蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院概述想要長(zhǎng)出好的蔬菜，蔬菜大棚的溫度控制是非常重要的，溫室環(huán)境測(cè)控，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?，F(xiàn)代化溫室，通過傳感器技術(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)測(cè)控溫室的環(huán)境，其中包括溫度、濕度、光照、C02濃度等，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。傳統(tǒng)的環(huán)境測(cè)控管理采用模擬控制儀表和人工管理方法，工作效率低。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，逐步采用配置靈活、開放式結(jié)構(gòu)、運(yùn)算能力較強(qiáng)、高可靠性、完善的開發(fā)手段及具有數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析、打印報(bào)表等功能的測(cè)控系統(tǒng)所代替，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展，受控農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室工程已成為工廠化高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。支持溫室工程的相關(guān)技術(shù)，如溫室環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)的建模技術(shù)與專家決策支持系統(tǒng)、溫室環(huán)境智能測(cè)控技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)、溫室環(huán)境調(diào)配工程技術(shù)與設(shè)施研究等已成為當(dāng)前該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)問題。研究溫室環(huán)境信息進(jìn)行模擬、分析、預(yù)測(cè)，研究開發(fā)基于作物成長(zhǎng)栽培環(huán)境的溫室環(huán)境多因子智能化綜合測(cè)控系統(tǒng)，研究高效生產(chǎn)的溫室環(huán)境綜合測(cè)控模式與配套設(shè)施等將是今后主要研究?jī)?nèi)容。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。農(nóng)業(yè)環(huán)境控制工程作為農(nóng)業(yè)生物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)手段是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動(dòng)檢測(cè)與控制是我國(guó)急待發(fā)展的項(xiàng)目。應(yīng)用自動(dòng)控制和電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是針對(duì)蔬菜大棚溫度監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)，同時(shí)也可用于糧食倉(cāng)儲(chǔ)、冷庫(kù)及煙葉發(fā)酵等場(chǎng)合的溫度監(jiān)測(cè)。蔬菜大棚作為一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，其內(nèi)部形成了一個(gè)小氣候環(huán)境，良好的空氣環(huán)境是蔬菜正常生長(zhǎng)的重要條件。為了增產(chǎn)、增收，要注意大棚內(nèi)部的氣體、溫度和濕度3個(gè)重要因素。氣體主要是指棚內(nèi)的二氧化碳的含量。當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度提高到0.1%時(shí)，可使蔬菜的光合作用速率增加1倍以上，增產(chǎn)20%~80%；若使二氧化碳濃度降至0.005%時(shí)，光合作用幾乎停止。蔬菜生長(zhǎng)的適宜溫度為20°~30℃。大棚內(nèi)白天增溫快，當(dāng)棚外平均氣溫為15℃時(shí)，棚內(nèi)可達(dá)40°~50℃。因此，要適時(shí)調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度，避免高溫危害。塑料大棚經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，蒸發(fā)量大大減小，內(nèi)部濕度一般在80%~90%，濕度過大極易導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生。現(xiàn)在對(duì)大棚內(nèi)氣體、溫度和濕度的有效調(diào)節(jié)，主要是通過適時(shí)的通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)。二氧化碳含量過大和濕度過大都會(huì)導(dǎo)致溫度升高。通過調(diào)節(jié)溫度可以有效地控制二者的濃度。因此，對(duì)棚內(nèi)溫度的控制是非常重要的。本文介紹的分布式單總線蔬菜大棚溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，直接監(jiān)測(cè)每個(gè)棚內(nèi)不同部分的溫度，通過對(duì)溫度的良好控制，有效地提高蔬菜的產(chǎn)量。

