基于单片机技术的智能大棚测控系统的设计

梁佳仪 尹思琪 刘沫含 陈晓旭

摘 要：本设计基于STC89C52的温室大棚温度湿度控制系统硬件设计，主要由温度传感器、湿度传感器、单片机、串口通讯、控制电路、时钟电路、显示电路等组成。讨论了温室大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，并进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。可广泛应用温室塑料大棚、物资仓库、食品加工、热处理、冶金以及其他行业的温湿度检测及显示、报警等。

关键词：大棚温湿度检测；STC89C52单片机；硬件设计

1 前言

进入21世纪，士农工商的分化界限已经慢慢淡化了，表现在农业上的特点就是农业集商品化和产业化于一身，这就是现代农业。设施农业是现代农业的主要发展方向，而大棚温室则是设施农业的主要代表，因此研究更加科学化和智能化的大棚温室测控系统具有重要意义。大棚温室已经在很多国家很多地区被广泛使用并且带来了显著的经济效益，其使用经验和基础调控方法已被普及。大棚作为现代化农业实施的重要产物，在国内多数地区得到了广泛应用。环境控制是现代农业生产提高产量和质量的主要方式，温室的科学化生产植物的健康生长取决于农业大棚控制系统。一个完备的设计合理的能够调控出植物适宜生长的环境空间的控制系统，有助于达到优质、高产、高效的栽培目的。这也就是大棚测控系统的研究意义。

2 系统硬件设计

2.1 硬件总体设计

根据设计要求和单片机的工作原理，本设计采用STC89C52单片机作微处理器，该单片具有16KB的flash闪存存储器，容量大，能够满足三路温度数据和一路湿度数据的采集和处理。本设计的硬件系统主要由复位电路、时钟电路、电源电路、测量电路、显示电路、串口通讯电路以及调控电路组成。系统的总体结构框图如图1所示：

总的硬件系统可分为单片机最小系统和外围电路系统。电源电路、时钟电路和复位电路构成了单片机的最小系统。外围电路系统由测量电路、显示电路、调控电路及串口通讯电路组成，其中测量电路包括温度测量电路和湿度测量电路。在整个系统运行过程中，由测量电路获取温湿度的值并通过显示电路在1602液晶屏上进行显示。调控电路的控制对象是温湿度，与之连接的是一些执行机构，这些执行机构工作的目的是使温度保持在适宜的范围。若测量电路所得到的温湿度值保持在适宜范围，则执行机构不执行。串口通讯电路是单片机和PC进行数据交换的通道，单片机既能接收数据也能发送数据，PC机用Labview进行编程，能够实时显示测量值并对执行机构的状态进行监视。

2.2 单片机最小系统设计

本设计所采用的最小系统电路为最典型的51单片机应用电路，微处理器选用STC89C52，复位方式采用上电自动复位，晶振选用11.0592MHZ，P0口外接10KΩ的上拉电阻，第31引脚直接接入高电平，单片机运行时只访问内部程序存储器。第40引脚为单片机的电源引脚，接入+5V电源，第20引脚，GND接地。

为了给控制器提供稳定的5V电压，设计采用USB供电，无需电压转换，使系统运行更加稳定、可靠。

2.3 DS18B20温度测量电路

外部电源供电方式是DS18B20最佳的供电方式。这种供电电路稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以外接多个传感器，开发出稳定可靠的多点温度监控系统。在外部供电方式下，可以充分体现DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电压VCC下降到3V，依然能够保证温度转换精度。

2.4 DHT11湿度测量电路

DHT11数字溫湿度传感器能够以数字信号输出所测得的温度值和湿度值，与传统输出模拟信号的传感器相比，电路更为简单，而且在电路设计时省去了模数转换电路，这种简单易用的优点使得该类型传感器在环境监测方面被广泛使用。

DHT11只有4个引脚，VDD为电源引脚，电压范围可在3～5V范围内选择。DATA引脚为数据引脚，也就是单总线接口，依靠这一唯一的数据引脚，可对DHT11进行读写操作。NC引脚通常悬空，无需接任何线路。GND引脚为电源的。

2.5 其他电路

显示电路采用1602液晶，单片机串口通讯采用最常用的MAX232芯片，电路原理图已经成熟，在此不再一一赘述。

3 总结

通过本设计可以强化对单片机知识的理解与运用，增加了设计设使用Visio绘制流程图和使用Altium Designer绘制电路图的能力，这对于工科学生的实践学习十分有帮助。

参考文献

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