基于单片机的温室大棚小环境控制新版专业系统设计.doc

*大学毕业设计（论文）任务书专业班级 自动化 学生姓名 Damon 一、题目 温室大棚小环境控制系统设计 QQ： 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日三、关键任务和要求检测温室大棚内多种环境变量，温度、湿度和光照强度。经过键盘设定温湿度改变范围，经过显示器显示出目前温湿度和所设定范围。具体如降温和升温调整，加湿和除湿调整，光照强度调整。 指导老师 职称 学院领导 签字（盖章）年 月 日*大学毕业设计（论文）评阅人评语题目 温室大棚小环境控制系统设计 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日*大学毕业设计（论文）评定书题目 温室大棚小环境控制系统设计 指导老师 职称 年 月 日*大学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了以下资料：1、设计（论文）说明 共 页2、图纸 共 张3、指导老师意见 共 页4、评阅人意见 共 页经审查， 自动化 专业 * 班 Damon 同学所提交毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）相关要求，达成毕业设计（论文）任务书要求，依据学校教学管理相关要求，同意参与毕业设计（论文）答辩。 指导老师 签字（盖章）年 月 日依据审查，准予参与答辩。答辩委员会主席（组长） 签字（盖章）年 月 日*大学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 * 学院 自动化 专业 * 班 Damon 同学毕业设计（论文）于 年 * 月 * 日进行了答辩。依据学生所提供毕业设计（论文）材料、指导老师和评阅人意见和在答辩过程中学生回复问题情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出以下决议。一、毕业设计（论文）总评语二、毕业设计（论文）总评成绩： 三、答辩组组长署名：答辩组组员署名：答辩委员会主席： 签字（盖章）年 月 日摘 要中国是一个传统农业大国，农业发展在中国占了很大比重。伴随大家生活水平日渐提升，消费能力也逐步增强，对于多种反季节作物蔬菜需求越来越旺盛。不过，作物生长所需要环境限制了大家需求，而处理这一矛盾方法就是温室大棚技术。伴伴随温室大棚广泛应用，同时也出现了部分问题。温室大棚对于温度湿度、采光和通风等一系列环境要求很严格，而人工控制费时费力且效率很低。所以，本文为此设计了温室大棚小环境控制系统。本文所叙述控制系统关键包含控制单元、检测单元、实施机构和人机交互单元。控制单元采取了STC89C52；检测单元采取了DHT11温湿度传感器和光敏电阻；实施单元采取有驱动器ULN2083、步进电机和继电器等。人机交互单元采取了LCD1602显示器和三个按键组成键盘。本系统工作过程是：首先经过人机交互单元设置合理参数，然后测单元检测到数据交送至控制单元进行判定处理，控制单元再对实施机构发送工作或停止命令，实施机构将对环境进行实质性调整。本系统完成以后达成效果以下：假如温度或湿度过高，通风机会开启运行，不仅能降低温湿度，而且能够调整通风；假如温度或湿度过低，对应升温或加湿设备会运行；假如光照过强，遮阳帘会自动展开；假如光照减弱，遮阳帘会自动闭合。