【正文】 CD1602上，它可以顯示2行，每行16個(gè)字符。LCD1602共有三個(gè)存儲(chǔ)器，它們是CGROM、CGRAM和DDRAM。CGROM用來保存LCD1602內(nèi)部固化的一些字符的字模，比如英文的26個(gè)字母的大小寫；CGRAM用來保存用戶自己取的字模，比如，如果要顯示漢字，就必須自己去漢字字模，在這里我們都用英語字母，故不用CGRAM；DDRAM用來存儲(chǔ)要顯示的字符的字模，它和屏幕上的位置是對(duì)應(yīng)的，第一行為00H到0FH，第二行為40H到4FH。在這里需要注意的是，在向LCD1602寫入顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址時(shí)，根據(jù)控制指令的格式，最高位D7為1，所以寫入的數(shù)據(jù)為，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。它與單片機(jī)的接口電路如下圖所示： LCD1602與單片機(jī)的接口電路 溫濕度傳感器模塊溫濕度傳感器選用瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT10。SHT1X系列共有三個(gè)型號(hào)：SHTSHT1SHT15，他們都是SMD貼片封裝的，他們依次性能越來越好，其中SHT10屬于經(jīng)濟(jì)型的溫濕度傳感器。三者的溫濕度性能如下圖所示。 SHT1X系列各型號(hào)傳感器的濕度、溫度最大誤差從曲線中可以看出，無論是濕度還是溫度，SHT10的誤差都是最大的，SHT15誤差最小，但是它們的價(jià)格也相差很大，SHT10多為二三十元一個(gè)，而SHT15價(jià)格上百。因此，從滿足大棚溫濕度監(jiān)測(cè)的要求來看，SHT10已經(jīng)足夠，故選用SHT10。SHT10與單片機(jī)的接口電路如下所示： SHT10與單片機(jī)的接口電路SHT10采用類似于I2C的兩線制串行總線，一根是時(shí)鐘線，一根是數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線要通過一個(gè)上拉電阻接到VCC，目的是避免信號(hào)沖突，使單片機(jī)的引腳只提供低電平，要得到高電平則使該引腳懸空，由上拉電阻提供高電平。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)當(dāng)大棚內(nèi)的溫濕度超過上下限時(shí)，除了需要啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)器之外，還需要進(jìn)行報(bào)警，這里用到的是蜂鳴器。蜂鳴器為一種采用一體化結(jié)構(gòu)的電子器件， 采用了直流電壓來供電，廣泛的應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、復(fù)印機(jī)、電子玩具、電話機(jī)、汽車電子設(shè)備、定時(shí)器等電子產(chǎn)品之中用作發(fā)聲器。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。有源蜂鳴器由于內(nèi)部集成了振蕩源，所以使用直流電壓就可以驅(qū)動(dòng)它鳴叫；無源蜂鳴器內(nèi)部沒有振蕩源，因此一般使用2K～5K方波來驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中使用的是有源蜂鳴器，在它兩端加載5V的直流電壓就可以使之鳴叫。報(bào)警電路設(shè)計(jì)如下圖： 報(bào)警電路圖蜂鳴器工作電流一般為10mA，而單片機(jī)的I/O口只能承受幾毫安的電流，因此需要加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。如上圖所示，單片機(jī)的I/，三極管導(dǎo)通，5V的電壓加載到蜂鳴器兩端，于是蜂鳴器鳴叫；，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。 輸出電路設(shè)計(jì)當(dāng)溫濕度超出限定值后，單片機(jī)將輸出控制信號(hào)，啟動(dòng)加熱、制冷、加濕、除濕設(shè)備。弱電控制強(qiáng)電，首先要用到繼電器來控制這些大功率的設(shè)備，而且為了進(jìn)一步加強(qiáng)弱電和強(qiáng)電的電氣隔離，減少?gòu)?qiáng)電設(shè)備對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾，需要在前一級(jí)加光耦進(jìn)行隔離。