温室大棚温湿度监测系统解决方案研发设计.docVIP

温室大棚温湿度监测系统解决方案设计 摘　要：设计了一种温室大棚温湿度监测系统，采用一体化温湿度传感器ＳＨＴ１１实时检测环境温湿度，采用图形点阵型液晶ＪＣＭ１２２３２同屏显示温湿度值和上下限报警值；通过ＵＳＢ接口将采集到的实时数据上传给ＰＣ机，实时监测温湿度值；同时，ＶＢ编写程序实现了绘制温湿度历史变化曲线或实时曲线。单片机采用ＳＴＣ８９Ｃ５２主控芯片，通过按键设置温湿度上下限值，报警部分使用有源蜂鸣器，电源部分采用ＵＳＢ接口供电，即插即用、通用性强。实验表明，该监测系统性能稳定、工作可靠，具有示值稳定性好等特点。 关键词：温室大棚；温湿度；温湿度监测系统；单片机；监测 0　引言 在大棚蔬菜种植等场合经常要用到温、湿度采集系统，传统的方法是利用湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的温室大棚进行通风、去湿或加温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度以及湿度误差大，随机性大。故需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度自动测量系统，对温室大棚内的温度以及湿度变化情况进行实时自动测试，一旦出现异常现象便于及时分析和处理，将会有效地提高工作效率；同时，若能将采集到的温湿度信息传入电脑，再利用ＰＣ机的各类分析软件对其进行实时监控、分析和处理，打印出历史曲线，建立出一种管理方便、操作简便、运行可靠的高效率控制系统将是极为有意义的，也是当今测试仪器向高速、便捷、网络化发展的一个重要方向。 1　温湿度监测系统设计 温湿度监测系统分为下位机数据采集部分和上位机数据实时监测处理部分。下位机可作为独立模块使用，主要完成温湿度信息的采集、数据处理和显示、上下限数据的设置、超温报警以及数据上传功能。上位机将接收的数据进行简单处理后实时显示并打印出历史曲线。 该系统主要包括温、湿度信息采集，温、湿度上下限设定，数据换屏显示，声光报警，ＵＳＢ数据通讯以及ＰＣ机数据处理模块，框图如图１所示。 2　硬件电路设计 2．1　USB通信电路 系统采用ＣＨ３４１作为ＵＳＢ接口通信芯片。此芯片是一个ＵＳＢ总线的转接片，通过ＵＳＢ总线提供异步串口、打印口、并口以及常用的２线和４线等同步串行接口。设计通过使用其提供的异步串口功能，与单片机进行ＵＳＢ数据通讯。由于电脑串口ＲＳ２３２的电平是－１０～＋１０Ｖ，而单片机应用系统的信号电压是ＴＴＬ电平０～＋５Ｖ，故与ＣＨ３４１通讯时需进行电平转换。将ＴＴＬ电平转换为ＲＳ２３２电平后传入ＣＨ３４１中，设计采用ＭＡＸ２３２用来进行电平转换，该器件包括２个驱动器、２个接收器和１个电压发生器电路提供ＴＩＡ／ＥＩＡ－２３２－Ｆ电平。ＭＡＸ２３２芯片可以完成两路ＴＴＬ／ＲＳ－２３２电平的转换，ＭＡＸ２３２的９和１０引脚是ＴＴＬ电平端，用来连接单片机，１１和１２引脚分别接ＣＨ３４１芯片的ＴＸＤ和ＲＸＤ引脚。详细电路图，如图２所示。 2．2　温湿度采集电路 系统采用ＳＨＴ１１单片智能化温湿度传感器。测量相对湿度的范围是０～１００％，分辨力高达０．０３％，最高精度为２％ＲＨ；测量温度的范围是－４０～１２３。８℃，分辨率为０．１℃；测量露点的精度＜１℃。连接时，仅需要两条口线即可实现单片机和ＳＨＴ１１的双向通讯，在使用中不需要任何外围元件，被测温度通过编程可实现９～１２位的数字方式串行输出，测温范围大、精度高。电路如图３所示，上拉电阻１０ｋΩ，Ｃ为电源退耦电容。 2．3　显示模块 设计使用的液晶模块是ＪＣＭ１２２３２图形点阵型液晶模块，它是一种内置８１９２个１６倡１６点汉字库和１２８个１６倡８点ＡＳＣＩＩ字符集图形点阵液晶显示器，主要由行驱动器／列驱动器以及１２８倡３２全点阵液晶显示器组成。液晶模块主要是将主机处理后的数据显示出来。该模块与单片机连接简单，只需单片机的３位Ｉ／Ｏ口分别与液晶模块的ＳＣＬＫ，ＳＩＤ，ＣＳ相接。在系统中，为了布线简单以及驱动能力更强，分别用单片机Ｐ２．０，Ｐ２．１，Ｐ２．２接液晶显示器的ＣＳ，ＳＩＤ，ＳＣＬＫ端，具体的连接如图４所示。 2．4　报警电路 为了在温湿度测量中对温湿度的上下限超出提示报警，设计采用蜂鸣音报警电路。通过单片机的１根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声，使用三极管驱动，如图５所示。单片机的Ｐ３．７通过电阻R２接三极管的基极，R３接在基极和发射极上。当Ｐ３．７输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器发声；当Ｐ３．７输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。 3　系统软件设计 3．1　下位机软件设计 软件部分是系统运行的核心，下位机包括温湿度数据采集部分、ＵＳＢ数据发送部分、按键处理部分和数据结果处理换屏显示部分以及软件校验。在设计下位机软件时，ＵＳＢ数据通讯模块采用在定时器０中触发串口中断实现，定时器０设置为５０ｍｓ中断１次，所以在主程序中需首先对串口中断，