基于單片機(jī)蔬菜大棚溫度控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿終

1、7哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文題目： 基于單片機(jī)蔬菜大棚溫度控制器 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 2013年 5 月哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)題目名稱：基于單片機(jī)的蔬菜大棚內(nèi)溫度控制器的設(shè)計(jì)立題意義：本系統(tǒng)就是針對(duì)大棚內(nèi)溫度、濕度的控制。溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)是綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟(jì)性要求多方面因素之后，設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)自動(dòng)控制的大棚溫濕度控制系統(tǒng)。 技術(shù)條件與要求：確定系統(tǒng)的測(cè)溫方案，畫(huà)出系統(tǒng)的框圖；闡述系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出完整的系統(tǒng)硬件電路原理圖和PCB制版圖；查閱資料明確所有相關(guān)芯片的功能。任務(wù)內(nèi)容（包括內(nèi)容、計(jì)劃、時(shí)間安排、完成工作量與水平具

2、體要求） 第1天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，針對(duì)課題查閱技術(shù)資料。第2天：確定設(shè)計(jì)方案。要求對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、比較、論證，畫(huà)出方框圖，并簡(jiǎn)述工作原理。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫(huà)出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5天：撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確。專業(yè)負(fù)責(zé)人意見(jiàn)簽名：年 月 日基于單片機(jī)的蔬菜大棚內(nèi)溫度控制器的設(shè)計(jì) 摘 要 目前應(yīng)用于溫室大棚的溫度檢測(cè)系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開(kāi)關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換器等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)

3、傳感器的信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時(shí)線路上傳送的是模擬信號(hào)，易受干擾和損耗，并且測(cè)量誤差也比較大，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定。在這樣的形式下，開(kāi)發(fā)一種實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫度信息的測(cè)控系統(tǒng)就很有必要。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、傳感器、報(bào)警器、上位機(jī)Design of greenhouse temperature controller based on MCUAbstract Simulated by the analog temperature sensors, multiplex switch mostly adopts the temperature de

4、tecting system is currently used in the greenhouse Transmission system and A/D converter. This temperature acquisition system need to be arranged in greenhouse numerous measurement Temperature sensing cable, to make the signal of the sensor to the acquisition,installation and removal of complex, hig

5、h cost. At the same time Line on the analog signal is transmitted, vulnerable to interference and loss, and the measurement error is relatively large, are not conducive to control According to the temperature changes in a timely decision. In this situation, the development of a real-time, high preci

6、sion, can fully Combined treatment of culti-point temperature measurement and control system of information is very necessary.Keywords: Microcontroller, sensor, alarm, PC II目 錄摘要 Abstract1緒論 11.1 引言11.2選題的現(xiàn)實(shí)意義21.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 21.4 系統(tǒng)功能 32 總體方案設(shè)計(jì) 42.1計(jì)算機(jī)的選擇42.2 系統(tǒng)組成框圖及工作原理 42.3 硬件及系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu) 52.4硬件設(shè)備選擇 93 硬件電路

7、設(shè)計(jì) 193.1 主機(jī) 193.2 溫度檢測(cè)與控制部分設(shè)計(jì) 193.3 人機(jī)對(duì)話部分的設(shè)計(jì) 203.4 溫度控制系統(tǒng) 224 軟件設(shè)計(jì) 244.1 主程序流程圖 244.2鍵盤顯示模板 244.3 采樣轉(zhuǎn)換模板 25結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附錄1 單盤機(jī)程序 3031哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的蔬菜大棚內(nèi)溫度控制器的設(shè)計(jì)1 緒論 1.1 引言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市場(chǎng)日漸擴(kuò)大，尤其是北方地區(qū)在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)價(jià)值。僅靠南菜北調(diào)長(zhǎng)途運(yùn)輸，一是成本高，二是運(yùn)到目的地，蔬菜已經(jīng)不新鮮了。所以，依靠農(nóng)業(yè)科技，大力推廣溫

8、室大棚種植蔬菜能更好地滿足人民生活需要，也是國(guó)家菜籃子工程所包括的內(nèi)容，作為冬暖式蔬菜大棚的發(fā)源地，壽光掀起了我國(guó)的“菜籃子革命”，結(jié)束了冬季北方人吃不到新鮮蔬菜的歷史，目前這里的無(wú)公害蔬菜大棚已經(jīng)發(fā)展到80多萬(wàn)畝。由于我國(guó)人口眾多，土地、水資源及各種能源短缺，在人民生活水平不斷提高，對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的需求不斷增加的今天，只靠增加耕地面積是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來(lái)提高單位畝產(chǎn)量。以日光溫室為主的溫室大棚蔬菜生產(chǎn)，己成為我國(guó)園藝產(chǎn)品尤其是蔬菜產(chǎn)品周年供應(yīng)的重要措施。溫室大棚就是建立一個(gè)模擬適合生物生長(zhǎng)的氣候條件，創(chuàng)造一個(gè)人工氣象環(huán)境，來(lái)消除溫度對(duì)生物生長(zhǎng)的約束。而且，溫室大棚能克服環(huán)

