【Proteus仿真】【51单片机】智能温湿大棚控制系统设计

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一、主要功能

1、自动开关灌溉设备
2、自动开关排风扇及喷洒设备
3、自动开关补光灯及窗户换气

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二、使用方法

系统运行后，LCD1602显示温湿度值、光照强度、二氧化碳浓度、土壤湿度值。可通过按键K3进入阈值设置界面，K3每按一次切换温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤湿度上下限阈值设置界面，通过K1/K2键进行加减数据，设置好后可按K4键保存并返回主菜单。系统不断检测比较当前传感器值与阈值，若超限控制对应的设备工作。最终可实现：
1、自动开关灌溉设备
2、自动开关排风扇及喷洒设备
3、自动开关补光灯及窗户换气

三、硬件资源

1、51单片机核心模块
2、PCF8591 ADC/DAC模块
3、LCD1602模块
4、水泵/风扇/窗户/补光灯开关模块
5、DS18B20温度/光敏/CO2/湿度检测模块
6、按键/蜂鸣器报警模块

四、软件设计

主要代码如下：

/*
作者：嗨小易（QQ：3443792007）
版权：本教程版权归嗨小易（QQ：3443792007）所有，未经授权不得转载、摘编或用于其他商业用途！！！
	  一经发现，后果自负！！！
*/

#include "appdemo.h"
#include "lcd1602.h"
#include "key.h"
#include "beep.h"
#include "pcf8591.h"
#include "ds18b20.h"
#include "exti.h"


//定义风扇控制脚
sbit MOTOR=P1^0;
//定义水泵控制脚
sbit PUMP=P1^1;
//定义窗户控制脚
sbit WINDOW=P1^2;
//定义补光灯控制脚
sbit LED=P1^3;


//定义结构体
_sys_ctrl sys_ctrl;



void exti0(void) interrupt 0 //外部中断0中断函数
{
	delay_10us(1000);//消斗
	if(KEY3==0)//再次判断K3键是否按下
	{
		sys_ctrl.mode++;
		if(sys_ctrl.mode==8)sys_ctrl.mode=1;
		lcd1602_clear();
		delay_ms(10);
		switch(sys_ctrl.mode)
		{
			case 1://温度上限设置显示界面 
				lcd1602_show_string(0,0,"TempH Set:");
				break;
			case 2://温度下限设置显示界面 
				lcd1602_show_string(0,0,"TempL Set:");
				break;
			case 3://土壤湿度上限设置显示界面 
				lcd1602_show_string(0,0,"SoilH Set:");
				break;
			case 4://土壤湿度下限设置显示界面 
				lcd1602_show_string(0,0,"SoilL Set:");
				break;
			case 5://光照强度上限设置显示界面 
				lcd1602_show_string(0,0,"BeamH Set:");
				break;
			case 6://光照强度下限设置显示界面 
				lcd1602_show_string(0,0,"BeamL Set:");
				break;
			case 7://CO2上限设置显示界面 
				lcd1602_show_string(0,0," CO2H Set:");
				break;
		}	
	}						
}

void exti1(void) interrupt 2 //外部中断1中断函数
{
	delay_10us(1000);//消斗
	if(KEY4==0)//再次判断K4键是否按下
	{
		sys_ctrl.mode=0;
		lcd1602_clear();
		delay_ms(10);
		lcd1602_show_string(0,0,"Tp:  C");
		lcd1602_show_string(9,0,"So:    ");
		lcd1602_show_string(0,1,"Bm:    ");
		lcd1602_show_string(9,1,"C2:    ");	
	}
								
}

//阈值设定
void key_set_threshold(void)
{
	u8 key=0;

	//温度上限设置
	while(sys_ctrl.mode==1)
	{  	
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)//加
		{
			sys_ctrl.temph+=THRESHOLD_STEP;
			if(sys_ctrl.temph>=80)sys_ctrl.temph=0;		
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)//减
		{
			sys_ctrl.temph-=THRESHOLD_STEP;
			if(sys_ctrl.temph<=0)sys_ctrl.temph=80;				
		}
		lcd1602_show_nums(10,0,sys_ctrl.temph,2,0);				
	}
	//温度下限设置
	while(sys_ctrl.mode==2)
	{  	
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)//加
		{
			sys_ctrl.templ+=THRESHOLD_STEP;
			if(sys_ctrl.templ>=40)sys_ctrl.templ=0;			
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)//减
		{
			sys_ctrl.templ-=THRESHOLD_STEP;
			if(sys_ctrl.templ<=0)sys_ctrl.templ=40;				
		}
		lcd1602_show_nums(10,0,sys_ctrl.templ,2,0);			
	}
	//土壤湿度上限设置
	while(sys_ctrl.mode==3)
	{  	
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)//加
		{
			sys_ctrl.soilh+=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.soilh>=250)sys_ctrl.soilh=0;			
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)//减
		{
			sys_ctrl.soilh-=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.soilh<=0)sys_ctrl.soilh=250;				
		}
		lcd1602_show_nums(10,0,sys_ctrl.soilh,4,0);			
	}
	//土壤湿度下限设置
	while(sys_ctrl.mode==4)
	{  	
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)//加
		{
			sys_ctrl.soill+=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.soill>=250)sys_ctrl.soill=0;			
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)//减
		{
			sys_ctrl.soill-=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.soill<=0)sys_ctrl.soill=250;				
		}
		lcd1602_show_nums(10,0,sys_ctrl.soill,4,0);			
	}
	//光照强度上限设置
	while(sys_ctrl.mode==5)
	{  	
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)//加
		{
			sys_ctrl.beamh+=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.beamh>=250)sys_ctrl.beamh=0;			
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)//减
		{
			sys_ctrl.beamh-=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.beamh<=0)sys_ctrl.beamh=250;				
		}
		lcd1602_show_nums(10,0,sys_ctrl.beamh,4,0);			
	}
	//光照强度下限设置
	while(sys_ctrl.mode==6)
	{  	
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)//加
		{
			sys_ctrl.beaml+=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.beaml>=250)sys_ctrl.beaml=0;			
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)//减
		{
			sys_ctrl.beaml-=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.beaml<=0)sys_ctrl.beaml=250;			
		}
		lcd1602_show_nums(10,0,sys_ctrl.beaml,4,0);			
	}
	//CO2溶度上限设置
	while(sys_ctrl.mode==7)
	{  	
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)//加
		{
			sys_ctrl.co2h+=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.co2h>=250)sys_ctrl.co2h=0;			
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)//减
		{
			sys_ctrl.co2h-=THRESHOLD_STEP*10;
			if(sys_ctrl.co2h<=0)sys_ctrl.co2h=250;				
		}
		lcd1602_show_nums(10,0,sys_ctrl.co2h,4,0);			
	}
}
 
