基于单片机的大棚温、湿度的检测系统的设计

基于单片机的大棚温、湿度的检测系统的设计

作者：薛营 孙徽

来源：《读与写·教育教学版》2014年第04期

摘要：传统的温湿度控制是在温室大棚内部悬挂温度计和湿度计，通过读取温度值和湿度值了解实际温湿度，随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，本文介绍的温湿度测控系统就是基于单总线技术及其器件组建的。该系统能够对大棚内的温湿度进行采集，利用温湿度传感器将温室大棚内温湿度的变化，变换成数字量，其值由单片机处理，最后由单片机去控制液晶显示器，显示温室大棚内的实际温湿度，同时通过网络与上位机进行通讯，对大棚内的温湿度进行实时控制，这种设计方案实现了温湿度实时测量、显示。 关键词：自动调节 单片机 检测系统

中图分类号：G642 文献标识码： A 文章编号：1672-1578（2014）4-0093-02 1 引言

随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温湿度控制便成为一个十分重要的课题。本文介绍的温湿度测控系统就是基于单总线技术及其器件组建的。该系统能够对大棚内的温湿度进行采集，利用温湿度传感器将温室大棚内温湿度的变化，变换成数字量，其值由单片机处理，最后由单片机去控制液晶显示器，显示温室大棚内的实际温湿度，同时通过与预设量比较，对大棚内的温度进行自动调节，如果超过我们预先设定的湿度限制，湿度报警模块将进行报警。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，安装简单方便，性价比高，可维护性好。

系统分为两个部分，一个是由温湿度传感器组成的检测部分，另一个是由单片机和显示模块组成的主控与显示部分。温、湿度传感器将检测到的数据送到单片机，单片机对接收到的数据进行处理并送到显示模块显示，5V稳压电源给各部分供电。 2 系统硬件设计

2.1单片机及接口电路设计

单片机主控模块包括了振荡电路、复位电路，同时接入了各个模块的接口，保证了整个系统的灵活性。单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性。

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控制电路的核心器件AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案；价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。 2.2温度传感器及接口电路设计

DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20温度传感器工作原理框图如图1所示。 2.3 湿度传感器及接口电路设计

HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。涉及如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号时，常用两种方法：一是将HS1101置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。 2.4串口通讯电路

STC89C52单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。我们采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。串口通讯的硬件电路如下图所示。

3 基于单片机的大棚温、湿度的检测系统的软件设计 3.1 控制系统的软件流程

3.2 温度传感器数据读取的程序编写

DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820 相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置

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值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 3.3湿度传感器数据读取的程序编写 4 结语

通过单片机对大棚温、湿度的检测系统的设计，克服了传统的温湿度控制精度低及耗费大量的人力物力的缺点，实现了温湿度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，安装简单方便，性价比高，可维护性好。这种温湿度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，通过网络的支持，实现对温度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，从而提高温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。 参考文献：

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[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略[M].电子工业出版社，2009.

[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.