGROWTHANDDEVELOPMENTOFCROPAGRICULTUREBUILDI
4、NGFACILITIESGREENHOUSEFUNCTIONUNDERSTRESSCONDITIONSNATURALCONDITIONS,TOCREATESUITABLECONDITIONSFORCROPGROWTHENVIRONMENTFOREFFECTIVEPRODUCTIONGREENHOUSEISTHEUSEOFTHEGREENHOUSEEFFECT,ISNOTSUITABLEFOROPENFIELDCROPSGROWNINTHECOLDSEASONBYRAISINGTHETEMPERATUREINSIDETHEGREENHOUSETOCREATEASUITABLEENVIRONMEN
5、TFORCROPGROWTHTOACHIEVETHEPURPOSEOFSEASONCROPPRODUCTIONANDIMPROVECROPYIELDGREENHOUSEISTHEBASICEQUIPMENTNECESSARYFORTHEPRODUCTIONOFMODERNAGRICULTURE,USEITCANEFFECTIVELYCONTROLTHETEMPERATURE,HUMIDITYANDILLUMINATIONOFTHEGREENHOUSE,ANDITISTHEPREMISEOFCHANGEDFORPLANTGROWTHTOCREATETHEBESTCONDITIONS,AVOIDC
6、HANGINGSEASONSANDSEVEREWEATHEROUTSIDEOFITSIMPACTTHETHESISMAINLYFOCUSONTHEBASEBLOCKDIAGRAM,WORKINGPRINCIPLEANDTHEDESIGNOFRELAYCONTROLWHICHUSETHESCMSTC89C52ASTHECOREOFTHESYSTEMTOCOLLECT,HANDLE,DISPLAYTHEDATAOFTHEAIRTEMPERATURE,SOILHUMIDITYANDLIGHTILLUMINANCETHEMAINCONTENTS1COLLECTEDREALTIMETEMPERATURE
7、BYDIGITALTEMPERATURESENSORDS18B202COLLECTEDREALTIMEHUMIDITYBYHUMIDITYSENSORHS11013COLLECTEDREALTIMELIGHTILLUMINATIONBYPHOTORESISTOR4JUDGETHECOLLECTEDPARAMETERVALUESANDTHESETTINGVALUESWHETHERSAMEORNOT,ANDCONTROLTHERELAYTHESYSTEMUSEREALTIMEANDCONTINUOUSDETECTION,DISPLAYINTUITIVELYANDCONTROLAUTOMATICAL
8、LYONSOILMOISTURE,AMBIENTTEMPERATURE,LIGHTILLUMINANCEINTHEPROCESSOFPLANTGROWTHKEYWORDSSCM，SENSORS，LIGHTDEPENDENTRESISTOR，RELAYCONTROL目录1绪论111选题背景112国内外的发展现状113课题内容、目的及思路22系统的总体设计221系统设计目标222系统的组成和工作原理223环境参数检测方案的比较和选择3231湿度传感器的选择3232温度传感器的选择5233光照度传感器的选择63硬件的设计731MCU选型732湿度测量电路833温度测量电路934光照强度测量电路103
9、6复位电路1337键盘电路1338继电器控制电路144软件设计1541各控制部分程序流程图设计1542主程序流程图设计1743参数测量子程序流程图设计1844键盘扫描子程序流程图设计195结论21参考文献22附录1系统总体电路图22附录2系统源代码23致谢3311绪论11选题背景当今进行农业生产的一个重要环节就是对农作物生长环境的一些主要参数进行检测和控制。比如说空气中的温度、土壤的含水量、光照强度、二氧化碳含量等。温室环境与植物的生根发芽、开花结果密切相关，进行环境参数的测量和控制是实现温室自动化的基本保证，单片机通过对接收的数据信号分析处理，做出指示反应，调节环境参数，从而实现农作物更有效