关键词：温室大棚；温湿度控制；DHT11；STC89C52；AbstractChina is a traditional agricultural country, agricultural development in our country accounted for a large proportion of. As peoples living standards improve, the consumption ability is gradually strengthened, and the demand for various kinds of seasonal crops and vegetables is more and more strong. However, the environment which needs for the growth of crops limits peoples demand, and the method to solve this problem is the greenhouse technology. Along with the wide application of the greenhouse, there are some problems. Greenhouse for temperature and humidity, lighting and ventilation, a series of environmental requirements are very strict, and manual control is time-consuming and inefficient. Therefore, this paper designed a small greenhouse environment control system.The control system discussed in this paper mainly includes control unit, detection unit, executive mechanism and human-computer interaction unit. The control unit adopts STC89C52; the detection unit adopts the DHT11 temperature and humidity sensor as well as the photosensitive resistance; the implementation unit adopts the drive ULN2083, the step motor and the relay. The human-computer interaction unit adopts the LCD1602 display screen and the three key components of the keyboard. The working process of this system is: first through the human-computer interaction unit set reasonable parameters, then measuring unit detects the data is sent to the control unit for judging and processing, control unit and the implementation or the agency to send the command to stop, the actuator will be on the environment of substantive regulation.After the completion of the system to reach the effect are as follows: if the temperature or the humidity is too high, ventilation opportunity to start running, not only can reduce the temperature and humidity, but also to adjust ventilation; if the temperature or humidity is too low, the corresponding heating or humidifying equipment will run; if strong light, shade will automatically expand; if weaker light, shade will automatically close.Key words: greenhouse; temperature and humidity control; DHT11; STC89C52;目录1 绪论11.1. 