【正文】 統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能如下：◆實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，測(cè)量空間多點(diǎn)的溫度和濕度：根據(jù)測(cè)量空間或設(shè)備的實(shí)際需要，由多路溫度、濕度傳感器對(duì)關(guān)鍵溫、濕度敏感點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，由單片機(jī)對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能、多空間點(diǎn)的測(cè)量。◆實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警?！衄F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程通信功能?！敉ㄐ畔到y(tǒng)具有較高的可靠性、較好的實(shí)時(shí)性和較強(qiáng)的抗干擾能力。與計(jì)算機(jī)通訊功能，采用RS232串行通訊方式最遠(yuǎn)傳輸距離為20米?！糸L(zhǎng)時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)記錄功能：可以根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?！舯O(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)管理軟件既要具有完成數(shù)據(jù)采集、處理的功能，其軟件編程應(yīng)具有功能強(qiáng)大、界面友好、便于操作和執(zhí)行速度快等特點(diǎn)。要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：測(cè)溫范圍：20℃—100℃測(cè)溫精度：℃測(cè)溫范圍：0—100%RH測(cè)溫精度：%RH 單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的原則要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。l、可靠性高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理；對(duì)供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波：系統(tǒng)自診斷功能等。操作維護(hù)方便在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對(duì)操作人員專用知識(shí)的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減少人機(jī)交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡(jiǎn)化的方法。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。性價(jià)比單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡(jiǎn)化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。 單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的組成與工作原理以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)，可分為溫度測(cè)量電路，濕度測(cè)量電路，A/D轉(zhuǎn)換及濾波電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示電路，語音報(bào)警電路。選用的主要器件有：溫度傳感器DS1820，濕度傳感器HSll01，At89S51，A/D轉(zhuǎn)換器TLCO834，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C04，MMC存儲(chǔ)卡，4數(shù)碼管顯示模塊，語音報(bào)警芯片ISD2560，MAX232，集成定時(shí)器555芯片等。 硬件結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)以單片機(jī)Atme189S51為核心，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警以及上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理都要通過單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能溫度傳感器DS18B20。和模擬的濕度傳感器HS1101完成；當(dāng)采集數(shù)據(jù)超出預(yù)警值時(shí)，有語音報(bào)警芯片ISD256o實(shí)時(shí)報(bào)警，然后進(jìn)行相應(yīng)處理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以在計(jì)算機(jī)完成，在計(jì)算機(jī)不工作時(shí)還設(shè)置了輔助的多媒體卡MMC存儲(chǔ)；由數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示接收的數(shù)值；數(shù)據(jù)處理主要是上位機(jī)完成的數(shù)據(jù)曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)打印等功能。在整個(gè)系統(tǒng)中采用了多種總線、協(xié)議技術(shù)，如智能溫度傳感器DS1820的單總線技術(shù)，存儲(chǔ)擴(kuò)展的I2C總線技術(shù)，MMC的模擬SPI總線技術(shù)，單片機(jī)和計(jì)算機(jī)連接的RS232協(xié)議技術(shù)等。為防止模擬傳感器數(shù)據(jù)采集的失真，采用了線形插值算法。在這個(gè)系統(tǒng)中單片機(jī)部分采用語言為匯編和C語言混合編程，計(jì)算機(jī)部分采用VC++。