摘要：
随着社会的进步和工农业生产技术的发展，许多产品对生产和使用环境的要求越来越严。人们对温度、湿度和光照强度等环境因素的影响越来越重视了。大棚技术的普及，使得温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度和光照控制。温湿度和光照强度太低，蔬菜就会被冻死或者停止生长，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。
本设计以单片机最小系统为核心部分，检测部分使用DHT11温湿度一体传感器和BH1750FVI光照检测传感器、显示设备采用1602液晶，可以同时显示检测到的温度、湿度还有光照强度等值。同时附有键盘电路、LED灯电路、蜂鸣器电路等，共同组成了本设计的超限报警模块。整个设计结构简单紧凑，功耗较低，抗干扰能力强、总体性能比较好，符合了智能仪器仪表小型化的潮流，为今后开发高性能和商品化的温湿度测量仪器奠定了良好的基础。实现一种智能、快捷、方便的温湿度和光照的测量系统。
关键词：单片机；温湿度；光照
2 系统总体方案设计
2.1 设计要求
(1)熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；
(2)熟练应用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法；
(3)自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；
(4)理解温度、湿度和光强等的检测原理和掌握实现方法。
2.2 方案选择
2.2.1 温湿度传感器的选择
方案一：选用DS18B20温度传感器和HS1101湿度传感器。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-55℃—125℃，-10℃—85℃，误差为±0.5%。最高精度可达0.0625℃。HS1101是电容式湿度传感器，可测相对湿度范围在0%—100%RH，误差为±2%RH。
方案二：选用DHT11作为温湿度检测模块。DHT11是一款数字输出的复合传感器，包含一个电阻式干事元件和NTC式温度检测元件，可测20—90%RH湿度，误差为±5%RH，0—50℃，误差范围±2℃。
综上所述，虽然方案一具有较高的测试范围和精度，但由于本设计所测试的是一般的环境温度和湿度，选取方案二的DHT11温湿度传感器已经能够满足设计的要求，并且，DHT11复合了温湿度传感器，且价格便宜，故本模块采用方案二。
2.2.2 光照传感器的选择
方案一：利用光敏电阻作为感光元件，把光信号转化为电信号，之后通过A/D转换成数字信号传输给控制单元，在黑暗的环境下光敏电阻的电阻值很大，导电性降低，受光线照射后，电阻值降低，导电性增强。常用的光敏器件有光敏二极管和三极管，作光照传感器使用时，一般和一个电阻相串联，接入到电桥电路中去。光敏电阻的阻值会随着光照强度的改变而改变，电阻的变化又会引起的电压的变化，因此只需使用ADC0芯片对光敏电阻上的电压进行采集，经过进一步计算既可获得相应的光照强度。
方案二：选用集成的光照传感器例如BH1750FVI，该集成的传感器模块灵敏度大，测量范围广（1-65535lx），对光源的依赖性低，并且通过IIC接口和单片机进行数据传输通信，省去了中间AD转换的步骤，输出的结果即当前的光照强度，单位是勒克斯。
综上所述，方案一的电路比较复杂，并且测量的结果是电压值，还需要经过一定的转换计算才能得到相应的光照强度值。还有使用光敏电阻测量的范围和线性输出都不如方案二的集成光照传感器，一般光敏电阻适用于光控音乐、光控灯、电子玩具、光控开关等场合，因此最终选用方案二的集成光照传感器。
2.2.3 单片机的选择
方案一：采用DSP作为系统控制器。DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。DSP具有对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小，容易实现集成，可分时复用，共享处理器，方便调整处理器的系数实现自适应，可用于频率非常低的信号等优点。但DSP硬件电路比较复杂，且价格昂贵，数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。
方案二：采用单片机作为系统控制器。单片机具有可靠性强、性价比搞、电压低、功耗低等优点得到迅猛发展和大范围推广，单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种逻辑功能，本身带有定时器、计数器，可以用来定时和计数，并且其功耗低，体积小，计数成熟和成本低等优点。
通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以STC89C52单片机作为中央处理单元进行计算器的设计。
3 系统硬件设计
3.1 整体方案设计
3.1.1 系统概述
整个系统以STC89C52单片机为核心器件，配合电阻电容晶振等器件，构成单片机的最小系统。其它个模块围绕着单片机最小系统展开。其中包括，温湿度采集使用DHT11温湿度一体的传感器，负责采集温度和湿度的数据后发给单片机；光照强度采集使用BH1750FVI传感器集成的光照模块GY-30，负责将采集到的光照强度发给单片机；按键部分使用市面上常见的轻触按键作为系统的输入设置模块；显示设备为1602液晶；报警则采用蜂鸣器和LED的形式，实现声光报警效果；电源供电则采用USB 5V供电。
3.1.2 系统框图
图3-1 系统框图
4 软件设计
4.1 程序语言及开发环境
C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔实验室的Dennis M. Ritchie于1972年推出，1978年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件、三维、二维图形和动画，具体应用例如单片机以及嵌入式系统开发。
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
4.2 程序流程图设计
4.2.1 总体程序流程图设计
本系统的软件流程图如图4-1所示，最开始先进行液晶的初始化，包括液晶功能初始化和液晶显示内容初始化，接着是报警值的初始化。然后进入一个循环体，第一个任务是读取温湿度传感器的检测结果，并把测量结果显示在液晶上面。第二个任务是读取光照模块的检测结果，同样的在液晶上面进行显示。第三个任务是判断刚刚读取到的温湿度和光照值是否超出报警范围，如果超出正常范围的话，则蜂鸣器鸣叫报警，并且点亮对应的指示灯。第四个任务是判断设置按键是否被按下，是的话，则进入了报警范围设置。至此完成一轮循环的内容，重新开始任务一进行新一轮的循环。
图4-1 程序流程图
5 硬件组装与调试
5.1 元器件的选择与测量
本次设计的元器件主要有：STC89C52单片机、晶振、电阻、电容、按键、开关、电源座、三极管、发光二极管、蜂鸣器、传感器、液晶等。这些元器件的引脚需要我们认真查找资料，了解每个器件的特性再进行焊接。这些元器件直接根据型号到电子元器件市场就很容易买到。其中焊接时要注意元件正负极性，电阻电容大小、芯片引脚顺序等细节。一般电阻的大小可以通过色环读取，或直接用万用表进行测量；电容和晶振等的大小会标准在元件本身；元件的正负可以遵循长正短负的原则，一些特殊元件可以通过查找资料获知正负极。
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