10、率生产的栽培目的。但是如何对温室内的环境参数做出有效地控制呢这是一个亟待解决的问题。早些年间是用毛发湿度表、酒精温度计等进行人工测量，不符合生产的环境参数需要人为的来调节，适当的增加或降低参数。这种人工测控的方法不但浪费人力资源而且无法保证测量的连续性和准确性。为了克服以上的种种不足，我们需要一种造价低廉且使用方便测量准确的自动化控制系统。温室是在不利于农作物生长的条件下使用的，能人为改造温室内自然环境。所以一套完善的温室控制系统对于现代农业的生产是相当重要的。12国内外的发展现状国外特别是发达国家的温室技术己经成长到相当完整的水平，并形成为了必然的尺度，当代温室大都以大型连栋温室为主。荷兰是
11、个土地资源很是紧缺的国度，但却能依托现代农业，使荷兰一跃成为仅次于美国、法国的天下第三的农业出口大国。其靠温室栽培技术使荷兰成为了天下第一大花草出口国，成为天下花草贸易的焦点。荷兰开发的温室计算机控制系统是经由过程人机交互界面举行参数设置和需要的信息表现，可绘制出设定参数曲线、修正值曲线等等，该智能系统测得的数据可以与原数据库的数据进行对比，并以此来控制。上位机软件集参数设置、信息表现、节制等功能于一体，同时还可以或许很好地完成温室浇灌和天气的节制和办理。我国的当代温室起步较晚，基本上也没有什么配套装备，上世纪中期，在部分地区曾制作过房屋式大型玻璃温室，可是其大都为钢筋混土制造而成，粗大笨重，
12、透光结果也欠好，没有构成有用操纵。由于我国现代温室产业和国外相比起步较晚，所以温室的相对标准化建设相对滞后，距离发达国家还有一部分差距。温室产品做的相对于较好的国内公司也有不少，例如北京伟农惠远科技发展有限公司等，其生产的日光温室、充气膜温室、玻璃温室在大陆地区广泛应用。但是国外的温室技术制造成本相对都比较高，同时也不能照搬我国气候特点，不利于在我国广泛地推广。当今我国还有不少地区对温室内诸如温度、湿度等的检测与2控制都是依赖于人工的，而人工测量是测控精度低、劳动强度大且易造成不可弥补损失的，结果往往不尽如人意，增加了成本，浪费了人力，而且达不到预期效果。13课题内容、目的及思路本系统主要采取
13、单片机作为控制核心，由温室内分布着的空气温度传感器、土壤湿度传感器、光敏电阻收集实时信号，然后将数字信号送入单片机，由单片机处理数据后发出控制信号，控制继电器的开合，从而控制换气扇、滴灌装备、遮阳幕等装备，以达到控制温室内各项参数的目标。同时在外部显示装置LCD液晶显示屏上显示参数，结果一目了然。外接的键盘调节电路可以人为调节设置参数，以满足不同条件下对温度的不同要求。从而便于对温室内的温度、湿度、光照度进行人为的控制，以用来达到农业生产的需求，提高农业生产效率。在该设计中为了确保对空气温度、土壤湿度和光照强度的检测的科学性，分别采用DS18B20、HS1101、光敏电阻来分别检测空气温度、土
14、壤湿度、光照强度。单片机发出的控制命令控制继电器的开合，对没有达到设定标准的参数进行调节控制。该设计实现的基本功能有监测空气温度、土壤湿度、光照强度，显示以上各项参数并实现自动调节。2系统的总体设计21系统设计目标该设计的总体目标是用无人管理的方式来实现温室内参数的智能控制，单片机为控制核心，用各种类型的传感器来进行数据的采集，用单片机来进行数据的处理，最后通过控制环节来实现智能控制。具体来说就是将采集到的信号输送到单片机中，单片机进行数据分析和处理，发出控制命令，控制继电器的开合以达到自动调节温室内各项参数的目的，为了更主观的看到各参数，还设计了LCD显示屏来显示参数值。该系统还可以进行自主
15、调节，设定不同参数范围，以便在种植不同植物的温室中使用。22系统的组成和工作原理硬件系统主要由数据采集、数据分析、数据处理三个部分组成。（1）数据采集由HS1101、DS18B20、光敏电阻这些常用传感器来对温室内的湿度、温度、光照度进行数据采集。3（2）数据分析由单片机最小系统组成，对信号采集系统采集过来的数据进行分析处理，再做出相应反应。（3）数据处理由LCD液晶显示屏和继电器控制电路构成，是该体系的焦点部分。硬件系统的原理方框图如图21图21硬件系统的原理图23环境参数检测方案的比较和选择231湿度传感器的选择单片机是整个系统的核心部分，当有检测信号的输入时，再由单片机对收集光敏电阻温度