光耦的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般電流只能達(dá)到30mA左右，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器，因此再加一個(gè)三極管放大電流。： 控制電路輸出電路有四組，每一組由一個(gè)光耦、一個(gè)三極管、一個(gè)繼電器組成。這四組輸出電路分別控制加濕、除濕、加熱、制冷的設(shè)備。光耦選用TLP5214，它是Toshiba公司生產(chǎn)的四路光耦，由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。51單片機(jī)P0口所能承受的灌電流最大，可以達(dá)到26mA。輸出系統(tǒng)中的繼電器最多同時(shí)有兩個(gè)工作，控制溫度的一個(gè)，控制濕度的一個(gè)。如果設(shè)置光耦的發(fā)光二極管的電流為10mA，那么兩個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)單片機(jī)的灌電流為20mA，小于26mA，符合要求。所以把P0口的引腳接到光耦TLP5214輸入測(cè)的發(fā)光二極管陰極。繼電器選用5V的，驅(qū)動(dòng)繼電器需要大約100mA的電流，也就是說驅(qū)動(dòng)繼電器的三極管的集電極電流為Ic=100mA。三極管選用直流放大系數(shù)為100的9013，根據(jù)Ic=βIb，可計(jì)算得三極管基極電流Ib=1mA，而Vbe=，又由于光耦中的光電三極管的集電極、發(fā)射極飽和壓降Vces=，所以基極的限流電阻上的壓降為（5VcesVbe)=4V，4V/=4KΩ，由于沒有標(biāo)稱值為4KΩ的電阻。還應(yīng)該注意到的一點(diǎn)是，光耦有一個(gè)參數(shù)叫電流傳輸比（CTR），CTR=Io/IF，及輸出端電流的最大值比上輸入端的電流，體現(xiàn)了光耦輸出電流的能力。如果輸入端的電流為20mA，電流傳輸比為50%的話，那么輸入端電流Io最大只能為10mA。在這里，TLP5214的電流傳輸比為50%，輸出端我們剛才算出的電流Io=Ib=1mA，所以輸入端電流IF最小為2mA，由于電流很小時(shí)光耦處于死區(qū)，因此要選大點(diǎn)，這里選擇IF=10mA。于是，光耦輸入端陽極上的限流電阻為R=()/=430Ω，這里選擇標(biāo)稱值為470Ω的電阻。此外，這里用的繼電器是普通的電磁繼電器。通過對(duì)電磁繼電器和固態(tài)繼電器進(jìn)行比較，雖然固態(tài)繼電器具有無觸電、動(dòng)作速度快、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但是本設(shè)計(jì)中的繼電器只在溫濕度超過限定值時(shí)才動(dòng)作，動(dòng)作頻率低，而且固態(tài)繼電器的價(jià)格比電磁繼電器高得多，所以綜合考慮選擇電磁繼電器SRD一05VDC一SLC。 電源的設(shè)計(jì) 電源電路電源電路是整個(gè)系統(tǒng)中非常重要的一部分，本設(shè)計(jì)中主要用到直流5V電源。要得到5V的直流電源，要經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)。由于最后的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，LM7805要得到5V的直流輸出，輸入與輸出要有一定的壓差，根據(jù)LM7805的數(shù)據(jù)手冊(cè)，需要有10V的輸入，因此在降壓環(huán)節(jié)把220V的電壓降為10V。然后用橋式整流電路把交流電整流為直流電，此時(shí)的直流電只是方向不變，但仍按正弦方式變化，是脈動(dòng)的直流電。因此需要濾波電路將紋波濾掉。C8和C2都用來濾波，但是作用是不一樣的。C8是大電容，用電解電容，它的作用是低頻濾波，通過充電放電，從而削峰填谷，使電壓的脈動(dòng)成分減少，電壓基本保持穩(wěn)定。而C2是小電容，所以對(duì)于高頻信號(hào)容抗很小，相當(dāng)于短路，從而濾掉高頻信號(hào)。需要注意的是，470uF的大電容可以濾低頻，為什么不能濾高頻，？從理論上來說大電容應(yīng)該高頻、低頻都可以，但是由于制造工藝的原因，電解電容的容值做得很大時(shí)，它就不再是一個(gè)單純的電容了，它等效于一個(gè)電容串聯(lián)一個(gè)電感。在頻率較低時(shí)，電感L=jwl較小，可以忽略不計(jì)，但是當(dāng)頻率很高時(shí)，感抗就很大，相當(dāng)于斷路，所以此時(shí)這個(gè)470uF的大電容不能濾掉高頻信號(hào)，必須單獨(dú)加一個(gè)小電容。小電容容值小，因此就不存在感抗的問題。濾波完以后，電壓的脈動(dòng)成分已經(jīng)下降了很多，但是仍有起伏，所以最后還需加上一個(gè)三端集成穩(wěn)壓器，這里選用LM7805，它能將電壓穩(wěn)定在5V。