51单片机+土壤湿度传感器+温湿度传感器+光敏电阻+二氧化碳传感器

船长23

于 2025-03-07 10:45:40 发布

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文章标签：物联网 51单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2401_84910555/article/details/146081195

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一、项目概述

1. 项目背景与意义

大一做学校“三小”，选题“智慧农业大棚应用系统”；市面上找不到源码，找到的好多都要money，我想做free的。如果有什么讲的不好，或者错误的地方，希望大家批评指正，一起为学习物联网做一点贡献。（本人目前是一名大二学生）

二、硬件系统设计

2.1 核心控制器选型（STC89C52/AT89C51）

51的板子STC89C52

2.2 传感器模块设计

·2.2.1 土壤湿度传感器（TDR/FDR原理）

左图左边的是双电压比较器，右边的是土壤湿度检测模块。按右图方式连接。

双电压比较器的VCC接5V，GND接地，AO输出的模拟信号接到51单片机自带的ADC模块上，自带的ADC模块一共有四个输入通道，其中三个已经被焊死了，只剩下IN3。如下图具体原理图去单片机查手册。

·2.2.2 DHT11温湿度传感器

VCC接5V，GND接地，Data我选择接P2.3。

·2.2.3 光敏电阻模块

选择51单片机自带的光敏电阻，用自带ADC即可得到光照强度值。

·2.2.4 SGP30二氧化碳传感器（也可以同时检测甲醛含量）

VCC接5V，GND接地，SCL我选择接P1.6,SDA我选择接P1.7。

注意：SGP30模块上电后，系统需要一段时间初始化，在此期间CO2值为400，TVOC值为0。

2.3 LCD1602

用自带的LCD1602,按上图所示插好。（在次感谢B站江协科技）

三、软件系统设计

3.1 开发环境搭建（Keil μVision5）

B站搜51单片机（江协科技）详细讲解了这部分，此处不再赘述。

3.2 系统主程序架构

void main()
{

//定义变量名

   u8 temp=0,humi=0;
   u8 i=0;
   unsigned long sgp30_dat;
   u16 CO2Data;
   Lig = ' ';

   LCD_Init();
   DHT11_Init();
   SGP30_Init();

   LCD_ShowString(1,1,"System_Init..");
//等待系统初始化
/*delay_ms(100);
   SGP30_Write(0x20,0x08);
   sgp30_dat = SGP30_Read();//读取SGP30的值
   CO2Data = (sgp30_dat & 0xffff0000) >> 16;

   while(CO2Data==400)
   {
       SGP30_Write(0x20,0x08);
       sgp30_dat = SGP30_Read();//读取SGP30的值
       CO2Data = (sgp30_dat & 0xffff0000) >> 16;//取出CO2浓度值
       LCD_ShowString(1,1,"System_Init..");
       delay_ms(100);
   }

*/

   LCD_Init();

   //循环开始
   while(1)
   {
       i++;
       if(i%200==0)//200次循环读取一次传感器数据，避免更新过快
       {
               //温湿度
               DHT11_Read_Data(&temp,&humi);//读取DHT11输入的温湿度数据


               //光照(AIN2)
               Lig=XPT2046_ReadAD(XPT2046_VBAT_12);   //读取AIN2，光敏电阻


               //土壤湿度(AIN3)
               Soi=XPT2046_ReadAD(XPT2046_AUX_12)/40.96;

               //CO2
               SGP30_Write(0x20,0x08);
               (u32)sgp30_dat = (u32)SGP30_Read();
               CO2Data = (sgp30_dat & 0xffff0000) >> 16;

//LCD_ShowNum五项数据

        /**/
   }

}

3.3 传感器驱动模块

3.3.1 土壤湿度传感器

Soi=XPT2046_ReadAD(XPT2046_AUX_12)；//调用ADC模块函数即可

注意：此处Soi值与土壤湿度呈负相关（不确定是不是负线性）。

3.3.2 温湿度传感器

Dht11.h

#ifndef _dht11_H
#define _dht11_H

#include "Delay.h"

//管脚定义
sbit DHT11_DQ=P2^3;

//函数声明
u8 DHT11_Init(void);
void DHT11_Rst(void);
u8 DHT11_Check(void);
u8 DHT11_Read_Byte(void);
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi);

#endif

DHT11_Read_Data(&temp,&humi);//读取DHT11输入的温湿度数据

调用Dht11.c中函数即可。

Dht11.c中部分代码截图。需要完整版私信我即可

3.3.3 ADC转换与光敏电阻

XPT2046.h

#ifndef __XPT2046_H__
#define __XPT2046_H__

//8位方式，效果不明显

#define XPT2046_VBAT_8   0xAC
#define XPT2046_AUX_8       0xEC
#define XPT2046_XP_8       0x9C   //0xBC
#define XPT2046_YP_8       0xDC

//12位方式，效果明显，建议使用这种

#define XPT2046_VBAT_12   0xA4
#define XPT2046_AUX_12   0xE4
#define XPT2046_XP_12       0x94   //0xB4
#define XPT2046_YP_12       0xD4

unsigned int XPT2046_ReadAD(unsigned char Command);

#endif

XPT2046.c

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>
#include "Delay.h"

//引脚定义
sbit XPY2046_DIN=P3^4;
sbit XPY2046_CS=P3^5;
sbit XPY2046_DCLK=P3^6;
sbit XPY2046_DOUT=P3^7;

