大学毕业论文-—蔬菜大棚温湿度控制系统设计.doc

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本科毕业设计

题 目 蔬菜大棚温湿度
控制系统的设计
姓 名 *******
专 业 电子科学与技术
学 号 ********
指导教师 ******

****电气工程学院
二○一四年五月

毕业设计（论文）任务书

题目 蔬菜大棚温湿度控制系统的设计
专业 电子科学与技术 学号 姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等

一．主要内容：
1. 检测，选择温度和湿度环境参数进行监控。
2. 硬件系统设计
（1）温湿度采样系统；
（2）单片机控制系统；
（3）显示系统；
（4）报警控制系统。
3. 软件系统设计
（1）单片机系统初始化；
（2）对传感器采集的数据信息进行分析，通过单片机控制温度和湿度；
（3）显示模块以及报警控制模块。
二．基本要求：
1 查阅相关书籍、资料，确定合理的方案。
2 详细叙述工作原理，以及各功能模块。
3 采用温湿度传感器测量大棚内温度以及湿度。
4 显示模块显示测量的温度和湿度数值。
三．主要参考资料：
[1] 谭浩强．单片机课程设计[M].北京：清华大学出版社，1989
[2] 张毅刚．单片机原理及接口技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
[3] 郭天祥．新概念51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009

完 成 期 限：
指导教师签名：
专业负责人签名：
填 表 日 期：

毕业设计（论文）开题报告
课题名称
蔬菜大棚温湿度控制系统的设计
课题来源
教师拟定
课题类型
BY
指导教师

学生姓名

学 号

专 业
电子科学
与技术
开题报告内容：（调研资料的准备，设计的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）
一、 调研资料的准备
1、了解选题背景：蔬菜的生长对于温湿度具有一定的要求，因此需要对环境的温度和湿度进行监测和控制。随着科学技术的发展，也要求利用现代化仪器，更方便的测试蔬菜大棚内的温湿度以及控制系统，从而进一步提高蔬菜产量和数量。
2、查阅了相关书籍及参考资料
（1）艾运阶. MCS_51单片机项目教程. 北京：北京理工大学出版社，2012
（2）谭浩强. C语言程序设计（第三版) [M]. 北京：清华大学出版社，2005
（3）程国钢，陈跃琴，崔荔蒙.51单片机典型模块开发查询手册. 北京：电子工业出版社，2012
（4）白延敏. 51单片机典型系统开发实例精讲. 北京：电子工业出版社，2009
二、设计目的、要求
为了更好的利用温室栽培这一高效技术，就必需运用科学的、先进的管理方法，用以对不同种类蔬菜生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。这种自动控制的方法，可以准确的监控与调节温室内的环境，从而提高蔬菜生产产量。
1. 采用温湿度传感器测量大棚内温度以及湿度。
2. 显示模块显示测量的温度和湿度数值。
三、设计思路
本设计主要采用由单片机控制的设计方案，主要有传感器、A/D转换器、单片机、电源和显示电路几部分组成。
1. 温湿度传感器：传感器是一种可以将重量转化成电量的转换元件，从
而可以把温湿度转换成适合于计量求值的信号。
2. A/D转换器：A/D转换器是将输入的模拟信息转换成计算机可以识别的数字信息。
3. 控制部分：单片机将A/D转换器转换后的数字量进行处理，并送往显示电路显示。
4. 显示单元：使用1602液晶显示屏来显示控制模块送来的数字量，即被测环境温度及湿度。
5. 电源：电源为电路提供直流电源。
四、预期成果
1. 外文文献翻译、开题报告、文献综述及毕业设计说明书。
2. 按设计要求完成实作，实现可以检测并显示室内温湿度数值，当超过设定数值时，系统将发出报警。
五、任务完成的阶段内容及时间安排：根据进度要求完成。
六、完成设计（论文）所具备的条件因素
1. 学校为我们提供的实验室包括：电子产品组装实验室、单片机室等。
2.使用 Keil、protes等软件。

指导教师签名： 日期：

注：课题来源要填写明确（如教师拟定、学生建议、某企事业单位项目等）
课题类型：（1）A—工程设计；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；E—制作（作品）（2）X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题；
要求（1）、（2）均要填，如AY，BY等。

