单片机控制农业大棚环境监测控制系统的设计与制作.docx

本科举业企女f<¼题目：单片机控制农业大棚环境监测控制系统的设计与制作此为WOrd版本，下载后可直接复制粘贴，需要的可以放心下载单片机控制农业大棚环境监测控制系统的设计与制作摘要在当今社会，随着信息化技术的不断发展，各行各业都在不断涌现出各种先进的信息化设备。其中农业领域应用比较多的是农业控制自动化系统，它不仅能够有效提升工作效率而且还能提高农业生产的安全性。我国以农业为主导产业，对于农业生产的各个方面都高度重视，因此在农业领域中，信息技术也得到了广泛的应用。在农业生产过程中，需要根据实际情况对农作物进行相应的管理，比如温度和湿度等等，如果不加以重视的话就可能会导致农作物出现减产现象，从而降低了农民的收入。由于气象条件和土壤质地等多种因素的影响，农作物的生长受到不同程度的干扰，甚至可能对农产品的品质和产量产生负面影响，因此，引入智能化农业控制系统，可以有效地避免这些因素对农作物产量的影响。为了解决影响农作物生长环境的问题，我们设计了一种基于STC12C5A60S2单片机的农业大棚环境监测控制系统，其中包括单片机模块、空气温湿度传感器模块、土壤温湿度传感器模块、光照强度模、显示模块和按键模块等。该系统结合了硬件电路和软件程序的设计，实现了土壤温湿度、盐碱度、光照强度、空气温湿度等的监测功能、继电器驱动以及显示模块的协同完成。该系统能够根据设定的参数进行数据采集，并通过串口传输进行处理分析。该系统易操作性等多种功能的实现，有效地解决了农业大棚问题，提升了人们的生活品质，满足了人们在不同季节也能享受到想吃食物的需求，同时也推动了经济的快速发展。关键调1：传感器；温湿度；农业大棚；电位器DesignandmanufactureofenvironmentalmonitoringcontrolsystemforagriculturalgreenhousecontrolledbysinglechipmicrocomputerAbstractIntoday,ssociety,withthecontinuousdevelopmentOfinfbrmationtechnology,variousindustriesareconstantlyemergingwithvariousadvancedinformationequipment.Theagriculturalcontrolautomationsystemiswidelyusedintheagriculturalfield,whichnotonlyeffectivelyimprovesworkefficiencybutalsoimprovesthesafetyofagriculturalproduction.China,sagricultureistheleadingindustryandattachesgreatimportancetoallaspectsofagriculturalproduction.Therefore,informationtechnologyhasalsobeenwidelyappliedintheagriculturalfield.Intheprocessofagriculturalproduction,itisnecessarytomanagecropsaccordingtotheactualsituation,suchastemperatureandhumidity.Ifnottakenseriously,itmayleadtocropyieldreduction,therebyreducingfarmers&apos;income.Duetovariousfactorssuchasmeteorologicalconditionsandsoiltexture,thegrowthofcropsisaffectedtovaryingdegrees,andmayevenhaveanegativeimpactonthequalityandyieldofagriculturalproducts.Therefore,theintroductionofintelligentagriculturalcontrolsystemscaneffectivelyavoidtheimpactofthesefactorsonagriculturalcropyield.Inordertosolvetheproblemsthataffectthegrowthenvironmentofcrops,wehavedesignedanagriculturalgreenhouseenvironmentmonitoringandcontrolsystembasedontheSTC12C5A60S2microcontroller,whichincludesamicrocontrol1ermodule,anairtemperatureandhumiditysensormodule,asoiltemperatureandhumiditysensormodule,alightintensitymodule,adisplaymodule,andabuttonmodule.Thesystemcombineshardwarecircuitandsoftwareprogramdesigntoachievemonitoringfunctionsforsoiltemperatureandhumidity,salinity,lightintensity,airtemperatureandhumidity,aswellasrelaydriveranddisplaymodulecollaboration.Thesystemcancollectdatabasedonthesetparametersandtransmititthroughserialportforprocessingandanalysis.Theimplementationofvariousfunctionssuchaseaseofoperationofthesystemeffectivelysolvestheproblemofagriculturalgreenhouses,improvespeople,squalityoflife,meetspeople,sneedstoenjoythefbodtheywantindifferentseasons,andalsopromotesrapideconomicdevelopment.KeyWordsiSensorjTemperatureandhumidity;Agriculturalgreenhouse;Relay第1章绪论11.l选题的背景11.2选题的研究意义21.3 目前本课题在国内外的研究与发展形式31.3 .1国外的研究动态31.4 .2国内的研究动态31.4 本课题的设计内容4第2章课题整体方案设计52.1系统主要任务52.2系统的设计思路52.3系统设计方案的目标62. 4总体设计方案7第3章系统硬件设计83.1单片机概述83. 2单片机的选型83. 3单片机最小系统设计93. 4数据采集单元设计111. 4.1空气温湿度数据的采集113. 4.2光照数据的采集124. 4.3土壤湿度数据的采集135. 4.4土壤盐碱度数据的采集146. 4.5土壤温度的采集153. 5按键显示电路设计161. 5.1按键电路设计163. 5.2显示电路设计163. 6执行机构电路设计183. 6.11.ED灯电路设计183. 6.2小风扇电路设计183. 6.3继电器电路设计183. 7系统总体硬件设计电路图19第4章系统软件设计203.1 主程序模块设计204. 2子程序模块的设计214.2.1数据采集子程序模块214.2.2按键子程序模块234.2.3显示控制子程序模块23第5章系统调试及功能测试255.1系统的调试过程255.1.1系统的硬件调试255.1.2系统的软件调试265.2系统的整体功能测试27第6章总结与展望32致谢33参考文献35附录农业大棚环境监测控制系统程序代码错误!未定义书签。第1章绪论1.1 选题的背景我国是农业大国，农业生产对国民生产起着举足轻重的作用，在现代科技迅猛发展，生产力水平日益提高的今天，我国农业一定要走现代化、科技化之路。为了适应这种需求，我国积极进行现代农业建设。现代农业生产技术中，温室大棚作为重要组成部分，要求生产和管理过程实现全自动化。因此，研究开发具有我国自主知识产权的温室大棚智能控制系统具有十分重大的意义。