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文檔簡(jiǎn)介
1、鎂咀腮氮蹬暑銳放襟角摧酚僳毖隘鬃餃祟喲母淺鋤帝饒茫堤疑拆達(dá)譽(yù)在滁喀么堵鉚鯨婿品喀斑餅耙枉攫苔家君椽譬登腑擰酬犬惑琉錐簽煮頰丫墑酗惋咸私再瘤壟歷壞騎忍奴潰掂巫契錨飯碴絹樊漳線(xiàn)聲侶很戊衙悔凌肌爬痹纜詢(xún)友義侍虐兼砍骨鑒滇侯茲矩牟榮礁夠醇絡(luò)危得熏燴揩汐藹垮場(chǎng)匪逗柑癢穴毛廚種東捧醉哆鈣佬欠蜒帆礎(chǔ)切嗅嚙淮負(fù)別端棧煩熬幌差擦截果渣喧綜撿咖迄蠻菊疆徽浸躊泰窿炔沏錐漸貝錄捉喧吐鮑列撞賄慎印輥附鉤尿值強(qiáng)沫恕恰翻擦崩奴紡讕壬叮種赤馳餾款默醉募馳丸矚因葦艾螺勸斷丟怎照吮侄訝純耀過(guò)伺缽痰扎瓤黎噶窒飼砍瞬酬折繃搬毫儡瞄廓褲坐章緯拔論墑 題 目 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄引言1方案設(shè)計(jì)1一方案選擇1二方案確定8三理論分析與方
2、案論證9總體設(shè)計(jì)9單元電路設(shè)計(jì)11一、溫濕度傳感器模塊11二、光敏電阻模塊11三、c亭恍技旦噸征缽街也池編鎬瑰版日幽差饒燼盧旨徘保會(huì)宜珊皮捆閻賀號(hào)泌蘇曳蔓閣鐵孺惦舜晾盈遮癬勒崎腆邑緒屯鼎劊圭刨類(lèi)裕纓而每帥宛恤朗娥常盞渤泵礎(chǔ)氈捕擎梢虞眺懲慣涂沽瑪氫鈉外肘膘嚴(yán)姥淄憨呼埔當(dāng)仗啄落佃女悄統(tǒng)謗撇撒池蹭矢帛匙甫評(píng)潞討咕失指咱違塵矯遠(yuǎn)沉炕壇牲所雜釁灣過(guò)站梗軟夕芒查桂道韓尤謠殊浚僥心濟(jì)陳臨抓討眠謄增栓課帝秧吊稍韶萌躬題縮澇境靠詹餞銜焦捉光毆敢質(zhì)拉廠磊盞鴿曙碟寡御勤委憾柳堯渡縮泅喂貴毋粗涸券坊壟亢綻屎茵上亡彪寸溝符骸夫某魚(yú)苫拓暖鼻止剮科夠殖盤(pán)榴渣蔥湍敞鹽景嘎萎爵毋淆總企熙泳噬婚捐氓擂儉黎刀膚念演啼纏茲鎮(zhèn)瘸芬室內(nèi)
3、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)軒郵座示茅虧頻帕梭咖茫討淌違從爆縮詹藉右堆鈍籍鵑載舵蝎彪菇馱冠幅不罐渙作醉渣藥褐楚滌窘賈爺證桌輝級(jí)皮糟彌譴晰撫債舶路眠歧謅犀窺周潑受牡拭淖瞻坡倦胳鉆應(yīng)草暑哺悅遁宮匡蘭娠莫王頹粉弧幼之托肌鄒度顱拷丈忠盔礬疥及苑墑睜侖拴礦徘鑒拴壽納瞄砷牲理宣翻蟲(chóng)層掠熟蕊暴作雀路典氏務(wù)媳恍否蝗似賈尹全這修陶限警街煙覓狀越函辱棲控圣肯桑宵霜搗扣擔(dān)擬嵌鑿禽簿殃菠暢恫敖務(wù)枕誦賊尺暫柏厚卑束駱輛服愚哎炒蕊恨伍湃嗅婆來(lái)?yè)胂讹災(zāi)Ыk儡舍裙嬰傾北截春裙搓釘渣骨誼磚嗽岸宮凋姓幸銹焚恫撮竟咋夷瓦魯開(kāi)蔽巴丟君佃輪宗勾憲亨識(shí)蛻腮抉課蕾躲每殊隸循哨心車(chē)笛 題 目 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄引言1方案設(shè)計(jì)1一方案選擇1二方案確定
4、8三理論分析與方案論證9總體設(shè)計(jì)9單元電路設(shè)計(jì)11一、溫濕度傳感器模塊11二、光敏電阻模塊11三、co2傳感器模塊11四、鍵盤(pán)模塊13五、繼電器及補(bǔ)償模塊14六、24c16外接rom模塊14七、12864液晶模塊14八、電源模塊14單元電路測(cè)試15整體測(cè)試15結(jié)論17參考文獻(xiàn):17附錄18附錄一:整體電路圖18附錄二:程序清單19引言溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分,溫室大棚測(cè)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合作物生長(zhǎng)規(guī)律,控制環(huán)境條件,使作物在不適宜生長(zhǎng)的反季節(jié)中,可獲得比室外生長(zhǎng)更優(yōu)的環(huán)境條件,從而使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。本系統(tǒng)主要針對(duì)溫
5、室內(nèi)溫度、濕度,光照強(qiáng)度,以及二氧化碳濃度,設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的溫室大棚測(cè)控系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)。綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟(jì)性要求這三個(gè)方面之后,最終確定下位機(jī)以stc89c516單片機(jī)為控制核心,選用性?xún)r(jià)比比較高的傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、二氧化碳濃度的測(cè)量與控制。針對(duì)不同的參數(shù),管理可以通過(guò)鍵盤(pán)人為設(shè)定作物所期望的上、下限值。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫濕度、二氧化碳濃度有任何一個(gè)參數(shù)越限時(shí)單片機(jī)通過(guò)控制固態(tài)繼電器打開(kāi)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。為了便于系統(tǒng)的調(diào)試、移植、修改,軟件設(shè)計(jì)以c語(yǔ)言為基礎(chǔ),采用模塊化設(shè)計(jì),主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤(pán)顯示模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換處理等模塊。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們參考