目 录
摘要 I
Abstract II
前言 III
1设计概述 1
1.1国内外智能控制系统的发展概况 1
1.2系统设计背景 2
2系统设计思想  3
3系统硬件设计 5
3.1单片机模块 5
3.1.1单片机的选择 5
3.1.2单片机最小系统 6
3.2温湿度采集模块 7
3.3液晶显示模块 10
3.3.1 LCD1602概述 11
3.3.2 LCD1602基本参数及引脚功能 12
3.4报警模块 13
3.5控制模块 13
3.6阀值模块 14
4系统软件程序的设计 15
4.1软件程序设计 15
4.2仿真软件介绍 16
4.2.1 Proteus简介 16
4.2.2 Keil C51编译器简介 16
4.3整体下载与调试 17
4.3.1 USB转串口驱动安装 17
4.3.2下载程序 17
4.3.3调试 18
5 系统总体设计 19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
附 录 24
附录1：实物照片 24
附录2：原理图 25
附录3：程序编写 26
附录4：元器件清单 31

蔬菜大棚温湿度控制系统的设计

摘 要
温湿度控制已成为当今社会研究的热门项目。是农业生产过程中必须考虑的因素，作为最常见的被控参数。现在国外有很多农场对于温室的智能控制系统有了一定的应用，但其成本高昂，针对国内大棚的特点是不能做到全面的普及。正对这一实际情况，研发一套低价格、高性能的温室温湿度控制系统，在我们国内具有非常广泛的应用前景和实际意义。本文以STC89C52单片机为核心控制器，结合DHT11电容式数字温湿度传感器，液晶显示屏1602显示以及模拟调节模块，完成电路硬件设计。通过软件编程控制数据下载到单片机完成温湿度显示、阀值设置。此次设计系统能实现的功能如下：通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整，液晶显示屏能实时显示当前环境温湿度。芯片AT24C04使存储的温度上限和湿度上限可以掉电永久保存。当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。结合三极管和继电器，该信号也可以驱动继电器打开或切断排风扇转动。文中提出了设计方案，讨论了蔬菜大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，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。
关键词：传感器；温湿度；单片机；智能控制

I

DESIGN OF CONTROL SYSTEM IN TEMPERATURE AND HUMIDITY FOR VEGETABLE GREENHOUSE

Abstract
In today's social studies, temperature and humidity control has become a hot item . Is a factor that must be considered in the industrial and agricultural production process. As the control parameters of the most common. Now there are a lot of farms for overseas greenhouse intelligent control system has a certain application, but its high cost, according to the characteristics of domestic greenhouse is can't do the comprehensive popularization. Is the actual situation, developed a set of low price, high performance of the greenhouse temperature and humidity control system, in our country has a very broad application prospects and practical significance. STC89C52 single-chip microcomputer as the core controller, this paper combined with digital temperature and humidity sensor DHT11 capacitance type, LCD display and 1602 simulation adjustment module, complete the design of hardware circuit. Through software programming control data downloaded to the single-chip microcomputer temperature and humidity display, threshold Settings. The design system can realize the function is as follows: through four buttons easily realize the adjustment of the upper limit of temperature and humidity, LCD screen can display the current environmental temperature and humidity in real time. Chip AT24C04 storage limit the maximum temperature and humidity can be permanent when power supply drop. When temperature or humidity transfinite alarm signal light lamp accordingly. Combined with the transistor and relay, the signal can also drive the relay on or cut off the fan rotation. This paper puts forward the design scheme, and discusses the vegetable greenhouses, the basic principle of the temperature and humidity measurement and control circuit. The circuit diagram and program flow chart are given with the active program.
Keywords : Sensor；temperature and humidity；MCU；intelligent control

II

蔬菜大棚温湿度控制系统的设计
前 言
目前，随着蔬菜大棚数量的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高。特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。传统的蔬菜大棚只是依靠人工来控制，一般是在棚内悬挂温度计，通过观察温度计的实数，根据以往的经验来判断室内的温湿度。而这种方法费时费力，并且有测控精度低、劳动强度大以及测控不及时等弊端，容易造成很大的的损失。这种传统的方法不但大大增加了成本，浪费了人力物力，而且很难达到预期的成果。因此为了实现高效科学化农业生产并提高农业研究方向的准确性，推动我国农业的快速发展，必须大力发展农业设备与相应的农业技术工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度等环境因素。这就需要研发价格适中的、自动化程度高，便于管理的自动化控制设备，提高管理效率，增加蔬菜产量和质量。本文所设计系统是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高、操作便捷、性价比高的应用于农业种植生产的大棚温湿度测控系统。