16、传感器控制电路A/D转换器排风扇及喷雾键盘滴灌设备湿度传感器单片机遮阳幕LCD显示屏4到的信号进行处理。所以如何准确测量外部环境的各项参数就显得格外重要了。而传感器就是一种日常生活中常用的检测装置。被人所知的测量土壤湿度的方法却有很多，其依据是一些常见的物理或化学的变化，根据某种物质从其周围的土壤中吸收水分后发生的变化，间接的获得土壤的湿度。电容式湿敏元件是按照其高分子材料吸水后的介电常数的转变来测量的，而电阻式是按照介电常数的转变来测量的，湿涨式则是按照体积产生的转变举行测量的。方案一采用HOS201湿敏传感器。该温度传感器也是较常用的湿度传感器，湿度量程比较大，工作电压低，功耗小，不过它的
17、线性度只在限定于一定的范围内使用。方案二采用HS1101湿度传感器。它的内部结构实则是就是一个可变电容，其电容量变化趋势是随着土壤湿度的增大而增大，具有可靠性高、稳定性强、响应速度快等特点，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适用性比较强，可运用于较多场合，应用比较广泛。综上所述的方案一、二特点可知，方案一虽然满足精度和测量温度的要求，但是其线性度只是限定于一定的范围内使用。因此综合考虑，我们选择方案二作为该设计的湿度传感器。该湿度传感器与众不同的地方有很多，电容量变化范围比较宽，下图可以明显的体现出来，相对湿度在1100RH范围内，其偏差小于等于62RH,温度系数为004PF/，响应速度较
18、快，约小于5S，由此可以看出HS1101具备测量精度高、反应速度快等优点，其电容湿度曲线如图22所示图22HS1101湿度电容响应曲线200190180170电容/PF20406080相对湿度/RH5HS1101的一些常用参数如表21表21HS1101常用参数参数符号参数值单位工作温度TA40100储存温度TSTG40125供电电压VS10VAC湿度范围RH0100RH焊接时间260T10S232温度传感器的选择方案一采用AD590温度传感器。其测量规模比较广，在50150之间，满刻度时规模偏差仅为03，当电源电压在510V之间，稳定度为1时，偏差只有001。AD590的工作原理为电流型传感器
19、，其输出电流大小会随温度的温度的变化而变化，由此采集的温度数据输送给单片机，在35和95时输出电流分别为3082UA和3682UA。方案二采用DS18B20数字温度传感器。该传感器是可编程单总线数字式温度传感器，可实现室内温度参数的收集，有可直接输出数字信号的长处，以是协议外接电路信号放大及模数转换部门，外接电路简单，成本低。由于只有一根引线，系统接口电路就简单了许多，从而调试起来也就方便了。同时因为DS18B20是全数字器件，所以几乎不发生故障，有较强的抗干扰能力，维护方便。综上比较方案一、二，虽然都可以满足该设计对温度精度的要求，但方案一的外接电路比较复杂，需要利用放大、模数转换电路等，设
20、计的复杂度和成本也就随之增加了。方案二相比方案一有很多明显的优点，诸如节约I/O口等。所以综上所述，我们采用方案二的DS18B20作为该系统的温度传感器。经过多种类型传感器的比较和慎重考虑后，该设计才选择单总线数字器件DS18B20作为采集温度信号的传感器。DS18B20完成对温度的模拟信号的采集，经过内部处理，然后用16位二进制的数字信号形式表示，最后将该数字信号输送给单片机。例如85的数字输出为十六进制的0550H，即正温度是把十六进制数转化成十进制所得到的；55的数字输出为十六进制的FC90H，即负温度是把十六进制数取反后加1再转成十进制数得到的。DS18B20的数字输出格式如表22所示
21、6表22DS18B20的数字输出格式表温度数字输出数字输出125000001111101000007D0H8500000101010100000550H25062500000001100100010191H10125000000001010001000A2H0500000000000010000008H000000000000000000000H051111111111111000FFF8H101251111111101011110FF5EH2506251111111001101111FE6FH551111110010010000FC90H233光照度传感器的选择方案一采用光照度传感器M124