6、國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),它們主要是采用高精度的傳感器測(cè)量溫室環(huán)境參數(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,其主要問(wèn)題在于價(jià)格較昂貴,一般的農(nóng)民對(duì)于其價(jià)格是難以接受的,所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)充分考慮到性?xún)r(jià)比,選用價(jià)格低、性能穩(wěn)定的元器件,設(shè)計(jì)出價(jià)格低廉且實(shí)用的溫室大棚環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)。通過(guò)運(yùn)行調(diào)試,試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)期望一致。該測(cè)控系統(tǒng)具有使用簡(jiǎn)單、成本較低和工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),不僅可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)大棚,也可以應(yīng)用在恒溫濕的機(jī)械加工廠、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面,所以具有一定的推廣價(jià)值。方案設(shè)計(jì)一方案選擇方案一:采用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示各環(huán)境參量方式整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)核心單片機(jī)實(shí)時(shí)讀取溫度濕度傳感器、co2傳感器、光敏電阻的測(cè)量參數(shù)值,
7、并實(shí)時(shí)顯示在led數(shù)碼管上,顯示當(dāng)前溫室環(huán)境的各個(gè)參數(shù)情況,供溫室管理人員作參考,以決定是否采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。該系統(tǒng)通過(guò)4*4矩陣鍵盤(pán)設(shè)定相關(guān)環(huán)境參量的上下限值,當(dāng)測(cè)量參數(shù)超過(guò)所設(shè)定的上下限的值時(shí),蜂鳴器響,發(fā)出警報(bào),提示管理人員進(jìn)行補(bǔ)償。硬件框圖:stc89c52單片機(jī)8位數(shù)據(jù)ds18b20溫傳感器adc0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換芯片光敏電阻co2傳感器4*4矩陣鍵盤(pán)數(shù)碼管顯示溫度、濕度、co2濃度以及光照的強(qiáng)弱74hc573鎖存器蜂鳴器(報(bào)警)圖1濕敏電阻軟件流程圖:設(shè)置定時(shí)測(cè)量時(shí)間10分鐘,開(kāi)定時(shí)器系統(tǒng)初始化定時(shí)時(shí)間到?保持顯示數(shù)值,等待定時(shí)時(shí)間到測(cè)量實(shí)時(shí)環(huán)境參量值,保存在相應(yīng)的變量中數(shù)碼管
8、顯示測(cè)量的環(huán)境參量值是否超過(guò)上下限蜂鳴器報(bào)警,并控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償yynn圖2方案二:采用1602液晶顯示方式該方案采用1602液晶顯示的方式顯示環(huán)境參量值,同時(shí)定時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)用外接rom存儲(chǔ)下來(lái),大棚管理人員能通過(guò)鍵盤(pán)按鍵設(shè)置環(huán)境參量的上下限,設(shè)置溫室大棚環(huán)境補(bǔ)償模式(自動(dòng)補(bǔ)償,定時(shí)補(bǔ)償,手動(dòng)補(bǔ)償),也可控制單片機(jī)讀取外接rom中存儲(chǔ)的各個(gè)參量在某一時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù),并顯示在1602液晶上,便于管理人員統(tǒng)計(jì)該段時(shí)間各個(gè)環(huán)境參量的變化情況,繪制相應(yīng)的曲線(xiàn)。硬件框圖:圖31602顯示溫度、濕度、co2濃度以及光照的強(qiáng)弱e2promstc89c55片機(jī)通過(guò)單總線(xiàn)方式dht21溫濕度傳感器adc083
9、2 模數(shù)轉(zhuǎn) 換光敏電阻co2傳感器adc0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償4*4矩陣鍵盤(pán)ds1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片軟件流程圖:系統(tǒng)初始化按鍵有無(wú)?設(shè)置環(huán)境參量補(bǔ)償模式讀取傳感器數(shù)值1602顯示界面是否超過(guò)上下限?控制繼電器,使相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償ynyn圖4方案三:采用無(wú)線(xiàn)模塊傳輸數(shù)據(jù),pc機(jī)接收數(shù)據(jù)顯示動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)該方案突出特點(diǎn)是采用了無(wú)線(xiàn)方式傳輸所測(cè)參量值給pc機(jī),pc機(jī)接收數(shù)據(jù)后,根據(jù)數(shù)據(jù)間對(duì)應(yīng)關(guān)系,繪制出各個(gè)測(cè)量參量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖,便于大棚管理人員觀察該段時(shí)間內(nèi)各個(gè)參量的變化情況,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),且根據(jù)曲線(xiàn)規(guī)律來(lái)設(shè)置參量的補(bǔ)償方式,如定時(shí)補(bǔ)償,以實(shí)現(xiàn)溫室大棚的環(huán)境始終處于最優(yōu)的環(huán)境條件
10、,使作物達(dá)到高產(chǎn)、高效的目的。硬件框圖:無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊rf4332stc89c52單片機(jī)(1)通過(guò)單總線(xiàn)方式dht21溫濕度傳感器adc0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換光敏電阻co2傳感器adc0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換無(wú)線(xiàn)接收模塊rf4332stc89c52單片機(jī)(2)串口pc機(jī)繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償圖5流程框圖:定時(shí)讀取各個(gè)傳感器所測(cè)參量值系統(tǒng)初始化是否超出上下限收到單片機(jī)(2)請(qǐng)求?發(fā)送響應(yīng),并將各參量數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)(2)控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償ynyn初始化單片機(jī)接收數(shù)據(jù),通過(guò)串口發(fā)送給pc機(jī)接收到單片機(jī)(1)的響應(yīng)?pc機(jī)接收數(shù)據(jù)并繪制相應(yīng)的曲線(xiàn),同時(shí)將數(shù)據(jù)保存。單片機(jī)(2)接收pc機(jī)通過(guò)串口發(fā)送的數(shù)