9、境對(duì)生物生長(zhǎng)的限制，能使不同的農(nóng)作物在不適合生長(zhǎng)的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)影響不大，部分或完全擺脫了農(nóng)作物對(duì)自然條件的依賴。由于溫室大棚能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，所以溫室大棚技術(shù)越來(lái)越普及，并且已成為壽光農(nóng)民家庭收入的主要來(lái)源。 隨著“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”的推進(jìn)，日光溫室無(wú)論從規(guī)模上還是技術(shù)上，都取得了很大進(jìn)步，但在配套設(shè)施的完善程度上，生產(chǎn)的穩(wěn)定性、產(chǎn)業(yè)化程度和現(xiàn)代化水平上都只能算是工廠化農(nóng)業(yè)的雛形，與發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化相比，仍有相當(dāng)大的距離，尤其在溫室生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)控制方面。 溫室環(huán)境控制(microenvironmental)，即根據(jù)植物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境條件的總稱

10、。現(xiàn)代化溫室，通過(guò)傳感器技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)及單片機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，能自動(dòng)調(diào)控溫室的環(huán)境，其中包括溫度、幾濕度、冬光照、C02濃度、水分等，使作物在不適宜生長(zhǎng)發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長(zhǎng)更優(yōu)的環(huán)境條件，達(dá)到早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。冬季大柵蔬菜最重要的一個(gè)管理因素是溫度的控制。溫度太低，會(huì)發(fā)生蔬菜凍死或者停止生長(zhǎng)，所以要將溫度始終控制在適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。 1.2 選題的現(xiàn)實(shí)意義 今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來(lái)越多稱之為單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊控制化已

11、成為世界潮流，而這些高性能無(wú)一不是靠單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來(lái)越大的作用。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題?；诖耍菊n題圍繞應(yīng)用于溫室大棚的基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)展開(kāi)應(yīng)用研究工作。1. 3. 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外計(jì)算機(jī)用于溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，開(kāi)始于上世紀(jì)70年代末。隨著通訊技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫室環(huán)境調(diào)控技術(shù)在日本、荷蘭、美國(guó)、以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了迅速發(fā)展1978年日本學(xué)者首先研制出微型計(jì)算機(jī)溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，隨著計(jì)算

12、機(jī)技術(shù)的發(fā)展，80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。目前荷蘭、日本、美國(guó)、以色列、等發(fā)達(dá)國(guó)家可以根據(jù)溫室作物的要求和特點(diǎn)，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度、，水分、氣、譽(yù)肥等諸多子進(jìn)行自動(dòng)控制。在智能溫室的發(fā)展方面，美國(guó)作為最早發(fā)明計(jì)算機(jī)的國(guó)家，它也是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室控制和管理最早、最多的國(guó)家之一。美國(guó)開(kāi)發(fā)的溫室計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)溫室作物的特點(diǎn)和要求，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度、水、氣、等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，還可利用差溫管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉、果蔬等產(chǎn)品的開(kāi)花和成熟期進(jìn)行控制，以滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需要。、目前，美國(guó)已將全球定位系統(tǒng)、電腦和遙感遙側(cè)等高新技術(shù)應(yīng)用

13、于溫室生產(chǎn)，有82%的溫室使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，存67%的農(nóng)戶使用計(jì)算機(jī)，其中27%的農(nóng)戶還運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。炙現(xiàn)在國(guó)外溫室環(huán)境控制技術(shù)正朝著-高科技方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、一遙測(cè)技術(shù)己逐漸應(yīng)用子管理與控制系統(tǒng)中。1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)對(duì)溫室控制技術(shù)研究起步較晚。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，在引進(jìn)、吸收國(guó)外高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)進(jìn)行了溫室中溫度、濕度和二氧化碳等單項(xiàng)環(huán)境因子控制技術(shù)的研究。1982年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院建立了全國(guó)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的第一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究機(jī)構(gòu)。1995年，北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功的“WJG-1型實(shí)驗(yàn)溫室環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)”，僅僅是進(jìn)行單因子控制，操作性和可靠性均不夠理想。

14、近幾年來(lái)，我國(guó)加大了在溫室結(jié)構(gòu)和溫室控制方面的研究力度。從我國(guó)的溫室控制系統(tǒng)和控制技術(shù)現(xiàn)狀來(lái)看，溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。但是，大部分采用的都是簡(jiǎn)單的直接數(shù)字控制方法，即在程序中設(shè)定各環(huán)境因子的上下限，當(dāng)測(cè)定的環(huán)境參數(shù)超過(guò)上下限時(shí)，啟動(dòng)環(huán)境控制的硬件系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)。這種方法尚不能根據(jù)作物對(duì)環(huán)境的反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。目前國(guó)內(nèi)溫室專家決策系統(tǒng)的研究，針對(duì)農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害診斷性方面的較多，而對(duì)于溫室環(huán)境控制，乃至整個(gè)溫室監(jiān)控管理方面的研究不多。尤其是智能決策系統(tǒng)在溫室應(yīng)用方面的研究歷史相對(duì)較短，還處于剛剛起步階段，有些方面甚至處于空白階段。智能化溫

15、室代表著溫室的發(fā)展方向，將智能決策支持系統(tǒng)運(yùn)用到溫室環(huán)境因子的控制中，正是目前智能溫室發(fā)展的趨勢(shì)。在各個(gè)方面與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距，尚需深入研究。1.4 系統(tǒng)功能本控制器可實(shí)時(shí)測(cè)量蔬菜大棚溫度，并根據(jù)溫度情況和人為設(shè)置情況調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)溫度，其中人為設(shè)置可通過(guò)操作按鍵完成；根據(jù)實(shí)際溫度設(shè)置了420mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道，便于遠(yuǎn)程傳輸；另外，本系統(tǒng)還具有溫度超越界限時(shí)的報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)是對(duì)蔬菜大棚內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)蔬菜大棚內(nèi)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)