III

1设计概述
1.1国内外智能控制系统的发展概况
现代社会随着科学技术的发展，尤其是农业方面，更多技术应用于农业，农业技术的研究和开发越来越受到重视。众所周知，温室大棚已经成为现代高效经济农业的一个重要组成部分。随着现代控制技术的快速发展，以及计算机网络系统和电子产品的结合性应用，使得现代化农业发展，正走向一种专业化、自动化的发展趋势，这种模式必将是未来农业发展的方向。
现代化智能控制系统是一种智能化管理大棚内部环境的科学系统，这种系统需要相应的感应设备来保证其正常运行，智能控制系统就是将科学信息技术运用到农业的体现，通过系统软硬件结合，设定的各种指令，自动化的完成管理工作，不需要大量的人工操作，是一种现代化农业发展的重要便捷工具。应用电子计算机和自动控制技术来实现农业生产和管理的自动化，是现代化农业的重要标志。近几年随着电子信息技术的飞速发展，带来了大棚温室控制与管理技术方面的一场革命。在农业生产、花卉种植、动植物养殖等方面有着广泛的运用，对于农业生产的产量与质量有着巨大的经济效益与社会效应。
温室大棚就是建立一个模拟适合植物生长的气环境条件，创造一个人工气象环境，来减小温湿度对植物生长的约束。而且温室大棚能够摆脱环境对植物生长的限制，使不同的农作物在不适合生长的季节产出，从而也使得季节的变化对农作物的生长不再产生过度影响。由于温室大棚能带来丰厚的经济效益，所以温室大棚越来越普及，并且早已成为农民增收的主要手段。
现代智能控制系统能够有效、便捷的对温室大棚内部环境控制，这种系统控制过程科学管理，可以提高操作的准确性，同时也降低了对农民体力劳动的强度。除此之外，它还能准确、定时、高效的进行温湿度控制与调节，可以节省人力、物力，从而可以提高农作物产量。
现代化智能温室大棚控制系统主要应用于西方先进国家，尤其是美国。然而在我国农业中的使用却不多，同发达国家相比，有着较大的差距。国内即使有些使用的了现代化控制系统，但一方面由于缺乏足够管理经验、技术，不能创造更多经济效益，另一方面由于它本身价格昂贵，使得不能在国内普遍推广。结合我国实际情况，只有提高自动控制系统的智能化，使温室控制系统更加智能、方便。采用廉价的电子产品使其价格能被广大农民所接受，才能使智能温室大棚控制系统在农业中有着广泛应用。
1.2系统设计背景
本文主要是应用STC89C52单片机来设计的丝瓜大棚温湿度控制系统。丝瓜是喜温喜光耐热性的作物。但是在排水不良的情况下，结瓜少，瓜身短，瓜茎小，产量低。所以在生产上必须选择适宜丝瓜所适应的生长环境条件。丝瓜种子发芽的适宜温度为28～30℃，30～35℃时发芽迅速，气温高于35℃时，生长势减弱，甚至出现凋萎而影响花蕾和结实，丝瓜生长发育的最适宜适宜温度为28～36℃。丝瓜喜湿、怕干旱，在土壤湿度含水量70%以上的环境下生长最好，低于50%时生长缓慢，空气湿度不应小于52%，在75%～85%时，生长速度快、结瓜多，短时间内空气湿度达到饱和时，仍可正常地生长发育。在瓜类中以丝瓜最耐湿，开花结果盛期要求温度更高，在炎热的夏秋只要不缺水肥，开花结果就会一直很旺盛。一般在温湿度适宜，风较小的天气是最有利于丝瓜的生长。
丝瓜也有很大的经济价值。丝瓜中含有丰富的维生素B1能防止皮肤老化，维生素C能增白皮肤等成分，能够使皮肤洁白、细嫩。故丝瓜汁有“美人水”之称。除此之外，还有很大的药用价值，古籍记载 ，丝瓜具有清热化痰、行血脉等功效。
此次设计的温湿度的控制系统主要包括以下几个方面：感应环境温湿度，判断温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，报警灯发出报警；同时相应的控制设备工作，如本次设计利用继电器和排风扇组成的控制系统；除湿设备工作后，单片机系统判断异常是否处理完毕；以及若异常处理完毕，解除报警。本次设计就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，操作便捷、性价比高的应用于农业种植生产的丝瓜大棚温湿度测控系统。

