基于单片机的温度大棚设计

成盛 张文涛 皮季骅 朱贵鸿

摘 要：温室大棚作为一种高效的农业生产方式，与传统农业生产方式相比具有很大的优点。温室农业生产可以获得高产和优质的蔬菜、花卉、瓜果，不仅可改变这些产品按自然季节供应的模式，延长其供应期，而且可在不同地方进行种植，达到所谓“地不分东西南北，食不分春夏秋冬”。温室农业可以改变传统农业劳动力冬闲夏忙的安排，以小面积获得高产，减轻大面积的土地压力。温室农业采用适时适量供水的优化用水同时配以微灌和高湿环境，可达到农业用水高效高产，按产品的数量平均计算，节省水分量是很大的。这种设施系统可以从简易到全自动控制，适宜各种状况下的选择，特别是对于日光温室、塑料大棚，相对投资较少。若能降低成本、采用经久耐用的低成本采光材料，发展前景将更为广阔，即使在一些偏远地区的农村、场所，也可以修建单个的温室和塑料大棚，进行环境控制下的蔬菜和瓜果的生产，改变这些地区的生活条件。

关键词：STC89C52RC;DHT11;I2C总线;独立式键盘;温湿度自动控制

1引言

本设计是基于STC89C52RC单片机的大棚温湿度自动控制系统，采用DHT11作为温湿度传感器，LCD1602液晶屏进行显示。DHT11使用类似于I2C总线的时序与单片机进行通信，由于它高度集成，已经包括A/D转换电路，所以使用方便，而且准确、耐用。LCD1602能够分两行显示数据，第一行显示温度，第二行显示湿度。这个控制系统能够测量温室大棚中的温度和湿度，将其显示在液晶屏LCD1602上，同时将其与设定值进行对比，如果超出上下限，將进行报警并启动温湿度调节设备。此外，还可以通过独立式键盘对设定的温湿度进行修改。通过设计系统原理图、用Proteus软件进行仿真，证明了该系统的可行性。

2单片机最小系统

图3.1 单片机最小系统

单片机最小系统包括单片机、电源电路、时钟电路和复位电路。

时钟电路用于产生单片机工作时候所必须的时钟信号，单片机在时钟信号的节拍下逐条地执行指令。单片机有两种时钟信号产生方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。外部时钟方式是把已有的时钟信号从XTAL1或XTAL2送入单片，一般用于有多个单片机的情况，所以本设计中时钟电路采用内部时钟方式，选用12M的晶振和两个22pF的电容与片内的高增益反相放大器构成一个自激振荡器。

电源电路后面的模块中会单独提到，用5V的直流电源。下面着重论述一下复位电路。

3液晶显示模块

测量到的温湿度值将显示到液晶屏LCD1602上，它可以显示2行，每行16个字符。LCD1602共有三个存储器，它们是CGROM、CGRAM和DDRAM。CGROM用来保存LCD1602内部固化的一些字符的字模，比如英文的26个字母的大小写;CGRAM用来保存用户自己取的字模，比如，如果要显示汉字，就必须自己去汉字字模，在这里我们都用英语字母，故不用CGRAM;DDRAM用来存储要显示的字符的字模，它和屏幕上的位置是对应的，第一行为00H到0FH，第二行为40H到4FH。在这里需要注意的是，在向LCD1602写入显示数据存储器地址时，根据控制指令的格式，最高位D7为1，所以写入的数据为，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。

4 系统软件设计

系统的工作流程是，操作人员在计算机上输入需要设定的温湿度限定值，当设定的温湿度值与检测温湿度值不同时，单片机控制系统则会采取相应的调节动作。此程序流程包括五个部分，第一部分是主程序，其描述总体结构;第二部分是DHT11温度采集程序，其功能是通过DHT11传感器采集温湿度值，并进行修正;第三部分是LCD1602显示子程序，对LCD1602进行初始化，将温湿度进行显示;第四部分是输出控制子程序，对设定值和实际值进行判断以决定是否进行温湿度的调节;第五部分是按键输入电路，用来修改温湿度上下限值。

5系统调试

本文已完成基于单片机的温湿度检测仪的整体设计。本章节将就已设计好的系统进行系统调试。本设计中选用KEIL公司的uVision4开发环境作为单片机程序的编译器，因此任然使uVision4进行程序的调试。在程序下载到单片机后，要对整个硬件电路做调试，使得软件和硬件能按照设计正常运行。

6系统功能分析

该大棚温湿度自动控制系统能通过独立式键盘设置温湿度上下限，通过LCD1602显示温湿度，并在超限的情况下报警、启动调节设备。

其中输出控制和通过键盘设置上下限都是通过调用子程序实现的。键盘的工作方式分两种，一种是查询方式，一种是中断方式。中断方式比较节省系统资源，只有当有按键按下时才会进入键盘中断子程序，进一步扫描是那些键被按下;而查询方式则是在主程序中调用键盘扫描子程序，不管有没有键按下，每次程序循环中都要一一判断每个键是否按下，故这种方式占用的单片机的处理时间更多。但是由于本次设计用到的按键不多，只有五个，功能比较简单，而且单片机工作比较空闲，因此使用的是查询方式来处理键盘的输入。

参考文献：

[1]姚福安.电子电路设计与实践.济南：山东科学技术出版社，2005.

[2]何西才，杨静，任力英.实用传感器接口电路实例.北京：中国电力出版社，2007.

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[4]李广第.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001.