课题研究背景和意义11.2. 研究现实状况及发展趋势21.2.1. 国外发展现实状况21.2.2. 中国发展现实状况31.3. 本文关键工作及章节安排41.3.1. 本文关键工作41.3.2. 本文章节安排42 系统总体设计62.1. 关键环境参数控制方案62.1.1. 温度控制方案62.1.2. 湿度控制方案72.1.3. 光照控制方案82.1.4. 通风控制方案82.2. 系统总体方案设计82.2.1. 总体方案设计82.2.2. 具体思绪设计93 系统硬件设计113.1. 控制单元113.2. 检测单元133.2.1. 温湿度检测模块143.2.2. 光照检测模块153.3. 实施单元173.3.1. 概述173.3.2. 通风机模块173.3.3. 遮阳帘模块193.4. 人机对话单元233.4.1. LCD1602液晶显示模块233.4.2. 按键设置电路254 系统软件设计264.1. 控制单元模块设计264.2. 各子程序模块设计和框图284.2.1. 检测单元284.2.2. 实施单元314.2.3. 人机对话单元325 实物制作和调试365.1. 实物展示365.2. 实物调试375.2.1. 温度测试375.2.2. 湿度测试375.2.3. 光照测试375.2.4. 通风测试386 总结和展望396.1. 总结396.2. 展望39致谢41参考文件42附录44附录451 绪论1.1. 课题研究背景和意义作为全世界最大发展中国家，农业大国这个称号素来就是中国代表，而气候对农业影响很之大。中国大部分属于季风气候，冬季干冷而且夏季湿热，对农作物和蔬菜生长有很大影响。中国作为世界上第一个人口大国，人口问题一直是一个很严峻问题，中国农作物生产水平必需符合中国人口实际问题。然而，中国现在面临城镇化、土地沙漠化、工业建设占用耕地等等问题，造成更耕地大面积降低，制约了中国农业发展。然而，伴随时代发展，中国人民进入了小康社会，对于生活质量有了更高要求，其中一个显著特点就是对于反季节蔬菜需求越来越强烈，所以，农业发展在中国占有很大地位。中国从建国以来，就制订了多种方针政策，来发展农村经济，这些政策加速了传统农业向现代化农业发展。其中，温室大棚技术自改革开放以后，在中国大力推广，发展速度很快，愈加有效利用了土地资源，增大了作物产量，为中国农业现代化发展做出了巨大贡献。不过，因为中国温室大棚技术起步晚，现在仍然存在很多问题，比如自动控制程度低、管理水平有限、科技含量低、控制能力有限等等问题。而且，国外相关技术成本价格昂贵，现在形势很不利于中国温室大棚技术发展。温室技术对于环境要求很高。其中包含温度和湿度、采光和通风等等。温度和湿度会影响作物品质和产量。作物生长离不开光合作用，光合作用进行又离不开光线照射。作物和蔬菜对于光照十分敏感，所以，实时控制采光是很关键，光照太强轻易使作物缺水死亡，光照太弱又会使光合作用缺乏影响作物生长。所以，控制光照能够避免采光不妥造成损失。二氧化碳也是光合作用必需条件之一，温室里二氧化碳过多会造成温度过高，所以需要进行通风控制，使空气流动，保持温室内二氧化碳含量在正常值。所以，需要通风控制装置，来控制通风。空气中二氧化碳含量能够伴随通风进行得到调整，而且同时能够使温湿度全部得到降低。要同时对通风、温湿度和采光进行自动控制，需要一个自动控制系统，能检测温室内温湿度和光强，依据不一样数据来进行调整，从而使温室内条件达成适宜作物生长水平。所以，研究开发一套能实现以上功效而且符合中国作物大棚发展情况自动控制系统很关键，不仅能够降低人力物力，而且能够提升产量质量，含有巨大经济和社会效益。