【正文】 西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 1 緒論 問題的提出 當今社會科技正以前所未有的速度發(fā)展，要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必須大力發(fā)展電子產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)。我設(shè)計的這個系統(tǒng)，就是對所學知識的應(yīng)用，探索怎樣自動化管理工廠。 今天，我們的生活有越來越多的單片機系統(tǒng)在為我們服務(wù)。家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊控制化已成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機來實現(xiàn)。 該項目成本低、可靠性高、適用性強，它能給予我們更舒適方便的現(xiàn)代化管理。它能實現(xiàn)遠程測控，以前要測量并控制作物生長環(huán)境的溫度、濕度、光照、 PH值等必須由人親自去測控，這樣既費人力、 財力又費時間?，F(xiàn)在不需要專門跑到目的地實測溫度、濕度、光照、 PH 值，就能遠程測量并控制。 課題的研究意義 無土栽培技術(shù)與常規(guī)土壤有許多優(yōu)點： ● 產(chǎn)量高、品質(zhì)好 ● 節(jié)約水分和養(yǎng)分 ● 清潔衛(wèi)生 ● 省力省工、易于管理 ● 避免土壤連作障礙 ● 不受地區(qū)限制、充分利用空間 ● 有利于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代 無 土栽培 由于 不用土壤，所以擴大了植物的種植范圍，沙漠、石山等不毛之地，窗臺、陽臺、屋頂?shù)忍幗钥稍耘唷Ｈ缥蓓斶M行無土栽培，夏天也可使室溫度降低 23度。 土壤栽培由于水分流失多，故水分消耗量要比無土栽培大 7倍左右，且氮、磷、鉀、等養(yǎng)分也易被土壤固定，據(jù)估計一般養(yǎng)分的損失達 一半以上，而無土栽培損失很少，尤其是封閉式栽培，幾乎沒有損失。無土栽培花卉，無雜草，無病蟲，清潔衛(wèi)生，便于運輸、銷售，也是室內(nèi)陳設(shè)布置的佳品，由于離開了土壤，所以可大大減少勞動量。 2 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的功能要求 ● 能夠采集空氣溫濕度、光照和培養(yǎng)液 PH 值并將數(shù)據(jù)通過 nrf905 無線傳輸?shù)浇K端，西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 并用 LCD12864 液晶屏顯示。 ● 通過按鍵遠程控制繼電器的開閉，從而就控制 了相應(yīng)的設(shè)備。 ● 能夠在遠端 PC 機上通過組態(tài)控制繼電器。 系統(tǒng)的組成 該系統(tǒng)的組成模塊包括：單片機最小系統(tǒng)模塊、傳感器信號采集模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、繼電器控制模塊、 nRF905 無線傳輸模塊等。 系統(tǒng)模塊的組成框圖如圖 1所示。 DS18B20濕敏電阻光敏電阻PH 電極單片機采集繼電器控制設(shè)備單片機控制組態(tài)nrf905采集端 控制端自動控制 指令控制雙向傳輸 圖 1 系統(tǒng)的組成框圖 3 方案的比較和論證 所采集信號的傳輸方式的選擇 無土栽培 環(huán)境信息 的采集 與傳輸技術(shù)以及 遠程監(jiān)控 需要運用現(xiàn)代通信手段來實現(xiàn)。按通信技術(shù)傳輸介質(zhì)的不同可分為有線和無線兩種方式。 方案一 :有線通信方式具有設(shè)備互操作性強 、系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)點。西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 而溫室環(huán)境濕度高、酸性大、光照強會導(dǎo)致線纜的老化 ， 降低系統(tǒng)的可靠性。此外傳感器與執(zhí)行機構(gòu)數(shù)量多且分散 ， 導(dǎo)致線纜縱橫交錯 ， 作物變更時需重新布置 ,導(dǎo)致系統(tǒng)安裝與維護成本增加。 方案二 :無線通信方式以組網(wǎng)靈活無需布線等優(yōu)點在溫室局域范圍內(nèi)采用 ,將各種檢測裝置、執(zhí)行機構(gòu)以及控制器連接起來 ,實現(xiàn)對溫室環(huán)境等各項參數(shù)的自動檢測和控制 ,應(yīng)用在環(huán)境惡劣的條件下將是非常有意義的。 經(jīng)方案比較，本設(shè)計采用方案二。 模數(shù)轉(zhuǎn)換的方案選擇 方案一：采用 8 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 PCF8591 實現(xiàn)模 數(shù)轉(zhuǎn)換。 PCF8591 是一個單片集成、單獨供電、低功耗、 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。 PCF8591具有 4 個模擬輸入、 1 個模擬輸出和 1 個串行 I2C 總線接口。 PCF8591 的 3 個地址引腳A0, A1 和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個 I2C 總線上接入 8 個 PCF8591 器件，而無需額外的硬件。