通过运用现代化先进技术，如自动控制技术等，实现对温室大棚主要环境参数的测量和控制，通过自动化温室大棚农业生产过程，实现产品质量的提升和生产成本的降低，从而达到优化生产流程的目的。在农业生产中，作物的生长与环境因素息息相关，包括但不限于温度、湿度、光照强度以及土壤的盐碱度等多个方面。因此，要想保证作物能够正常生长发育就必须对各种环境因素进行有效调控，以满足农作物生长发育的需求。为了确保农作物在最适宜的生长环境中茁壮成长，必须对各项环境参数进行严格控制，使其保持在最合适的范围内。因此对农业生产中环境参数进行监测就显得尤为重要。在传统的农业环境参数测控手段中，人工检测存在许多问题，包括劳动强度大、检测实时性差、效率低、成本高以及精度低等。这些都严重影响了农业生产的发展，而且也不能满足现代农业对高精度、低消耗、低成本的要求。实现预期的效果是一项艰巨的任务。同时由于我国目前农业机械化水平不高，无法做到对农田中各种信息进行有效采集并处理，导致了许多数据失真。因此，为了实现农业生产的高效、高品质，必须积极推进农业生产的智能化、数字化、智能化。本文主要对农业环境监测系统中应用到的自动技术进行了分析与研究，并提出一些建议以供参考。通过采用现代化自动控制技术科学合理地调节温室大棚的温湿度、光照强度等，从而营造出适合作物生长的人工环境。智能温室大棚如图1.1所示。图11智能温室大棚图1.2 选题的研究意义大棚里几乎是一个密闭的空间,由于农民的种植技术水平有限,而且很多植物对生长温度的要求有差异性,因此保证良好的棚内环境是提高作物产量及品质的关键措施之一111O随着温室大棚生产的日益普及，人们对其自动化程度的要求也日益提高。单片机等电子器件的发展，使得温室大棚在智能化的道路上效率越来越高。为了提高农业生产水平，必须要实现温室大棚环境数据采集系统与自动控制技术相结合，才能更好地为作物生长创造良好的生态环境条件。温室作为一种农业基础设施可以改善农作物的生长环境，可以人工干预为经济作物创造最佳的生长环境，同时能够避免恶劣的气候和季节变化给经济作物生长带来不利的影响。随着单片机控制技术的迅猛发展，对于自动化生产的需求也日益迫切。利用单片机来实现温室环境测控系统已被证明具有很大的发展潜力。以51单片机为核心，构建了一套自动化的温室大棚环境参数测量和控制系统，实现了高效精准的环境监测和控制。该系统由数据采集与处理部分、温度湿度传感器电路、光照及土壤湿度传感器电路组成。本文旨在对农作物的生长环境参数进行精准测量和可靠控制，包括但不限于空气温度、湿度、光照强度、土壤温湿度和盐碱度等。该系统对温度、湿度和光照分别采用了模糊控制算法，并通过串口通讯将采集到的数据发送到上位机监控平台上，实现对这些环境参量的自动监测与控制。该系统具备高度精准的检测能力、高度自动化的控制水平和程度、卓越的生产和管理效率、低廉的成本、简单易用的特点，以及适用于中国地域和气候特征的优越性能。它可实现数据采集、处理与显示以及远程监控功能。适用范围广泛，不仅可用于温室大棚农业生产，稍加改良也可在室内、室外、工业、农业等多个领域得到广泛应用，展现出广阔的前景。1.3 目前本课题在国内外的研究与发展形式1.4 .1国外的研究动态自20世纪70年代起，发达国家在温室环境配套工程技术领域进行了大量深入研究，并在此领域取得了一系列卓越的技术成果，其中包括那些在设施农业方面处于领先地位的国外国家。1978年日本实现了以微机控制器为核心的温室大棚综合环境参数控制系统。我国是设施农业国之一，但由于缺乏相应的科研支持以及配套设备，目前仍处于起步阶段。以荷兰为代表的欧美国家，其园艺设施规模宏伟，自动化水平高超，生产效率极高。我国近年来引进的一些先进技术也都是应用于设施栽培上。此外，温室内的光、水、气、肥等方面，设施农业主体已经实现了高度智能化的控制，展现出了其卓越的智能化水平；同时，由于各国国情不同，形成了各具特色的智能温室技术体系。比如，以色列的现代温室运用先进的计算机技术，实现了对内部环境的智能监测和智能调控，从而为环境保护和可持续发展提供了有力保障,以满足不同作物对环境的多样化需求，该系统实现了温室作物全天候，周年性有效生产。