基于單片機(jī)的溫度大棚設(shè)計(jì)

成盛 張文濤 皮季驊 朱貴鴻

摘 要：溫室大棚作為一種高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比具有很大的優(yōu)點(diǎn)。溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的蔬菜、花卉、瓜果，不僅可改變這些產(chǎn)品按自然季節(jié)供應(yīng)的模式，延長(zhǎng)其供應(yīng)期，而且可在不同地方進(jìn)行種植，達(dá)到所謂“地不分東西南北，食不分春夏秋冬”。溫室農(nóng)業(yè)可以改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力冬閑夏忙的安排，以小面積獲得高產(chǎn)，減輕大面積的土地壓力。溫室農(nóng)業(yè)采用適時(shí)適量供水的優(yōu)化用水同時(shí)配以微灌和高濕環(huán)境，可達(dá)到農(nóng)業(yè)用水高效高產(chǎn)，按產(chǎn)品的數(shù)量平均計(jì)算，節(jié)省水分量是很大的。這種設(shè)施系統(tǒng)可以從簡(jiǎn)易到全自動(dòng)控制，適宜各種狀況下的選擇，特別是對(duì)于日光溫室、塑料大棚，相對(duì)投資較少。若能降低成本、采用經(jīng)久耐用的低成本采光材料，發(fā)展前景將更為廣闊，即使在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村、場(chǎng)所，也可以修建單個(gè)的溫室和塑料大棚，進(jìn)行環(huán)境控制下的蔬菜和瓜果的生產(chǎn)，改變這些地區(qū)的生活條件。

關(guān)鍵詞：STC89C52RC;DHT11;I2C總線(xiàn);獨(dú)立式鍵盤(pán);溫濕度自動(dòng)控制

1引言

本設(shè)計(jì)是基于STC89C52RC單片機(jī)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用DHT11作為溫濕度傳感器，LCD1602液晶屏進(jìn)行顯示。DHT11使用類(lèi)似于I2C總線(xiàn)的時(shí)序與單片機(jī)進(jìn)行通信，由于它高度集成，已經(jīng)包括A/D轉(zhuǎn)換電路，所以使用方便，而且準(zhǔn)確、耐用。LCD1602能夠分兩行顯示數(shù)據(jù)，第一行顯示溫度，第二行顯示濕度。這個(gè)控制系統(tǒng)能夠測(cè)量溫室大棚中的溫度和濕度，將其顯示在液晶屏LCD1602上，同時(shí)將其與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果超出上下限，將進(jìn)行報(bào)警并啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。此外，還可以通過(guò)獨(dú)立式鍵盤(pán)對(duì)設(shè)定的溫濕度進(jìn)行修改。通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖、用Proteus軟件進(jìn)行仿真，證明了該系統(tǒng)的可行性。

2單片機(jī)最小系統(tǒng)

圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。

時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)候所必須的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)的節(jié)拍下逐條地執(zhí)行指令。單片機(jī)有兩種時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。外部時(shí)鐘方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)從XTAL1或XTAL2送入單片，一般用于有多個(gè)單片機(jī)的情況，所以本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，選用12M的晶振和兩個(gè)22pF的電容與片內(nèi)的高增益反相放大器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。

電源電路后面的模塊中會(huì)單獨(dú)提到，用5V的直流電源。下面著重論述一下復(fù)位電路。

3液晶顯示模塊

測(cè)量到的溫濕度值將顯示到液晶屏LCD1602上，它可以顯示2行，每行16個(gè)字符。LCD1602共有三個(gè)存儲(chǔ)器，它們是CGROM、CGRAM和DDRAM。CGROM用來(lái)保存LCD1602內(nèi)部固化的一些字符的字模，比如英文的26個(gè)字母的大小寫(xiě);CGRAM用來(lái)保存用戶(hù)自己取的字模，比如，如果要顯示漢字，就必須自己去漢字字模，在這里我們都用英語(yǔ)字母，故不用CGRAM;DDRAM用來(lái)存儲(chǔ)要顯示的字符的字模，它和屏幕上的位置是對(duì)應(yīng)的，第一行為00H到0FH，第二行為40H到4FH。在這里需要注意的是，在向LCD1602寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址時(shí)，根據(jù)控制指令的格式，最高位D7為1，所以寫(xiě)入的數(shù)據(jù)為，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的工作流程是，操作人員在計(jì)算機(jī)上輸入需要設(shè)定的溫濕度限定值，當(dāng)設(shè)定的溫濕度值與檢測(cè)溫濕度值不同時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)則會(huì)采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作。此程序流程包括五個(gè)部分，第一部分是主程序，其描述總體結(jié)構(gòu);第二部分是DHT11溫度采集程序，其功能是通過(guò)DHT11傳感器采集溫濕度值，并進(jìn)行修正;第三部分是LCD1602顯示子程序，對(duì)LCD1602進(jìn)行初始化，將溫濕度進(jìn)行顯示;第四部分是輸出控制子程序，對(duì)設(shè)定值和實(shí)際值進(jìn)行判斷以決定是否進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié);第五部分是按鍵輸入電路，用來(lái)修改溫濕度上下限值。

5系統(tǒng)調(diào)試

本文已完成基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀的整體設(shè)計(jì)。本章節(jié)將就已設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。本設(shè)計(jì)中選用KEIL公司的uVision4開(kāi)發(fā)環(huán)境作為單片機(jī)程序的編譯器，因此任然使uVision4進(jìn)行程序的調(diào)試。在程序下載到單片機(jī)后，要對(duì)整個(gè)硬件電路做調(diào)試，使得軟件和硬件能按照設(shè)計(jì)正常運(yùn)行。

6系統(tǒng)功能分析

該大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)能通過(guò)獨(dú)立式鍵盤(pán)設(shè)置溫濕度上下限，通過(guò)LCD1602顯示溫濕度，并在超限的情況下報(bào)警、啟動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備。

其中輸出控制和通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置上下限都是通過(guò)調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。鍵盤(pán)的工作方式分兩種，一種是查詢(xún)方式，一種是中斷方式。中斷方式比較節(jié)省系統(tǒng)資源，只有當(dāng)有按鍵按下時(shí)才會(huì)進(jìn)入鍵盤(pán)中斷子程序，進(jìn)一步掃描是那些鍵被按下;而查詢(xún)方式則是在主程序中調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，不管有沒(méi)有鍵按下，每次程序循環(huán)中都要一一判斷每個(gè)鍵是否按下，故這種方式占用的單片機(jī)的處理時(shí)間更多。但是由于本次設(shè)計(jì)用到的按鍵不多，只有五個(gè)，功能比較簡(jiǎn)單，而且單片機(jī)工作比較空閑，因此使用的是查詢(xún)方式來(lái)處理鍵盤(pán)的輸入。

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