2蔬菜大棚的系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)1、溫度傳感器溫度傳感器的作用是采集大棚內(nèi)的溫度，并進(jìn)行判斷和顯示。由于智能溫度傳感器DS18B20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DS18B20。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，傳感器和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都被集成在一起，每個(gè)DS18B20在出廠時(shí)都已給定了唯一的64位序列號(hào)，并且DS18B20只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口，因此，多個(gè)DS18B20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DS18B20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DS18620。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，并把采集來的數(shù)據(jù)在LCD液晶顯示器上進(jìn)行顯示;可以通過鍵盤設(shè)置參數(shù)，可以進(jìn)行聲光報(bào)警;可以通過按鍵來完成手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的切換;可以通過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。2.2系統(tǒng)的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)。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)通過單總線可以掛接很多個(gè)智能溫度傳感器DS18B20，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。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DS18B20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，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)。3.蔬菜大棚系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主控制器部分設(shè)計(jì)3.1.1AT89C51的工作原理1CPU的結(jié)構(gòu)CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部分，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。從功能上看，CPU包括兩個(gè)基本部分：運(yùn)算器和控制器。下面說明控制器和運(yùn)算器。1）運(yùn)算器運(yùn)算器包括算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暫存寄存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等。2）時(shí)鐘電路AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。在TXAL1和XTAL2兩端跨接由石英晶體及兩個(gè)電容構(gòu)成的自激振蕩器，如圖2-1所示。電容器C1和C2通常都取30pF左右，選用不同的電容量對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機(jī)振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍是1～12MHz。圖3-1時(shí)鐘電路本設(shè)計(jì)考慮系統(tǒng)的獨(dú)立完整性，選用內(nèi)部時(shí)鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ，ALE信號(hào)頻率為2MHZ。2I/O口結(jié)構(gòu)：AT89C51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O接口，記作P0、P1、P2和P3，每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器（即特殊功能寄存器P0～P3），一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器，作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個(gè)通道的功能完全不同。3程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1）程序存儲(chǔ)器對(duì)AT89C51芯片來說，片內(nèi)有4K字節(jié)ROM/EPROM，片外可擴(kuò)展60K字節(jié)EPROM，片內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。在程序存儲(chǔ)器中，有6個(gè)地址單元被保留用于某些特定的地址，如下表2-1所示。2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT89C51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間也分為內(nèi)片和外片兩大部分，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。如何區(qū)別片內(nèi)、片外RAM空間呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可以尋址256個(gè)單元，片外最大可擴(kuò)展64K字節(jié)RAM，并且片內(nèi)使用的是MOV指令，片外64KROM空間專門為MOVX指令所用。4定時(shí)器AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部有兩個(gè)16位可變成定時(shí)器0（T0）和定時(shí)器1（T1），它們都有定時(shí)或是事件計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合。