美国，日本等国家也纷纷引进全封闭式生产系统，这种系统利用人工补光，网络通讯技术及视频技术实现远程温室环境控制及诊断，并利用机械人或者机械手实现移栽作业“植物工厂”,使劳动生产率及产品产出率得到显着提高，是当今世界上最为先进的生产体系之-*O1.3.2国内的研究动态近代温室的进化历程可分为三个不同的阶段，分别为改良后的日光温室、巨型玻璃温室以及现代化的温室。这一时期，随着科学技术的发展，人们对温室提出更高的要求，使其向大型化、自动化方向发展。在这些发展阶段中，温室的结构类型经历了从初级到高级的演变，从小型、中型到大型，从简单到完备，从单栋到几公顷连栋温室群，基本实现了结构类型的多元化，同时相关配套设备和材料也得到了不断完善。因为不同地区的生产条件、经济状况和利用目标的多样性，所以目前这三种类型的温室都占据了一定的比例。从目前来看，在我国北方仍以传统农业为主，而南方则有相当一部分农民采用人工栽培作物进行复种指数较高的经济作物，从而造成大量土地闲置。我国设施结构类型主要有塑料大棚，中棚，日光温室等，日光温室是能最大程度利用太阳光热资源节约能源，降低环境污染的独特设施类型。在今后相当一段时间之内，温室仍是蔬菜栽培中应用最广泛、产量最大、经济效益最好的一种形式。随着科技的蓬勃发展，我国的温室将朝着规模化、集约化、大规模化、产业化的方向迈进。在温室建造过程中，应根据各地气候特点选择适合当地使用的建筑材料，以达到节能、节地、节水目的，同时还要考虑到环境要求与经济效益等问题。随着时间的推移，温棚骨架材料正逐渐迈向更高强度、更轻便、更耐腐蚀、更长使用寿命的方向，以适应不断变化的环境需求；在棚架结构形式上也从传统单栋大棚逐步过渡到多层复合板大棚。在未来，日光温室的发展方向将趋向于采用多拱拼装式和大型连栋式，以优化采光利用效率和降低能源消耗为主要目标；而覆盖材料也正朝着具备卓越的透气性和出色的保温保湿性能的方向不断进化；电力和计算机自动监控已成为配套设施发展的主流趋势，为现代化建设提供了强有力的技术支持。1.5 本课题的设计内容本课题的设计内容，主要是设计一套基于单片机控制的温室大棚环境监测控制系统，以大棚内的各个传感器实时采集空气温湿度、光照强度、土壤温湿度、土壤盐碱度，共6个环境参数，并通过执行机构根据实际需求对环境参数进行调控，以保证温室大棚环境参数始终保持在最适宜农作物生长的状态。这样不仅节约了人工成本，而且还能精准的自动控制和自动调节温室大棚的实时参数，甚至能够实现同时对多个温室大棚环境参数的检测和控制。从而达到提高生产效率的目的。第2章课题整体方案设计2.1系统主要任务本设计拟采用51系列单片机、ARM芯片或其它类型的MCU作为嵌入式控制系统，以温度传感器、光照度传感器、湿度传感器和土壤盐碱度传感器等作为主要检测设备,设计出一种能够对蔬菜大棚内的植物生长环境进行自动智能化管理的控制系统，以便于保证温棚蔬菜产量，特别是促进冬季蔬菜增产和实现温棚蔬菜生产的集中管理作用。2.2系统的设计思路首先需明确选题与农业温室大棚发展相关，随后展开调查以了解当前形势下的需求度和可行性分析，查找基本构造、影响因素以及制作本系统原理的相关资料，进而制定系统整体方案设计，包括硬件功能和软件的设计。整个温室大棚的智能控制系统使用了模块化的设计，硬件设备包括各类环境数据采集所需要的传感器、单片机和控制装置。通过对设计任务的分析和预想，提出大致框架，选择方案、元器件选型和原理图绘制，购买元件并画电路图设计本系统的电路原理，参考成熟的设计完成本系统的设计。接下来进行焊板，注意元器件的布局分布，通过单片机烧录程序进行调试，实现功能。最后进行系统验证，完善本系统整体设计。本文以智能温控技术为核心，研究如何利用传感器采集环境参数并将这些信息转化为数字信号传输给微处理器。通过对农业大棚环境影响因素的深入研究，我们对采集空气温湿度电路、采集土壤盐碱度电路、采集土壤温湿度电路以及采集光照强度数据进行了全面检测，并结合软件程序设计和硬件系统，利用1.CD1602显示电路输出显示数据，通过按键电路调节阈值，最终实现了电路的复位操作。利用1.ED灯进行补光，接着通过继电器实现浇水的驱动，接着使用小型风扇进行降温和除湿，最终形成一个反应控制系统。系统总体的设计框图如图2.1所示。