2系统设计思想 
在传统的温湿度测控系统中,往往只是采用模拟技术进行设计。传感器采用热电阻、热电偶等模拟器件。温湿度测控系统还需要额外加补偿电路，电路安装复杂，价格昂贵,而且必须经过A/D转换后才可以被微处理器识别和处理，这样就可能会出现一些错误或者误差，例如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题，从而影响到测控系统的精确性，影响整个系统的稳定性能。随着科学技术的不断提高，更多的科学技术应用到现代化农业中，温湿度测控系统也正在朝着集成化、智能化、自动化的方向发展。现代农业的发展，尤其是蔬菜大棚的推广，也要求要有现代化设施来控制棚内温湿度等含量，便于自动化管理。然而目前应用于温室大棚的温湿度测控系统大多数采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的传输系统。这种温湿度度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把传感器采集的信号送到采集卡上，这种系统成本高。同时线路上传送的都是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。
本次设计系统是采用STC89C52单片机和DHT11的低成本的温湿度测控系统。系统主要包括系统硬件的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括单片机、显示模块、报警灯、温湿度传感器、按键、排风扇等六部分，系统显示模块由DHT11温湿度传感器及LCD1602字符型液晶模块构成，该电路系统简单、工作稳定、集成度高、调试方便，具有一定的实用价值，很容易在现代化农业中推广实施。
此次设计系统的一大特点是可以通过下位机中的按键输入温湿度的上限值和预置值，温湿度传感器可以将环境中检测的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理，然后送至下位机中的单片机，单片机读取数据将数据送到缓冲区内，通过进LCD1602行实时显示，同时与预先设定的参数值进行比较处理；同时可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电器的控制对相应的设备如排风扇进行操作，以保证大棚的温湿度范围能够在预置的范围内，调节大棚内温湿度状态。
系统采用数据处理模块（STC89C52单片机）、信息采集模块（DHT11温湿度传感器）、液晶显示模块、设置模块、报警模块、调控模块设计而成。数据处理模块是采用微处理器芯片STC89C52，其可靠性高，抗干扰能力强，来完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。温湿度采集模块使用的是DHT11数字温湿度传感器，温度测量范围0℃～50℃，湿度测量范围20%RH～90%RH。可以满足一般的检测需要,它使用单总线方式，接口简单，并且无需另外校准。分辨率为8Bit，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。假如要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。配用EEPROM芯片AT24C04，使存储的温度上限和湿度上限可以掉电永久保存。可以通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整。当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。该信号也可以通过三极管驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。其系统原理设计框图如图2.1所示：图中STC89C52单片机每2秒就会从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外部EEPROM存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。该报警信号可以通过三极管驱继电器，以控制外部风机或加热器。

图2.1 系统原理设计

3系统硬件设计
3.1单片机模块
3.1.1单片机的选择
方案一：AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS型8位单片机，该单片机器件是采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，可以兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器( CPU )与Flash存储单元，功能强大。其片内的8K程序存储器是FLASH工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。对于写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。其次，AT89C52目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。AT89C52可以构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于8K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V的电压编程，而且擦写时间仅仅需要l0ms。并且AT89C51芯片可以提供三级程序存储器加密，提供了简捷而又可靠的加密手段，可以完全保证程序或者系统不被仿制。PO口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
方案二：STC89C52系列单片机的指令系统和AT89C52系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题：
（1）AT89C52不带ISP下载，但是要用下载器才行，STC89C52可以用USB转串口下载，下载软件可以到STC厂家网上去下。
（2）STC单片机执行指令的速度很快，大约是AT的3~30倍。虽然快是好事，但是这样一来，在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块，用STC时注意得加长延时，大约是AT的10~30倍就差不多，这一点可以通过调试验证。
（3）STC89C52单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然能够正常工作，甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下AT肯定不行，所以当一个系统用STC单片机好用，但用AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。
比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用STC系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故本系统选择STC89C52单片机作为主控芯片。足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。
3.1.2单片机最小系统
单片机最小系统主要是由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。对于一个完整设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠性是系统平稳运行的前提和基础。此次最小系统中的电源供电模块电源是通过计算机的USB口供给，当然也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。
振荡电路（时钟电路）最重要的是STC89C52单片机正常工作需要的时钟电路提供一个稳定的工作频率。一般情况下，根据STC89C52单片机时钟周期的要求，回路需要选用频率为12MHz的晶振。内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2端口接上时钟电源即可构成时钟电路，此系统设计中采用内部时钟产生方式。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶振，与内部的反相器构成稳定的自激振荡器。其发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制部件。电容对频率有微调作用。
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当在STC89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。
复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。其数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路是由上电复位和按键复位两部分组成。
上电复位：STC89系列单片为高电平复位，通常情况下在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。
按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。
如图3.1为单片机最小系统原理。

