【正文】 濕度傳感器模塊、光敏BH1750FVI模塊、電機、步進電機、諾基亞5110液晶顯示和主控芯片（AT89C52）組成。 （1）溫濕度傳感器：負責檢測并采集各控制點溫濕度數(shù)據(jù)。 （2）數(shù)據(jù)通訊轉(zhuǎn)換器：負責溫濕度數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的信號轉(zhuǎn)換，復位等。 （3）軟件部分：軟件部分負責對所有數(shù)據(jù)進行讀取分析，并執(zhí)行各項管理功能。 （4）控制部分（即溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)）：執(zhí)行指令，由各直流電動機和步進電機完成。 智能大棚栽培管理充分利用AT89C52單片機的軟、硬件資源并增添加了各種各樣的測量電路。它能完成多任務、多通道的檢測和輸出。智能大棚栽培管理具有測量范圍廣、測量精度高等特點。測量系統(tǒng)可由前端測量用的傳感器類型的基礎上修改為其他非電量參數(shù)進行控制。溫度檢測系統(tǒng)由DS18B20測量元件完成。濕度檢測系統(tǒng)采用DHT11濕度傳感器來完成。光度檢測采用光敏BH1750FVI模塊實現(xiàn)。系統(tǒng)在硬件設計上考慮了可擴展性,經(jīng)過一定的添加或改造,就能增加功能。根據(jù)溫室大棚內(nèi)的光照強度傳感器、溫濕度傳感器、溫度傳感器、土壤濕度傳感器等采集到的信息，利用數(shù)據(jù)總線將傳感器檢測到的信息送給51單片機，再通過諾基亞5110液晶顯示。當系統(tǒng)報警時單片機可向外設發(fā)出處理，控制散熱風機、加熱電路、抽水水泵、等設備進行降溫、加溫除濕、加濕、遮光和補光等動作。保證了大棚內(nèi)作物的生長環(huán)境。單片機也可以通過相應的指令來啟動現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的聲光報警裝置，通知大棚管理人員采取措施以確保大棚內(nèi)作物的生長環(huán)境。 本系統(tǒng)主控芯介紹 （1）本系統(tǒng)主控芯片51單片機的硬件結(jié)構(gòu)MCS51 單片機的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖4所示。MCS–51單片機是在一個有限的芯片上集成控制應用所必須的單元。圖4 片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖下面對各功能部件作進一步的說明:l 微處理器(CPU)MCS 51 單片機中有1 個8 位的微處理器。它與通用的微處理器基本完全相同，同樣也包括了運算器和控制器兩大部分。僅僅增加了面向控制的處理功能，不但可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，而且可以進行位變量的處理。比如:位處理、查表、狀態(tài)檢測、中斷處理等。l 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)片內(nèi)為128 個字節(jié)(52 子系列的為256 個字節(jié)) 。l 程序存儲器( ROMlEPROM)8051 為4K 字節(jié)ROM。8751 則為4K 字節(jié)EPROM 。l 中斷系統(tǒng)具有5 個中斷源， 2 級中斷優(yōu)先權(quán)。l 定時器/計數(shù)器片內(nèi)有2 個16 位的定時器/計數(shù)器，具有四種工作方式。在單片機的應用中，往往需要精確的定時，或?qū)ν獠渴录M行計數(shù)。l 串行口全雙工的串行口，一共具有四種工作模式。可用來進行串行通訊，擴展并I/ O 口，甚至還與多個單片機相連來構(gòu)成多機系統(tǒng)。從而使單片機的功能變地更強且應用地更廣。l P1口、P2口、P3口、P4口為4 個并行8 位IO 口。l 特殊功能寄存器(SFR) 。共有21 個，用于對片內(nèi)各功能部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM 區(qū)。（2）本系統(tǒng)主控芯片51單片機的結(jié)構(gòu)MCS 51 單片機存儲器采用的是哈佛(Har vard) 結(jié)構(gòu)。即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對于面向控制的實際的應用中變地極為方便、有用。在805118751 單片機中，在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器。還具有極強的外部存儲器的擴展能力，尋址能力分別可達64邸，尋址和操作簡單方便。MCS 51 的存儲器空間可劃分為如下5 類:l 程序存儲器 單片機系統(tǒng)能夠按照一定的順序進行工作。主要是因為程序存儲器中存放了經(jīng)調(diào)試確定正確的應用程序和表格之類固有常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進制碼，程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。由于無內(nèi)部程序存儲器，所以只能外擴程序存儲器來存放程序。