【正文】 HT11 wireless sensor APC220 display section LCD1602 前言 在現(xiàn)代的大棚種植技術(shù)中，溫度、濕度是大棚蔬菜能否茁壯成長的重要因素?，F(xiàn)在我國大棚生產(chǎn)規(guī)模雖然空前巨大，但是大棚的設(shè)備比較陳舊，溫度采集方式落后，廣大農(nóng)村采用煤油溫度計的溫度采集方式，不僅溫度采集較為老套，并且費時費力，不利于大棚生產(chǎn)規(guī)模的擴大，也不利于信息化程度的提高，不符合黨中央提出的科技興農(nóng)的戰(zhàn)略目標。農(nóng)業(yè)是人類社會最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重要的行業(yè)，由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個大的發(fā)展，進行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命?？萍嫉陌l(fā)展促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，溫室大棚在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)的溫室大棚的自動化程度很低，基本是是粗放型的人工操作，即便對于所給定的量，在操作中無法進行有效的控制，很大程度上限制了溫室大棚的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)代智能控制系統(tǒng)是進行溫室大棚溫濕度控制的有效手段和工具，它可以提高操作的準確性，有利于控制過程的科學(xué)管理，也降低了對操作者本身素質(zhì)的要求和體力勞動強度。除此之外，它還能準確、定時、定量、高效的進行溫濕度控制，可以節(jié)省人力、體力而提高質(zhì)量和產(chǎn)量。智能溫室大棚控制系統(tǒng)在我國農(nóng)業(yè)中的使用為數(shù)不多，與發(fā)達國家相比，有較大的差距，有很多是基本停留在人工操作，即使有些使用的了自動控制系統(tǒng)，但是也是以經(jīng)驗來自行設(shè)定很多參數(shù)，使得不能物盡其用而又造成浪費。只有提高自動控制系統(tǒng)的智能，使得在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更加智能和方便并采用廉價的器材使其價格能被廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者所接受，才能促進智能溫室大棚溫濕度控制在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用和提高其經(jīng)濟效益。隨著微型計算機和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，其價格低、可靠性高，給改造農(nóng)業(yè)帶來了很多便利。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是我國農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的根本大事。本文旨在對溫室大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，一種基于mcs51單片機的控制系統(tǒng)，通過高靈敏度的溫濕度傳感器檢測大棚內(nèi)的溫濕度，并通過控制系統(tǒng)進行溫室度調(diào)節(jié)。緒論 來源于生產(chǎn)/社會實踐、趨勢以及面臨的挑戰(zhàn) 美國是將計算機應(yīng)用于大棚和管理最早，最多的國家之一。美國開發(fā)的大棚計算機控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)作物的特點和生長所需要的條件，對大棚內(nèi)的光照，溫度，濕度等諸多因素進行自動控制。這種自動控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需的環(huán)境的目標參數(shù)，計算編機根據(jù)傳感器的實際測量值與事先設(shè)定的目標進行比較，以決定大棚溫濕度的控制過程，按照相應(yīng)的機構(gòu)進行加熱，降溫或者是澆水，通風(fēng)等。目前，我國絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進口的國外設(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。雖然這種自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化，適合規(guī)?；a(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率，通過改變大棚溫室度的設(shè)定目標，可以自動的對大棚內(nèi)溫濕度進行調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié)對作物的生長來說還是相對滯后的，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。所以在這種自動控制系統(tǒng)和實踐的基礎(chǔ)上，溫濕度自動控制向著適合不同作物生長的智能化控制發(fā)展。國外大棚業(yè)正致力于高科技發(fā)展，遙測技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于大棚的管理和控制中，近幾年各國溫度控制技術(shù)提出建立大棚行業(yè)標準，朝著網(wǎng)絡(luò)化，大眾化，大規(guī)模，無人化的方向發(fā)展的思路。、意義及主要內(nèi)容 本系統(tǒng)的設(shè)計的硬件主要包括：主要是單片機AT89C51，檢測系統(tǒng)，顯示電路，A|D電路，報警電路等。利用傳感器測量大棚內(nèi)的溫濕度經(jīng)過信號處理，將傳感器測得的數(shù)據(jù)送至控制系統(tǒng)（STC89C51），與預(yù)設(shè)的農(nóng)作物最適合生長的溫濕度值的上下限進行對比，并通過顯示電路將測得的溫濕度進行實時顯示。如果不同作物的適合生長的溫度不一樣，可以通過鍵盤電路修改預(yù)設(shè)值?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)比較的結(jié)果對調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，啟動相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備如噴水機，吹風(fēng)機，加熱器，降溫等，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度狀態(tài)。