表3-1AT89C51的復(fù)位、中斷入口地址入口地址說明0000H復(fù)位后，PC=0000H0003H外部中斷入口000BH定時(shí)器T0溢出中斷入口0013H外部中斷入口001BH定時(shí)器T1溢出中斷口0023H串行口中斷入口它們具有計(jì)數(shù)和定時(shí)兩種工作方式以及四種工作模式。定時(shí)器T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四種工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三種工作方式。5中斷系統(tǒng)AT89C51單片機(jī)有五個(gè)中斷請(qǐng)求源。其中，兩個(gè)外部中斷源；兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、T1）的溢出中斷源TE0和TF1；一個(gè)片內(nèi)串行口接受或發(fā)送中斷源RI或TI。這些中斷請(qǐng)求分別由單片機(jī)的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷，要求CPU提供服務(wù)的時(shí)候，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求，于是一些微處理器和單片機(jī)規(guī)定了每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)別。3.1.2AT89C51的復(fù)位電路AT89C51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路，所謂上電復(fù)位，是指單片機(jī)只要一上電，便自動(dòng)地進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。3.1.3AT89C51的引腳功能AT89C51的40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，4條控制和其他電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出引腳。如圖2-3所示，下面介紹主要引腳的名稱和功能：1）主電源引腳Vcc和VssVcc：接+5V電源。Vss：接電源地。2）時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)上，此引腳必須接地；對(duì)AT89C51單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)上，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)AT89C51單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸空。圖3-2復(fù)位電路圖3-3AT89C51主要引腳圖3）控制信號(hào)引腳RST/、ALE/、和/RST/：復(fù)位/備用電源輸入端。單片機(jī)商店后，只要在該引腳上輸入24個(gè)振蕩周期（2個(gè)機(jī)器周期）寬度以上的高電平就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位；若在RST與Vcc之間接一個(gè)10F的電容，而在RST與Vss之間接一個(gè)8.2k的下拉電阻，則可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位。4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2和P3P0.0～P0.7：P0口是一個(gè)8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線。在EOROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)；在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)，要接上拉電阻）。P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1.0～P1.7：P1是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它輸入低8位地址。P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P2.0～P2.7：P2是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在CPU訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址，在對(duì)EPROM編程和程序檢驗(yàn)時(shí)，它輸入高8位地址。P2口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3.0～P3.7：P3是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。它是一個(gè)復(fù)用功能口，作為第一功能使用時(shí)，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下表。P3口的每一條條引腳均可以獨(dú)立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。表3-2功能表口線第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2（外部中斷0輸入）P3.3（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時(shí)器0的外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”信號(hào)輸出）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”信號(hào)輸出）3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展AT89C51片內(nèi)喊有28字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器。