并聯(lián)在LM7805兩端的二極管起保護(hù)作用，避免在短路等情況下LM7805輸出端的電壓比輸入端高，從而燒壞LM7805。三端集成穩(wěn)壓器后面又接了一大一小兩個(gè)電容，再次進(jìn)行濾波，使電壓更穩(wěn)定。 按鍵電路設(shè)計(jì) 按鍵電路圖鍵盤分為編碼式和非編碼式鍵盤。其中，非編碼式鍵盤又包括矩陣式鍵盤和獨(dú)立式鍵盤。矩陣式鍵盤較為復(fù)雜，一般用于按鍵數(shù)目較多，而單片機(jī)可用的I/O口又比較有限時(shí)。本控制系統(tǒng)中只需要用到5個(gè)按鍵，數(shù)目較少，并且可用的I/O口充足，故采用獨(dú)立式鍵盤，一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)單片機(jī)的I/O口管腳。本設(shè)計(jì)中總共用到5個(gè)按鍵式開關(guān)，他們用來改變?cè)O(shè)定的溫濕度上下限數(shù)值。從S0到S4，分別控制進(jìn)入溫度上下限設(shè)置、進(jìn)入濕度上下限設(shè)置、數(shù)值加、數(shù)值減、確認(rèn)并退出。本設(shè)計(jì)中的鍵盤是低電平有效。未按鍵時(shí)，上拉電阻保證了單片機(jī)的I/O口是確定的高電平；當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，I/O口變?yōu)榈碗娖健?串口通信電路串口通信可分為同步通信和異步通信，在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，主要是采用異步串行通信。在設(shè)計(jì)通信接口時(shí)，應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣才能夠方便而又準(zhǔn)確的把單片機(jī)和外設(shè)有機(jī)的連接起來，從而能形成一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)，目前異步串口通信標(biāo)準(zhǔn)有RS一23RS一42RS一485標(biāo)準(zhǔn)。其中，RS一232是PC機(jī)與通信工業(yè)中使用最早的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。要讓單片機(jī)和PC機(jī)通過串口進(jìn)行通信，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，因?yàn)楸M管單片機(jī)有串行通信的功能，但單片機(jī)提供的TTL電平和RS232的電平不一樣。TTL電平中，；而RS232電平是負(fù)邏輯電平，電壓在3V~15V時(shí)為高電平，電壓在3V~15V時(shí)為低電平，因此要通過MAX232這種電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MAX232是MAXIM公司專為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V電源供電。適用于終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的接口，對(duì)于雙向通信，只需要使用串行輸入RXD（引腳2），串行輸出TXD（引腳3）和地線GND（引腳5）。； 串口通信電路MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，能夠把輸入的+5V電壓變換為RS232輸出電平所需的+10V 電壓，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)值需要接+5V電壓即可。MAX232芯片中有兩組電平轉(zhuǎn)換的引腳，我們這里只需使用其中一組。打頭的字母“T”表示TTL電平，“R”表示RS232電平。R1IN和R2IN表示輸入RS232電平，因此與電腦的串口相連；T1IN和T2IN表示輸入TTL電平，因此與單片機(jī)相連。所以，引腳T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT為接TTL∕CMOS電平的引腳，引腳T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN為接RS232電平的引腳。MAX232芯片專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。MAX232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供EIA/TIA232E電平?？梢苑謩e接單片機(jī)的串行通信口。