/**
* @brief ZPT2046读取AD值
* @param Command 命令字，范围：头文件内定义的宏，结尾的数字表示转换的位数
* @retval AD转换后的数字量，范围：8位为0~255，12位为0~4095
*/
unsigned int XPT2046_ReadAD(unsigned char Command)
{
   unsigned char i;
   unsigned int Data=0;
   XPY2046_DCLK=0;
   XPY2046_CS=0;
   for(i=0;i<8;i++)
   {
       XPY2046_DIN=Command&(0x80>>i);
       XPY2046_DCLK=1;
       XPY2046_DCLK=0;
   }
   for(i=0;i<16;i++)
   {
       XPY2046_DCLK=1;
       Delay(1);//此处必须delay1ms，否则数据只会以2的幂次方形式改变
       XPY2046_DCLK=0;
       if(XPY2046_DOUT){Data|=(0x8000>>i);}
   }
   XPY2046_CS=1;
   if(Command&0x08){return Data>>8;}
   else return Data>>4;
}

Lig=XPT2046_ReadAD(XPT2046_VBAT_12); //读取AIN2，光敏电阻

主函数调用即可。

3.3.4 SGP30数据处理

//初始化IIC接口
void SGP30_Init(void)
{
SGP30_Write(0x20,0x03);
//   SGP30_ad_write(0x20,0x61);
//   SGP30_ad_write(0x01,0x00);
}

void SGP30_Write(u8 a, u8 b)
{
I2CStart();
I2C_Write_Byte(SGP30_write); //发送器件地址+写指令
I2C_Write_Byte(a);       //发送控制字节
I2C_Write_Byte(b);
I2CStop();
delay_ms(100);
}

unsigned long SGP30_Read(void)
{
unsigned long dat;
int crc;
I2CStart();
I2C_Write_Byte(SGP30_read); //发送器件地址+读指令
dat = I2C_Read_Byte(ACK);
dat <<= 8;
dat += I2C_Read_Byte(ACK);
crc = I2C_Read_Byte(ACK); //check数据，舍去
crc = crc; //避免编译产生警告，这句可有可无
dat <<= 8;
dat += I2C_Read_Byte(ACK);
dat <<= 8;
dat += I2C_Read_Byte(NACK);
I2CStop();
return(dat);
}

在main函数中调用，3.2系统主程序架构中已写。

3.3.5通信协议设计（I2C）

void I2CDelay (u8 t)
{
while(t--);
}

//I2C起始信号
void I2CStart(void)
{
SDA = 1; //发送起始条件的数据信号
SCL = 1;
I2CDelay(50); //起始条件建立时间大于4.7us,延时
SDA = 0; //发送起始信号
I2CDelay(50); //起始条件锁定时间大于4μs
SCL = 0; //钳住I2C总线，准备发送或接收数据
I2CDelay(50);
}

//I2C停止信号
void I2CStop(void)
{
SDA = 0; //发送结束条件的数据信号
SCL = 0;
I2CDelay(50);
SCL = 1; //发送结束条件的时钟信号
I2CDelay(50); //结束条件建立时间大于4μs
SDA = 1; //发送I2C总线结束信号
I2CDelay(50);
}

//I2C写一个字节数据，返回ACK或者NACK
u8 I2C_Write_Byte(u8 Write_Byte) //Sendbyte
{
u8 i;
SCL=0;
I2CDelay(10);
for(i=0; i<8; i++) //要传送的数据长度为8位
{
if(Write_Byte&0x80) //判断发送位
{
SDA = 1;
}
else
{
SDA = 0;
}
I2CDelay(5);
SCL=1; //输出SDA稳定后，拉高SCL给出上升沿，从机检测到后进行数据采样
I2CDelay(5); //保证时钟高电平周期大于4μs
SCL=0;
I2CDelay(5);
Write_Byte <<= 1;
}
I2CDelay(1);
SDA = 1; //8位发送完后释放数据线，准备接收应答位-ZLG
I2CDelay(40);
SCL = 1; //MCU告知SHT2X数据发送完毕，等待从机的应答信号
I2CDelay(40);
/*以下是判断I2C总线接收应到应答信号是ACK还是NACK*/
if(SDA==1) //SDA为高，收到NACK
{
I2CDelay(40);
SCL=0;
return NACK;
}
else //SDA为低，收到ACK
{
I2CDelay(40);
SCL=0;
return ACK;

}
}

//I2C读一个字节数据，入口参数用于控制应答状态，ACK或者NACK
u8 I2C_Read_Byte(u8 AckValue)//receivebyte
{
u8 i,RDByte=0;
SCL=0; //置时钟线为低，准备接收数据位
I2CDelay(40);
SDA = 1; //释放总线,置数据线为输入方式
for (i=0; i<8; i++)
{
SCL = 1; //SCL高电平期间，采集SDA信号，并作为有效数据 //置时钟线为高使数据线上数据有效
I2CDelay(20);
RDByte <<= 1; //移位
if(SDA==1) //采样获取数据
{
RDByte |= 0x01;
}
else
{
RDByte &= 0xfe;
}
I2CDelay(10);
SCL = 0; //下降沿，从机给出下一位值
I2CDelay(60);
}
/*以下是I2C总线发送应答信号ACK或者NACK*/
SDA = AckValue; //应答状态
I2CDelay(30);
SCL = 1;
I2CDelay(50); //时钟低电平周期大于4μs
SCL = 0; //清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收
I2CDelay(150);
return RDByte;
}