1.2. 研究现实状况及发展趋势1.2.1. 国外发展现实状况荷兰、日本、美国等国现在在温室大棚小环境控制方面技术相比其它国家很成熟，因为她们借鉴了很多工业和其它高科技领域结果，对于不一样作物，生长最好条件是不尽相同，温室大棚内环境原因能够随时满足作物生长需求，这么就能够摆脱气候条件限制，依据市场需要来定向生产作物，节省了土地资源。她们技术不仅能够实时监控温湿度和多种环境参数，而且在参数优化、节能和实施机构性能等多方面全部取得了巨大进步。荷兰温室技术是世界领先，温室大棚产业含有很强工业化特征。荷兰蔬菜温室大多是玻璃温室，整个智能温室大棚含有节能浇灌、温湿度控制、采光控制、气候控制和检测等功效，全部操作数据全部经过计算机输入，使蔬菜生产根本摆脱了土地约束和天气影响。以色列气候是地中海气候，冬季很严寒，所以她们开发了高效节能日光温室技术，在世界上全部很有名。以色列科学家研究出一系列计算机硬件和软件系统，来实现温室中供水、施肥和温湿度自动化控制。近些年来开始对外销售其温室材料到世界各地，她们技术在中国长城以南部分地域己得到推广使用，但在长城以北那些比较严寒地域应用较少。1860年，美国建造了世界上第一个温室大棚试验站，到20世纪初，美国已经有1000多个温室大棚用于冬季蔬菜栽培。到20世纪60年代，美国研制了无土栽培技术，这使温室大棚技术发生了一次大变革。到70年代初，美国己有400公顷，无土栽培温室来用于生产多种蔬菜。到1980年，在全世界进行蔬菜生产温室大棚面积达16. 5万公顷，年总产值大约300亿美元。日本温室大棚配套设施和环境调控技术是很优异，已经达成世界顶级水平，日本研发智能监控系统能全方位监控温室环境，包含温度和湿度、土壤成份、水分、光照等多个原因，后期对温室内植物处理含有较高水平，如农作物采摘、清洗、分类和包装等全部实现了自动化操作。1.2.2. 中国发展现实状况中国是农业大国，是世界上温室大棚使用面积最大国家，伴随科技水平发展、大家对于生活资料需求增加，着力发展温室大棚技术成了最近几十年关键，从上世纪开始，中国温室大棚发展速度比较快，中国温室面积每十二个月以100-150公顷速度快速增加。中国温室大棚技术起步相对较晚，60年代采取简易塑料大棚种植蔬菜，那时候采取人工控制方法，不仅费时费力，而且还浪费资源。到了70年代时，节能型日光温室在中国得到应用。80年代后，我们从美国等部分西发达国家引进了优异技术和装备，充足借鉴和研究了国外优异控制理论和经验，而且对中国技术加以改造，这对中国温室技术发展起到了很大作用。到20世纪90年代中期，经过中国技术人员不停努力，中国温室大棚技术取得了很大发展，中国依据自己国情和当初温室大棚技术，开始着手设计适合中国发展温室大棚环境控制系统。最早有中国农机化研究院开发出新型温室环境智能控制系统；以后，“WJG-1型温室环境监控计算机管理系统”在北京一所高校开发出来，这个系统特点是小型分布式数据采集；江苏理工大学开发了智能温室群集散控制系统；再以后，很多新型温室大棚小环境控制系统被开发出来。步入二十一世纪后，温室大棚环境控制技术在中国又得到了比较快发展。不过通常使用单片机嵌入式测控系统来作为控制系统，从而形成是单片机系统，所以人机界面并不很友好，非专业操作人员使用起来困难，难以进行操控，所以自动控制模式大全部处于闲置状态，这是严重资源浪费。总体来说，中国温室大棚自动化水平和智能化技程度和发达国家比较起来，还处十落后地步，而且和发达国家相比仍然存在着较大差距。所以，我们应该开发出符合中国国情和农业发展智能温室控制系统，并使之在农业领域广泛推广使用。从现在来看，从农村到城市，从个体经营到乡镇企业，温室技术己逐步发展而且普及开来，而且向着结构化、简约化、产业化方向进行发展。一大批不一样层次和规模现代化高新技术示范园区已经在中国部分经济发展相对比较快区域逐步建立，最为显著是农业产业化结构调整，中国现代温室技术发展从根本上被推进，从而使得中国温室面积急速扩大，农作物和蔬菜种类不停翻升，温室智能设备不停完善，管理水平也逐步提升。1.3. 本文关键工作及章节安排1.3.1. 