图3.1 单片机最小系统原理
3.2温湿度采集模块
方案一：选用DS18B20温度传感器作为温度检测模块。DS18B20是一线式数字温度传感器。它具有独特的单线式接口方式。测量范围在-55℃~125℃，-10℃~85℃，误差范围在-\+0.5℃。最高精度可达0.0625℃。
HS1101是电容式湿度传感器。可测量相对湿度范围在0%~100%RH。
方案二：选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。DHT11是一种集成型的数字温湿度一体传感器。
DHT11采用的是数字模块采集技术与温湿度传感技术，这两项技术确保产品具有较高的可靠性与稳定性。传感器是由一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件组合而成，并与一个高性能8位单片机相连接。具有品质卓越、响应较快、抗干扰能力强、稳定性高等优点。测量范围20%~90%RH，0℃~50℃。测温精度为-\+2℃，测湿精度为-\+5%RH。完全符合本次毕业设计的要求。
经上述分析，方案一虽然精度更精确，却稍显复杂。方案二即便不能实现方案一的高精度测量。却也能满足设计要求。且简便易行、可靠稳定。具有超高的性价比，因此选择方案二。
传统的温湿度传感器需要处理的是模拟信号，容易受到外界环境和温漂的影 响 ，造成测量精度较低和可靠性较差；此外，温室内除了装有测量温湿度的传感器外，还需多个传感器、放大器和信号传输线。这些都将使得系统安装和维护的难度增大，从而使故障率增大。选用数字型温湿度传感器DHT11，其最大的优点就是将传感器检测信息的功能和微处理器的信息处理功能有机地结合在一起。采用的是线制串行接口，使得系统集成变得简易便捷。超小的体积、极低的功耗，信号的传输距离可达20米以上，在很多条件下可以选择它作为传感器，除此之外它采用的是使4针单排引脚封装，连接方便，其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
数字型温湿度传感器的特点是直接输出数字量。将温度感测 、湿度感测 、信号变换 、A/D 转换和加热器等功能都集成到一个芯片上，DHT11传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有可靠性高与稳定性高的特点，被广泛的应用日常生活中。DHT11通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。DHT11温湿度数字传感器采用的是4针单排引脚封装，传感器通电后，需要等待1s，这是因为需要越过不稳定的状态，在此期间不需发送指令，电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。DHT11实物图如图3.2：

图3.2 DHT11实物
DHT11传感器模块的软件流程如图3.3所示：

图 3.3 DHT11传感器模块程序流程

DHT11的技术参数如下：
供电电压：3.3~5.5V DC；
输出：单总线数字信号；
测量范围：湿度20～90%RH，温度0~50℃；
测量精度：湿度±5%RH，温度±2℃；
分辨率：湿度1%RH，温度1℃；
互换性：可完全互换;
长期稳定性：<±1%RH/年；
本次设计采用温湿度传感器DHT11。它具有测量精度高，电路连接简单等特点。具体接口如下：
引脚1：VDD 供电3～5.5V DC；
引脚2：DATA 串行数据,单总线；
引脚3：NC 空脚,请悬空；
引脚4：GND 接地,电源负；
有一点必须注意，在引脚2在接单片机时，同时要在数据线接一上拉电阻，接到电源上。DHT11典型应用电路如下图所示，连接电路简单，仅需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。一般建议连接线长度短于20时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。