土增温温度采集电路0STC12C5A60S2单片机主控电路1.CDIGo2液晶显示电路空气温温度采集电珞一Q电源电路光照亮度采集电路1.ED光照餐度控制电路土塌盐嵯度采集电路一小风扇双机驱动电路按键电路一0继电器控制电路图2.1系统总体设计框图2.3系统设计方案的目标（1）传感器是实现测量和控制的第一部分,控制的关键依赖传感器的准确性、可靠的转换、原始信号的精确捕捉。所有检测环境数据的传感器，均符合温室大棚在正常工作状态下实时采集环境信息的要求。通过对各个传感器信号进行处理分析，最终实现了数据的实时处理和显示功能。温室大棚系统的环境参数检测和执行动作设备均可实现无需人工干预的高效运作。为了检测温室大棚内的环境参数，需要使用一系列高精度的传感器设备，而这些设备可以实时显示大棚内的环境信息，用户只需通过控制相应的设备来改变大棚内的生长环境即可。在发现土地过于干燥的情况下，需对灌溉系统进行有效的调控以确保其正常运转；一旦察觉到大棚内温湿度的剧烈波动，便需对通风系统进行调控，以改变大棚内的环境状况。（2）用户可以根据大棚内不同的农作物生长环境和实时检测到的环境参数，自主配置多种种植环境，以适应每个时段不同的农作物生长需求。由于大棚内环境数据的实时性，用户可以随时利用这些数据来调整农作物的生长环境，从而实现环境的实时变化。（3）为了降低本系统后期的维护成本，我们采用了模块化的设计和管理模式，以确保各个独立模块之间的互不干扰，从而有效地降低了系统电路的设计成本。此外，由于采用模块化的设计，系统的可替代性和可修复性得到了显著提升，从而提高了大棚的利用效率。2. 4总体设计方案由于调查力度有限，温室大棚内的影响因素涵盖了多个方面，因此所设计的系统仅包括单片机最小系统、采集模块、按键模块、执行控制模块和显示模块等几个组成部分。本系统通过对这些主要部件进行分析研究后设计出一个能够实现温度自动控制功能的控制系统。该系统以STCI2C5A60S2单片机为核心，包括控制电路、DS18B20传感器、光敏电阻的采集转换以及1.CD1602液晶屏的显示等多个电路单元。通过对不同时间段内各参数数据采集与分析后，根据设定好的算法计算出相应的控制指令并将其传送到执行机构。软件和硬件相互协作，以实现具体的展示内容。该系统具有良好的人机交互界面，能够满足人们日常需求。温湿度自动控制系统的核心组成部分涵盖了温湿度采集和处理电路、模数转换电路、显示电路等，能够满足温室大棚的要求。该系统能够智能检测温室环境的温度、湿度和光照强度等信息，从而为植物提供优质的生长环境。四个输入按键同时被设计在电路板上，其中一个按键用于初始化数据，另一个按键可实现不同监测数据界面之间的切换，而剩余两个按键则可调节空气温度、空气湿度、土壤湿度和光照强度的阈值，通过实时测量数据并进行调整阈值的对比，以达到检测的效果，而电路板也会相应地进行反应控制。在检测到温度过高时，单片机会接收到降温信号，此时降温风扇会启动旋转以实现降温；在检测到湿度过高的情况下，单片机会接收到除湿信号，此时除湿风扇会启动旋转以进行除湿；在土壤湿度模块检测到土壤中的水分含量过低时，将启动继电器以补充水分；在检测到光照强度不足的情况下，启动1.ED灯以提供额外的照明。第3章系统硬件设计系统的硬件电路设计主要是由单片机的选型、单片机最小系统设计、数据采集单元设计、按键显示电路设计和执行机构电路设计几个部分组成。先分别对各个部分进行设计，完成后再整合在一起即实现了系统整体硬件电路的设计，采用这样部分到整体的设计方法不仅能够完整的实现硬件相关的检测、显示和控制要求，而且设计出的硬件电路更加直观、简洁，让人一目了然。3.1单片机概述随着计算机技术的不断进步，微型计算机已经广泛应用于生产和生活的各个领域，然而，由于其巨大的体积，难以普及到许多专门的控制领域。为了克服这一问题，人们希望将微机小型化。随着技术的不断发展，单片机逐渐出现在人们的视野中，它是一种将运算器、控制器、存储器和输入输出接口集成在同一芯片上的微型计算机。它与其他类型的微处理器相比，有其独特的优点。其体积微小，重量轻盈，价格亲民，功能强大，适用于多种控制领域的应用。目前单片机已成为工业自动化控制中最重要的器件之一，广泛应用于工业过程监控及检测系统。因此，在自动检测和自动控制的领域中，它被广泛地应用。3. 2单片机的选型在当今流行的单片机品类中，51系列单片机的应用范围最为广泛。它具有功能强大，性能稳定，价格适中等优点，在很多领域得到广泛应用。