本文关键工作 依据以上叙述，能够知道温室大棚在中国农业发展中地位是十分关键，上述分析也说明温室大棚实现自动控制参数和指标要求是很复杂和精密。本文关键是叙述了课题设计原理、所实现功效和相关领域发展现实状况。上述设计温室大棚小环境控制系统是基于单片机STC89C52。在性价比得到充足考虑基础上，达成经济、高效、高精度温湿度、光照实时检测，同时实现针对各参数进行调整控制系统。当实时检测到温湿度、光照强度超出或低于预先设定上下限值时，控制对应实施机构进行调整，从而实现各参数变量自动控制和调整，从而使作物生长环境一直处于最适宜状态，从而使生产效率得到提升。本系统包含以下多个方面研究内容。（1）选择对应温度、湿度传感器和光敏电阻，并依据传感器特点设计出测量电路和控制电路。（2）实现温室大棚内各关键检测环境参数数据存放和数据处理。（3）实现各环境参数在线显示和在线控制，并能实现参数超限进行自动调整。（4）实现系统抗干扰设计和可靠性设计。1.3.2. 本文章节安排本文意在研究一个成本低、性能高、集检测和控制于一身温室大棚自动控制系统。论文有六个章节，各章节内容安排以下:第一章绪论。本章关键是对本系统研究背景进行分析，经过对比中国外温室大棚小环境控制系统发展现实状况，来说明开发本系统必需性。最终，依据课题研究内容，列出本文各章节安排。第二章系统总体设计。首先对温室大棚中需要控制和调整环境参数进行分析，从而来确定系统功效，对系统进行总体设计和具体设计思绪描述，从这两个方面对本系统设计进行具体叙述。第三章系统硬件设计。本章内容是对控制系统硬件设计具体进行了介绍。依据本系统所要完成功效及要求，分析得出本系统应该分为四个部分，它们是控制单元、检测单元、实施单元和人机对话单元等四个单元。关键介绍了单片机模块和传感器和显示器等多个比较关键模块。第四章系统软件设计。依据第三章硬件设计和系统所需要完成功效，分别对控制单元、检测单元、实施单元和人机对话单元之间信息交互进行了软件设计。控制单元软件设计包含液晶显示子程序、键盘按键子程序和延时子程序等；检测单元软件设计关键为DHT11传感器数据采集子程序；实施单元软件设计关键为继电器子程序和步进电机子程序；人机对话单元软件设计关键包含LCD1602子程序和键盘子程序。第五章实物制作和调试。完成了实物硬件和软件以后，对实物进行测试，看是否能满足温湿度和刚照检测和控制功效。第六章总结和展望。总结了本文设计自动控制系统实现功效，对此次毕业设计进行了简单总结。而且指出了系统不足，指明了以后改善方向。2 系统总体设计温室大棚是一个比较封闭环境，大棚内作物遗传特征决定了它大部分形态，但作物质量和产量却和大棚内环境原因至关关键。在这么一个封闭环境中，很多原因在制约着温室作物生长发育，比如:土壤特征、作物疾病、作物本身特点、肥料使用、农药使用、温度和湿度、光照和二氧化碳浓度等等。然而，这些环境因子常常是多变，不可能随时满足作物生长需要，所以，必需加以对应调整方法，使各个环境原因全部保持在适宜水平，以达成优质高产目标。经过对温室大棚内环境参数控制和调整，环境条件能够被人为地改变，大棚和自然环境不一样就在这里。大棚小环境控制系统作用就是经过资源合理利用，采取合适调整方法，使温室内环境条件满足作物生长。控制温室各环境原因包含很多领域技术，比通常环境控制复杂多。温室小环境控制是多项技术综合，它包含计算机技术、控制技术、通讯技术、生物学、环境科学等方面。要想营造一个适宜作物生长最好环境条件，熟悉温室小环境要求和特点，然后再制订出控制系统设计方案总体和控制策略，最终进行实施。2.1. 关键环境参数控制方案2.1.1. 温度控制方案温度是温室小环境控制系统关键参数，它也是影响作物生长最关键原因之一。即使不一样作物对温室内温度要求不完全相同，不过通常来说，因为光合作用原因，植物在白天所需温度相对比较高，晚上则需要相对较低温度。对于大部分瓜果蔬菜来讲，适宜生长温度范围在白天和夜晚是大不相同。当温度范围十一植物生长时，植物生长发育速度很快;超出或低于该范围时，植物生理代谢会变得反常。