【正文】 ...................................................24 II 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..........................................................................................................26 主程序流程圖 ...............................................................................................27 DS18B20 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..............................................................................29 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .......................................................................29 DS18B20 與單片機(jī)通訊設(shè)計(jì) ...........................................................31 DHT11 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................................................................33 DHT11 與單片機(jī)通訊設(shè)計(jì) ...............................................................33 數(shù)字 ?0?信號和‘ 1’信號的表示方法 .............................................33 Nokia5110 顯示設(shè)計(jì) ....................................................................................34 液晶顯示 器的驅(qū)動(dòng)指令 ....................................................................34 寫數(shù)據(jù)到模塊 ....................................................................................35 Nokia5110 初始化時(shí)序 .....................................................................36 總結(jié) ..............................................................................................................................37 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................38 致謝 ..............................................................................................................................39 附錄 ..............................................................................................................................40 附錄 A 電路設(shè)計(jì)圖 ..........................................................................................40 附錄 B 程序清單 ..............................................................................................41 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 1 1 緒論 在人類的進(jìn)化史中，溫濕度扮演著極其重要的角色。隨著時(shí)間的推移，溫度已經(jīng)融入了我們?nèi)祟惿畹母鱾€(gè)方面。無論身在哪里，從事何種工作，溫度已經(jīng)成為了我們不可避免的與之打交道的的朋友。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫濕度有著密切的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說幾乎 80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫濕度的因素。溫濕度不但對于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫濕度度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義。我國人多地少，人均占有耕地面積更少且農(nóng)業(yè)活動(dòng)的生產(chǎn)效率較發(fā)達(dá)國家低。顯而易見，改變這種局面只靠增加耕地面積是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來提高單位產(chǎn)量。溫室大棚技術(shù)就是其中一個(gè)好的方法。溫室大棚就是建立一個(gè)模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個(gè)人工氣象環(huán)境，來消除溫度對生物生長的約束。而且，溫室大棚能減小農(nóng)作物生長對其所處環(huán)境的依賴性，能讓大多數(shù)農(nóng)作物在不適合自身生長的季節(jié)產(chǎn)出， 使農(nóng)作物對季節(jié)和氣候條件的依賴性大大降低，部分甚至完全擺脫了農(nóng)作物對自然條件的依賴。加之溫室大棚能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，所以溫室大棚技術(shù)越來越普及，并且已成為農(nóng)民增收的主要手段。 課題研究的背景 溫室大棚即我們?nèi)粘Ｋ姷娜展鉁厥?，可以用來養(yǎng)花、種植反季蔬菜。隨著改革開放的進(jìn)一步深入，人民生活水平不斷提高，農(nóng)村人也改變了吃菜靠田間地頭自給自足的方式。