图3.4 DHT11温湿度传感器外型及管脚

DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分。一次完整的数据传输为40bit，高位先出。
3.3液晶显示模块
方案一：采用12864液晶显示屏。液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）以及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接相接，提供两种界面来连接微处理机：8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。
方案二：采用LCD1602液晶显示屏。LCD1602 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。LCD1602只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单。
总结：在编程使用方面，两者难度差不多，原理差不多，都是写指令、写地址、写数据等等。当然12864液晶屏显示更全面、字符更多。相比于1602液晶屏、12864能更形象具体的实现显示功能。不过 1602 液晶屏也能实现设计的要求。网上买比较廉价，最低的六块钱左右。而12864液晶显示屏最便宜的也要四十块钱。从造价方面考虑，当然是价格低廉的优先。而LCD1602就是最好的选择。
3.3.1 LCD1602概述
显示器使用最多的是发光二极管显示器( LED )和液晶显示器( LCD )。由于它们都具有结构简单、耗电少、价格低廉、接口简单、寿命长等优点，被广泛应用于智能仪表场合，尤其是单片机系统中大量应用。LCD以其功耗低、视觉范围广等特点也被广泛应用。对于温湿度测控系统的设计而言，显示电路的设计也是不可缺少的。
在本设计系统中，不仅需要显示测量的温湿度值，而且还要显示不同的温湿度报警参数，显示模块的设计是十分必要的。考虑到本设计的特点(工作温湿度、显示行列数、光线等因素)，设计中选用的是LCD1602显示器。该显示器的大屏幕显示具有显示清晰、视觉范围广、价格低等优点。LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。
使用的单片机系统液晶显示器作为输出设备具有以下优点:
由于液晶显示接收信号中的每个点保存后的颜色和亮度，恒定的光，而不是作为一个阴极射线管(CRT)显示需要不断刷新新的亮点。因此，液晶显示器显示效果好、质量高。液晶显示器都是数字式的，接口与单片机系统相接更加稳定，从而使得操作更加便捷。
LCD1602显示器主要是由显示屏上的电极控制液晶分子状态，通过液晶分子的组合来达到显示的目的，显示特性比以往的显示器高，性价比也比较高。
相对来说，液晶显示器内部的电极和驱动IC是主要的功耗来源，因此耗电量比其它显示器要小得多。
3.3.2 LCD1602基本参数及引脚功能
LCD1602技术参数如下： 
显示容量：16×2个字符； 
芯片工作电压：4.5～5.5V； 
工作电流：2.0mA(5.0V)； 
模块工作电压：5.0V； 
字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm；
LCD1602引脚说明：
第1脚：VSS为地电源。 
第2脚：VDD接5V正电源。 
第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 
第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 
第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平变成低电平时，液晶模块执行命令。 
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 
第15脚：背光源正极。
第16脚：背光源负极。 与单片机接口电路如图3.6所示。

图3.5 LCD与单片机接口电路
液晶显示的原理主要是利用液晶的物理特性，由电压对其显示区域进行有效控制，上电就会显示出来，也可以显示出设定的图形及其文字与字母。液晶显示器的特点：厚度比较薄、能够被大规模集成电路直接驱动、能够便捷的实现全彩色显示，近些年来，它已经被广泛应用在笔记本电脑、数码摄像机、手机移动通信等领域。电路中液晶接口如图3.7所示：

图3.6 1602显示模块
3.4报警模块
该模块主要是结合温湿度采集模块，通过采集模块部分采集的信息转化电信号，经单片机系统处理后，进入显示模块。
所测温湿度与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值或低于下限值则报警灯亮，否则就作为正常的采样值，进行显示和控制。温湿度传感器采集来的温湿度与单片机设定的温湿度值相比较。报警电路中加了两个发光二极管，一个与单片机的P2.5连接，另一个与单片机的P2.6连接，只要其中任何一个过限，报警灯就会亮。当温度大于设定值，其中一只二极管发光；当湿度大于设定值，另一只发光二极管亮。两个发光二极管的颜色不同，这样可以通过颜色的不同来判断是温度超出范围还是湿度超出范围，这样以来是操作者比较方便管理与判断。
单片机IO引脚输出的电流较小，因此需要增加一个电流放大的电路，即通过三极管来放大驱动报警灯（不同颜色的发光二极管）。
3.5控制模块
继电器是电子控制元器件，通常被应用于自动控制电路中。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，本质上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
本电路采用常开继电器组成控制电路，本次设计只是降低温室数值。降温设备工作原理：当温度高于设定上限温度时，与单片机连接的