16、蔬菜大棚內(nèi)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度。2總體設(shè)計(jì)方案2.1計(jì)算機(jī)的選擇（1）PLC 早期處理順序邏輯和開(kāi)關(guān)信息量問(wèn)題時(shí)一般采用繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)信號(hào)較多、邏輯復(fù)雜時(shí)，使用繼電器數(shù)量很大，造成線路設(shè)計(jì)和調(diào)試都相當(dāng)困難，可靠性也差。隨著PLC的出現(xiàn)，他逐漸取代了繼電器電路，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和滲透，PLC技術(shù)也在不斷提高和完善，有以下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)成本低，范圍廣，高速率，永遠(yuǎn)在線，便捷。但是當(dāng)前在國(guó)內(nèi)PLC的價(jià)格比較高，也在一部分程度上阻礙了它的發(fā)展。（2）工業(yè)

17、PC 對(duì)于一個(gè)任務(wù)不算小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，工業(yè)PC是首選。它是專門考慮了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件差及各種干擾大而設(shè)計(jì)的，可以長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，可靠性和可維護(hù)性都可達(dá)到要求。另外，除了有多種模塊的主機(jī)系統(tǒng)板外看，還配備有多種接口板，如多路模擬量輸入/輸出板、開(kāi)關(guān)量輸入輸出板、圖形板，以及擴(kuò)展用的RS-232C、RS-422、RS-485、總線接口板和EPROM編程板等?？傊蓴U(kuò)充性不成問(wèn)題。此外，模擬量輸入輸出、開(kāi)關(guān)量輸入輸出的接口很多，并有大量的軟件支持，如匯編、高級(jí)語(yǔ)言和中文等。（3）單片機(jī) 現(xiàn)今的單片機(jī)正向著提高工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)的可靠性和靈活方便地構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)界面的方向發(fā)展，并且控制功能越來(lái)越豐富。

18、在CPU芯片上，除嵌入RAM、ROM、和IO外，還有A/D、D/A、PWM、DMA、看門狗、串行接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，另外還有顯示驅(qū)動(dòng)、鍵盤控制、比較器和函數(shù)發(fā)生器等，能構(gòu)成功能強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。特別是它體積小，集成度高。性能穩(wěn)定，可靠性高。有較高的性價(jià)比。他越來(lái)越得到人們的信賴。 通過(guò)比較論證，從經(jīng)濟(jì)因素等考慮，選用單片機(jī)AT89C52作為蔬菜大棚溫度控制的控制器。2.2 系統(tǒng)組成框圖及工作原理 蔬菜大棚用埋在土壤表層的電加溫線完成對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行加熱，本設(shè)計(jì)中溫度較低且溫度要求不高，采用AD590作為測(cè)溫元件。蔬菜大棚的電源采用

19、交流電，使用可控硅來(lái)控制加熱功率。由于本設(shè)計(jì)中的功率只有2000W，則采用220V交流電即可。溫度控制系統(tǒng)啟動(dòng)以后能夠通過(guò)實(shí)測(cè)溫度和設(shè)定溫度通過(guò)單片機(jī)的運(yùn)算輸出信號(hào)控制雙向晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制蔬菜大棚的加熱功率，調(diào)節(jié)溫度，是溫度保持在設(shè)定值。在單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警判斷，來(lái)決定是否輸出報(bào)警信號(hào)。溫度控制系統(tǒng)分為三個(gè)部分：人及對(duì)話部分，主機(jī)，溫度檢測(cè)限額與控制部分。單片機(jī)蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。圖1 溫度控制系統(tǒng)原理框圖2.3硬件及整體機(jī)構(gòu)2.3.1 硬件 本系統(tǒng)以一臺(tái)微型機(jī)作為上位機(jī)，以多臺(tái)AT89C52單片機(jī)作為下位機(jī)組成分布式控制系統(tǒng)。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫度參

20、數(shù)的檢測(cè)和控制，把由溫度傳感器采集的溫度信息暫存起來(lái)，與給定值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)一定的控制計(jì)算，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制;同時(shí)通過(guò)串行通信接口將數(shù)據(jù)送至上位機(jī)，由上位機(jī)完成對(duì)數(shù)據(jù)的管理、決策和統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、編輯、存儲(chǔ)等處理。 控制系統(tǒng)工作過(guò)程如下:上位微型機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)行一定的程序后，向單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)單片機(jī)及其被控的機(jī)構(gòu)，同時(shí)準(zhǔn)備接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的信號(hào)和數(shù)據(jù)。被啟動(dòng)的下位機(jī)，一方面定時(shí)開(kāi)啟各個(gè)傳感器測(cè)量溫室溫度環(huán)境，傳感器將采集到的信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理判斷分析;另一方面把上次采集到的數(shù)據(jù)向上位機(jī)發(fā)送，同時(shí)依據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以便控制調(diào)