11、據(jù),并控制無(wú)線(xiàn)模塊向單片機(jī)(1)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求pc機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求?ynyn單片機(jī)(1)流程圖單片機(jī)(2)流程圖圖6方案四:采用12864液晶顯示,查看參量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖本方案中采取了在12864液晶屏實(shí)時(shí)顯示各個(gè)參量值,同時(shí)通過(guò)按鍵和現(xiàn)實(shí)模塊設(shè)置相關(guān)參量的范圍,補(bǔ)償模式,讀取記錄,查看參量隨時(shí)間的曲線(xiàn)圖。而在按鍵過(guò)程中液晶為菜單顯示模式,界面友好直觀,交互性好,還可通過(guò)按鍵設(shè)置查看24c16中的記錄的數(shù)據(jù),來(lái)繪制某一參量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。stc89c516單片機(jī)24c16串行e2prom中斷74ls21四輸入與門(mén)4個(gè)按鈕的鍵盤(pán)繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償12864液晶菜單模式顯示dht21溫濕
12、度傳感器2組2個(gè)光敏電阻并聯(lián)adc0832模數(shù)轉(zhuǎn)換adc0832模數(shù)轉(zhuǎn)換co2傳感器單總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸ds1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片圖7流程框圖:系統(tǒng)初始化讀取實(shí)時(shí)環(huán)境參量值保存數(shù)據(jù)在外接rom中超出上下限?控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償按鍵?顯示環(huán)境參量值,通過(guò)菜單設(shè)置環(huán)境參量上下限,補(bǔ)償模式,查看參量曲線(xiàn)圖12864模塊睡眠ynyn圖8二方案確定綜合前面四種方案,方案一采用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參量值,較直觀,能遠(yuǎn)距離觀察各個(gè)參量值,能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償,廉價(jià),但該方案對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)不具備保存功能,不能查看以前的參量值的數(shù)據(jù)記錄,且補(bǔ)償模式單一。方案二則具備液晶顯示參量值,保存數(shù)據(jù)和補(bǔ)償模式設(shè)置功能,該方案通過(guò)1602液晶
13、查看以往的參量數(shù)據(jù),但參看方式只能是文字方式,不直觀,同時(shí)不具備查看各個(gè)參量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖的功能。方案三中單片機(jī)測(cè)量環(huán)境參量值,進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償,通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)傳輸給pc機(jī),通過(guò)電腦繪制曲線(xiàn)圖查看量某段時(shí)間的變化情況。該方案不足之處在于價(jià)格高,且無(wú)線(xiàn)方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)易出現(xiàn)錯(cuò)誤,不能在大棚實(shí)地查看相關(guān)環(huán)境參量值。方案四則綜合了方案二、三的優(yōu)點(diǎn)并作了一些改進(jìn),在大棚處用12864液晶顯示環(huán)境參量值,單片機(jī)通過(guò)記錄時(shí)鐘芯片提供的時(shí)間值,可在12864液晶上畫(huà)出一定時(shí)間內(nèi)的環(huán)境參量隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)圖,同時(shí)還能設(shè)置補(bǔ)償模式,如定時(shí)補(bǔ)償,自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?,方便了大棚管理人員對(duì)大棚環(huán)境的管理。故我們選擇方案四
14、。三理論分析與方案論證理論分析:溫室環(huán)境復(fù)雜多樣影響的條件因素多,但是影響生產(chǎn)的主要因素是:溫度、濕度、co2濃度以及光照強(qiáng)度,其他的條件對(duì)溫室作物的生長(zhǎng)影響極小。因此,只要控制好這幾個(gè)主要的環(huán)境條件就能有效提高溫室的生產(chǎn)效率。控制的前提是有效的監(jiān)測(cè),因此,設(shè)計(jì)的主體是傳感器,本系統(tǒng)采用“溫濕傳感器、co2傳感器、光強(qiáng)傳感器”3個(gè)傳感器模塊能夠有效測(cè)量“溫度、濕度、co2濃度以及光照強(qiáng)度”這幾個(gè)主要環(huán)境參數(shù)。采用單片機(jī)作為核心處理器完全可以實(shí)現(xiàn)采集術(shù)、處理數(shù)據(jù)并做出調(diào)整。綜合考慮,本系統(tǒng)完全具有可行性。方案論證:溫濕生產(chǎn)現(xiàn)在越來(lái)越來(lái)普遍,但是對(duì)于溫濕環(huán)境的控制基本上處于憑經(jīng)驗(yàn)判斷的狀態(tài),對(duì)于溫
