摘 要

本文设计了一种基于STC89C51单片机的大棚温湿度的监控系统，系统以单片机为主，将温湿度传感器、单片机、通信模块等器件联系起来。传感器采用DHT11温湿度传感器。系统将传感器采集到的数据传输到LCD1602显示，同时还可以传输至上位机，在上位机软件中显示。上位机软件采用Visual Basic6.0进行设计，用户可以在上位机软件中设置温湿度的范围，同时采集到的数据可以以曲线的形式显示在上位机软件中。若温度或湿度超出预先设定的范围，蜂鸣器将报警。整个系统的仿真将在Proteus软件中进行。

本设计控制方法简单，通过上位机将温度范围设定好，然后通过对大棚温湿度的实时监测将温湿度反馈，在不满足温度设定时，系统发出警报通知工作人员采取相应措施使湿度达到设定湿度范围。

本设计以51单片机为核心，DHT11作为温湿度传感器，LCD1602作为显示设备，蜂鸣器为报警装置，供电采用常规的USB 5V供电。整套设计成本低，抗干扰能力强，性能优异，满足目前的需求。

本文主要完成的工作以及设计成果如下：

1. 总体方案分析，分析温室大棚对温湿度的需求，进行处理器，传感器等器件的选型，明确测量温湿度的方法，再根据需求选出合适的显示方式，并设计人机交互。
2. 设计总体硬件电路，根据选出的单片机型号，传感器类型，显示设备，通信设备等连接起来，使之构成一个完整的硬件系统。
3. 完成软件设计，根据总体需求，设计程序流程图，进而编写程序。与此同时，上位机由于需要显示数据，所以也完成了上位机软件设计。
4. 完成仿真，在proteus软件中完成总体仿真，确定其符合设计要求。

关键词：单片机；温湿度监测；Visual Basic6.0

Abstract

This paper designs a monitoring system for greenhouse temperature and humidity based on STC89C51 single-chip microcomputer. The system is mainly based on single-chip microcomputer, which connects the temperature and humidity sensor, single-chip microcomputer and communication module. The sensor uses a DHT11 temperature and humidity sensor. The system transmits the data collected by the sensor to the LCD1602 display, and can also be transmitted to the host computer for display in the host computer software. The upper computer software is designed with Visual Basic6.0. The user can set the temperature and humidity range in the upper computer software. At the same time, the collected data can be displayed in the upper computer software in the situation of the curve. If the temperature or humidity exceeds the preset range, the buzzer will alarm. Simulation of the entire system will be performed in the Proteus software.

The design control method is simple, the temperature range is set by the upper computer, and then the temperature and humidity are fed back through real-time monitoring of the greenhouse temperature and humidity. When the temperature setting is not met, the system issues an alarm to notify the staff to take corresponding measures to achieve the humidity. Set the humidity range.

This design takes 51 MCU as the core, DHT11 as the temperature and humidity sensor, LCD1602 as the display device, buzzer as the alarm device, and the power supply uses the conventional USB 5V power supply. The whole set has low design cost, strong anti-interference ability and excellent performance to meet the current needs.

The main work and design achievements of this paper are as follows:

（1）Analysis of the overall plan, analysis of the greenhouse temperature and humidity demand, the selection of processors, sensors and other devices, the method of measuring temperature and humidity, and then select the appropriate display mode according to demand, and design human-computer interaction.

（2）Design the overall hardware circuit, according to the selected MCU model, sensor type, display device, communication device, etc., to form a complete hardware system.

（3）Complete the software design, design the program flow chart according to the overall requirements, and then write the program. At the same time, the host computer also completed the PC software design because it needs to display data.

（4）Complete the simulation and complete the overall simulation in the proteus software to determine that it meets the design requirements.

Keywords： microcomputer; temperature and humidity monitoring; Visual Basic 6.0

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计背景及意义 1

1.2 国内外动态及发展前景 1

1.3论文主要内容 3

第2章 系统总体设计 4

2.1系统概述 4

2.2 器件选型 4

2.2.1 单片机选型 4

2.2.2 传感器选型 5

2.2.3 通信模块选型 6

2.3 DHT11温湿度传感器介绍 6

2.3.1 DHT11应用电路 7

2.3.2 DHT11传感器的命令与时序 8

2.4本章小结 9

第3章 系统硬件设计 10

3.1 单片机最小系统电路 10

3.2 温湿度测量模块电路 11

3.3 显示模块电路 12

3.4蜂鸣器报警电路 13

3.5通信模块 14

3.6 输出模块 15

3.7 系统总体电路图 15

3.8本章小结 16

第4章 软件设计 17

4.1 下位机软件设计 17

4.1.1系统总体程序设计 17

4.1.2 温湿度监测模块程序设计 18

4.1.3 LCD1602液晶显示模块程序设计 18

4.2 上位机软件程序设计 19

4.2.1 Visual Basic基本介绍 19

4.2.2 Visual Basic6.0软件中的串行通信控件 20

4.2.3上位机程序总流程图 20

4.3本章小结 21

第5章 软件仿真 22

5.1 Keil C51软件介绍 22

5.2 仿真结果截图 23

5.3本章小结 27

第6章 结论 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1 设计背景及意义

农业发展一直是世界各国十分重视的问题，农业关乎着人类的一切，包括饮食，环境，生活。然而农作物的生长有着很多的限制因素，比如温度，湿度，光照，水分等。在世界上温暖湿润的地区，农业都较为发达，然而在干燥寒冷的地区，农作物生长环境不佳，不适合农作物生长，所以农业产量低。