對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)，用它存放運(yùn)算的中間結(jié)果，容量是夠用的。但是對(duì)于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴(kuò)展RAM。由于本設(shè)計(jì)采用大量溫濕度傳感器，所以一片AT89C51芯片是不夠用的，所以要對(duì)AT89C51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展，因此，選用6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一片。6264可以直接和存儲(chǔ)器的地址線并聯(lián)，數(shù)據(jù)地址線也同樣可以并聯(lián)連接。6264的寫選通信號(hào)信號(hào)連接到AT89C51的上，讀選通信號(hào)連接到AT89C51的上，這樣單片機(jī)就能把程序采集來的數(shù)據(jù)。經(jīng)過變換最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度量存放到6264中，也可以6264中讀取數(shù)據(jù)[7]，具體的連接如下圖2-4所示：8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。對(duì)于方式0，如果不要設(shè)定C口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，則只需要設(shè)置方式控制字；如果要設(shè)定C口的某些位為聯(lián)絡(luò)信號(hào)，則只需設(shè)置C口的位置/復(fù)位控制字。對(duì)于方式1和方式2，因?yàn)槎家玫娇刂菩盘?hào)，所以必須設(shè)置兩個(gè)控制字，即設(shè)置方式選擇控制字和C口復(fù)位控制字。8255有40個(gè)引腳，下面根據(jù)功能分類說明。圖3-4AT89C51與地址6264的連接數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線有D7～D0，PA7～PA0，PB7～PB0，PC7～PC0，均為雙向三態(tài)，其中D7～D0與CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于傳遞CPU與8255之間的命令和數(shù)據(jù)；PA7～PA0，PB7～PB0，PC7～PC0，分別與A、B、C三個(gè)端口相對(duì)應(yīng)，用于8255A與外設(shè)之間的傳送數(shù)據(jù)。尋址線尋址線、和，用于選擇8255的三個(gè)端口和控制寄存器。：片選信號(hào)，輸入，低電平有效。有效時(shí)表示選中本片。和：輸入，通常與系統(tǒng)地址總縣的和對(duì)應(yīng)相連。當(dāng)有效時(shí)，和的四種組合00、01、10、11分別選擇A、B、C、口和控制寄存器，所以一片8255A共有4個(gè)I/O地址?？刂凭€：讀信號(hào)，輸入，低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，表示CPU對(duì)8255A進(jìn)行讀操作。：寫信號(hào)，輸入，低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，表示CPU對(duì)8255A進(jìn)行寫操作。RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)RESET為高電平時(shí)，8255A內(nèi)部所有寄存器清零。各端口都自動(dòng)設(shè)置為輸入方式，24條I/O引腳均為高租態(tài)[8]。電源和地線采用單一+5V電源。8255A的控制信號(hào)和傳輸動(dòng)作之間的關(guān)系如表2-3所示表3-38255的控制信號(hào)和傳輸動(dòng)作對(duì)應(yīng)關(guān)系傳輸說明0000010100000010100111××0110××01010110101010××0111A口數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)總線B口數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)總線C口數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→A口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→B口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→C口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→控制寄存器～進(jìn)入高阻態(tài)非法～進(jìn)入高阻態(tài)8255A的引腳信號(hào)如圖3-5所示：圖3-58255A引腳AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接與MCS-51總線接口，其接口電路如圖2-6所示圖2-7中，8255A的片選信號(hào)及口地址選擇線A0、A1分別由AT89C51的P2.7和P0.1、P0.0經(jīng)地址鎖存后提供，所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分別為6000H、6001H、6002H、6003H。8255A的、分別與AT89C51的、相連，8255A的RESET與AT89C51的RST相連。都接到AT89C51的復(fù)位電路上。對(duì)8255初始化的程序如下：MOVA，#80H；置方式控制字方式0MOVDPTR，#6003H指向8255口地址MOVX@DPTRA本設(shè)計(jì)采用8255的A口B口連接LED顯示器，用C口進(jìn)行報(bào)警和相應(yīng)設(shè)備的啟動(dòng)，所以PA口PB口PC口的地址分別為6000H，6001H和6002H。