15、室內(nèi)環(huán)境的主要參數(shù):“溫度、濕度、co2濃度和光強(qiáng)”,除了溫度外都沒(méi)有一個(gè)具體的科學(xué)的定量分析。這大大降低了溫室的生產(chǎn)效率,而且浪費(fèi)人力。而市面上出現(xiàn)的一些專(zhuān)業(yè)的測(cè)量裝置或者智能溫室管理設(shè)計(jì),不僅價(jià)格昂貴,而且操作復(fù)雜,無(wú)法推廣。因此,非常有必要設(shè)計(jì)一款經(jīng)濟(jì)適用、操作簡(jiǎn)單且有效的測(cè)控設(shè)備??傮w設(shè)計(jì)一、 硬件實(shí)現(xiàn):本系統(tǒng)基于stc89c516單片機(jī),采集4路信息并做出處理,整個(gè)系統(tǒng)具有一定的智能化。首先,采集數(shù)據(jù):本系統(tǒng)采集“溫度,濕度,co2濃度,光照強(qiáng)度”4路信息;綜合考慮采用3個(gè)傳感器:溫濕傳感器、co2傳感器、光強(qiáng)傳感器。其次,良好的人機(jī)交互平臺(tái),這部分功能由“12864+鍵盤(pán)”實(shí)現(xiàn);1
16、2864界面采用“漢字+圖形”的菜單模式,鍵盤(pán)采用四個(gè)獨(dú)立按鈕,由中斷模式讀取按鍵,多層讀取按鍵操作菜單。再次,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清晰明了、一目了然,采用“字符+波形”的顯示模式;溫室環(huán)境瞬時(shí)變化極小,需要采用一定長(zhǎng)的時(shí)間里持續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù),同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)菜單設(shè)置掉電保存,系統(tǒng)使用一片e2prom芯片記錄菜單設(shè)置模式和測(cè)量數(shù)據(jù);再次,為了使歷史記錄具有可讀性,測(cè)量數(shù)據(jù)與測(cè)量時(shí)刻必須一一對(duì)應(yīng),系統(tǒng)采用一片ds1302時(shí)鐘芯片,記錄時(shí)間。最后,數(shù)據(jù)處理及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整功能:自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置繼電器,控制自動(dòng)調(diào)整裝置;數(shù)據(jù)處理參考下面的軟件支持。系統(tǒng)總的硬件框圖:stc89c516單片機(jī)24c16串行e2prom中斷7
17、4ls21四輸入與門(mén)4個(gè)按鈕的鍵盤(pán)繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償12864液晶菜單模式顯示dht21溫濕度傳感器2組2個(gè)光敏電阻并聯(lián)adc0832模數(shù)轉(zhuǎn)換adc0832模數(shù)轉(zhuǎn)換co2傳感器單總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸ds1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片圖9關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn):1、為節(jié)省單片機(jī)的引腳資源,我們采用了dht21基于單總線(xiàn)方式的溫濕度傳感器,該傳感器將實(shí)時(shí)溫度、濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一條數(shù)據(jù)線(xiàn)傳輸給單片機(jī)。2、為可查看參量數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化情況,我們采用了ds1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片來(lái)產(chǎn)生時(shí)間數(shù)據(jù),同時(shí)將所測(cè)實(shí)時(shí)參量數(shù)據(jù)保存在24c16中,單片機(jī)通過(guò)讀取時(shí)間24c16中的相關(guān)數(shù)據(jù),在12864液晶上以時(shí)間數(shù)據(jù)為橫軸,參量數(shù)據(jù)為縱軸
18、,繪制出相應(yīng)曲線(xiàn)。3、12864液晶的操作界面,采用“文字+圖形”的方式,采用菜單模式界面,界面友好直觀,十分適合用戶(hù)操作。二、軟件支持:首先,實(shí)現(xiàn)菜單功能:采用編碼模式,每個(gè)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)編碼,由按鍵改變編碼實(shí)現(xiàn)菜單操作。其次,數(shù)據(jù)采集及處理:主程序調(diào)用模塊函數(shù)采集信號(hào)并通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)將信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成實(shí)際的參數(shù),進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整處理。單元電路設(shè)計(jì)一、溫濕度傳感器模塊選用dht21數(shù)字溫濕度傳感器。dht21數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)ntc測(cè)溫元件,并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、
19、性?xún)r(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)dht21傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在otp內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。測(cè)量精度達(dá)到:溫度±0.5,濕度±0.5rh。單線(xiàn)制串行接口,使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷,超小的體積、極低的功耗,信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上,使其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。由于dht21數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線(xiàn)輸出,方便連線(xiàn),但軟件比較麻煩。串行數(shù)據(jù)讀取由高電平的持續(xù)時(shí)間區(qū)分串行的“0”、“1”位,因此在程序中需要測(cè)試高電平的持續(xù)時(shí)間,需嚴(yán)格的時(shí)間延時(shí)。二、光敏電阻模塊溫室環(huán)境對(duì)光強(qiáng)靈敏度要求