我国作为世界上第一农业大国，虽然农业产量高，但是在我国许多地区，地形气候条件导致的土壤质量不佳，并不适合农作物的生长。如果能够利用这些地区来种植农作物，并且能够保证其正常生长的话，我国的农业又会得到快速的发展。为了解决这一状况，温室大棚在我国许多偏远高寒地区得到了应用。

温室大棚就是来模拟农作物生长的条件，这个条件除非出现故障否则一年四季都不会有很大改变，这使季节更替不再成为限制农作物生长的条件。同时，温室大棚所带来的经济收益也是非常可观的，如今已经成了农民增收的主要手段。在温室大棚中，温度湿度光照等环境因素都处于实时监控状态，并时刻处于适合农作物生长的范围内，所以在一年四季，农作物都能较为快速的生长。这极大地提升了农作物的产量，这对于人口大国的中国来说十分重要。所以，温室大棚内环境因素的监控就十分重要

而温室大棚的温湿度监控是温室大棚自动化的重要部分，而做好温室大棚的温湿度监控有许多好处。首先，做好温湿度的监控可以有效避免损失，当出现极端恶劣天气时，若没有温室大棚的庇护，农作物将会受到很大影响，进而影响到产量，对经济也是很大的打击。其次，做好温室大棚的温湿度监控可以提高农作物的产量和品质，因为只要做好温湿度的监控，保证农作物一直生长在最适合农作物生长的环境中，这样就能够让农作物最快生长，从而提升产量。再而做好温湿度监控可以有效降低运营成本，对于种植规模比较大的温室来说，做好监控可以让工作人员的工作效率提高，省下了大量的劳动力，从人力和物力来说都是很大的节约。

因此，做好温室大棚的温湿度监控是十分重要且有意义的事情。

1.2 国内外动态及发展前景

温室大棚最早起源于罗马。据书籍记载，在公元一世纪，罗马人就开始使用云母片覆盖在黄瓜上来催熟，这是温室大棚的最初模型。^[2]15世纪初，欧洲一些国家开始建造简易的棚子来种植农作物。直至19世纪，欧美国家开始研究恒温技术，让农作物的生长环境一直处于一个稳定的范围内。不久，这种栽培技术开始传播到世界各地并得到良好的应用。20世纪60年代，发达国家的温室技术迅速发展，直至今日，温室技术仍在不断发展与改进。

我国的温室大棚最早可以追溯至2000年前，古人利用各种措施来保护农作物不被破坏。^[2]然而进入近现代后，我国农业发展和科技发展较慢，与欧美发达国家拉开了一定差距。在20世纪60年代，我国的大棚也仅仅是利用薄膜来对农作物进行覆盖。这种方式虽然可以防止一些较为轻微的干扰，但是如果遇到大雪之类的自然灾害，这种保护措施显然不值一提。20世纪70年代开始，我国开始实施改革开放，开始不断学习国外先进技术，农业方面也不例外，我国开始从国外引进先进的温室大棚，并且得到了广泛的应用，这是我国的农业发展上了一个大的台阶。与此同时，我国也开始自主研发温室大棚技术。90年代之后，我国温室大棚的数量得到了极大增长，并且其质量也有很大的提升。

目前，在欧洲发达国家，例如荷兰，温室大棚已经实现了自动化，大棚内的水，温度，光照，二氧化碳浓度等等环境条件都能够实现自动控制。而在国内，虽然温室大棚数量很多，但是自动化程度不高，许多工作仍需要大量的人力物力。而在一些偏远地区，温室大棚甚至还没有得到普及。温室大棚的普及以及自动化的实现是我国目前应该着重发展的地方，因为这样不仅可以使农民的收入提高，更能够解决更多人的温饱问题，并且能够节省大量的人力物力。

温湿度检测技术即是对温度湿度等对农作物生长影响最大的环境因素进行监控的技术，以此来保证农作物的生长始终处于一个合适的环境中。

而温湿度监测在世界范围内起步较晚。国外最早的温湿度监测系统出现于20世纪70年代，当时的温湿度监测方法为采用模拟式的组合仪器，在现场进行采集，记录。80年代时，世界上出现时分布式的温湿度检测系统。目前，世界上的发达国家正在向温室自动化，完全无人化的方向发展。在日本，温室中甚至使用了无人机来进行灌溉等活动，他们将所有的环境信息都交给计算机处理，通过编写程序，当任一环境因素出现波动，则由计算机自动发出指令来进行调节。