如果測得的數(shù)據(jù)超過了預(yù)設(shè)值的上下限，則報警電路會報警。這樣就實現(xiàn)了對大棚溫濕度的自動控制。 本文主要研究內(nèi)容如下： 。 。 。 。 ，系統(tǒng)可自動報警，并輸出驅(qū)動信號控制繼電器對大棚溫濕度進行調(diào)節(jié)。2硬件設(shè)計 根據(jù)題目要求和單片機的工作原理，以AT89c51為控制器，進行主要的信息處理。系統(tǒng)只要由檢測電路、顯示電路、復(fù)位電路、報警電路、鍵盤電路以及調(diào)節(jié)電路組成?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖1： STC89C51報警電路檢測電路 調(diào)節(jié)電路鍵盤電路復(fù)位電路顯示電路 圖1 總體結(jié)構(gòu)框圖 從節(jié)約成本和實用的角度考慮，本系統(tǒng)采用51單片機。采用STC89C51作為主控制單片機。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。單片機STC89C52的簡介及工作原理 STC89C51的主要特性 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫閃存儲器 1000次寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可保存10年 全靜態(tài)工作：0HZ24MHZ 三級加密程序存儲器 128字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可編程I/O口線 2個16位定時/計數(shù)器 6個中斷源 可編程UART串行通信口 低功耗的空閑和掉電模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 片內(nèi)震蕩和時鐘電路 AT89C51的管腳說明 圖2 AT89C51的管腳圖 VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3除了作為一般的I／O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表（表1）所示： 表1 P3口的第二功能端口引腳第二功能RXD(串行口輸入）TXD(串行口輸出)(外部中斷0）（外部中斷1）T0(定時/計數(shù)器0外部輸入）（定時/計數(shù)器1外部輸入）（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 ALE／PROG： 當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 l／6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。EA／VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 復(fù)位電路整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 單片機的CPUMCS51單片機的CPU由運算器、控制器和若干個特殊功能寄存器組成，運算器可以加、減以及各種邏輯運算，還可以進行乘除運算。控制器在單片機內(nèi)部協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算等操作，并對單片機外部發(fā)出若干控制信息。CPU中使用的特殊功能寄存器ACC、B、PSW、SP和DPTR。ACC就是累加器，在指令中一般寫為A。在做乘除運算時，B寄存器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運算后的一部分結(jié)果；若不作乘除操作時，則B可用做通用寄存器。程序狀態(tài)字寄存器PSW相當于一般微處理器中的狀態(tài)寄存器，其中各位的定義如表2所示。表2 PSW狀態(tài)寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OVP其中各位的意義如下：CY（）：高位進位標志位。常用“C”表示。 AC（）：輔助進位標志。 F0（）：用戶標志位。 RS1（）、RS0（）：寄存器組選擇控制位。8051共有4個8位工作寄存器，分別命名為R0～R7。用戶通過改變RS1和 RS0的狀態(tài)可以方便地決定R0～R7的實際物理地址。RS1和 RS0與寄存器區(qū)的對應(yīng)關(guān)系如表3所示。表3 RSRS2與工作寄存器組的關(guān)系RS1RS0寄存器組RAM中的地址00110101012300H07H08H0FH10H17H18H1FHOV（）：溢出標志位。－（）：保留位，無定義。 P（）：奇偶校驗位，在每一個指令周期中，若累加器（A）中的“1”的位個數(shù)是奇數(shù)個則P＝1，偶數(shù)個則P＝0單片機的內(nèi)存空間 從物理地址空間看，89C51有4個存儲器地址空間，片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器，其存儲情況如下：（1）內(nèi)部程序存儲器（ROM）4K字節(jié)。 （2）外部程序存儲器（EPROM）64K字節(jié)。 （3）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）256字節(jié)。 （4）外部數(shù)據(jù)存儲器（EPRAM）64K字節(jié)。表4 C51單片機的特殊功能寄存器地址及符號表示特殊功能寄存器符號片內(nèi)RAM地址名稱*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序狀態(tài)字寄存器SP81H堆棧指針DPL、DPH82H、83H數(shù)據(jù)指針（低8位和高8位）*IEA8H中斷允許寄存器*IPB8H中斷優(yōu)先級寄存器*P080HP0口鎖存器*P190HP1口鎖存器*P2A0HP2口鎖存器*P3B0HP3口鎖存器PCON87H電源控制及波特率選擇寄存器*SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器*TCON88H定時器控制寄存器TMOD89H定時器方式選擇寄存器TL0、TH08AH、8BH定時器0低8位、高8位TLTH18CH、8DH定時器1低8位、高8位89C51單片機的片內(nèi)RAM雖然字節(jié)數(shù)雖然不很多，但卻起著很重要的作用。256個字節(jié)被分為兩個區(qū)域：11～7FH是真正的RAM區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)；80～FFH是專用寄存器（SFR）區(qū)。對于51系列單片機安排里21個特殊功能寄存器。每個寄存器均為8位（一個字節(jié)），所以實際上這128個字節(jié)并未全部利用。表4所示為8