北方气候类型造成了气温高低差距比较大，温室内夏季温度较高，冬季温度较低，不适合植物生长需求。所以，温度控制在温室小环境控制中很关键。通常来说，调整和控制温室内温度需要加温和降温，具体以下:（1）加温现在关键有三种加温方法，分别是热水加温、热风加温、土壤加温。第一个加温方法特点是能使温度均匀分布，能连续稳定加温，对北方温室比较适用;第二种加温方法又分为热风供暖和蒸汽热交换两种方法，塑料大棚温度控制多用前者，而含有集中供暖设备温室大棚适宜用后者;土壤加温方法则分为热物供暖和电热供暖和暖水加温三种，因为此种加热方法成本较高，而本文叙述系统主打低成本，所以对此方法不再赘述。（2）降温最简单常见方法就是通风降温。通风能使空气流动，能带走热空气，在后面通风控制和调整这一小节中，会有具体讲述。还有一个降温方法是遮光降温，这种方法利用了光照调整，在后面小节叙述。还有其它比较常见比如风机降温、喷雾降温、细雾降温等等。2.1.2. 湿度控制方案在温室大棚这么一个封闭系统中，湿度对于作物影响至关关键，其对作物影响有以下几点:（1）湿度过高会抑制蒸腾作用，时间过长会造成作物发育不良，严重会使作物死亡。（2）湿度过高或过低会造成植物气孔闭合。气孔是吸收光合作用原料二氧化碳通道，从而影响光合作用，严重时会造成作物死亡。（3）湿度过大有利于病菌繁殖，而太低又会发生红蜘蛛等瞒类虫害。（4）湿度过高还会使水分凝结在叶面，破坏叶面细胞。所以，应该使温室大棚中湿度保持在一个比较适宜范围。湿度控制包含除湿和加湿，具体方法以下：（1）加湿最常见加湿手段有喷雾加湿、湿帘加湿。湿帘加湿方法能长时间缓慢加湿，也能够起到降温效果;喷雾加湿法利用特定喷雾装置在温室内合适地方进行喷雾，效果快速而正确，同时也能显著起到降温效果。（2）除湿除湿有很多个方法，最常见有升温除湿和通风换气除湿等方法。除湿最常采取方法是通风法，效果很显著，然而，自然通风通常满足不了除湿要求，这种情况下，通常采取强制通风，这种方法是采取通风机等装置，其功率和控制时间能够控制，利用这种方法，除湿效果愈加显著。另外，还有其它很多方法全部有比较良好除湿效果，不再一一叙述。2.1.3. 光照控制方案植物制造养份不可缺乏一个关键条件就是光照，它对温室大棚小气候形成至关关键，大棚内光照不足，会影响作物质量，营养价值低而且效益差。假如光照过强，对作物生长也有不利影响。一个常见光照控制方法是遮光帘法。这种方法是将颜色比较深遮光帘，放置在温室大棚顶部，经过光敏电阻来检测光照强度，然后依据是否符合设定值，采取步进电机正反转来控制遮光帘移动，从而改变温室内光照强度。另外，利用遮光帘，在夏季光照强度大时候，还能够起到降温效果。2.1.4. 通风控制方案温室大棚另一个关键指标就是二氧化碳。因为作物天天要进行光合作用，消耗大量二氧化碳，会造成大棚内二氧化碳缺乏，不利于作物生长。而处理这个问题最简单有效方法是进行通风。通风有两个好处，首先，能使大棚内二氧化碳浓度达成作物生长适宜水平；其次，通风还能使温室内温度和湿度降低，温湿度关键性之前已经讨论过，在此不再赘述。再次，结合前面对温湿度降低调整时，全部采取了通风机，因为时间和资金限制，所以，本系统通风调整工作是依附于对温湿度降低调整。2.2. 系统总体方案设计2.2.1. 总体方案设计本系统结合了单片机技术、检测和传感器技术等等，设计出来控制系统低成本、高性能，很适合商用。本系统特点是:能够脱离上位PC机，独立地进行数据采集和控制，利用三个按键和显示器等人机交换装置，来完成自动控制命令输入、参数设定和输入、检测结果显示等功效，这么能够摆脱上位机，简化了系统，能够使成本降低，不过仍然能够满足温室大棚小环境控制最基础要求。本系统关键包含数据检测单元和控制单元及人机对话单元实施单元四部分。数据检测单元关键包含温湿度传感器和光敏电阻，本模块功效是实现对大棚内各个环境参数(温度、湿度和光照强度)采集和将它们转换为数字量，转换结果输送到单片机，由单片机进行处理。控制单元关键是经过单片机进行。实施单元包含暖风机、喷雾加湿机、通风机和自动遮阳帘，各个实施装置运行和控制有本模块负责，依据设定值对对应参数进行调整和控制；人机对话单元关键包含键盘和显示器等，本模块关键是对参数设置和方便工作人员查看。