22、749。用该传感器之所以能达到对光照度的测量，是因为采用了先进的电路模块技术开发变送器。该传感器输出的时标准电压及电流信号，体积较小极易安置，且输出线性度好，抗干扰能力强。但价格昂贵，性价比不高，且不容易购买。方案二采用光敏电阻。光敏电阻是利用了随光照强度转变其阻值随之发生转变的道理，当有光芒照耀时，激起原处于不变状况的电子使之成为自由电子，越是光芒强，自由电子就越多，电阻越小。光敏电阻的灵敏度和入射光的波长和半导体质料有关，与它他因素无关，所以机能比较好，市场价格又较适合。比较以上方案一、二，方案一虽然具有好的设计精度和线性度的优点，但从经济效益方面看不如光敏电阻好。方案二不仅仅能够满足计划
23、请求并且具备较高的性价比，所以综合考虑以上种种因素，遂采取光敏电阻来收集光照信号。光敏电阻器的阻值是会随光照的强弱而变化的，当光照加强时，电阻减小，反之，电阻增大。我们就可以利用其这一特性来感知光照强度的变化，搜集模拟信号，最终转化成数字信号传送给单片机。光敏电阻器之所以制成薄片布局，是因为便于接收更多的光能。为了取得高的灵敏度，光敏电阻的形状是有些奇特的，其电极常采取梳状图案，其设计的独特性能能为它的方便快捷大面积使用提供了前提。该设计选取的光敏电阻的型号是LXD3526，其是常用的环氧树脂封装的导线型光敏电阻。光敏电阻的结构如图所示237图23光敏电阻的外形及在电路中的符号3硬件的设计31
24、MCU选型单片机实则就是指一个完全的微型计算机系统，与其他计算机不同的是该系统集成在一块集成电路上。虽然其集成在一块小小的芯片上，可是它具备一个完整计算机所必要的所有重要部件。初期的单片机都是八位或四位的。其中最受欢迎的要数英特尔公司的8031，因为简单易用且性能又好获得了人们的青睐。而后跟随着社会的发展，原有单片机性能已经不能满足人们的需求了，新一代的单片机在原有基础上诞生了，这就是如今的MCS51系列单片机。这一系列单片机在当今社会中仍处于很重要的位置。跟着产业节制范畴提出了更高的请求，呈现了十六位单片机，但由于经济性并未获得很普遍的利用。STC89C52是在原有MCS51系列单片机派生出
25、来的，更能适应当今社会中的生产应用，性能高、功耗小成为了其竞争优势，该系列单片机有更为突出的优点，使用时容易掌握，速度快、功耗小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强，且不占用户任何资源。STC89C52单片机管脚如图31所示图31STC89C52单片机管脚定义图VCC电源电压接口。8VSS接地引脚。P0端口P0口是双向的信息交换口，既可以做输入口也可以做输出口。共有八个引脚，是常用的端口。校验程序时，必须外接上拉电阻才可以用。P1端口P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1口作输入端口使用时，由于其有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。P2端口P2口同P1口一样，也
26、是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2作为输入口使用时，由于有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P3端口P3同样是带有内部上拉电阻的端口。P3做输入口使用时，由于有内部的上拉电阻，那些被外部信灯号拉低的引脚会输入一个电流。P1、P2、P3、P4都是各有八个引脚，同样都可以做普通的信号输入输出，但有个别引脚是由多功能的，用到时应该特别注意。32湿度测量电路HS1101湿度传感器的电容量跟着所测的土壤湿度增大而增大，所以其在电路中就相当于一个电容器件，如何将电容的转变量精确的转换成单片机可接受的数字信号，常有两种方式一是将该湿敏传感器置于555振荡电路中，将电容值变化