隨著生活條件的逐步轉(zhuǎn)好，我們餐桌上的菜肴早就不局限于本地的特產(chǎn)和時(shí)令蔬菜。特別是北方，每到冬季，每家每戶都會(huì)儲存冬白菜，飯桌上幾乎看不到其它的菜品。但是現(xiàn)在不同了，由于溫室大棚技術(shù)的發(fā)展，在北方即使是寒冷的冬季，很多夏季蔬菜和南方的水果也漸漸的出現(xiàn)在了人們的餐桌上，再也不會(huì)只有白菜相伴了。眾所周知，植物的生長都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長過程中受到環(huán)境 中各種因素的影響，其中對植物生長影響最大的是環(huán)境中的溫度、濕度和光照。在不同的環(huán)境中，晝夜的溫度和濕度變化是不同的，這其對植物生長是極為不利的。因此必須對不同環(huán)境環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測和控制，使植物能在這些不同的環(huán)境下正常地生長，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。現(xiàn)在在許多溫室大棚中還是沿用人工值守的方法來看管大棚，浪費(fèi)了大量的人力和河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 2 物力，而且大棚的溫濕度控制并不精確，隨之造成各種調(diào)控措施不及時(shí)，于是農(nóng)作物也往往因?yàn)闇貪穸瓤刂撇划?dāng)而減產(chǎn)，給菜農(nóng)帶來了極大的損失。 隨著國家經(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，在大棚中培 育的農(nóng)產(chǎn)品品種越來越多，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。因此發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)對日光溫室的要求越來越高。隨著溫室控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，需要監(jiān)控的對象趨于多樣化，所以必須使用具有統(tǒng)一規(guī)范、可靠性高、組建靈活、擴(kuò)展性好、維護(hù)簡便、性價(jià)比高的方式來組建系統(tǒng)。然而國外有一些自動(dòng)檢測控制儀器都是造價(jià)很昂貴的，對于普通農(nóng)民來說是很難接受的。所以尋求一種簡單實(shí)用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)是非常有必要的。因此，作為日光溫室的一個(gè)重要組成部分 —溫度濕度光強(qiáng)的測控裝置的研制非常需要。 在日光溫室中，由于溫度過高、過 低，環(huán)境濕度過大光照強(qiáng)度過大、過小等都會(huì)影響農(nóng)作物正常生長，若能有一測控系統(tǒng)能夠有效地將溫度控制在作物所需溫度范圍之內(nèi)，也可以很好的改善大棚濕度，同時(shí)光強(qiáng)也保證在一定的范圍之內(nèi)，為農(nóng)作物的生長提供一個(gè)良好的環(huán)境，并可以針對我國南方、北方的溫度、濕度差異進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將會(huì)對溫室大棚技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣，以及對增加廣大農(nóng)民的收入貢獻(xiàn)不可替代的力量。因此設(shè)計(jì)這樣一種大棚溫濕光測控系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。 要想實(shí)現(xiàn)這種控制系統(tǒng)，傳感器的應(yīng)用是必不可少的。傳感器 (Transducer/Sensor)是能夠感 受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩大部分組成。有時(shí)也將轉(zhuǎn)換電路及輔助電路作為其組成部分。傳感器技術(shù)未來將向以下幾個(gè)方面發(fā)展： 1)高精確度； 2)小型化； 3)多功能集成化； 4)數(shù)字化； 5)智能化。鑒于本系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)對傳感器的依賴性，對傳感器的選擇和應(yīng)用成為非常重要的環(huán)節(jié)。 課題研究的意義 隨著單片機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，溫室大棚環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測控制方面的研究有了明顯進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性價(jià)比，逐步取代傳統(tǒng)的溫濕度控制措施。傳統(tǒng) 的應(yīng)用于溫室大棚的溫濕度檢測系統(tǒng)大多是采用模擬傳感器、多路模擬開關(guān)、 A/D 轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時(shí)線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大。 本文介紹的溫濕光測控系統(tǒng)就是基于單總線技術(shù)及其器件組建的。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ蠛幽侠砉ご髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 3 棚內(nèi)的溫濕度及光強(qiáng)進(jìn)行采集，利用傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度濕度及光強(qiáng)的變化，變換成數(shù)字量，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度濕 度和光強(qiáng)，同時(shí)通過與預(yù)設(shè)量比較，對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果超過我們預(yù)先設(shè)定的濕度限制，濕度報(bào)警模塊將進(jìn)行報(bào)警。這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了溫度濕度和光強(qiáng)的實(shí)時(shí)測量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡單方便，性價(jià)比高，可維護(hù)性好。