2 总体方案设计
2.1 温湿度控制系统的设计指标要求
本文要设计的大棚温湿度自动控制系统，要能够及时、准确地对温室大棚内的温度、湿度进行采集，将其显示在LCD1602液晶显示器上，然后与设定的上下限值进行比较，如果超出限制则启动温度、湿度控制设备，并通过蜂鸣器报警，直到温湿度回到规定的范围。另外，还要能够通过按键修改设定的上下限。为了能够满足农业生产的需要，此次设计要达到一下指标：
（1）工作环境：温室大棚； （2）温度测量误差：±1℃； （3）测温范围：0~+55℃； （4）湿度测量误差：±5%RH； （5）测湿范围：0～100%RH； （6）通过键盘电路修改上下限：有； （6）温湿度报警：有；
2.2 系统设计的原则
2.2.1 可靠性
可靠性是在设计过程中应该优先考虑的一个因素，一个控制系统必须要能稳定、可靠地工作，才能投入到生产实践中去。如果系统的可靠性不能达标，那么系统出现故障的可能就会增大，造成很大的损失。这种损失不仅包括经济上和信誉上的损失，而且可能会对人身安全产生威胁。
要提高控制系统的可靠性，那么就要注意以下几个方面：选用的元器件要有很高的可靠性；由于供电电源很容易产生干扰，所以应该对其采用抗干扰措施；对输入输出通道也一样，要采用抗干扰措施；在对电路板的设计时，要合理的布线和接地；软硬件都要进行滤波；系统要有自己诊断功能等。 2.2.2 性价比
性价比也是一个系统设计中所要考虑的重要因素。性价比高的产品更容易被消费者接收，但是设计过程中不能盲目地追求性价比，它应该建立在对产品性能要求的基础上，首先要满足性能要求，然后再设法降低产品成本。
第 3 页
2.3 方案比较
2.3.1 方案一
采用PLC作为主控制器。
使用PLC的最大优点在于PLC使用梯形图进行编程，编程语言形象直观，难度较低，因此开发周期短，便于扩展。而且PLC抗干扰能力强，工作稳定可靠，这一点已被长期的工业控制实践所证明。
蜂鸣器报警 液晶显示 PLC 加热器 制冷器 键盘输入 继电器 加湿器 除湿器
图2.1 用PLC作为主控制器的控制系统
温湿度传感器 温 室 大 棚 2.3.2 方案二
使用单片机进行控制。
采用STC89C52RC单片机作为主控制器，可以用C语言进行编程，由于它支持ISP在线编程，因此可以通过RS232串口将程序烧录到单片机中，很方便。温湿度传感器SHT10通过I2C总线与单片机连接。
第 4 页
蜂鸣器报警 图2.2 用单片机作为主控制器的控制系统
液晶显示 单片机 温湿度传感器 温 室 大 加热器 棚 制冷器 键盘输入 继电器 加湿器 除湿器 2.4 方案论证
从功能上看，两种控制器都能满足要求。PLC在工业控制领域用得比较多，编程简单，而且抗干扰能力强。但是本系统是用于温室大棚，并没有其他大型工业设备的干扰。单片机用C语言编程，相对PLC的梯形图要复杂得多，但是编程更为灵活，可以实现复杂的功能。
从价格方面上看，单片机就比PLC具有很大的优势。一个单片机只要几块钱，而一个很一般的PLC一般也要几百上千元。另外，中国是农业大国，随着温室大棚越来越普及，农村对温湿度控制系统的需求也会越来越旺盛，因此虽然用单片机开发的周期较长，但是一旦完成开发，后期生产环节的边际成本很小；而基于PLC的控制系统受制于PLC的高昂价格，价格难以降低。
2.5 方案选择
PLC和单片机都能作为主控制器进行设计，但是在价格方面单片机具有巨大优势。综上所述，本次设计采用单片机作为主控制器。
第 5 页
3 单元模块设计
3.1 各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1 单片机最小系统
图3.1 单片机最小系统
单片机最小系统包括单片机、电源电路、时钟电路和复位电路。
时钟电路用于产生单片机工作时候所必须的时钟信号，单片机在时钟信号的节拍下逐条地执行指令。单片机有两种时钟信号产生方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。外部时钟方式是把已有的时钟信号从XTAL1或XTAL2送入单片，一般用于有多个单片机的情况，所以本设计中时钟电路采用内部时钟方式，选用12M的晶振和两个30pF的电容与片内的高增益反相放大器构成一个自激振荡器。
第 6 页
电源电路后面的模块中会单独提到，用5V的直流电源。下面着重论述一下复位电路。
图3.2 上电+手动复位电路
单片机的复位主要有上电复位和手动复位，之所以要进行复位，目的就是为了让单片机进入初始状态，比如让PC指向0000H，这样单片机才能从头运行程序。因此上电的时候就要让单片机复位一次；在运行过程中，如果程序出错，也需要进行手动复位。
本设计中的复位电路就是上电+手动复位电路，复位时要让STC89C52RC的RST引脚得到2个机器周期以上的高电平。先说说上电复位的工作原理，当单片机上电时，电源+5V的Vcc通过10K的电阻对10uF的电容进行充电。刚上电时，有较大的电流从Vcc经电容、电阻流向GND，由于电容两端的电压不可突变，因此仍然为0V，于是电阻的两端分得5V的电压，即RST引脚此时的电势为5V。随着充电的继续进行，电流会逐渐减小，电阻两端的电压UR=IR也逐渐减小，即RST引脚的电势逐渐减小。过了一定时间，RST引脚两端的电压下降到不再是高电平，只要这个充电的时间大于单片机两个机器周期，就能使单片机复位。
程序运行过程中如果跑飞了、程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，就需要用到手动复位。手动复位就是在上电复位电路的电容两边并联一个微动开关，需要
第 7 页