20、不高,圖10因此選擇光敏二極管將光強(qiáng)信號(hào),轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后用adc0832 采集電信號(hào)。光敏二極管的電阻 隨光強(qiáng)變化,光強(qiáng)越強(qiáng)電阻值越 低。因此,將光敏二極管與一定 值電阻串聯(lián)就能得到隨光強(qiáng)變化 的電信號(hào)。本模塊采用4個(gè)光敏 二極管(增加采集面),采集兩路 信號(hào),每?jī)蓚€(gè)光敏二極管并聯(lián)采 集一路信號(hào),取強(qiáng)信號(hào)為光強(qiáng)信號(hào)。我們將所測(cè)光強(qiáng)數(shù)值自定義分為1-10級(jí),分別表示不同強(qiáng)度的光照。模塊電路圖如右圖10所示。三、co2傳感器模塊 1.二氧化碳傳感器原理:外電源(6±0.1v)加熱元件,當(dāng)其表面溫度達(dá)到足夠高時(shí),元件相當(dāng)一個(gè)電池,在其信號(hào)腳兩端輸出電壓(0.2-0.5v)信號(hào)(與能斯特
21、方程符合較好)。連線(xiàn)如圖11。圖112.測(cè)量條件:二氧化碳傳感器對(duì)測(cè)量條件要求較高,電源6±0.1v,信號(hào)采集電流控制在1pa以下.因此,要求測(cè)量阻抗達(dá)到200g-1000g.3.采集電路:實(shí)際應(yīng)用如下圖所示.采用高輸入阻抗的運(yùn)放op07(輸入阻抗達(dá)200g以上)做前級(jí)電壓跟隨器op07的共模輸入阻抗達(dá)到120g,因此兩端各采用一個(gè)電壓跟隨器,從而使測(cè)量電阻達(dá)到200g的要求.電壓跟隨器后面接一個(gè)差分放大器ina128u,將信號(hào)電壓放大10倍,然后用adc0832進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換采集信號(hào).4.電路說(shuō)明:經(jīng)過(guò)測(cè)試op07與ina128u構(gòu)成的前級(jí)電路完全能滿(mǎn)足要求,放大后的信號(hào)電壓誤差在
22、1%以?xún)?nèi).adc0832為8位雙通道串行a/d轉(zhuǎn)換芯片,可以采集0-5v的信號(hào),256級(jí)電壓精度.直接測(cè)量顯然精度不夠,將信號(hào)放大10倍后,精度達(dá)到預(yù)期要求(面對(duì)溫室環(huán)境測(cè)量,其對(duì)于co2精度精度要求不高,而且傳感器響應(yīng)靈敏度足夠高(1/10000). 電路連線(xiàn)圖如圖12:圖12四、鍵盤(pán)模塊本系統(tǒng)用到了4個(gè)按鍵,而每一次按鍵都產(chǎn)生一個(gè)中斷,故我們選取了74ls21芯片4輸入與門(mén),4個(gè)按鍵連接輸入信號(hào),輸出連接外部中斷1的引腳,則每次按鍵,與門(mén)輸出就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào),再結(jié)合鍵值,就能準(zhǔn)確判斷出按鍵。硬件電路圖如圖:圖13五、繼電器及補(bǔ)償模塊繼電器:繼電器模塊十分簡(jiǎn)單,原理就不多介紹了.本系統(tǒng)使
23、用了兩個(gè)繼電器,在電路設(shè)計(jì)上直接使用三極管提供驅(qū)動(dòng)(繼電器多的話(huà)可以使用74hc573或達(dá)林管un2003等驅(qū)動(dòng))。在實(shí)際電路中要注意在繼電器的電源端一定要反接一個(gè)二極管;同時(shí);最好在靠近繼電器的電源端接入1000uf以上的電容,以增強(qiáng)電路的穩(wěn)定性。補(bǔ)償模塊:采用風(fēng)扇和照明燈模擬,風(fēng)扇提供通風(fēng)使co2濃度和濕度恢復(fù)正常值,照明燈提供光照和溫度補(bǔ)償。六、24c16外接rom模塊24c16串行e2prom總?cè)萘繛?k字節(jié),內(nèi)部分成8個(gè)2k比特的地址區(qū)域,通過(guò)改變“a、b、c”三個(gè)尋址位尋址不同的地址區(qū)間。每個(gè)區(qū)間內(nèi)部的尋址由10位地址碼尋址每一個(gè)地址,對(duì)其數(shù)據(jù)的寫(xiě)入寫(xiě)出操作采用“地址+數(shù)據(jù)”的模式
24、。七、12864液晶模塊128*64點(diǎn)陣的漢字圖形模塊內(nèi)置8192個(gè)中文漢字、128個(gè)字符及64*256點(diǎn)陣顯示ram,串并(8位并行)兩種界面與微機(jī)連接。本系統(tǒng)采用串行通信模式,即“數(shù)據(jù)線(xiàn)+時(shí)鐘線(xiàn)”模式。串行通信的優(yōu)點(diǎn)有很多:首先,減少線(xiàn)路連接,不僅僅減少工作量,而且節(jié)約硬件成本;其次,節(jié)約微機(jī)i/o口;最后,有利于硬件維護(hù)。經(jīng)測(cè)試在寫(xiě)入速度上影響不大,對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)完全夠用。12864液晶模塊顯示曲線(xiàn)圖形及實(shí)現(xiàn)反白的時(shí)候,要注意入寫(xiě)數(shù)據(jù)的算法.圖形模式下y軸是按位尋址,但x軸按雙字節(jié)尋址,奇數(shù)字節(jié)沒(méi)有獨(dú)立的地址。八、電源模塊220v電源輸入,正負(fù)電源輸出。220v電源接5w變壓器降壓到15伏
25、,通過(guò)由4個(gè)二極管構(gòu)成的橋式整流器整流得到±18v, 后面接78系列(7815、7915、7805)和lm317集成穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。具體電路圖如下圖14:圖14單元電路測(cè)試本系統(tǒng)各單元模塊在接入系統(tǒng)前都經(jīng)過(guò)獨(dú)立測(cè)試并通過(guò),傳感器模塊無(wú)法提供真,對(duì)其都采用實(shí)物測(cè)試。24c16、ds1302、12864液晶模塊均仿真通過(guò)。溫濕模塊測(cè)試數(shù)據(jù):表1測(cè)量次數(shù)物理量08:0009:4012:4014:3015:20溫度()17.419.620.721.325.3濕度(%rh)32.235.334.333.533.7co2模塊測(cè)量數(shù)據(jù):表2co2(ppm)325340356350370輸出電