27、的信号转变转化电压频率信号，两种信号之间转化是成反比的，电压信号则易被单片机所收集；另一种是将该湿敏传感器置于振荡电路中，所产生的电压信号经整流、放大、A模数转换成为数字信号。本系统采用的是测量555输出的振荡的方法，电路如图32所示图32湿度测量电路图TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U3TCL55512U6HS1101576KR8499KR9909KR101KR11VCCP359此电路为典型的555双稳态电路。HS1101的一端作为电容变量接在TCL555的THR与TRIG两引脚上，引脚DISC连线用作电阻R9的短路，另一端接地。HS1101通过R8与
28、R9充电到门限电压（约067VCC），通过R8放电到触发电平（约033VCC），然后R9经由过程引脚7短路到地，经由过程此电路输出的电压信号可以直接输送给单片机。传感器由差别的电阻R8与R9充放电。该电路是经典的稳态电路，至今仍被人们引用。其最大参数值如表31所示表31最大参数值（TA25除非特别标定）电压输出典型参数（VCC5V，25）如表32所示表32HS1101湿度传感器电压输出典型参数（VCC5V，25）33温度测量电路因为DS18B20传感器采取的是单总线协议，而对STC89C52单片机来讲，硬件上其实并不支持直接与该传感器的连接，所以，我们必需采取软件的方法来完成对DS18B20芯
29、片的使用访问。因为DS18B20是在一根I/O线上读写数据，所以，对读写的数据位前后有着严格的时序请求。由此可知，也需要用软件编程的方法来达到这种要求。DS18B20的管脚图如图33所示图33DS18B20管脚及封装图参数符号参数值单位工作温度TA40100储存温度TSTG40125供电电压VS10VAC湿度范围RH0100RHRH0102030405060708090100VOUT14116518921223626028330733135510该设计应用PR35封装的传感器，各管脚功能如下介绍GND接地信号DQ数据传送引脚。又叫开漏单总线接口引脚。VDD可选择的VDD引脚。当作用在寄生电源下
30、时，此引脚必需接地。DS18B20产品的特点（1）只要求一个端口即可实现通信。（2）在DS18B20中的每个器件上都有唯一的序列号。（3）实际应用中不需要借助任何元器件即可实现温度测量。（4）测量温度范围在55OC到125OC之间。（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6）内部有温度上、下限报警设置。本系统中采用的DS18B20数字温度传感器内部已经通过自身的转化将模拟信号转化成了数字信号，可直接被单片机接收，所以外接电路简单，只需将传感器的数据端管脚直接接到单片机I/O口上即可。另外，DS18B20是单总线器件，线路简单，在一根数据线下可以连接多个这样的数字温度计，非常易于扩
31、展，使用起来也方便，这也是该设计选择此传感器的原因之一。在实际应用过程中可根据实际情况来确定传感器的数量，只需用软件的方法来对多个传感器进行测温即可。该设计只用一个传感器来说明应用原理。数字温度传感器的测量电路如图34所示图34温度测量电路图34光照强度测量电路该系统采取价格低廉的光敏电阻测量光照度，因其没有杰出的线性度，所以只能大抵的测量。按照光敏电阻在不同的光照下有不同的阻值，经过A/D转换后输入到单片机内进行处理。ADC0804是属于一种常用的8位模数转换器，其输入电压范围在05V，转换速度小于100US，转换精度为039，该类型的A/D转换器除了转换速度快、DQ2GND1VCC3U5D
32、S18B20VCCP3211分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上,所以能满足该设计对精度的要求。ADC0804管脚图如图35所示图35ADC0804管脚定义图CS该管脚与RD、WR接脚的输入电压一起判断到底是读取或写入，当其为低位时会反应。RD当CS、RD都为低位时，该转换器会将处理后的数字信号经信号输出端输送至下一处理单元。WR启动转换的控制端。当CS、WR皆为低位时ADC0804做清除的动作，系统重置。CLKIN、CLKR频率输入或输出端。INTR中断请求。转换时代为高位准，比及转换终了时INTR会变成低位准奉告别的的处置单位已转换完成，可读取练习数据。VIN、V