21、節(jié)溫室環(huán)境溫度。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢且上位機(jī)也接受完畢后，上位機(jī)把接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示或打印，并與參數(shù)的設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，然后把運(yùn)算結(jié)果送入單片機(jī)得出控制信號(hào)以此控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。然后等待下一個(gè)時(shí)鐘中斷信號(hào)的到來(lái)后再向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，如此不斷的循環(huán)，以保證溫室溫度參數(shù)被控制于所設(shè)置范圍之內(nèi)。2.3.2 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集溫度的采集、處理、顯示、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其原理框圖如圖2-1所示。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由溫度傳感器、單片機(jī)、RS-485串口通信、輸出控制電路和上位計(jì)算機(jī)組成。 圖2-1溫度測(cè)控系統(tǒng)硬件電路原理框圖（1）、溫度傳感器 溫度傳感器的作用是采集

22、大棚內(nèi)的溫度，并進(jìn)行判斷和顯示。由于智能溫度傳感器DS1820既能對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，又能設(shè)定所需要控制的溫度，并對(duì)溫度值能夠把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，所以本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中選用智能溫度傳感器DS1820。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS1820或從DS1820送出，傳感器和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都被集成在一起，每個(gè)DS1820在出廠時(shí)都已給定了唯一的64位序列號(hào)，并且DS1820只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口，因此，多個(gè)DS1820可以并聯(lián)到3或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS1820進(jìn)行通信，而它們只需簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就能加以識(shí)別，這樣就節(jié)省了大量的引線和邏輯電路?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了

23、系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。用戶還可自設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值，并可用報(bào)警搜索命令識(shí)別溫度超限的DS1820。由于該溫度計(jì)采用數(shù)字輸出形式，故不需要A/D轉(zhuǎn)換器。（2）、單片機(jī)控制系統(tǒng) 本系統(tǒng)中的單片機(jī)選用AT89S51做控制器。主要功能是:實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字量的采集，并把采集來(lái)的數(shù)據(jù)在LCD液晶顯示器上進(jìn)行顯示;可以通過(guò)鍵盤設(shè)置參數(shù)，可以進(jìn)行聲光報(bào)警;可以通過(guò)按鍵來(lái)完成手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的切換;可以通過(guò)串行接口把采集到的數(shù)據(jù)和控制信息傳送至上位機(jī)，可以接收上位機(jī)命令實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置;可以進(jìn)行輸出控制。（3）, RS-485串行通訊RS-485串行通訊是一種多發(fā)送器的電路新標(biāo)準(zhǔn)，它采

24、用了差分平衡的電氣接口，利用平衡驅(qū)動(dòng)、差分接收的方法，從根本上消除了地線信號(hào)。因此，RS-485可用于距離1200m，速度為100kb/s的高速通訊。由于從大棚到計(jì)算機(jī)的距離較長(zhǎng)，因此，在本課題設(shè)計(jì)中，需要在PC機(jī)側(cè)配置RS-485轉(zhuǎn)換器，以達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。RS-485串行通訊的作用是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中上位機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)之間的通訊，通過(guò)串行通訊，下位機(jī)接收上位機(jī)發(fā)送的設(shè)置命令、數(shù)據(jù)采集命令和輸出控制命令并進(jìn)行判斷后執(zhí)行相應(yīng)的程序，下位機(jī)所采集到的數(shù)據(jù)信息也是通過(guò)通訊接口傳送到上位機(jī)進(jìn)行顯示存儲(chǔ)等。（4）、上位機(jī) 系統(tǒng)采用一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，其主要功能是:通過(guò)RS-485串行通訊，向下位機(jī)

25、發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令和輸出控制命令，并接收下位機(jī)傳送的采集數(shù)據(jù);通過(guò)上位機(jī)界面設(shè)定下位機(jī)號(hào)、切換工作方式、設(shè)定報(bào)警溫度上下限值和控制參數(shù);對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。2.3.3 系統(tǒng)工作原理 采用單總線技術(shù)設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖2-2所示。整個(gè)系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為主機(jī)，其他設(shè)備為從設(shè)備。單片機(jī)通過(guò)RS-485總線與PC機(jī)通訊。PC機(jī)作上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，控制器選用MAX813L組成上電復(fù)位和看門狗電路。該系統(tǒng)只要一條雙絞線(一根為信號(hào)線，一根為地線)從單片機(jī)拉向監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，然后將各種監(jiān)控對(duì)象(傳感器)掛接在一根總線上就可以了。本系統(tǒng)通過(guò)單總線可以掛接很多個(gè)智能溫度傳

26、感器DS1820，用于溫室大棚內(nèi)不同地方的溫度測(cè)量和控制。圖中只畫(huà)出了一個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的配置，其布線接頭與通常電話線路使用的一樣，插入和拔出都很方便。 圖2-2單總線器件組建溫度測(cè)控系統(tǒng)示意圖 圖2-3溫度越限自動(dòng)控制示意圖 該溫度測(cè)控系統(tǒng)的工作原理就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程和單片機(jī)編程，使智能溫度傳感器DS1820正常工作，去檢測(cè)大棚內(nèi)實(shí)際的溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當(dāng)時(shí)的溫度值。如果采集的溫度值高于上限報(bào)警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起動(dòng)制冷設(shè)備，把溫度降下來(lái)，當(dāng)溫度降到一定的程度，即低于上限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制冷設(shè)備，使制冷設(shè)備停止工作。當(dāng)采集的溫度值低于下限報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)又發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起