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA232E電平。 元件清單本次設(shè)計(jì)需要用到的元器件如下表所示： 所需元件列表元件型號(hào)個(gè)數(shù)單片機(jī)STC89C52RC1顯示屏LCD16021溫濕度傳感器SHT101芯片底座DIP401光耦TLP52141排針10針10杜邦線20二極管1N40074三極管90121三極管90134電阻10K2電阻9電阻1K1電阻4704電位器15K1瓷片電容1uF5瓷片電容1點(diǎn)解電容10uF1瓷片電容30pF2電平轉(zhuǎn)換芯片MAX2321串口母頭DB91電平轉(zhuǎn)換芯片MAX2321USB母座1晶振12MHz1自鎖開關(guān)6*6*51按鍵開關(guān)6*6*56蜂鳴器1繼電器SRD一05VDC一SLC4 關(guān)鍵器件的介紹 STC89C52RCSTC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。① STC89C52RC的主要性能參數(shù)（1）增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼與傳統(tǒng)8051單片機(jī)是兼容的。（2）通用I/O口（32個(gè)）：P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。 （3）ISP（在線編程）/IAP（在應(yīng)用可編程）：可通過串口下載程序，不需要使用專門的下載器，非常方便快捷。（4）內(nèi)含8KB的程序存儲(chǔ)器，1000次寫∕擦寫周期；（5）內(nèi)含512字節(jié)的RAM；（6）32個(gè)可編程I/O口線；（7）3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 T0、TT2（8）6個(gè)中斷源、5個(gè)中斷矢量、2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；（9）具有一個(gè)全雙工UART串行通道；（10）掉電模式和低功耗空閑；② STC89C52RC主要引腳功能STC89C52RC的管腳排列如圖2一2所示： STC89C52RC引腳圖P0口（~）：P0端口（～，39～32 引腳）：P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在進(jìn)行程序校驗(yàn)的時(shí)候，輸出指令字節(jié)；而在Flash ROM 編程時(shí)，接收指令字節(jié)。P1口（~）： P1端口（～，1～8 引腳）：P1口是一個(gè)8位雙向I/O口，內(nèi)部已經(jīng)自帶有一個(gè)幾十K的上拉電阻。對(duì)端口寫入“1”時(shí)，該引腳被懸空，由內(nèi)部的上拉電阻把引腳拉到高電平，這時(shí)候可以作為輸入口使用，此時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部自帶上拉電阻，所以被外部器件拉低電壓的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門。P2 口(~)：P2和P1一樣，是一個(gè)8 位雙向I/O口，內(nèi)部自帶上拉電阻。端口進(jìn)行寫“1”時(shí)，該管腳被懸空，由內(nèi)部自帶的上拉電阻將電平拉到高電平。當(dāng)它被當(dāng)作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部自帶上拉電阻，該引腳在被外部元器件拉低電平的時(shí)侯會(huì)有電流輸出。在對(duì)程序存儲(chǔ)器（ROM）或16位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口會(huì)送出一個(gè)高8位地址數(shù)據(jù)。在進(jìn)行訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)侯，P口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。它的輸出緩沖級(jí)可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門P3口（~）：P3口，和PP2一樣，是一個(gè)8 位雙向I/0 口，內(nèi)部自帶弱上拉。對(duì)P3口進(jìn)行寫入“l(fā)”時(shí)，被內(nèi)部的上拉電阻拉高且可以作為一個(gè)輸入端口。作輸入端口時(shí)，被外部元器件拉低電平的P3口將通過上拉電阻提供電流。P3口除了作為一個(gè)一般的I/0口線外，它的第二功能有更重要的用途。P3口