l 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 MCS 51 單片機內(nèi)部有128 個字節(jié)的隨機存取存儲器RAM ；作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應用場合的需要；用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。l 特殊功能寄存器(SFR Special Function Register)特殊功能寄存器反映了MCS 51 單片機的狀態(tài)，實際上是MCS 51 單片機各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器。例如，前面提到的PSW 程序狀態(tài)字寄存器，就是一個特殊功能寄存器。掌握理解好SFR ，對于掌握MCS 51 單片機是十分重要的。SFR 綜合的、實際的反映了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。在單片機中設置SFR ，為程序設計提供了不少方便，這一點在讀者研究了MCS 51 單片機指令系統(tǒng)后體會將會更深刻。l 位地址空間MCS 51 單片機的一個很大優(yōu)點在于它具有一個功能很強的位處理機。在MCS 51 單片機的指令系統(tǒng)中，有一個位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進制數(shù)(0 或1)。在MCS 51 單片機內(nèi)部一共具有211 個可尋址位。l 外部數(shù)據(jù)寄存器當MCS 51 單片機的片內(nèi)RAM 不夠用時，可在片外擴充數(shù)據(jù)存儲器。MCS 51 單片機給用戶提供了可尋址64K 字節(jié)的外擴RAM 的能力，至于擴多少RAM ，則根據(jù)用戶實際需要來定。l 外部時鐘方式外部的時鐘源直接接到XTA口端，直接輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上。時鐘電路圖如圖5 所示。由于XTA 口的邏輯電平不是1， lO K 的上拉電阻。圖5 時鐘電路圖l 控制器控制器是單片機的指揮控制部件?？刂破鞯闹饕蝿帐亲R別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件。從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。單片機執(zhí)行指令是在控制器的的控制下進行的?？刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR等。還有指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路。l 程序計數(shù)器PC{Pro伊m Counter)程序計數(shù)器PC 是控制部件中最基本的寄存器。是一個獨立的計數(shù)器，存放著下一條將要從程序存儲器中取出的指令的地址。然后程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)。同時程序計數(shù)器本身自動加1 。讀完本條指令；PC 指向下一條指令在程序存儲器中的地址。l 程序計數(shù)器的基本工作方式有以下幾種:程序計數(shù)器自動加1，這是最基本的工作方式，這也是為何該寄存器被稱為計數(shù)器的原因。在執(zhí)行調(diào)用子程序指令或響應中斷時，單片機自動完成如下的操作: PC 的現(xiàn)行值，即下一條將要執(zhí)行的指令的地址，即斷點值，自動送人堆攏。將子程序的人口地址或中斷向量的地址送人PC ，程序流向發(fā)生變化，執(zhí)行子程序或中斷子程序。子程序或中斷子程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令R或RETI 時，將樓頂?shù)臄帱c值彈到程序計數(shù)器PC 中，程序的流程又返回到原來的地方，繼續(xù)執(zhí)行。3信號采集分析部分設計顯示器對于智能大棚管理系統(tǒng)來說溫度檢測顯得非常重要，溫度傳感器采集溫度將溫度數(shù)據(jù)提取出來通過信號處理函數(shù)讓外設作出相應的反應并將溫度數(shù)據(jù)送至顯示函數(shù)顯示。其主要過程是通過溫度傳感器器將溫度采集出來，由單片機判斷，當溫度低于鍵盤所設定的溫度時，單片機驅(qū)動繼電器從而控制風扇旋旋轉(zhuǎn)來降溫，當溫度低于鍵盤所設溫度時，單片機驅(qū)動繼電器從而控制加熱絲加熱。溫度檢測控制部分實驗框圖如圖6所示。溫傳感器鍵盤主控芯片AT89C52加熱絲風扇繼電器 圖6 溫度部分實驗框圖方案一：熱敏電阻。熱敏電阻屬于熱敏器件由半導體材料構(gòu)成，它測量溫度的原理是把電阻隨溫度變化的關系轉(zhuǎn)換為電壓隨溫度變化的關系。再把熱敏電阻電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后通過軟件方法通過特定公示計算得到溫度數(shù)值值，再進行顯示等處理。它的阻值與溫度變化并非有線性的關系。故穩(wěn)定性和互換性相比較差。因此使用中是必須要進行線性化的處理的，這樣就比較麻煩。線性化處理盡管可以解決熱敏電阻的特性曲線的問題，但比較復雜困難。方案二：DS18B20溫度傳感器 。