27、動(dòng)制熱設(shè)備，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，使制熱設(shè)備停止工作，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。其具體的溫度越限自動(dòng)控制過(guò)程如圖2-3所示。 在測(cè)控系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)量控制是應(yīng)用最多的。對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)講，則是送出一位0或1控制碼信號(hào)，用它去觸發(fā)被控電路。通常是先觸發(fā)光電禍合器，然后啟動(dòng)繼電器、晶閘管或固體繼電器，視被控設(shè)備功率大小而選用合適的開(kāi)關(guān)器件。本系統(tǒng)選用了可尋址的單總線控制開(kāi)關(guān)DS2405，由它送出1位0或1作為控制碼信息，去控制報(bào)警設(shè)備、通風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等的開(kāi)啟與關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)發(fā)現(xiàn)溫度傳感器DS1820采集到大棚內(nèi)的實(shí)際溫度超過(guò)溫度限制

28、時(shí)，便讓控制開(kāi)關(guān)DS2405去開(kāi)啟聲光報(bào)替器報(bào)警，同時(shí)開(kāi)啟空調(diào)機(jī)工作。 DS9052為防靜電保護(hù)二極管。為防止處在開(kāi)路狀態(tài)易受靜電等干擾侵入通常在單總線線路的末端都接上DS9502之類防靜電保護(hù)電路。2.3.4 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍:-55一+125 C測(cè)量精度:0. 5 0C反應(yīng)時(shí)間蕊500ms.2.4 硬件設(shè)備的選擇2.4.1 單片機(jī)的選擇（1）、單片機(jī)概述 將運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和各種輸入/輸出接口等計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上，就能得到一個(gè)單芯片的微型計(jì)算機(jī)。它雖然只是一個(gè)芯片，但在組成和功能上己經(jīng)具有了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，因此稱之為單片微型計(jì)算機(jī)(Single-ChipMic

29、rocomputer)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。因?yàn)槠潴w積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高，適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。圖2-4 AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）AT89S51芯片的主要性能 AT89S51最致命的缺陷在于不支持ISP(在線更新程序)功能，必須加上ISP功能等新功能才能更好實(shí)現(xiàn)其控制功能。AT89S51就是在這樣的背景下取代89C51的，現(xiàn)在，AT89S51已經(jīng)成為實(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，它采用了新工藝，成本降低，而且將功能提升，增強(qiáng)了競(jìng)爭(zhēng)力。與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，4K字節(jié)在線編程(ISP) F1閃

30、速存儲(chǔ)器，1000次擦寫(xiě)周期4. 0-5. 5V的工作電壓范圍，全靜態(tài)工作模式:OHz-33Hz三級(jí)程序加密鎖，28X8字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/0)口，2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，2個(gè)全雙工串行通信口，低功耗空閑和掉電模式，中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)（3）, AT89S51芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 功能強(qiáng)大的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)的解決方案。AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為CPU、存儲(chǔ)器、I/0接口、定時(shí)與中斷系統(tǒng)四部分，如圖2-4所示。（4）, AT89S51引腳功能AT89S51與89C51相比，外型管腳完全相同，如圖2-5所示

31、。引腳功能說(shuō)明如下:電源引腳(2個(gè))外接晶體引腳(2個(gè))并行輸入/輸出引腳(32個(gè)，分成4個(gè)8一位口)控制引腳(4個(gè))（5）, AT89S51的復(fù)位 AT89S51-單片機(jī)的復(fù)位方法有以下2種:(1)上電復(fù)位。打開(kāi)電源后，利用R, C充電自動(dòng)完成上電復(fù)位。當(dāng)晶體振蕩器采用61u-Iz的頻率時(shí)，復(fù)位電路如圖2-6 (a)所示。(2)上電復(fù)位兼手動(dòng)復(fù)位。既可以上電復(fù)位，又可以利用按鍵閉合，使單片機(jī)復(fù)位引腳保持2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，完成手動(dòng)復(fù)位功能。復(fù)位電路如圖2-6 (b)所示。 圖2-6復(fù)位電路(a)上電復(fù)位(b)上電復(fù)位兼手動(dòng)復(fù)位2.4.2 溫度傳感器的選擇 當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)

32、總要有被測(cè)信號(hào)通過(guò)輸入通道，由計(jì)算機(jī)獲取必要的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù);而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。2.43 晶振電路 單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個(gè)12MHZ的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。 晶體振蕩器在固定頻率振蕩器中能夠提供較高的精度，絕大多數(shù)RTC采用32.768kHz的

33、晶體，晶體振蕩器輸出經(jīng)過(guò)分頻后會(huì)產(chǎn)生1Hz的基準(zhǔn)來(lái)刷新時(shí)間和日期。RTC的精度主要取決于晶振的精度，晶體振蕩器在固定頻率振蕩器中能夠提供較高的精度，絕大多數(shù)RTC采用32.768kHz的晶體，晶體振蕩器輸出經(jīng)過(guò)分頻后會(huì)產(chǎn)生1Hz的基準(zhǔn)來(lái)刷新時(shí)間和日期。RTC的精度主要取決于晶振的精度，晶振一般在特定的電容負(fù)載下，其調(diào)諧振蕩在正確的頻點(diǎn)，而當(dāng)晶振調(diào)諧于12.5pF負(fù)載的RTC電路中時(shí)，使用6pF負(fù)載的晶振將會(huì)使時(shí)鐘變快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用內(nèi)部偏置網(wǎng)絡(luò)，因而晶振可直接連接到RTC的X1、X2引腳，而不需要額外的元件。由于RTC的晶振輸入電路具有很高的輸入