//参数初始化
void sys_para_init(void)
{
	sys_ctrl.mode=0;
	sys_ctrl.temph=30;
	sys_ctrl.templ=20;
	sys_ctrl.soilh=200;
	sys_ctrl.soill=100;
	sys_ctrl.beamh=200;
	sys_ctrl.beaml=100;
	sys_ctrl.co2h=200;	
}

//数据采集
void sys_get_data(void)
{
	u8 i=0;

	while(sys_ctrl.mode==0)
	{
		i++;
		if(i%200==0)
		{
			//读取DS18B20温度值
			sys_ctrl.temp=ds18b20_read_temperture();
			//读取光照强度值
			sys_ctrl.beam=pcf8591_read_adcvalue(1);
			//读取土壤湿度值
			sys_ctrl.soil=pcf8591_read_adcvalue(2);	
			//读取CO2值
			sys_ctrl.co2=pcf8591_read_adcvalue(0);

			break;				
		}
		delay_ms(1);			
	}			
}

//采集数据显示
void sys_data_show(void)
{
	while(sys_ctrl.mode==0)
	{
		lcd1602_show_nums(3,0,sys_ctrl.temp,2,0);
		lcd1602_show_nums(12,0,sys_ctrl.soil,4,0);
		lcd1602_show_nums(3,1,sys_ctrl.beam,4,0);
		lcd1602_show_nums(12,1,sys_ctrl.co2,4,0);

		break;				
	}
}

//温湿度自动控制
void auto_control(void)
{
	while(sys_ctrl.mode==0)
	{
		//当土壤湿度低于下限值，开启水泵，否则若土壤湿度高于上下值，关闭水泵
		if(sys_ctrl.soil<sys_ctrl.soill)
			PUMP=0;//开启水泵
		else if(sys_ctrl.soil>=sys_ctrl.soilh)
			PUMP=1;//关闭水泵
		
		//当空气温度高于上限值，开启风扇，蜂鸣器报警
		if(sys_ctrl.temp>=sys_ctrl.temph)
		{
			MOTOR=0;//开启风扇
			beep_alarm(100,20);//蜂鸣器报警	
		}
		else if(sys_ctrl.temp<sys_ctrl.templ)
		{
			MOTOR=1;//关闭风扇
			beep_alarm(100,20);//蜂鸣器报警	
		}
		
		//当CO2溶度高于上限，打开窗户，蜂鸣器报警
		if(sys_ctrl.co2>=sys_ctrl.co2h)
		{
			WINDOW=0;//开启窗户
			beep_alarm(100,20);//蜂鸣器报警	
		}
		else
			WINDOW=1;//关闭窗户	

		//当光照强度低于下限，打开补光灯
		if(sys_ctrl.beam<sys_ctrl.beaml)
			LED=0;//打开补光灯
		else if(sys_ctrl.beam>=sys_ctrl.beamh)
			LED=1;//关闭补光灯	
			
		break;				
	}	
}

//智能温湿度大棚控制系统
void appdemo_show(void)
{

	lcd1602_init();
	ds18b20_init();
	sys_ctrl.temp=ds18b20_read_temperture();
	delay_ms(1000);
	exti0_init();
	exti1_init();

	//初始界面
	lcd1602_show_string(0,0,"Tp:  C");
	lcd1602_show_string(9,0,"So:    ");
	lcd1602_show_string(0,1,"Bm:    ");
	lcd1602_show_string(9,1,"C2:    ");

	sys_para_init();//系统参数初始化

	while(1)
	{
		key_set_threshold();//阈值设定
		sys_get_data();//数据采集
		sys_data_show();//采集数据显示
		auto_control();//温湿度自动控制
	}
}

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五、实验现象

B站演示视频：https://space.bilibili.com/444388619
①开机界面

②阈值设置界面


其他阈值设置界面截图这里就不一一列出。。。
③自动控制

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B站演示视频：https://space.bilibili.com/444388619
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