33、IN差动模拟讯号的输入端。AGND模拟电压的接地端。VREF2模拟参考电压输入端。DGND数字电压的接地端。DB7DB0转换之后的数字数据输出端。VCC驱动电压输入端。其与ADC0804的连接电路如图36所示12图36ADC0804与单片机的连接电路图35数据显示电路该系统采用了LCD1602液晶显示屏，该液晶屏简单好用，在一定场合很受人们欢迎。它可以有2行显示，每行16个字符，黄绿色背光，对比度也可根据人为要求调节。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种点阵型液晶模块，专门用来表现字母、练习、标记等，它有若干个57或511等点阵字符位构成，每一个点阵字符位都可以表现一个字符。LCD16
34、02的管脚定义如图37所示图37LCD1602管脚定义图VSS为电源地。VDD接5V电源正极。VL该端为液晶显示器对比度调整端。CS1RD2WR3INTR5DB711DB612DB513DB414DB315DB216DB117DB018VCC20VIN6VIN7AGND8VREF/29DGND10CLKIN4CLKR19U4ADC0804CS1RDWR10KR171KR161KR15150PFC41KR18光敏电阻10KR1910KR2010KR21VCCVCCP20P21P22P23P24P25P26P2713RS寄存器选择端口。输入高电平1时选择数据寄存器，输入低电平0时选择指令寄存器。R
35、W为读写信号端，高电平1时举行读操作，低电平0时举行写操作。D0D7为8位双向数据端。BLABLK空脚或背灯电源。其与单片机的链接电路如图38所示图38LCD1602与单片机的连接电路图36复位电路为了确保系统中的电路能够可靠工作，其一方面就是高电平复位，高电平复位是在通电瞬间通过电容充电来实现的。手动复位是一种经常使用方式，指经由过程接通一按键开关，按一下开关单片机则进入复位状况。系统上电运行后，如果需要复位，只需通过手动复位就可以实现。本系统使用的复位电路如图39所示图39复位电路图37键盘电路该设计运用的键盘扫描电路采用的是简单的低电平扫描方式，开关的一端与单片机I/O口相连，另一端接地
36、，若单片机检测I/O口有低电平输入，则说明有14键盘被按下，这样的方式可以方便键盘扫描部分程序的编写。键盘扫描电路如图310所示图310键盘电路图38继电器控制电路单片机的工作电压很低，是典型的弱电型器件，用很小的电流就能将其驱动。而实际中通常要把它用于一些高电压电流或功率场所，比如控制电动机,很明显是行不通的。所以，我们就要想办法让一个中间环节来将其连接,这个环节我们常称之为“功率驱动“。继电器驱动也就是本次我们所使用的方法，也是一个经典的功率驱动环节。此处,继电器驱动有两种意思一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件；还有就是继电器去驱动其他负载,比如继电器可以驱
37、动中间继电器，也可以直接驱动接触器。所以，继电器驱动就是单片机与其他大功率负载的接口，此方法在实际中也经常用到。本设计采用的继电器控制电路如图311所示图311继电器控制电路图图中的三极管在电路中起开关的作用，当单片机输出高电平时，此时三极管导通，通电线圈导通，继电器吸合。反之单片机输出低电平时，继电器不吸合。S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBP10P11P12P1315此处二极管作用不能小看，起到了起保护三极管和继电器的作用，防止继电器产生的感应电动势烧坏三极管或继电器。4软件设计41各控制部分程序流程图设计土壤湿度控制部分流程如图41图41土壤湿度控制流程图单片机通过湿度传感
38、器检测土壤的湿度，检测土壤湿度是否在设定的适宜范围之内，若土壤的湿度过低，就需要人为增加土壤湿度，单片机通过控制电路控制滴灌设备的开关，对作物进行滴灌作业，进而增加了土壤湿度，隔几分钟，单开始结束湿度是否在设定的适宜范围湿度是否高于设定的适宜范围上限湿度是否低于设定的适宜范围下限滴灌设备继电器断开滴灌设备停止工作滴灌设备继电器设备吸合一分钟滴灌设备开始工作NNNYYY16片机再次对传感器输送的数据进行分析处理，如果湿度达到要求且过高，则停止滴灌作业，若土壤湿度还是低于设定值，则滴灌设备继续工作以增加土壤湿度。若条件符合我们的要求，则单片机静止不工作。通过这一土壤湿度控制系统，单片机可以有效的控