3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成及測(cè)量原理由于系統(tǒng)要對(duì)大棚內(nèi)部的溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，因此采用單片機(jī)對(duì)單總線系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)控是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方案，其硬件連接非常簡(jiǎn)單，可用單片機(jī)并口PPP3中的任一位端口與單總線連接來實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，而且還可通過RS232/485轉(zhuǎn)換器串行口使單片機(jī)與上位計(jì)算機(jī)(PC機(jī))連接，以便在WINDOWS平臺(tái)上進(jìn)行高級(jí)的軟件管理。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(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3—1所示。系統(tǒng)硬件電路由溫度傳感器、單片機(jī)、RS—485串口通信和計(jì)算機(jī)組成。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。該傳感器是利用在板專利技術(shù)來測(cè)量溫度的。傳感器和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都被集成在一起，每個(gè)DS18B20都具有唯一的64位序列號(hào)。并且DSl8B20只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口，因此，多個(gè)DSl8B20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。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DS18B20。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。單片機(jī)主要是對(duì)溫度傳感器DS18B20進(jìn)行編程，讀取溫度傳感器的溫度值，并把溫度值通過串口通信送入計(jì)算機(jī)。由于AT89系列單片機(jī)與MCS—51系列單片機(jī)兼容，所以，本系統(tǒng)中的單片機(jī)選用AT89C2051。串口通信的作用是把單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)里，起到傳輸數(shù)據(jù)的作用。雖然RS232是串行通訊中目前最常用的接口，且在PC機(jī)系列中，每臺(tái)微機(jī)均配有標(biāo)準(zhǔn)的RS232，但是這種共地傳輸，由于受距離與環(huán)境的影響，極易受到干擾。因此，RS232方式的通訊，一般應(yīng)用于速度低于20kb/s，距離20m以內(nèi)的條件下，不適合于高速、遠(yuǎn)距離通訊。而RS485串行通訊是一種多發(fā)送器的電路新標(biāo)準(zhǔn)，它采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，RS485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RS485轉(zhuǎn)換器，以達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。?jì)算機(jī)主要是進(jìn)行編程，對(duì)溫度進(jìn)行顯示、報(bào)警和控制等。 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3—2所示。整個(gè)系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)為主機(jī)，其他設(shè)備為從設(shè)備。單片機(jī)通過RS485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Max705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3—2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)。其具體的溫度越限自動(dòng)控制過程如圖3—3所示。溫室控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用開關(guān)量控制，本系統(tǒng)選用了可尋址的單總線控制開關(guān)DS2405，由它送出1位?；?作為控制碼信息，去勝制報(bào)警設(shè)備、通風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(空調(diào))等的開啟與關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)發(fā)現(xiàn)溫度傳感器 DS18B20采集到大棚內(nèi)的實(shí)際溫度超過溫度限制時(shí)，便讓控制開關(guān)DS2405去開啟聲光報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)開啟空調(diào)機(jī)工作。DS2405是DALLAS公司提供了一種可尋址的開關(guān)器件，其主要特性為：適用于單總線協(xié)議。由單總線上的數(shù)據(jù)作為開關(guān)信號(hào)，控制漏極開路輸出端的通斷狀態(tài)?？刂菩盘?hào)輸出端PIO引腳吸收能力大于4mA/。不用外接電源。三種封裝形式：TO—92三腳塑封；SOT—223四腳平面封裝和C—Lead六腳表面安裝封裝。DS9502為防靜電保護(hù)二極管。為防止處在開路狀態(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。圖3—2中每個(gè)與單總線直接相連的測(cè)控對(duì)象的機(jī)構(gòu)芯片內(nèi)均有一個(gè)64位(bit)的ROM，其中存有48位(hit)二進(jìn)制編碼的序列號(hào)，稱之為身份證，以確保芯片掛接在總線上可以被識(shí)別出來，這是在單總線上實(shí)現(xiàn)定位和尋址通信的關(guān)鍵所在。單總線芯片入口示意圖如圖3—4所示。由圖3—4可見，芯片內(nèi)還含有收、發(fā)控制和電源電路，其耗電量都很小，從總線上獲得一點(diǎn)電量存儲(chǔ)在大電容中就可以正常工作了，故一般不需要另附電源。 收、發(fā)控制和入口示意圖 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) ①測(cè)量范圍：55℃— +125℃，②測(cè)量精度：℃，③反應(yīng)時(shí)間≤500ms。 溫度傳感器的選擇測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過了三個(gè)階段：(含敏感元件)：；。模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD59TMP1LM135等。模擬集成