圖3-68255A和AT89C51的連接3.3LED顯示器LED顯示器的結(jié)構(gòu)LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，由圖可見它由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合來顯示出0~9、A、B、C、D、E、F以及小數(shù)點(diǎn)“.”等字符。圖3-7LED顯示器的結(jié)構(gòu)表3-4列出七段LED顯示器（共陰極）顯示的數(shù)字、字符和對(duì)應(yīng)的段碼關(guān)系。共陽極顯示器的段碼與共陰極顯示器的段碼是邏輯非的關(guān)系，所以對(duì)表3-4中的共陰極顯示器的段碼求反，即可得到共陽極顯示器的段碼。LED顯示器的顯示方法本設(shè)計(jì)顯示需要使用2855和7位共陽極顯示器的接口電路。8255的A作為位掃描口，經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器75452接顯示器公共陰極；B口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器7407接顯示器的各個(gè)陽極。表3-4數(shù)字對(duì)應(yīng)的段碼表示字符DPgfedcba段碼（H）0123456789AbcdEFP.空格001111110000011001011011010011110110011001101101011111010000011101111111011011110111011101111100001110010101111001111001011100010111001110000000000000003F065B4F666D7D077F6F777C395E7971738000對(duì)于6位顯示器，在AT89C51RAM存儲(chǔ)器中設(shè)置7個(gè)顯示緩沖單元70H~76H，分別存放7位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255的A口掃描輸出總是只有1位高電平，即7位顯示器中僅有1位公共陽極為高電平，其他位為低電平8255的B口輸出相應(yīng)位然后對(duì)其他6位巡回顯示，如果小數(shù)點(diǎn)位固定可以通過對(duì)指定位進(jìn)行置位或者清零來實(shí)現(xiàn)。3.4A/D轉(zhuǎn)換接口3.4.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及器件簡(jiǎn)介A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多、特性各異。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和智能儀器儀表時(shí)，應(yīng)選擇性能合適、性能價(jià)格比高的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。本設(shè)計(jì)選擇的A/D轉(zhuǎn)換器芯片為ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，在過程控制和機(jī)床控制等應(yīng)用中，能對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)通過三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖3-8所示，芯片的主要組成部分是一個(gè)8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。為了實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)設(shè)置了帶有鎖存功能的8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存和圖3-8ADC0809原理圖譯碼電路，可對(duì)8路0~5V的輸出模擬電壓進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。ADC0809的主要特性如下：分辨率為8位。最大不可調(diào)誤差小于±?？涉i存三態(tài)輸出，能與8位為處理器接口。輸出與TTL兼容。不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整。單電源供電，供電電壓為±5V。轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻率范圍是：10~1280kHz。當(dāng)時(shí)鐘頻率選為500kHz時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s。ADC0809芯片的引腳如圖3-9所示，引腳功能說明如下；~：8路模擬信號(hào)輸入端。~：8位數(shù)字量輸出端。START：?jiǎn)?dòng)控制輸入端，高電平有效，用于啟動(dòng)ADC0809內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換過程。ALE：地址鎖存控制輸入端。ALE端可與START端接在一起，通過軟件輸入一個(gè)正脈沖，可立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。ADDA（ADDB、ADDC）：8路模擬選通開關(guān)的3位地址選通輸入端；其地址碼與輸入通路的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-5所示。圖3-9ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：供電電源輸入端。（+）：參考電壓正端。（—）：參考電壓負(fù)端。