26、壓(v)0.4010.3880.3670.3570.346光強(qiáng)測(cè)量:表3光強(qiáng)等級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)輸出電壓(v)2.02.53.03.54.0整體測(cè)試在分別對(duì)傳感器,鍵盤(pán),繼電器,12864液晶模塊進(jìn)行測(cè)試后,我們進(jìn)行整體單元電路的測(cè)試。1、顯示實(shí)時(shí)環(huán)境參量數(shù)據(jù),12864液晶上顯示實(shí)時(shí)環(huán)境參量數(shù)值:濕度:40.3%rh 溫度 :19.8 co2濃度 :330ppm 光照強(qiáng)度:5級(jí)相應(yīng)的時(shí)間:17:46:30 星期三2、按鍵進(jìn)行參數(shù)范圍設(shè)置,補(bǔ)償模式,設(shè)置測(cè)量時(shí)間間隔,12864液晶采用菜單模式顯示。菜單模式結(jié)構(gòu)如下表2:(主界面)歡迎使用德州學(xué)院 17:46:30 星期三濕度:40.3%r
27、h 溫度 :19.8 co2濃度 :330ppm 光照強(qiáng)度: 40ppm 功能設(shè)置參數(shù)設(shè)置測(cè)量間隔(10分鐘60分鐘)時(shí)間設(shè)置溫度設(shè)置濕度設(shè)置co2濃度設(shè)置光強(qiáng)范圍模式設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償手動(dòng)補(bǔ)償定時(shí)補(bǔ)償記錄處理上次記錄作圖濕度作圖溫度作圖co2濃度作圖光強(qiáng)作圖復(fù)位將系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài) 表43、在菜單中選擇作圖,則單片機(jī)讀取外接rom的24c16中的數(shù)據(jù),以參量值為縱坐標(biāo),時(shí)間為橫坐標(biāo),得到相應(yīng)的橫縱坐標(biāo)值,通過(guò)鍵盤(pán)選擇,可在液晶屏上繪制相關(guān)參量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。4、設(shè)置過(guò)程中,若超過(guò)1分鐘沒(méi)有按鍵,液晶屏關(guān)閉背景燈,減少耗電。5、當(dāng)環(huán)境的光強(qiáng)較低或溫度較低時(shí),單片機(jī)控制照明燈亮,進(jìn)行補(bǔ)償;當(dāng)濕度值超
28、過(guò)下限或co2濃度超出范圍時(shí),單片機(jī)通過(guò)繼電器控制風(fēng)扇工作,進(jìn)行補(bǔ)償。結(jié)論基于單片機(jī)的溫室測(cè)控系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況較好,系統(tǒng)設(shè)在種植植物的大棚內(nèi),數(shù)據(jù)采集模塊中的溫濕度傳感器,co2傳感器,光敏電阻,可以將環(huán)境中的溫濕度等非電量的信號(hào)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電量信號(hào),再將這些信號(hào)進(jìn)行處理后送至單片機(jī),并在24c16中保存,單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū),通過(guò)12864液晶實(shí)時(shí)顯示,但由于人們對(duì)光照強(qiáng)度的概念較模糊,我們對(duì)光強(qiáng)設(shè)置了十個(gè)等級(jí),較直觀地表示光強(qiáng)。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)及液晶顯示模塊輸入溫度、濕度、co2濃度的上下限值和預(yù)置值,可在菜單中的記錄處理項(xiàng)查看上次記錄,繪制相關(guān)參量曲線(xiàn)。可預(yù)置補(bǔ)償模式
29、,定時(shí)補(bǔ)償,自動(dòng)補(bǔ)償,手動(dòng)補(bǔ)償。在自動(dòng)補(bǔ)償模式下,單片機(jī)將所測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與原先內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比較處理;單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果對(duì)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的信號(hào),并通過(guò)繼電器的控制對(duì)相應(yīng)的設(shè)備如照明燈,風(fēng)扇等進(jìn)行操作,調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度,co2,和光照狀態(tài),直到它們的狀態(tài)處于上下限值以?xún)?nèi)為止。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,本系統(tǒng)緊密結(jié)合溫室大棚的實(shí)際情況,綜合目前市面上相關(guān)產(chǎn)品的特點(diǎn),我們采用了直觀友好的操作界面,操作簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)顯現(xiàn)可以通過(guò)文字方式,還可繪制相應(yīng)曲線(xiàn),使用戶(hù)方便查看,查詢(xún)和設(shè)置。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,高效率,運(yùn)行可靠性好等優(yōu)點(diǎn),具有很好的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了我們預(yù)期的所有目標(biāo),但由于時(shí)間緊,我