系统结构示意图图2-1所表示。图2-1系统结构示意图2.2.2. 具体思绪设计使用温室大棚栽培作物，关键是冬季和夏季为主。温度是需要控制参数中影响作物生长一个关键原因。温室大棚温度改变含有这些特点:昼夜温差大；而晴天和阴天昼夜温差又有所不一样，关键表现在增温速度快慢，晴天比阴天在增温时回升快。温室大棚对温湿度和光照强度要求因季节不一样和作物不一样而异。为了方便设计，本系统假定各项参数范围。当各个参数中有某一个超出预设值时，系统会开启和温度、湿度、光照强度等各参数对应实施机构进行调整和控制。本系统经过分析温度、湿度和光照强度和通风之间相互关系，并参考这些相互关系影响，对温室大棚小环境控制系统具体思绪讲行了合理设计。本系统选择了51系列单片机中STC89C52单片机，这款单片机操作方便、性能优越，所以得到广泛应用。温湿度传感器则选择性能可靠、操作简单DHT11。单片机经过开启和控制ADC0809，完成温湿度传感器、光敏电阻输出信号A/D转换，再将数据储存在单片机数据存放器里。选择价格实惠、结构简单LCD1602显示器，分别显示出温度、湿度设置上下限数值和目前温度和湿度。因为温室大棚里温度和湿度和采光和通风等参数改变全部比较缓慢、控制面积也比较大，所以对各个参数控制，反应时间没有过高要求，控制精度也不用很正确，所以用通常上下限反馈控制即可。控制具体过程为:（1）温度对于温度参数来说，采取热风加热器作为本系统升温装置，采取通风扇作为降温装置，当检测温度大于设定值上限或低于设定值下限时，分别开启通风扇和热风加热器装置，来赔偿温度参数。（2）湿度对于湿度参数来说，采取喷雾加湿机作为本系统加湿、装置，一样采取通风扇作为除湿装置。当检测到湿度低于或高于设定湿度值下限和上限时，喷雾加湿器或通风扇进行工作，对湿度进行赔偿。（3）采光对于光照强度参数来说，采取能够自动伸展和收缩遮光帘作为本系统光照强度调整装置，当检测到光照强度过强时，步进电机转动会带动遮阳帘伸展开，降低光照强度，反之，步进电机进行反转，收缩遮阳帘。（4）通风上一节已经讨论过通风问题，最常见方法就是通风扇进行通风，而对于温度和湿度控制装置中，对于降温和除湿装置就是通风扇。所以，在本系统工作时，进行温湿度调整过程中，会一起进行通风调整。3 系统硬件设计论文所设计温室大棚小环境控制系统，在硬件设计上遵照标准是器件通用化、接口标准化、功效模块化。本系统能够兼顾性能和成本。控制系统开发和设计，分为硬件部分和软件部分两块。系统物质基础是硬件部分，也是系统关键步骤。温室大棚小环境控制系统硬件部分关键分为检测单元、控制单元、实施单元和人机对话单元四大部分。本章将针对本系统中温湿度、和光照强度等参数自动检测单元和自动控制单元和其它单元硬件设计进行详实研究。包含各个参数传感器细节及其电路、单片机和单片机系统电路、显示器和键盘电路和实施机构和控制电路等等。3.1. 控制单元（1）概述近些年来，计算机技术飞速发展，在生产生活中各个领域应用越来越广泛，不过微机体积大，在很多控制领域难以得到普及。所以，单片机得到快速发展。单片机将运算器、存放器、控制器、输入输出接口在一个体积较小芯片上集成，重量轻、体积小、功效强、价格低廉，很适合多种控制领域，所以在自动控制和自动检测领域得到广泛应用。51系列单片机在现在是应用最广泛。不一样单片机各有特点，不一样应用场所需要应选择不一样单片机作为微控制器。本系统选择是一个功耗低、性能高单片机STC89C52。这款单片机使用了STC企业高密度非易失性存放器技术，和工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。它编程兼容常规编程器，而且程序存放器在系统可编程。而且，它拥有8位CPU，很灵活，所以，STC89C52很广泛应用在多种嵌入式控制系统之中。MCS单片机全部采取40引脚双列直插封装方法。引脚有电源类、时钟类、并行I/O类、控制类引脚等四种引脚，具体以下。 电源类引脚： Vss 20号引脚，Vss是电源接地端。 