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1、基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统设计目 录中文摘要I英文摘要II绪 论11 系统总体方案及传感器选型31.1 系统总体设计方案简述31.2 系统的工作原理31.3 传感器的选型41.3.1 温度传感器的选型41.3.2 湿度传感器的选择52 传感器及其硬件电路设计62.1 温度传感器DS18B20介绍62.2 湿度传感器HS1101介绍112.3 硬件电路设计162.3.1 温度测量电路162.3.2 湿度测量电路163 人机接口电路173.1 键盘部分173.2 显示部分173.3 报警电路设计183.4 RS-485异步半双工通信总线194 软件设计204.1 主程序流程图204.2 按
2、键扫描子程序流程图214.3 温度程序流程图224.4 湿度程序流程图24结束语25致 谢26参考文献27附录128附录237基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统设计基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统设计摘 要本设计首先给出了基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统的总体方案，描述了温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101的工作原理；其次，进行了硬件电路的设计，包括温度测量电路、湿度测量电路、键盘与显示电路以及报警电路；然后在硬件部分的基础上又进行了软件部分的设计，包括主程序流程图、按键扫描子程序流程图和温湿度程序流程图，最后运用C语言对各个部分进行了编程。通过实践证明，该系统具有性能好、操作
3、方便等优点，并且实现了对温湿度的测量、显示、调节和报警功能。关键词 单片机 温度传感器 湿度传感器 THE MONITORING SYSTEM OF THE TEMPERATURE AND HUMIDITY BASED ON SINGLE CHIP MIRCROCOMPUTER ABSTRACTIn this paper, we first present the general scheme of the monitoring system of the temperature and humidity based on single chip microcomputer, and desc
4、ribe the working principle of the temperature sensor DS18B20 and the humidity sensor HS1101. Secondly, this paper designed the hardware electric circuits which include temperature measurement circuit, humidity measurement circuit, key and display circuit and alarm circuit. Then on this basis, it des
5、igned the software, this software part includes main program flow diagrams, the key-press scanning subprogram flow diagrams and temperature and humidity program flow diagrams. Finally, using C language programmed each part of the scheme. Prove through practice the system has the advantage of better
6、performance and convenient operation, and also realized the measurement, display, regulation and alarm function of temperature and humidity.KEY WORDS single chip microcomputer the temperature sensor the humidity sensorII基于单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统设计绪 论 温湿度是衡量温室大棚的重要指标,它直接影响到栽培作物的的生长和产量,为了能给作物提供一个合适的生长环境,首要问题是
7、加强温室内的温湿度的检测, 传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。本设计即是针对这一问题,设计出了能够实现温湿度自动检测,显示,上下限报警等多功能的温湿度监测控制系统。 在传统的温度测量系统设计中,往往采用模拟技术进行设计。温度传感器一般采用热电阻、热电偶等模拟器件，需要额外加补偿电路，安装复杂，成本较高。而且必须经过A/D转换后才可以被微处理器识别和处理。这
8、样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题;而其中某一环节处理不当,就可能造成整个系统性能的下降。而DS1820新型单总线数字温度传感器，采用3脚(或8脚)封装，从DS1820读出或写入数据仅需要一根I/O口线，而且测量精度达到12位，最低精确到小数点后4位有效数字。用这种智能化数字式传感器的优胜显而易见。 现代湿度测量方案最主要的有两种：干湿球测湿法，电子式湿度传感器测湿法。下面对这两种方案进行比较: 干湿球湿度计的特点：干湿球湿度计的准确度只有57RH。干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限
9、制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。 电子式湿度传感器的特点： 电子式湿度传感器的准确度可以达到23RH。电子式湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，电子式湿度传感器的长期稳定性和使用寿命不如干湿球湿度传感器。湿度传感器是采用半导体技术，因此对使用的环境温度有要求，超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。所以电子式湿度传感器测湿方法更适合于在洁净及常温的场合使用。 系统完成
10、后可以通过温度传感器DB18B20和湿度传感器HS1101对大棚温室内的温湿度进行测量，通过单片机AT89S51对采集到的数据进行处理，用LED显示出当前环境的温湿度状况，其中温度可以有操作人员根据不同作物所需的最适宜温度进行调节，当环境温度和设置的最适宜温度之差大于3时，报警装置即会启动。1 系统总体方案及传感器选型1.1 系统总体设计方案简述 该温湿度测控系统是由数据采集和处理系统和报警系统组成，由温度、湿度传感器，显示器，键盘与报警电路等组成。通过对信号的采集、分析、处理，然后输出信号来使执行部件进行动作，使温室大棚达到所要求指标。1.2 系统的工作原理温湿度测控系统能完成数据采集和处理
11、、显示、串行通信、输出控制信号，实现人机对话等多种功能。由数据采集及处理、单片机、控制和人机接口等4个大的部分组成。该测控系统具有实时采集（检测温室大棚内的温湿度）、实时处理（对监测到的温湿度值进行比较分析，决定下一步控制进程）、实时控制（根据处理的结果发出控制指令，指挥被控对象动作）的功能。主要硬件包括温度传感器，湿度传感器，AT89S51单片机、数据采集电路、LED显示器、发光二极管、蜂鸣器、键盘等。其原理结构图如图1-1所示：复位电路湿度传感器处理电路温度传感器AT89S51单片机键盘显示电路报警电路485半双工收发器图1-1 原理结构图 首先充分考虑气候、环境因素对植物的影响，并根据温
12、室大棚内植物保持正常状态所需的温度和湿度，设计出温湿度参考值预先存储于单片机中。系统的数据采集部分是将温湿度传感器置于温室内部，测出室内的温湿度值之后送入AT89S51单片机中，然后LED显示出温湿度测量值。单片机将预设的参考值与测量值进行比较，根据比较结果做出判断。当温湿度值超过允许的误差范围，系统将发出报警，如果有必要，工作人员还可以根据实际的情况通过键盘来人工修改片内存储的预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达到优化控制温湿度的目标。1.3 传感器的选型 传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量
13、和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量，因此选择正确的温湿度传感器在设计中起着至关重要的作用。1.3.1 温度传感器的选型 方案一：采用热电阻温度传感器 热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。 铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原
14、介质中易被玷污变脆。按IEC标准其测温范围为-200650，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002t），B级为（0.3+0.005t）。 铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工，但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。 方案二：采用DS18B20作为温度传感器 DS18B20是由Dallas半导体公司生产的“一线总线”接口的温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念，DS18B20的测温范围为-55+125，在-10+
15、85范围内，精度为0.0625，现场温度可直接通过“一线总线”以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它工作在3V5.5V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计更灵活、方便，设定分辨率及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。 1.3.2 湿度传感器的选择 测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度