34、阻抗，因此，它與晶振的連線猶如一個(gè)天線，很容易耦合系統(tǒng)其余電路的高頻干擾。而干擾信號(hào)被耦合到晶振引腳將導(dǎo)致時(shí)鐘數(shù)的增加或減少。考慮到線路板上大多數(shù)信號(hào)的頻率高于32.768kHz，所以，通常會(huì)產(chǎn)生額外的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。因此，晶振應(yīng)盡可能靠近X1、X2引腳安裝，同時(shí)晶振、X1/X2引腳的下方最好布成地平面晶振電路2-71、 常見(jiàn)溫度傳感器 溫度是一個(gè)和人們生活有密切關(guān)系的物理量，也是人們?cè)诳茖W(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)活動(dòng)中需要控制的重要物理量。而在蔬菜大棚生產(chǎn)過(guò)程中，溫度更是一個(gè)影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。在各種傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的一種。實(shí)際的溫度測(cè)量中有多種不同的測(cè)量方法，常見(jiàn)的溫度傳感器有以

35、下幾種: (1)熱電阻傳感器 (2)熱電偶傳感器 (3)半導(dǎo)體管溫度傳感器 (4)模擬集成傳感器 (5)智能溫度傳感器 本系統(tǒng)中傳感器與數(shù)據(jù)采集器距離較遠(yuǎn)，并且需要多點(diǎn)檢測(cè)，因此，綜合上述各溫度傳感器特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測(cè)量裝置。2, DS18B20簡(jiǎn)介 DS18B20是該公司繼DS1820之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。其內(nèi)部使用了在板(ON-BOARD)專利技術(shù)。單總線技術(shù)是該公司近年推出的新技術(shù)。它將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、電源線合為一根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛數(shù)百個(gè)測(cè)控對(duì)象，這些測(cè)控對(duì)象所用芯片均由該

36、公司提供。單總線技術(shù)具有以下特點(diǎn):測(cè)控對(duì)象越多越顯示其優(yōu)越性，性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好，具有CRC校驗(yàn)功能，可靠性高，軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。因此，積極推廣單總線技術(shù)的應(yīng)用會(huì)有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3, DS18B20溫度傳感器在使用中的注意事項(xiàng) DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題: (1)較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。 (2)在DS

37、18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 (3)連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)I50m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)

38、設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 (4)在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。2.4.3 RS-485通信設(shè)計(jì)1、數(shù)據(jù)通信 在實(shí)際應(yīng)用中，89S51單片機(jī)經(jīng)常要與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換，單片機(jī)與單片機(jī)之間或單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間往往都要交換信息，這些信息交換都可以稱為通信。通信方式有串行與并行兩種。利用并行通信和串行通信傳送數(shù)據(jù)1101 0010時(shí)的示意圖如

39、圖2-9所示。 圖2-9傳送數(shù)據(jù)時(shí)并行通信與串行通信示意圖 (a)并行通信(b)串行通信2, AT89S51的串行口的結(jié)構(gòu)組成 89S51單片機(jī)有一個(gè)全雙工異步串行工/0口，占用P3. 0和P3. 1兩個(gè)引腳，是P3的第二個(gè)功能。該接口電路不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用。 圖2 -10所示為89S51串行口的簡(jiǎn)明示意圖。 圖2-1。串行口的簡(jiǎn)明示意圖3、常用串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用異步串行通信。目前常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232, RS-422, RS-485等。 RS-232和RS-422雖然使用廣泛，但有明顯的不足，主要體

40、現(xiàn)在:接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口的電路芯片;必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路相連;傳輸速率較低;對(duì)噪聲的抗干擾性弱;傳輸距離有限。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 接口信號(hào)電平比RS-232降低(士1. 5V士6V)，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。 RS-485傳輸數(shù)據(jù)的速度較快，最高傳輸速率為lOMbpso RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，即抗噪聲干擾性好，接收靈敏度也相當(dāng)高。 最大傳輸距離的標(biāo)準(zhǔn)值為4000ft，折合1219m，實(shí)際上可達(dá)3000mo RS-485接口在總線上是允許

41、同時(shí)連接多達(dá)32個(gè)發(fā)送器和32個(gè)接收器，即具有多站能力。這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 RS-485接口具有良好的抗干擾能力，長(zhǎng)距離傳輸和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)中上位機(jī)距離大棚較遠(yuǎn)，多點(diǎn)測(cè)量，且要求有良好的抗干擾能力，因而采用RS-485作為接口方式。4, RS-485的硬件設(shè)計(jì) 采用單片機(jī)和RS-485接口電路原理圖如圖2-1I所示。圖2-11單片機(jī)的RS-485接口電路(1)電路基本原理 某節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)如圖2-n所示，在該電路中，使用了一種RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用單一電源Vcc，電壓在+3-5.5 V范圍內(nèi)都能正常工作。與普通

42、的RS-485芯片相比，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá)8 kV的靜電放電沖擊，片內(nèi)集成4個(gè)瞬時(shí)過(guò)壓保護(hù)管，可承受高達(dá)400V的瞬態(tài)脈沖電壓。因此，它能顯著提高防止雷電損壞器件的可靠性。對(duì)一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場(chǎng)，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件。該芯片還有一個(gè)獨(dú)特的設(shè)計(jì)，當(dāng)輸入端開(kāi)路時(shí)，其輸出為高電平，這樣可保證接收器輸入端電纜有開(kāi)路故障時(shí)，不影響系統(tǒng)的正常工作。另外，它的輸入阻抗為RS-485標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的2倍(24k S2 )，故可以在總線上連接64個(gè)收發(fā)器。芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)了限斜率驅(qū)動(dòng)，使輸出信號(hào)邊沿不會(huì)過(guò)陡，使傳輸線上不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的高頻分量，從而有效扼制電磁干擾。在圖2-11中