表3-5地址和通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系地址碼ADDCADDBADDA對(duì)應(yīng)的輸入通道000001010011100101110IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6111IN73.4.2ADC0809與AT89C51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時(shí)方式。采用中斷方式不浪費(fèi)CPU的等待時(shí)間，但是如果A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，也可以用程序查詢方式和等待查詢延時(shí)方式。下面介紹兩種最常用的方式：查詢方式和中斷方式。查詢方式ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口如圖3-10所示：圖3-10ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口電路由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端ADDA、ADDB、ADDC分別與AT89C51地址總線的低三位、、相連，用于選通~中的某一個(gè)通道。由于ALE和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)。OE=產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809的EOC信號(hào)與AT89C51的P1.0相連，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)供T89C51查詢。采用查詢方式分別對(duì)8路模擬信號(hào)順序采樣，并依次把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，其采樣轉(zhuǎn)換程序如下：MOVTEMPL0，#08H；設(shè)置通道個(gè)數(shù)MOVR1，2AH；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVDPTR，#5000H；指向通道0START：MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換MOVR3，#32；設(shè)置延時(shí)時(shí)間LOOP100：DJNZR3，LOOP100；延時(shí)完成？TEST：NBP3.3，TEST；標(biāo)志位為1？不為等待MOVXA，@DPTR；取出A/D轉(zhuǎn)換值MOV@R1，A；送入數(shù)據(jù)區(qū)INCR1；指針加1CJNER1，#2FH，START；判斷數(shù)據(jù)區(qū)滿？中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機(jī)的一個(gè)外部擴(kuò)展并行口I/O口，口地址取決于所連接的中斷口，選通通道取決于地址地位，中斷方式的主要特點(diǎn)是將轉(zhuǎn)換完成信號(hào)接在單片機(jī)的中斷口上，轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號(hào)單片機(jī)把它當(dāng)作一個(gè)中斷來處理。所以本設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換器連接成查詢方式。3.5單總線數(shù)字溫度傳感器DS18203.5.1DS1820的主要特性DS1820有下列主要特性:1）只需一根I/O線就能完成通信;2）多個(gè)分散的DS1820可以共用一線進(jìn)行通信;3）不需外部元器件;4）可以通過數(shù)據(jù)線供電;5）檢測(cè)溫度范圍為-55～+125°C,精度在0.5度;6）用9bit數(shù)字量來表示溫度;7）每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需200ms;8）可定義一個(gè)不變化的溫度設(shè)置為報(bào)警溫度;9）有PR35T和SSOP兩種封裝型式。3.5.2DS1820的工作原理DS1820的引腳排列如圖3-11所示。I/O位數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。是可供選用的外部+5V電源端，不用時(shí)需接地。GND為地，NC為空腳。圖3-11DS1820的引腳圖DS1820測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量溫度框圖如圖3-12所示。內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以沖過門電路，而當(dāng)達(dá)到某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無法通過門電路。什么記性你怎么26Smjxnzm126圖3-12DS1820測(cè)溫原理框圖4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)方法本溫度控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，遵循的是穩(wěn)定化、高效化、簡(jiǎn)單化、小型化的特點(diǎn)，最大限度提高系統(tǒng)的性價(jià)比。應(yīng)用軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，這種條理清晰的設(shè)計(jì)方法免去一部分軟件的重復(fù)編程，然后組合成符合要求的應(yīng)用程序，因此本應(yīng)用軟件分為兩大部分：主程序和子程序設(shè)計(jì)。4.2主程序的分析與說明主程序是調(diào)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它被ROM中，系統(tǒng)上電復(fù)位后執(zhí)行一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令條通過中斷區(qū)就開始執(zhí)行主程序。