39、制温室内土壤的湿度，从而达到生产所需要的适宜的土壤湿度，有利于作物的生长，进而提高生产效率。空气温度控制部分如下图42图42空气温度控制流程图系统开始工作后，单片机通过我们之前选择的传感器检测温室内的空气温度，看温度是否在自主设定值的区间上，若高于设定值上限，则单片机发出控制命令，通过继电器控制电路，打开排气扇和安装在温室顶部的喷雾设备的电动机对温室进行降温作业，反而若温室温度低于设定值下限，则单片机发出的控制信号通过控制电路停止排气扇和温室顶部的喷雾设备的工作。如若一开始检测到的开始温度是否在设定的适宜范围内排风扇及喷雾设备继电器吸合排风扇及喷雾设备继电器断开排风扇及喷雾设备开始工作排风扇及
40、喷雾设备停止工作结束温度是否高于设定适宜范围上限温度是否低于设定适宜范围下限NNNYYY17空气温度正好在设定值之间，则单片机将维持原有状态。光照度控制部分流程如下图43图43光照度控制流程图光照度的控制主要靠遮阳幕的开关来控制实现的，光敏电阻发出的信号通过模数转换装置传送给单片机，单片机经过处理和设定值进行比较，若光照强度过高，单片机发出控制信号，通过控制系统使温室顶部的遮阳幕的电磁阀吸合，进而关闭遮阳幕避免阳光直射作物，减小光照度，及减少强光对作物生长的影响。若单片机检测到光照度过低时，就打开遮阳幕，增加光照度。如果最初单片机检测到的光照度在适宜范围，则单片机将维持现状不变。42主程序流程
41、图设计单片机开始工作后，主程序开始做各种准备工作，包括初始化各种参数和端开始结束光照度是否在设定的适宜范围内遮阳幕继电器吸合遮阳幕打开遮阳幕闭合遮阳幕继电器断开光照度是否高于设定适宜范围上限光照度是否低于设定适宜范围下限NNNYYY18口定义等等，一切准备就绪，然后开始扫描键盘，利用各传感器进行数据的采集，将采集到的数据和自主设定值进行对比，若对比结果显示需要调节，则启动相应的控制电路，把需要调节的参数进行合理的调节并显示在LCD1602上。反之，则不启动继电器控制电路，直接显示参数，按照此顺序对键盘进行循环扫描。主程序的流程如图44所示图44主程序流程图43参数测量子程序流程图设计子程序开始
42、运行后，先进行变量的声明和函数的调用，然后模数转换器开始工作进行模数转换，这可能需要一段时间，若转化未完成，单片机进行等待。若转换完成，则单片机读取转换后的数据，然后调用显示函数再进行模数转换，并清显示扫描键盘各参数采集各参数显示启动继电器控制电路结束各参数与设置比较，是否需要调节开始初始化和位定义清标志19以此循环。参数测量子程序流程如图45图45参数测量子程序流程图44键盘扫描子程序流程图设计主程序运行后，键盘扫描子程序则开始先扫描按键，扫描是否有按键被按下，若有按键动作，还需要确定具体是哪个按键动作了，假如是按键S1动作，则将进入自主定义模式，按键S1被按下的次数决定了是哪个参数将被设置
43、，S1被按下一次，进行温度值设置，S1被按下两次，进行湿度值设置，S1被按下三次，进行光照度设置。此时S2、S3是起作用的。当按下第四次时，返回正常显示，按键S2和S3不起作用。我们用按键S2和S3来进行自定义数值的设置，当S3动作一次，目前的数值就减一，当S2动作一次，目前的数值就加一。S4的作用是切换显示，当S4被按下，S4被按下的次数决定要显示的参数，按下一次显示温度值，按下两次显示湿度值，按下三次显示光照强度值。键盘扫描子程序流程如图46开始声明变量与函数调用显示函数启动A/D读取转换值是否完成转化结束YN20图46键盘扫描流程图开始扫描键盘是否有按键按下稍作延迟是否有按键按下S1是否
44、按下S4是否按下进入设置模式进入显示模式设置温度当前设置值不变设置光照度当前设置值加一显示湿度设置湿度显示光照度当前设置值减一显示温度S1按下次数S4按下次数S2是否按下S3是否按下NNYYNNYY一次两次三次一次两次三次YYNN215结论首先，在此次的整个系统设计过程用到的主要硬件设施有STC89C52型号的单片机，数字温度传感器DS18B20，湿度传感器HS1101，光敏电阻，模数转换器ADC0804，555定时器。使用这些硬件设备的前提就是熟知他们的使用条件以及工作环境，图书馆的资料以及网上的公开资料让我学到了很多。其次，设计过程中我亲手整理了很多资料，这将会是我得一笔很大的财富，虚心向