43、，四位一體的光電禍合器TLP521讓單片機(jī)與SN75LBC184之間完全沒(méi)有了電的聯(lián)系，提高了工作的可靠性?；驹頌?當(dāng)單片機(jī)Pl. 6=0時(shí)，光電藕合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，輸出高電壓(-I- 5 V )，選中RS-485接口芯片的DE端，允許發(fā)送。當(dāng)單片機(jī)P1. 6=1時(shí)，光電禍合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導(dǎo)通，輸出低電壓(0 V)，選中RS-485接口芯片的RE端，允許接收。SN75LBC184的R端(接收端)和D端(發(fā)送端)的原理與上述類似。(2)RS-485輸出電路部分的設(shè)計(jì) 在圖2-11中，VD 1 -VD4為信號(hào)限幅二極管，其穩(wěn)壓值應(yīng)保證符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)

44、，VD1和VD3取12 V, VD2和VD4取7V，以保證將信號(hào)幅度限定在一7+12 V之間，進(jìn)一步提高抗過(guò)壓的能力。考慮到線路的特殊情況(如某一節(jié)點(diǎn)的RS-485芯片被擊穿短路)，為防止總線中其他分機(jī)的通信受到影響，在SN75LBC184的信號(hào)輸出端串聯(lián)了2個(gè)20 S2的電阻R1和R2，這樣本機(jī)的硬件故障就不會(huì)使整個(gè)總線的通信受到影響。在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場(chǎng)施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120。左右，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)，在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端應(yīng)各接1個(gè)120。的匹配電阻(如圖2-11中的R3)，以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。3.硬件電路設(shè)計(jì)3.1. 主機(jī) 在整個(gè)單片機(jī)控制

45、系統(tǒng)中，CPU既是運(yùn)算控制中心，又是控制中心，是控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件。此控制系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用具有8031內(nèi)核的AT89C52作為控制系統(tǒng)主機(jī)。它是一種低功耗高性能的CMOS8位微處理器?？蓸?gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本，由于其系統(tǒng)內(nèi)部有8KB的Flash存儲(chǔ)器，因此不需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。3.2. 溫度檢測(cè)與控制部分的設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)控制部分包括傳感器，轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器，京兆管，驅(qū)動(dòng)器等部分。3.2.1 溫度傳感器溫度控制器選擇是能否達(dá)到立項(xiàng)控制溫度的關(guān)鍵。本系統(tǒng)的測(cè)溫范圍是050度，而且精度要求不是很高，可采用集成AD590滿足系統(tǒng)

46、要求。3.2.2 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器將其輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化成與溫度成正比的電壓，在溫度為050度時(shí)，輸出電壓05V。溫度檢測(cè)與轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。圖3 溫度檢測(cè)與轉(zhuǎn)換電路3.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器 主要取決于溫度的控制精度。本系統(tǒng)要求溫度控制誤差=2,采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，最大量化誤差為正負(fù)0.4度，完全能夠滿足精度要求。這里采用DAC0832作為A/D轉(zhuǎn)換器，其輸出代碼為BCD碼。電路設(shè)計(jì)好后，調(diào)整轉(zhuǎn)換器的輸出，使050C的溫度輸出轉(zhuǎn)換成05V的輸出，以供A/D轉(zhuǎn)換用，則A/D轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為01999，則轉(zhuǎn)換結(jié)果除以10剛好就是溫度值。用這種方法可以減少標(biāo)度變化的工作量，也可以避免標(biāo)度變換帶來(lái)的計(jì)算誤

47、差。3.3 人及對(duì)話部分的設(shè)計(jì) 人機(jī)對(duì)話部分包括顯示，鍵盤，和報(bào)警三部分電路，實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚的人性化操作界面，有利于人員對(duì)溫度的檢測(cè)和控制。3.3.1 顯示部分的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)設(shè)5位LED數(shù)碼顯示器，停止加熱時(shí)顯示設(shè)定溫度，啟動(dòng)加熱時(shí)顯示當(dāng)時(shí)蔬菜大棚溫度。采用串行口擴(kuò)展的靜態(tài)顯示電路作為顯示接口電路，采用共陽(yáng)極接法。 靜態(tài)顯示指顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或截止。單片機(jī)除可用本身的并行端口或者擴(kuò)展I/O端口直接與LED接口外，也可利用本身的串行端口TXD,RXD與LED相連。在本系統(tǒng)中使用74LS146，它是8位串入并出移位寄存器，作為靜態(tài)顯示器的顯示輸出口，段碼由串行口RXD經(jīng)移位

48、寄存器并行輸出到LED顯示器，P3.3用于顯示器的輸入控制，在啟動(dòng)顯示之前，應(yīng)將其置1。具體接圖如圖4所示。圖4 74LS08擴(kuò)展的LED3.3.2 鍵盤的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，操作員對(duì)系統(tǒng)的操作和干預(yù)是通過(guò)鍵盤進(jìn)行的，通過(guò)鍵盤修改設(shè)定溫度值，上限溫度和下限溫度。鍵盤掃描是CPU工作的一個(gè)主要內(nèi)容，CPU在忙于各項(xiàng)任務(wù)時(shí)，既要保證不失時(shí)機(jī)地鍵操作，又不能過(guò)多的占用CPU的時(shí)間。因此，有必要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)，選擇好鍵盤的工作方式。本系統(tǒng)中，鍵盤處理程序采用掃描工作方式進(jìn)行處理，是利用CPU在完成其他工作的空余調(diào)用鍵盤掃描子程序。既保證了程序的優(yōu)先級(jí)，又及時(shí)的響應(yīng)了鍵盤的操作。在主程序中，每掃描一次主程