5系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用5.1實(shí)驗(yàn)蔬菜大棚簡(jiǎn)介本系統(tǒng)選用位于壽光市高科技蔬菜示范園內(nèi)的蔬菜大棚為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。該部分大棚為壽光市政府出資建設(shè)，承包給附近農(nóng)村的大棚蔬菜種植戶管理，種植的都是一般的經(jīng)濟(jì)作物。5.1.1實(shí)驗(yàn)大棚結(jié)構(gòu)特點(diǎn)這部分大棚為壽光最新型的第六代鋼架冬暖塑料大棚，剖面圖如圖4-1所示。圖5-1大棚剖面圖在結(jié)構(gòu)上，此大棚具有以下特點(diǎn):(1)棚長(zhǎng)90米，棚脊高4米，南北跨度11米，每間4.5米。(2)大棚以后墻為承重結(jié)構(gòu)，同時(shí)要求具有較好的保溫性能，因此，后墻和山墻均采用了復(fù)合保溫墻體，墻體結(jié)構(gòu)為375mm粘土磚十150mm聚苯乙烯板+375mm粘土磚。(3)覆蓋材料為草簾和聚乙烯多功能復(fù)合薄膜，聚乙烯多功能復(fù)合薄膜為在聚乙烯樹脂中加入多種功能性助劑擠壓的薄膜，具有保溫、耐曬、無滴及長(zhǎng)壽等多種功能，采用這種薄膜覆蓋，溫室、大棚內(nèi)溫度上升快，保溫效果好，使用期可達(dá)12-18個(gè)月。(4)大棚骨架為新型超強(qiáng)無支柱大棚骨架，以普通優(yōu)質(zhì)化工原料(輕燒粉氧化鎂、氯化鎂)、增強(qiáng)加筋材料以及輕質(zhì)保溫材料復(fù)合而成，與傳統(tǒng)大棚骨架相比，以其高強(qiáng)度、大跨度、無支柱、自重輕、土地利用率高、采光及保溫性能好、建造成本低等特點(diǎn)。5.1.2實(shí)驗(yàn)大棚內(nèi)溫度特點(diǎn)溫度環(huán)境是作物賴以生存和生長(zhǎng)的環(huán)境因子，溫室設(shè)施內(nèi)的氣溫、地溫對(duì)作物的光合作用、呼吸作用、光合產(chǎn)物的輸送、根系的生長(zhǎng)和水分、養(yǎng)分的吸收有著顯著的影響。1、蔬菜大棚內(nèi)溫度變化特點(diǎn)大棚內(nèi)溫度環(huán)境受到室外環(huán)境特別是室外溫度和太陽輻射的強(qiáng)烈影響，太陽輻射影響大棚光環(huán)境的同時(shí)也是構(gòu)成溫室溫度環(huán)境的主要熱量來源之一。此外，室外空氣溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等也是溫室溫度擾量，室內(nèi)擾量包括采暖系統(tǒng)、照明及其他設(shè)備的散熱，作物及土壤散熱、散濕等。在這些擾量作用下，溫室內(nèi)的空氣始終保持著動(dòng)態(tài)平衡。不加溫大棚內(nèi)氣溫的變化基本與太陽輻射保持同步。晴天上午隨著太陽輻射的逐漸增強(qiáng)，室內(nèi)氣溫迅速提高，最快每小時(shí)可提高50C--70C，直到下午13:00-14:00，室內(nèi)氣溫達(dá)到最高。午后，隨著太陽輻射的減弱，室內(nèi)氣溫每小時(shí)可降低40C-50C。日落后，氣溫繼續(xù)下降，但速度明顯減慢。室內(nèi)氣溫在日出前后達(dá)到最低。2、大棚內(nèi)溫度分布大棚內(nèi)溫度的空間公布是不均勻的，受到太陽輻射的不均勻性、采暖系統(tǒng)和降溫系統(tǒng)的設(shè)備布置位置和室外氣象等諸多因素的影響?？傮w而言，熱空氣上浮，冷空氣下降因此大棚氣溫上部高于下部，在保溫條件下，室內(nèi)垂直方向的溫差可達(dá)4-6'C.室外風(fēng)的作用會(huì)引起棚內(nèi)溫度分布的不均勻。密閉大棚上風(fēng)側(cè)溫度往往高于下風(fēng)側(cè)，這是因?yàn)樵谕獠匡L(fēng)壓作用下，棚內(nèi)中上層空氣沿風(fēng)向移動(dòng)，導(dǎo)致近地面被加熱的空氣逆風(fēng)向移動(dòng)到上風(fēng)向，從而帶來棚內(nèi)溫度空間分布的不均勻性。針對(duì)棚內(nèi)溫度的不均勻性，本系統(tǒng)采用了DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器，在一條線上可以接多個(gè)溫度傳感器，能準(zhǔn)確采集到棚內(nèi)不同位置區(qū)域的溫度值。3、作物對(duì)溫度的要求作物的生長(zhǎng)發(fā)育要求在一定的溫度條件下進(jìn)行，而且只有熱量累積到一定的數(shù)量以后，才能完成其生育過程并獲得產(chǎn)量。在生育期間溫度過高或過低，都會(huì)給作物帶來不利影響，從而造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。作物生長(zhǎng)發(fā)育的適宜溫度具有一定的變化范圍，既適宜溫度范圍。作物都有各自的最低溫度、最適溫度、最高溫度“三基點(diǎn)溫度”。4、大棚溫度調(diào)節(jié)與控制作物的物質(zhì)產(chǎn)量總量，是由每天生產(chǎn)的物質(zhì)生產(chǎn)量累積起來的。溫度是作物成長(zhǎng)過程中最重要的一個(gè)環(huán)境因子，溫度對(duì)物質(zhì)生產(chǎn)的影響，首先表現(xiàn)在，一晝夜間溫度對(duì)光合作用、產(chǎn)物輸送與呼吸消耗的綜合影響。每天溫度管理的目的，就是要增加光合作用的產(chǎn)物及促進(jìn)產(chǎn)物的輸送、儲(chǔ)存和有效分配，抑制不必要的呼吸消耗。與恒溫管理相比，變溫管理不僅可以增加產(chǎn)量，而且可以提高產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)可以節(jié)約能源壽光地處我國(guó)北方地區(qū)，冬季溫度較低，目前蔬菜大棚應(yīng)用較多的保溫措施主要有:選用導(dǎo)熱性差的透光覆蓋塑料膜，改進(jìn)覆蓋塑料膜的安裝方法，提高溫室密閉性，在塑料薄膜外附加草簾保溫層，改變大棚結(jié)構(gòu)形式增加采光量。與保溫加溫相比，棚內(nèi)降溫是引起研究者更多關(guān)注的一個(gè)方面。目前壽光蔬菜大棚傳統(tǒng)的降溫方法主要是觀測(cè)棚內(nèi)溫度計(jì)然后人工自然通風(fēng)。這不僅浪費(fèi)人力而且溫度調(diào)節(jié)緩慢容易出現(xiàn)大的偏差。