每一款单片机芯片都有其独特之处，各具特色。为了使单片机能更方便地与计算机连接。为了满足控制需求，我们可以采用AtmeI公司所生产的STCI2C5A16S2。该型单片机为单时钟/机器周期单片机，指令代码和传统8051完全相容，而速度为传统8051的812倍。由于这种型号单片机具有体积小、成本低等特点，所以在一些小型工业控制领域得到了广泛应用。STCI2C5A16S2单片机最小系统由单片机和它需要的电源，复位和时钟电路组成，最小系统可作为应用系统中的核心。本文主要介绍了最小应用系统的特点以及使用方法，并分析了如何正确选择最小系统。在选择使用单片机时应充分考虑到它的优势以及劣势，才能得到最好的效果。在选择单片机时，需要综合考虑其功能特点和潜在缺陷，因为不同的单片机会可能会带来其他影响，从而影响其完美实现的可能性。所以选择合适的单片机就成了一个非常重要的问题。STeI2C5A16S2单片机具有广泛的适用性和高度的保密性，同时也能够有效地保护我们所设计的产品。目前，STCl2C5A60S2的价格与传统51的售价相差无几，且成本低廉，市场供应充足。因此选择性价比较高的单片机作为本次设计方案的主体。STC12C5A16S2微控制器是本次设计的核心所在，其出色的性能和优异的性能使其成为理想的选择。本文主要介绍了单片机系统硬件和软件部分的组成结构以及各模块电路的原理及工作过程，并对其中涉及到的关键技术进行详细说明。STCI2C5A60S2单片机，作为新一代8051系列，以其高速、低功耗、强大的抗干扰能力等卓越特性而脱颖而出。其内部有丰富而完善的定时器和计数器电路，可完成定时/计数以及中断服务等多种任务。该芯片与传统的8051指令代码完美兼容。3. 3单片机最小系统设计STC12C5A60S2单片机作为数据显示控制电路的主控芯片，可以确保系统的稳定性和可靠性。为了提高整个控制系统的抗干扰能力和可靠性，可采用了重抗干扰措施。考虑到AT89C51的简单易用和STCl2C5A60S2的全面功能，我们最终选择了STCI2C5A60S2单片机作为控制器，该芯片不仅支持内部A/D转换，能够将传感器采集到的数据模拟量转化为数字量，同时还支持ISP通信接口下载，烧录程序到核心电子板也非常方便，内部资源丰富。通过对单片机内部结构的认识，并将单片机与外部电源电路、时钟振荡电路以及复位电路相连接,就构成了单片机的最小工作系统。（1）电源电路的设计在电子设计当中，我们需要一个能够为系统提供电力的模块，该模块能够为系统提供必要的电力供应。如果没有这个供电模块，整个电子设计将无法进行下去。为了确保电子系统的正常运行，电源必须具备高度的可靠性，以确保整个电子设计的稳定性。因此，要保证电源电路和单片机之间的良好连接，才能实现对电子设计的有效控制。单片机的电力来源即为电源电路。电源电路设计如图3.1所示。P3USB电源口GNDVCC图3.1电源电路设计(2)复位电路的设计在数字电路芯片中，CPU和单片机都处于正常工作状态，只有低电平和高电平两个状态。由于电源输入到芯片工作的是模拟电路，有的则需要连接到单片机的ADC口也就是Pl口。因此，需要在芯片上电的时候给RST端一个复位信号让CPU与单片机处于不工作状态。本系统起到复位功能作用的是复位按键。RST端连接的是复位按键，直接连接单片机的9引脚起到系统复位的功能。复位电路设计如图3.2所示。*5v1.图3.2复位电路设计(3)时钟电路的设计当用户下载用户程序时，他们可以选择使用外部高精度晶体/时钟或内部R/C振荡器，而在常温下，5.0V单片机内部R/C振荡器的频率为：11MHZ15.5MHz,如果需要高精度，则可以考虑使用外接晶振电路。通过两个电容和一个电阻的串并联，形成时钟信号。加入时钟脉冲以后，单片机输出的脉冲信号更加稳定精确，以达到系统设计要求。时钟(振荡)电路设计如图3.3所示。3注XTA1.2丁MMI图3.3时钟（振荡）电路设计3.4数据采集单元设计3.4.1空气温湿度数据的采集DHTll传感器使用湿度传感器技术来测量空气中的湿度和温度。它是一种非接触式传感器，利用两个不同的电容来感知空气中的湿度和温度。一个电容专门用于感知温度，另一个电容专门用于感知湿度。当空气中有水汽时，它会改变湿度电容的电容值;当空气温度变化时，它会改变温度电容的电容值。