49、序，就判斷一次“是否有按鍵按下”的事件。當(dāng)查詢有鍵按下時(shí)，程序按以下方式進(jìn)行處理：軟件延時(shí)一段時(shí)間再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下?tīng)顟B(tài)，則認(rèn)為有一個(gè)確認(rèn)的鍵按下，否則按照鍵抖動(dòng)處理。在確認(rèn)有鍵按下的條件下，通過(guò)掃描的方式求取鍵值，鍵閉合一次，進(jìn)行一次鍵功能操作。本系統(tǒng)設(shè)有16個(gè)鍵，分別是啟動(dòng)，09是個(gè)數(shù)字鍵，上限，下限，設(shè)定，確認(rèn)鍵，另有一未設(shè)定功能。由P1口做鍵盤接口，采用4*4矩陣式。通過(guò)鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并啟動(dòng)系統(tǒng)工作。在本鍵盤中，采用P1口，8個(gè)口中，4個(gè)口接行線，另4個(gè)口接列線，鍵盤的連接方式如圖5所示。圖5 鍵盤接線圖3.3.3 報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能由蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)由于意外因素導(dǎo)

50、致恒溫水箱溫度高于或低于設(shè)定溫度時(shí)，P3.4口送出低電平經(jīng)反向器屈東蜂鳴器鳴叫報(bào)警。報(bào)警電路如圖6所示。圖6 報(bào)警電路圖3.4溫度控制系統(tǒng)電路圖首先，系統(tǒng)啟動(dòng)后，提示用戶輸入溫度的上限與下限的溫度值。用戶輸入之后，系統(tǒng)自動(dòng)求出中間值，根據(jù)實(shí)際溫度的情況采取相應(yīng)的方案。如下圖2-2-1所示。 下限溫度 中間溫度 上限溫度28 - 32 - 36圖7-1如果該時(shí)刻的實(shí)際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時(shí)，系統(tǒng)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，且系統(tǒng)處于升溫狀態(tài)，直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止升溫。反之，如果實(shí)際溫度值高于用戶設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，且系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)，

51、直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止降溫。選擇中間值作為控制參數(shù)，防止升溫降溫升溫的死循環(huán)，因?yàn)闇囟鹊陀谙孪迺r(shí)會(huì)一直升溫，可能導(dǎo)致溫度高于上限系統(tǒng)又開(kāi)始降溫，這樣系統(tǒng)便一直重復(fù)升溫降溫升溫過(guò)程，導(dǎo)致設(shè)備在某一個(gè)溫濕度點(diǎn)附近頻繁的啟停，使設(shè)備壽命下降，而且沒(méi)有實(shí)際意義。選擇中間值的一定區(qū)間，是防止達(dá)到中間值時(shí)，采取了停止升溫或者降溫措施，溫度還是會(huì)持續(xù)上升或下降一會(huì)兒，這時(shí)候溫度可能不是正好在中間值處，系統(tǒng)便還是采取升溫或者降溫的措施，而此時(shí)的溫度值可能已經(jīng)是很適合植被生長(zhǎng)的需要的溫度值。所以本方案選在中間值的正負(fù)一度區(qū)間內(nèi)，認(rèn)為此區(qū)間內(nèi)都是適合的，不產(chǎn)生任何控制動(dòng)作變化

52、，這樣就能解決設(shè)備頻繁啟停問(wèn)題。溫度控制系統(tǒng)電路圖如下圖7溫度控制系統(tǒng)電路圖4 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖主程序流程是是整個(gè)程序的核心，體現(xiàn)了系統(tǒng)的工作流程。本主程序首先進(jìn)行相關(guān)單元的初始化，然后調(diào)用按鍵程序進(jìn)行工作溫度和上下限溫度的設(shè)置，知道按下開(kāi)機(jī)鍵，系統(tǒng)啟動(dòng)，開(kāi)始工作。 圖7 主程序流程圖4.2 鍵盤顯示模塊 本系統(tǒng)中使用8279芯片完成有關(guān)鍵盤輸入和溫濕度顯示工作。溫度濕度是依次輸入的并且依次以下限、上限輸入，并且將溫濕度的中間數(shù)值存入單片機(jī)中，在將LED清零后顯示（分別在0123位），并依次顯示實(shí)時(shí)的溫度濕度數(shù)值（顯示在4567位） 實(shí)際上，在系統(tǒng)初始化的過(guò)程中，除了初始化鍵盤和顯示器之外，其中還包括著調(diào)用8279鍵盤顯示模塊，8279鍵盤顯示模塊部分的基本流程如下圖4-2-1所示。 圖4-2-1其中顯示鍵值的程序流程圖如下： 圖3-2-14.3 采樣轉(zhuǎn)換模塊 采樣轉(zhuǎn)換模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負(fù)責(zé)完成溫度和濕的測(cè)量及模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的全過(guò)程，這也是它為什么