而我国在这方面则起步较晚，在20世纪80年代才刚刚开始研究。当时我国的温湿度监控的研究还围绕着单片机，与国外有着较大差距。不仅如此，我国农业设施不完善，设备不齐全等等问题也在限制着温湿度监控系统的发展。随着我国经济快速发展，科学技术也在慢慢跟进。其中农业的现代化也慢慢向世界发达国家看齐。不过目前，我国的温湿度监控还远远达不到工厂化标准，与世界最先进技术仍然有着较大的差距。

在未来，农业的自动化与无人化是发展的大方向。发达国家比如荷兰则走在这方面的最前方。温湿度的监测将会变得更加准确，快捷，智能。Zigbee等技术的出现也代表了温室大棚发展的新方向。同时，机器人以及无人机的发展同时也为温室大棚的发展指明了一条道路，如果能够将机器人或者无人机应用到温室大棚中，则温室大棚就会更加智能和可靠。现如今对我国来说，首先要完善农业的基础设施及建设，之后再研究世界上最先进的技术，争取早日能够赶上并且超越，使中国能够走在世界农业的最前端。

1.3论文主要内容

本论文主要介绍了该温室大棚控制终端的硬件选型，硬件设计。之后描述了上位机和下位机软件设计的流程与思路。紧接着介绍了该设计在Proteus软件中的仿真，以验证该设计成功与否。论文最后是对该设计的总结。

第2章 系统总体设计

2.1系统概述

此温室大棚温湿度监控系统以单片机为主，将温湿度传感器、通信模块等器件联系起来，对数据进行处理。采集到的温湿度数据可以同时在上位机和下位机上显示，其中，上位机可以显示温湿度变化的曲线。当温度或湿度超出设置的范围时，蜂鸣器将会报警。

该系统工作流程：温湿度传感器感应温室大棚内的温湿度，若传感器输出的是模拟信号，则将温湿度传感器采集到的数据转化成数字信息，再传送给单片机；若传感器为数字传感器，则直接传输给单片机存储起来，并将温湿度信息与预先设定的温湿度阈值作比较。若温湿度在设定范围内，则表示此时温室大棚温湿度正常；若温湿度不在设定范围内，则表示此时温室大棚温湿度不正常，单片机控制蜂鸣器发出警报，相关工作人员听到报警采取相应措施调节大棚内温湿度，使大棚内温湿度达到设定阈值内，警报消除。同时，单片机将温湿度信息显示在显示器上以及上位机软件中，便于工作人员查看记录。同时大棚管理终端可以发送指令给电磁阀等结构。系统总体设计框图如图2.1所示。

DHT11温湿度一体传感器

单片机

最小系统

上位机显示

1602液晶显示

蜂鸣器报警

图2.1 系统总体设计框图

2.2 器件选型

2.2.1 单片机选型

单片机选型是一件非常重要的事情，如果单片机型号选择得合适，整个系统就会经济可靠；如果选择得不合适，不仅整个系统的性能得不到保障，影响单片机应用系统的正常运行，并且在经济层面上也是很大的浪费，甚至根本就达不到预期的功能。

方案一：采用DSP（digital signal processor）作为核心处理器。DSP是一种处理数字信号的微型处理器，拥有处理大量数字信号的能力。同时DSP抗干扰能力强，受温湿度变化影响较小。同时其外围还可以连接若干个存储器，并可以和数个外部设备通信。然而DSP的硬件电路比较复杂，且价格昂贵，因此并不适合用于此设计。

方案二：使用STC系列单片机。STC系列单片机是有深圳宏晶科技有限公司研发的国产单片机，其性能优异，足够满足此设计要求，并且价格便宜，拥有良好的经济性。同时STC单片机功耗低，软件编程灵活，可以实现各种功能。

通过比较上述两种方案，选择了STC系列单片机作为本设计的核心处理单元。

本设计对单片机的要求很高，于是选择了性能卓越的STC89C51单片机。STC89C51是采用8051核的可编程芯片，兼容51指令系统以及8051单片机的引脚结构。芯片内集成了8位处理器和MAX810专用复位电路。可在PC段配合STC-ISP软件直接通过串口向单片机烧写程序。STC89C51单片机集成512字节RAM，时钟频率0至35MHz，实际工作频率可达48MHz。工作温度范围-40-85摄氏度。STC89C51是低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内拥有8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。

STC89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。STC89C51单片机引脚图如图2.2所示。

图2.2 STC89C51单片机

2.2.2 传感器选型

温湿度的数据的采集可以使用两个单独传感器分别测量温度和湿度。可以使用DS18B20温度传感器来测量温度，测量范围为-10摄氏度至85摄氏度，误差为±0.5%，最高精度为0.0625摄氏度。HS1101湿度传感器来测量湿度，此传感器为电容式湿度传感器，测量范围为0%-100%RH，误差为±2%。

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