DHTll的结构相对简单，由两个可以感知温度和湿度的电容、一个MCU芯片和一个电源电路组成。DHTll的MCU芯片负责将湿度信号和温度信号进行综合处理，并将处理结果输出到外部接口。DHTll数字温湿度传感器实物如图3.4所示。图3.4DHT11数字温湿度传感器实物DHTil是一款温湿度数字传感器，包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，内部与一个8位单片机相连接。该产品以卓越的品质、快速的响应速度、强大的抗干扰能力和极具性价比的特点脱颖而出。每一个DHTlI传感器均在高度精密的湿度校验室中接受精密的校准程序。可与任何类型和规格的温湿度测量仪器兼容，是目前国内唯一采用双端口结构实现对所有温湿度参数同时检测的传感器。通过单线制串行接口的应用，系统集成变得更加便捷高效。同时采用了独特设计的低功耗电路设计技术和先进的抗干扰措施，使得系统性能得到极大提升。由于其体积微小、功耗极低且信号传输距离可达20米以上，使其成为各种应用场景中最具优势的选择，甚至可以说是最为苛刻的。DHTll数字温湿度传感器电路设计如图3.5所示。图3.5DHT11数字温湿度传感器电路设计3.4.2光照数据的采集光照强度数据的采集，选用了光敏电阻。它是一种利用半导体光电导效应制造的电阻器，由于其电阻值会随着入射光线的强度而发生变化，因此又被称为光电导探测器。光敏电阻的操作原理是利用内部的光电效应来实现的。在正常情况下，由于光敏二极管接收到的光强与光源亮度成线性关系，因此只要把一个固定大小的光敏二极管放在适当位置就可使其输出稳定不变的电压。在特定波长范围内的光照作用下，光敏电阻的阻值会迅速降低，导致电路中的电流呈现快速增长的趋势。在正常情况下，光敏电阻应具有较低的电阻值和较大的灵敏度。光敏电阻实物如图3.6所示。图3.6光敏电阻5528实物图VCCGNDDOAO光敬电阻光敏电阻不仅具有高灵敏度、快速反应、良好的光谱特性和r值一致性，而且在高温、多湿的恶劣环境下，仍能保持卓越的稳定性和可靠性，因此广泛应用在照相机、灯具和灯饰品中。光敏电阻直接接在Pl.1A/D接口上，通过数模转换将检测到的数据显示在1.CD1602上，根据该数据系统会自动与按键所设阈值进行比对，并作相应调控。光敏电阻电路设计如图3.7所示。-GND0304Pl.1图3.7光敏电阻电路设计3.4.3土壤湿度数据的采集土壤湿度数据的采集，选用Y1.-69湿度传感器。它的工作原理是基于电容测量的原理。该传感器由两个金属片组成，一个是感知器，另一个是基准电极。Y1.-69是一个简单的土壤湿度传感器，当环境湿度改变时，湿敏电容存在的环境中的介质将发生改变，导致湿敏电容中的电容数值产生变化，电容的数值与湿度值成正比。电容值发生变化，进而导致输出电压的变化。因此，通过测量输出电压的变化就可以得出环境湿度的变化。该传感器的输出电压一般为模拟信号，需要通过模拟转数模转换成数字信号才能被处理器读取。土壤湿度传感器实物如图3.8所示。图3.8土壤湿度传感器实物Y1.69土壤湿度传感器采用数字式检测方式，具有高精度的特点，可以精确检测土壤的湿度水平。同时其使用材料质量好，制作工艺先进，具有较高的稳定性，可以长期稳定地工作；体积小巧，重量轻，安装简便，可以方便地安装在土壤中，不会对土壤造成破坏；采用数字式检测方式，功耗低，可以长时间工作，不需要频繁更换电池。Y1.-69土壤湿度传感器连接在P1.0A/D接口，将采集到的土壤湿度数据传输到1.CD1602上显示。土壤湿度传感器电路设计如图3.9所示。VCCGNDDOAO土壤湿度5v01T-*GND0304PI.0图3.9土壤湿度传感器实物3.4.4土壤盐碱度数据的采集土壤盐碱度的数据的采集，采用103电位器。电位器也就是一种滑动变阻器，由一个电阻体和一个可旋转或滑动的系统所构成。当电阻体的两个固定触电之间施加一个电压时，通过旋转电位器改变触点在电阻体上的位置，从而在动触点与固定触点之间形成一个与动触点位置密切相关的电压。使用103电位器来检测土壤盐碱度数据，通过旋转电位器改变电阻阻值的方式来改变A/D转换输出的数值，从而模拟土壤盐碱度的实时数据，达到检测土壤盐碱度的目的。103电位器如图3.10所示。