45、别人求教，这段时间学到的一切对自己将来的工作都会有很大的帮助。最后，设计过程中又巩固了电路绘图软件ALTIUN和模拟仿真软件PROTEUS的很多使用技巧。通过对该温室自动控制系统的研究和设计，让我对单片机的认识和使用又有了更深层次的理解和掌握，以往的基础知识的学习当中尽管对单片机的使用可开发也有一些了解，以往的课程设计也有过相关的设计联系，但是仅仅停留在了理论知识的学习和初级应用阶段阶段，此次深入的学习让我获益匪浅。毕业设计教会我的不仅是技术上的知识，还有吃苦的精神，解决问题的能力，治学勤奋严谨的精神。对于即将走向工作岗位的我是一个极大的锻炼机会，使我能够更加自信的离开河南科技学院，从容的开始
46、新的工作。22参考文献1克里斯贝茨美温室和设备管理M北京化学工业出版社，20092周长吉等当代温室工程第二版M北京化学工业出版社，20093戴佳等51单片机即应用程序设计M北京电子工业出版社，20064李朝青单片机原理及接口技术M北京北京航空航天大学出版社，20065万光毅，严义等单片机实验与实践教程M北京北京航空航天大学出版社，20066郑锋，刘坤等51单片机应用系统典型模块开发大全M北京中国铁道出版社，20137沙占友中外集成传感器手册M北京电子工业出版社，20108王悦凯51单片机系统扩展和应用开发学习手册M北京中国铁道出版社，20069何立民单片机实验与实践教程M北京北京航空航天大学出
47、版社，200310陈涛单片机应用其程序设计M北京机械工业出版社，200611陈石胜单片机技术“做中学”实例教程M北京国防工业出版社，201012湿度传感器HS1101的原理和应用中国电子科技信息网13赵亮液晶显示模块的应用J电子制作2007314王毅单片机应用手册M北京人民邮电出版社199415黄贤斌、郑筱霞等传感器原理及其应用M北京高等教育出版社200416梅晓榕、柏桂珍自动控制元件及其线路M北京科学出版社200717DOGRAAK,INDIANAGRRESINST,DIVAGRENGN,NEWDELHI110012,INDIADEVELOPMENTOFANINTELLIGENTCONTRO
48、LLERFORGREENHOUSEMANAGEMENTACTAHORTICULTURAE,2002,057818PETRASEEBAUERGLASERNESSCMLOGISTIKHEUTEDASFACHMAGAZINFURENTSCHEIDERINDERLOGISTIK,2007,296附录1系统总体电路图23VCC40P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732EA/VPP31ALE/PROG30PSEN29P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P2021INT012INT113T014T115WR16RD17XTAL218
49、XTAL119VSS20P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9TXD11RXD10U1STC89C52VSS1VDD2VL3RS4R/W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA15BLK16LCD1602U2C4150PFR181KS1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBGND1DQ2VCC3U5DS18B20S5SWPBC310UFC130PFC230PFY1RST4THR6CVOLT5TRIG2GND1VCC8DISC7OUT3U3TCL555K1K2K3Q1Q2Q312U6HS1101VCCVCCGNDGNDGNDVCCVCCDB711DB612DB513DB315DB117DB018RD2CS1VCC20VIN7VREF/29CLKR19CLKIN4VIN6DB414DB216WR3INTR5AGND8DGND10U4ADC0804GNDGNDGNDVCCVCCGNDGNDGNDGNDVCCGNDVCCVCCGNDVCCVCCVCCGNDGNDGNDVCCVCCVCCK3K2K1R85