Vcc 40号引脚，Vcc是芯片电源输入端，接+5V电源。 时钟类引脚： XTAL1 内部振荡电路反相放大器输入端，是外接晶体一个引脚。当采取外部振荡器时，此引脚接地。 XTAL2 内部振荡电路反相放大器输出端，是外接晶体一个引脚。当采取外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。 控制类引脚： RST/VPD 振荡器在运行时候，此引脚上会有俩机器周期高电平，将使单片机进行复位。 ALE 功效是许可地址锁存。 PSEN 当读写数据在外部时,单片机首先要有一个信号来控制外部ROM芯片使能脚,使其工作。一样能够驱动八LSTTL输入。 Vpp 用来对内部程序存放器或外部程序存放器选择。高电平时，访问内部程序存放器；低电平时则访问外部。并行I/O类引脚: P0口 P0口包含P0.0口到P0.7口，是一个漏极开路型双向I/O口，有8位，单片机对外部存放器进行访问时，它功效是分时传送和数据总线，而且，P0口能驱动8个LSTTL负载。 P1口 P1口包含P1.0口到P1.7口，是一个8位准双向I/O口，而且带有内部提升电阻。使单片机能够驱动4个LSTTL负载。 P2口 P2口包含P2.0口到P2.7口，是一个8位准双向I/O口，也带有内部提升电阻，在对外部存放器进行访问时，能够输出高8位地址。P2口也能够驱动4个LSTTL负载。 P3口 P3口包含P3.0口到P3.7口，是一个双向I/O口，而且带有内部提升电阻。图3.1所表示是单片机最小系统，是确保单片机正常工作必需条件。其它对应接口是外部器件和单片机连接端口。（2） 电路图单片机电路图图3-1所表示。图 3-1 STC89C52单片机电路图3.2. 检测单元在本控制系统中，检测单元关键完成空气温湿度和光照强度等参数数据采集，经过初步处理后数据传送到控制单元。硬件框图图3-2所表示。图3-2 检测单元硬件框图3.2.1. 温湿度检测模块（1）DHT11介绍本系统选择了DHT11来检测温度和湿度，和其它部分单独温度或湿度传感器大不相同，内部将测量湿度和温度电阻式元件集成在了一个小小器件上，能够和单片机直接相连，最关键是能够直接输出数字信号，节省了空间和成本，也省去了不少编程上烦恼，使系统在硬件设计和软件设计上愈加方便 。所以，性能优良、运行稳定DHT11传感器，在温湿度测量中被广泛应用，而且在生产出来时，每个传感器全部进行了精密校准，来确保它能够正确地测量数据。校准以后，数据会在传感器一段内存中存放，当传感器工作时，该校准数据会被实时调用，对传感器测量到数据进行校正。而且，使用了串行接口DHT11传感器，增加了便捷性和可靠性。（2） 温湿度检测电路图 3-3 DHT11温湿度传感器电路DHT11传感器接口电路图3-3所表示，DATA脚和单片机P1.2脚相接，检测得温度数据由此传输。DHT11传感器在35.5V电压下正常工作，工作开始进行后，有大约1s钟等候时间，等传感器不稳定状态过后，工作才能正常进行。在这个时候，传感器不需要传送指令给单片机。传感器给单片机传送数据是DATA引脚，模式采取最常见单总线，每传送一次数据时间大约是4ms左右，每次传送数据由两个部分组成，分别是整数和小数部分。进行传送数据时，DHT11传感器会发送40位数据给单片机，其中前面4个字节代表不一样含义，前两个表示湿度整数部分和小数部分，后两个表示温度整数部分和小数部分。最终一位是数据校验位。当DHT11传感器接收到开始信号时，它运行模式就会转换，低功耗模式会转换到高速模式，当开始信号完结时，DHT11会发送应答信号到微处理器，同时发送检测得到温湿度数据至微处理器，单片机接收到数据以后，会读取对应数据而且对数据进行处理。图3-4 总线为高电平通讯时序图图 3-5 总线为低电平通讯时序图图3-4和3-5所表示为DHT11通讯时总线时序图，用单片机读取其数据时，需要遵照对应时序。3.2.2. 光照检测模块（1） 光敏电阻介绍光敏电阻是用半导体材料制作而成一类电阻，它电阻值会伴随光照强度不一样而改变，电阻值伴随光照强度增强而