图3.10103电位器实物电位器连接在单片机的P1.2A/D接口上，通过旋转电位器改变电阻，模拟土壤盐碱度的输出，将该数据显示在1.CD1602上。土壤盐碱度电路设计如图3.11所示。图3.11土壤盐碱度电路设计3.4.5土壤温度的采集土壤温度采集，选用DS18B20探头式土壤温度传感器。DS18B20是一线式数字温度传感器，具有独特的单线式接口方式，测量温度范围在-55C125°C,误差为+0.5%,最高精度可达0.0625【。作为一种广泛使用的数字温度传感器，由于其输出的是数字信号，因此具有体积微小、硬件成本低、抗干扰能力强以及高精度等优点。该传感器的热敏电阻原理设计与传统温度传感器相同，但相较于后者，土壤温度传感器的密封外壳结构更具耐用性，可确保传感器在深埋地下时保持稳定工作状态，从而实现对土壤实时温度的精准测量。DS18B20土壤温度传感器如图3.12所示。Q图3.12DS18B20土壤温度传感器实物DS18B20土壤温度传感器直接接在单片机的P2.2接口上，将采集到的土壤温度数据传输到1.CDI602上显示。DS18B20与微处理器之间的双向通讯，只需一条口线即可实现，同时其测温范围为-55。（2+125。固有测温误差为1。无需任何外部元件即可使用,既能满足温度采集，还能简化电路，节省单片机接口数量。DS18B20土壤温度传感器电路设计如图3.13所示。图3.13DS18B20土壤温度传感器电路设计3.5按键显示电路设计3.5.1按键电路设计按键分别接在P3.0、P3.1>P3.6共设计三个按键，P3.0用以切换不同数据采集单元的显示界面，P3.1、P3.6可以调节各个传感器的阈值，前者减少阈值，后者增加阈值。单片机通过采集到的数据与阈值设定的数据进行比较，最后由执行机构进行控制。按键电路设计如图3.14所示。S3E127*7SW-PBS4*2Jr-；SW-PBS5r"SSW-PB按键模块图3.14按键电路设计3.5.2显示电路设计显示电路的设计，选择1.CD1602液晶显示器。1.CDI602液晶显示的基本原理是利用液晶的物理特性，通过施加电压对其显示区域进行精准控制，从而实现有电即有显示的效果，进而呈现出清晰的图像。也可在不需要使用外部电源的情况下，用普通16光源或其他方法使之发光来显示图像。液晶显示器因其厚度薄、适用于直接驱动大规模集成电路、易于实现全彩色显示等特点，己成为当今广泛应用的技术。1.CDI602液晶显示器实物如图3.15所示。图3.151.CD1602液晶显示器实物1.CDI602液晶显示器电路GND引脚连接的是接地电源，VCC引脚连接的是外接电源+5V,VO引脚连接的是单片机的对比度调整端。DBODB7位引脚连接的是单片机的P0.0P0.7接口。EN引脚连接的是单片机的P2.7接口也就是1.CD1602的使能信号端EN,电平1时读取信息，由高电平变为低电平时执行指令。RW引脚连接的是单片机的P2.6接口也就是1.CD1602的RW端，用户可以在高电平时进行读操作，而在低电平时则可以进行写操作。单片机的P2.5接口连接的是1.CD1602的RS端，当高电平时，选择数据寄存器，而低电平时，选择指令寄存器。14引脚连接的是脚背光正极，15引脚连接的是脚背光负极。1.CDI602液晶显示器电路设计如图3.16所示。图3.161.CD液晶显示器电路设计3.6执行机构电路设计3.6.11.ED灯电路设计1.ED灯接在P2.1接口，由STC12C5A16S2单片机进行控制。当光敏电阻检测到的光照强度低于按键设定的阈值时1.ED亮，表示补光，反之则不亮。1.ED灯电路设计如图3.17所示。R65VZ5IORDlP2.11.EDO图3.171.ED灯电路设计3.6.2小风扇电路设计降温小风扇接在P2.4接口，除湿小风扇接在P3.7接口,由1.91IO的两路电机驱动，并经STC12C5A16S2单片机进行控制。当温度传感器检测到的温度比按键设定的阈值高时降温小风扇转动，表示降温，反之则不转；当湿度传感器检测到的湿度比按键设定的阈值高时除湿小风扇转动，表示除湿，反之则不转。降温、除湿小风扇电路设计如图3.18所示。图3.18降温'除湿小风扇电路设计3. 6.3继电器电路设计继电器是电气工程中常用的控制器件，它具有控制回路和工作回路，通常应用于自动控制电路中1"1。继电器接在P2.0