DS18B20與單片機只有一根線連接，它只定義了一根信號線?？偩€上的每個器件都能夠在合適的時間驅(qū)動DS18B20。相當于把單片機的地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線、合為一根信號線對外進行數(shù)據(jù)處理和交換。并且，它不再把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，直接測得為數(shù)字量，簡化了許多工作量，電路也變地簡單可靠了許多。綜合上述，為了設計方便從簡化電路，經(jīng)濟實惠，自動測量等方面考慮，我們采用方案二。DS18B20的接口如圖7所示。圖7 DS18B20接口圖DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器這四部分組成。DS18B20的管腳排列如圖8所示:DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時 接地）。 圖8 DS18B20管腳排列圖（1）DS1820使用中注意事項在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 （2）DS18B20的時序 由于DS18B20采用的是單總線協(xié)議方式工作地。就是在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。而對89C52單片機來說，并沒有總線接口，因此，我們必須采用編程的方法來模擬單總線通訊。智能大棚管理系統(tǒng)的溫度檢測控制系統(tǒng)由單片機電源電路、溫度傳感器DS18B繼電器電路、散熱風扇、加熱電阻絲、諾基亞5110液晶顯示和主控芯片（AT89C52）組成。通過以上的分析我們已經(jīng)選擇了采用以單總線為工作方式的ds18b20作為溫度檢測的傳感器 。通過溫度傳感器檢測溫度，將檢測到的溫度與鍵盤所設溫度做比較，當我們檢測到的溫度高于我們設定的溫度時，單片機將作出反應，發(fā)出低電平，通過I0口將信號傳送給繼電器，繼電器和散熱風扇相連，通過電源和單片機控制的信號從而使繼電器工作模式切換，從而讓散熱風扇旋轉(zhuǎn)使空氣流動來達到降低溫度的目的；當溫度傳感器檢測出來的溫度低于鍵盤設定的溫度時，單片機通過分析，通過IO口輸出一個低電平從而控制繼電器，繼電器和加熱電路（由加熱絲和電源電路組成）相連，繼電器切換模式后電源電路導通從而加熱電路開始工作從而使環(huán)境中的溫度升高。溫度檢測控制部分實驗結(jié)果如圖9所示，程序流程如圖10所示。圖9 溫度部分實驗結(jié)果圖 A DS18B20測溫程序 顯示溫度數(shù)據(jù) 鍵盤掃描鍵盤設置值與實際溫度值比較是溫度相等否溫度是否高于設置定值否是打開加熱系統(tǒng)打開降溫系統(tǒng)圖10 溫度控制程序流程圖 濕度檢測控制部分的設計濕度檢測主要是空氣濕度和土壤濕度的檢測，在本系中空氣濕度是用DHT1而土壤濕度用土壤傳感器。都是通過控制繼電器從而控制抽水電機來控制抽水泵作出調(diào)節(jié)。具體過程為：溫濕度傳感器檢測空氣中的溫度和濕度，當濕度低于鍵盤設定的溫度值時，通過單片機控制繼電器從而控制噴頭進行噴水，當濕度滿足時，自動停止噴水；當濕度過大時通過單片機控制繼電器從而控制電熱絲加熱從而調(diào)節(jié)濕度。由土壤濕度傳感器檢測土壤的濕度，當土壤濕度不過時通過抽水電機控制抽水電機進行抽水，這樣就可以控制土壤濕度。因為傳感器是時時檢測的所以不存在濕度過量的問題，所以沒有濕度過大的調(diào)節(jié)部分。不管是抽水電機還是噴頭在達到適當值時都會停止工作，通過程序控制實現(xiàn)。智能大棚管理系統(tǒng)濕度檢測控制部分的設計框圖如圖11所示。鍵盤顯示器溫濕度傳感器DHT11土壤濕度傳感器主控芯片AT89C52 繼電器抽水電機加熱絲 噴頭圖11 濕度檢測控制部分的設計框圖智能大棚管理系統(tǒng)的溫度檢測控制系統(tǒng)由單片機電源電路、溫濕度度傳感器DHT1繼電器電路、抽水電機、噴頭，鍵盤、加熱電阻絲、諾基亞5110液晶顯示和主控芯片（AT89C52）組成。通過以上的分析我們已經(jīng)選擇了采用以單總線為工作方式的ds18b20作為溫度檢測的傳感器 。通過溫濕度傳感器檢測溫濕度，將檢測到的溫度與鍵盤所設濕度做比較，當我們檢測到的濕度高于我們設定的濕度時，單片機將作出反應，發(fā)出低電平，通過I0口將信號傳送給繼電器，繼電器和散熱風扇相連，通過電源和單片機控制的信號從而使繼電器工作模式切換，從而讓加熱水蒸干水達到控制濕度的目的；當溫度傳感器檢測出來的濕度低于鍵盤設定的溫度時，單片機通過分析，通過IO口輸出一個低電平從而控制繼電器，繼電器和抽水電路（由抽水電機和電源電路組成）相連，繼電器切換模式后電源電路導通從而抽水機開始抽水從而使環(huán)境中的濕度提高高。這里就是濕度檢測部分的分析，簡而言之就是一個信號的采集和信號的處理。濕度顯示結(jié)果如圖12所示。圖12 濕度顯示結(jié)果本次設計中為檢測土壤濕度采用了土壤濕度傳感器，也就是說通過土壤濕度傳感器來檢測土壤的濕度。次傳感器通過調(diào)節(jié)滑動變阻器從而調(diào)節(jié)土壤傳感器輸出數(shù)字信號的閥值，從而控制抽水電機作出反應。抽水電機實物圖如圖13所示，土壤濕度原理圖如圖14所示。圖13 抽水電機實物圖 圖14 土壤模塊原理圖空氣中的濕度檢測是通過D