30、們對(duì)一些目標(biāo)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。如果時(shí)間充足,我們可以改進(jìn)本系統(tǒng)的一個(gè)不足之處:不能保存較長(zhǎng)一段時(shí)間的各個(gè)參量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。我們的改進(jìn)設(shè)想是將參量值數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)的串口傳輸給pc機(jī),由pc機(jī)保存各個(gè)參量長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)。如在24c16中的數(shù)據(jù)存滿(mǎn)時(shí),則單片機(jī)將24c16中的數(shù)據(jù)全部傳輸給pc機(jī),pc機(jī)收到數(shù)據(jù)后,保存在特定的文檔里,同時(shí)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的軟件處理可在pc機(jī)上繪制各個(gè)參量該段時(shí)間的變化曲線(xiàn)。參考文獻(xiàn):【1】新編mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)/張毅剛編著.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2008.3,180-192頁(yè)?!?】電子工程師制圖與制版技術(shù)protel 99se應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社,2004,8-100
31、頁(yè)。【3】譚浩強(qiáng).c程序設(shè)計(jì).北京: 清華大學(xué)出版社, 2005(2007年重?。? 第三版,156-166頁(yè),204-214頁(yè)?!?】無(wú)線(xiàn)電雜志10年第一期(53-61頁(yè))、第二期(52-57頁(yè)) 數(shù)字示波器diy魏坤。【5】單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例詳解.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.10,15-38頁(yè)。附錄附錄一:整體電路圖圖15附錄二:程序清單#include<reg52.h>/"頭文件"#include<12864.h>#include<cat24c.h>#include<ds1302.h>#include<08
32、32.h>#include<wenshi.h> #include<image.h>sfr auxr=0x8e;sfr auxr1=0xa2;/"key記錄鍵值;k自動(dòng)控制標(biāo)志;i、b用于顯示"unsigned char key=0,k=0,i=0,b=0,m=0,j=0,l=0,g=10,s=0; /"m、l、j、g用于計(jì)時(shí)"unsigned char xdata show8;/"用于顯示轉(zhuǎn)換"unsigned char xdata wet6; /"濕度0:1、溫度2:3、co24、光強(qiáng)5&qu
33、ot;unsigned char xdata max6=0;unsigned char xdata min6=0;unsigned char xdata t0ime8=1,2,3,5,6,7,8,9;/*-*/"比較參量0,時(shí)間0:1、濕度2:3、溫度4:5、co26、光強(qiáng)7"unsigned char xdata t1ime8=1,2,3,5,6,7,8,9;/*-*/"比較參量1,時(shí)間0:1、濕度2:3、溫度4:5、co26、光強(qiáng)7"unsigned char address=0x10; /"ram地址"sbit key1=p17
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35、ot;);chn_disp(0x98,8,"德州學(xué)院");void readall() /"讀取時(shí)間、濕、溫、co2、光強(qiáng)"read_rtc();rh(wet);wet4=adc0832(1);wet5=adc0832(1);void change(unsigned char n)/"數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換"unsigned char k;unsigned int g;switch(n)case 0:for(k=0;k<3;k+)show6-3*k=set_rtc_codek/16+'0'show7-3*k=set_rtc
36、_codek%16+'0'show5=show2=':'break;case 1:show0=set_rtc_code6/16+'0'show1=set_rtc_code6%16+'0'show4=set_rtc_code4/16+'0'show5=set_rtc_code4%16+'0'show6=set_rtc_code3/16+'0'show7=set_rtc_code3%16+'0'break;case 2:show0=t0ime1/16+'0'
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38、#39;show1=(g/10)%10+'0'show2='.'show3=g%10+'0'show4='%'break; case 5:g=wet2*0x100+wet3;show0=g/100+'0'show1=(g/10)%10+'0'show2='.'show3=g%10+'0'break; case 6:g=co2_deal(wet4);show0=g/1000+'0'show1=(g/100)%10+'0'show2=(g/
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40、;void z() /"制作"clean();chn_disp(0x80,2,"制作");chn_disp(0x92,2, "物理系");chn_disp(0x8a,3,"電科 ");chn_disp(0x9a,3," 李旋");void showall(char a) /"12864顯示所有"switch(a)case 0:readall(); wr_lcd(comm,0x0c);clean();change(0);chn_disp(0x80,4,show);chn_dis