因此對(duì)較大規(guī)模的大棚蔬菜生產(chǎn)，采用本系統(tǒng)利用單片機(jī)為核心的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度是完全有必要的。隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制便成為一個(gè)十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計(jì)，通過讀取溫度值來知道大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫度進(jìn)行比較，看溫度是否過高或過低。如果過高，就對(duì)大棚進(jìn)行降溫處理;如果過低，就對(duì)大棚進(jìn)行升溫處理。這些操作都是在人工情況下進(jìn)行的，既耗費(fèi)了大量的人力物力，又容易發(fā)生差錯(cuò)。現(xiàn)在，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來越多，對(duì)于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。大型溫室大棚的建設(shè)對(duì)溫度檢測(cè)技術(shù)也提出了越來越高的要求。5.2溫度傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用DS18B20溫度傳感器對(duì)水溫進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值在LCD上顯示，并用測(cè)溫范圍在一200C^-100'C、分度值為0.1℃的水銀溫度計(jì)進(jìn)行對(duì)比。本實(shí)驗(yàn)的目的在于驗(yàn)證AT89S51單片機(jī)與DS18B20溫度傳感器測(cè)量溫度的可行性。實(shí)驗(yàn)步驟如下:1、本實(shí)驗(yàn)對(duì)水溫進(jìn)行測(cè)量，找一一拉罐，在蓋上開幾個(gè)能插入水銀溫度計(jì)和溫度傳感器探頭的小孔，把DS18B20溫度傳感器做成探頭。2、將兩個(gè)DS18B20溫度傳感器連接到單片機(jī)的相應(yīng)接口上。然后進(jìn)行編程，每隔1秒采樣一次。3、進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，通過注入開水和涼水的方法，改變罐內(nèi)水的溫度，觀察并記錄單片機(jī)LCD顯示值和水銀溫度計(jì)示值。4、把三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄值畫在同一坐標(biāo)紙上，進(jìn)行比較，三條坐標(biāo)曲線極為接近，可以看出，溫度傳感器的測(cè)量值與水銀溫度計(jì)的顯示變化量相差不大，說明該溫度傳感器能很好地跟蹤的變化，同時(shí)也說明該類型溫度傳感器的一致性較好。5.3顯示及報(bào)警實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)中完成按鍵切換顯示模式和設(shè)定報(bào)警以及報(bào)警功能。顯示實(shí)驗(yàn)分為兩步,一是每隔1秒自動(dòng)循環(huán)刷新顯示測(cè)量值，二是通過按鍵切換來顯示數(shù)據(jù)某個(gè)確定量。另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過按鍵設(shè)定報(bào)警上、下限;當(dāng)調(diào)節(jié)溫度量使得采集的數(shù)據(jù)值超過報(bào)警值時(shí)，可以由相應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍進(jìn)行報(bào)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在程序能及時(shí)地響應(yīng)按鍵信息，并能根據(jù)按鍵執(zhí)行相應(yīng)的功能;在報(bào)警實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)采樣值超過設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，能及時(shí)地輸出閃爍報(bào)警信息。

結(jié)論經(jīng)過半年的設(shè)計(jì)“蔬菜大棚溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿結(jié)束，本設(shè)計(jì)本著最大限度的節(jié)省人力物力為基礎(chǔ)，方便快捷為目的，加上高效低成本為原則對(duì)元件進(jìn)行了選擇，經(jīng)過半年的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以較低的成本和優(yōu)越性得到的廣泛的好評(píng)，特別是采用了先進(jìn)的“一總線”器件進(jìn)行溫度測(cè)量體現(xiàn)了速度快|、精度高、測(cè)點(diǎn)多、布線少等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)溫度的巡回測(cè)量和顯示，能對(duì)超標(biāo)的溫度及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警并同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)選擇性的調(diào)節(jié)處理，大大的提高了蔬菜的成活率以及大幅度減輕管理者的負(fù)擔(dān)，使蔬菜種植能獲得一種可觀的經(jīng)濟(jì)收益，是大棚蔬菜種植者的首選產(chǎn)品。半年的設(shè)計(jì)鍛煉了我的分析問題解決問題的能力，雖然本設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但其中也難免出現(xiàn)不足和漏洞，希老師和讀者指正。

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