這種溫濕度測控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以便促進(jìn)農(nóng)作物的生長，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、難點(diǎn)和趨勢 國外研究現(xiàn)狀 世界發(fā)達(dá)國家大力發(fā)展集約化的溫室生產(chǎn)，用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效科學(xué)的環(huán)境調(diào)控與水肥管理，并從專用品種選育、工廠化育苗、病蟲害的生物防治，到產(chǎn)品的采收、分級包裝、冷藏運(yùn)輸，形成了完整的市場化技術(shù)服務(wù)體系。國外溫室的主要特點(diǎn)是規(guī)模大、設(shè)備齊全、環(huán)境控制系統(tǒng)先進(jìn)。計(jì)算機(jī)用于溫室環(huán)境控制的技術(shù)研究開始于上世紀(jì)70 年代末，東京大學(xué)首先研制出微型計(jì)算機(jī)溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)施環(huán)境調(diào)控技術(shù)在日本、荷蘭、以色列、美國等發(fā)達(dá)國家得到了迅速的發(fā)展。目前日本、荷蘭、以色列、美國等發(fā)達(dá)國家可以根據(jù)溫室作物的 生長要求和特點(diǎn)，對溫室內(nèi)光照、溫度、水分、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)控制。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國對溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的研究起步較晚，農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開始于 20 世紀(jì) 70 年代， 80 年代開始應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域。我國近代溫室經(jīng)歷了發(fā)展改良日光溫室、大型玻璃室和現(xiàn)代化溫室三階段，并且各階段溫室仍然并存，其中有一半為一面坡節(jié)能型日光溫室，用于蔬菜、花卉的反季節(jié)生產(chǎn)?，F(xiàn)今我國溫室的類型主要包括以玻璃為通明覆蓋材料的玻璃溫室、利用太陽能為能源的日光溫室、活動(dòng)屋面溫室以及塑料溫室等。我國溫室大棚種植技術(shù)已突破了傳統(tǒng)的農(nóng)作物 種植受制于自然等環(huán)境諸多因素的限制，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。我國的溫室自動(dòng)控制研究大致有兩個(gè)方向，一是智能環(huán)境控制河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 4 系統(tǒng)，二是華北型連棟溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用以單片機(jī)為主控芯片的系統(tǒng)對溫室環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測與控制。從總體上說，我國自行研制開發(fā)的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)的技術(shù)水平和調(diào)控能力與發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距。 智能溫室大棚的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代溫室朝著集約化、規(guī)?；较虬l(fā)展和溫室管理智能化要求的提高，溫室測控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)生產(chǎn)和管理的一體化，是現(xiàn)代智能溫室發(fā)展的必然趨勢；現(xiàn)代傳感器技術(shù)、通信技術(shù) 、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又為這一發(fā)展趨勢推波助瀾。溫室大棚主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一方面是溫室結(jié)構(gòu)工程，另一方面是溫室測控系統(tǒng)，而溫室測控系統(tǒng)又是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與溫室大棚環(huán)境控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成的，兩者相輔相成缺一不可。國外溫室業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展，遙測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中。 近年來我國溫室大棚智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要是針對我國的國情和日光溫室大棚的改造：應(yīng)用模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論，開發(fā)智能型的溫室大棚專家系統(tǒng)。利用上位機(jī)強(qiáng)大的存儲空間和運(yùn)行速度快的 優(yōu)點(diǎn)，盡量使硬件功能軟件化，增加上位機(jī)管理軟件的功能；進(jìn)行溫室多環(huán)境因子的聯(lián)合檢測與控制的研究工作，提出一種適合我國本土的溫室大棚的多環(huán)境因子智能控制模型，逐步向著自動(dòng)測試、智能化控制等方面發(fā)展。我國溫室未來的發(fā)展呈現(xiàn)出現(xiàn)代化、精準(zhǔn)化、多元化和都市型。 溫室智能控制發(fā)展存在的難點(diǎn) 當(dāng)前流行的智能溫室是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，科學(xué)、合理的控制影響作物生長的多種環(huán)境因子，營造適合作物生長的人工氣候環(huán)境，使作物能夠部分或者全部克服外界氣候和土壤因素的制約，做到既有利于作物的良好生長和適時(shí)上市，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量 、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，又能盡量降低生產(chǎn)成本。它對改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件、促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的科學(xué)開發(fā)和合理利用，進(jìn)一步降低人類的勞動(dòng)