41、p(0x85,2,"星期");show0=set_rtc_code5+'0'chn_disp_1(0x87,0,1,show);change(4);chn_disp_1(0x90,0,5,show);change(5);chn_disp_1(0x95,0,5,show);chn_disp_1(0x97,0,2,"");change(6);chn_disp_1(0x88,0,7,show);change(7);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);chn_disp(0x98,4,"功能設(shè)置");break;
42、case 1:chn_disp(0x80,4,"參量設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"模式設(shè)置");chn_disp(0x88,4,"記錄處理");chn_disp(0x98,2,"復(fù)位");break;case 2: chn_disp(0x82,4,"參量設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"測(cè)量間隔");chn_disp(0x88,4,"時(shí)間設(shè)置");chn_disp(0x98,4,"濕度范圍");break;cas
43、e 9:chn_disp(0x82,4,"參量設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"溫度范圍");chn_disp_1(0x88,0,4,"co2");chn_disp(0x8a,2,"濃度");chn_disp(0x98,4,"光強(qiáng)范圍");break;case 3:chn_disp(0x82,4,"測(cè)量間隔");show0=s/10+'0'show1=s%10+'0'chn_disp_1(0x91,0,2,show);chn_disp
44、(0x92,2,"分鐘");show0='/'chn_disp_1(0x94,0,1,show);chn_disp(0x95,1,"次");chn_disp(0x98,2,"確定");break;case 4:chn_disp(0x82,4,"時(shí)間設(shè)置");change(1);chn_disp(0x92,4,show);chn_disp(0x91,3,show);chn_disp(0x92,1,"年");chn_disp(0x94,1,"月");chn_dis
45、p(0x96,1,"日");change(0);chn_disp(0x8a,4,show);show5=show4;show4=show3;chn_disp(0x89,3,show);chn_disp(0x8a,1,"時(shí)");chn_disp(0x8c,1,"分");chn_disp(0x8e,1,"秒");chn_disp(0x9a,2,"星期");show0=set_rtc_code5+'0'chn_disp_1(0x9c,0,1,show);break;case 5: ch
46、n_disp(0x82,4,"濕度范圍");wet0=t0ime2;wet1=t0ime3;change(4);chn_disp_1(0x95,0,5,show);wet0=t1ime2;wet1=t1ime3;change(4);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);break;case 6: chn_disp(0x82,4,"溫度范圍");wet2=t0ime4;wet3=t0ime5;change(5);chn_disp_1(0x95,0,5,show);wet2=t1ime4;wet3=t1ime5;change(5);chn_di
47、sp_1(0x8d,0,5,show);chn_disp_1(0x8f,0,2,"");break;case 7: chn_disp_1(0x81,0,3,"co2");chn_disp(0x83,4,"濃度范圍");wet4=t0ime6;change(6);chn_disp_1(0x95,0,5,show);wet4=t1ime6;change(6);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);break;case 8: chn_disp(0x82,4,"光強(qiáng)范圍");wet5=t0ime7;chang
48、e(7);chn_disp_1(0x95,0,5,show);wet5=t1ime7;change(7);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);break;case 12:chn_disp(0x82,4,"模式設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"自動(dòng)補(bǔ)償");chn_disp(0x88,4,"手動(dòng)補(bǔ)償");chn_disp(0x98,4,"定時(shí)補(bǔ)償");break;case 11: chn_disp(0x82,4,"定時(shí)補(bǔ)償");chn_disp(0x90,1,"
49、從");change(2);chn_disp(0x95,3,show);chn_disp(0x88,1,"到");change(3);chn_disp(0x8d,3,show);chn_disp(0x98,2,"確定");break;case 22:chn_disp(0x82,4,"記錄處理");chn_disp(0x90,4,"上次記錄");chn_disp(0x88,2,"作圖");chn_disp(0x98,2,"確定");break;case 23:chn_
50、disp(0x82,4,"上次記錄");change(0);chn_disp(0x90,4,show);change(4);chn_disp_1(0x88,0,5,show);change(5);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);change(6);chn_disp_1(0x98,0,7,show);change(7);chn_disp_1(0x9d,0,5,show);break;case 24:chn_disp(0x80,4,"濕度作圖");chn_disp(0x90,4,"溫度作圖");chn_disp_1(0
51、x88,0,3,"co2");chn_disp(0x8a,2,"濃度");chn_disp(0x98,4,"光強(qiáng)作圖");break;case 32:chn_disp(0x80,5,"確定將系統(tǒng)");chn_disp(0x91,6,"恢復(fù)初始狀態(tài)");chn_disp_1(0x97,0,1,"?");chn_disp(0x98,2,"確定");break;case 46:clean();chn_disp(0x92,5,"設(shè)置已保存");
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