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進行傳輸。 PCF8591 有 16 條引腳。 方案二：采用 8 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0831 實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADC0831 是美國國家半導(dǎo) 體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 1 通道， 8 位逐次逼近式 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部 只 有一個通道。 僅需較少的引腳。 考慮到 51單片機引腳有限，經(jīng)比較設(shè)計采用方案二。 控制電路的方案選擇 方案一：直接控制各增減設(shè)備。安全顯然得不到保障且不易控制。 方案二：用繼電器控制各增減設(shè)備。本設(shè)計所采用的是 5V 電磁繼電器，而控制設(shè)備所用電壓可達到 220V。如果用 5V繼電器驅(qū)動 220V 的控制設(shè)備，設(shè)計簡單安全。 從可行性和安全性考慮，本設(shè)計采用方案二。 4 單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機最小系統(tǒng) STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。 西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 STC89C52 引腳說明如下。 ●主電源引腳 VSS（接地）和 VCC（ +5V）。 ●外接 晶振 引腳 XTAL1和 XTAL2。 ● 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST、 ALE/PROG 和 EA/VPP。 ●輸入 /輸出引腳 、 、 、 。 STC89C52單片機最小系統(tǒng)如圖 2所示。 GNDVCCP12P13P10P11XTAL12MHZGNDVCCR6GNDVCCEA/VP31XTAL119XTAL218RESET91213141512345678393837363534333221222324252627281716PSEN29ALE/PROG301110VCC40GND20U1C51ENCEPWRUCLKCDAMMISOMOSISCKCSNDRDS30pFC230pFC110uFC3 P07P20P21P22P23P24P25P26P27 圖 2 STC89C52 單片機最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 為確保微機系統(tǒng)中 電路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路正常工作需要供電電源為 5V177。 5%，即 ～ 。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當 VCC超過 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被 撤除，微機電路開始正常工作。 本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位 ，手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST上加入高電平。一般采用的辦法是在 RST 端和正 電源 VCC 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 VCC 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。 西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 單片機復(fù)位電路圖如圖 3所示。 K10uFC410KR1VCCGNDRST 圖 3 單片機復(fù)位電路 晶振電路 單片機 系統(tǒng) 里都有晶振，他結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片 機 的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過 電子 調(diào)整頻率的方法保持同步。 單片機晶振電路圖如圖 4所示。 XTAL12MHZGND30pFC230pFC1XTAL2XTAL1 圖 4 單片機晶振電路 傳感器信號采集電路 DS18B20 溫度采集電路 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B20 也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 55176。 C 到 125176。 C，在 10到 85176。 C范圍內(nèi) ,精度為177。 176。 C。 DS1822 的精度較差為177。 2176。C 。現(xiàn)場溫度直接以“一線總 線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。 DS18B20 可以程序設(shè)定 9 到 12 位的分辨率，精度為177。 176。C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 的應(yīng)用電路圖和實物圖如圖 5所示。 GND1I/O2VCC3U5 DS18B20GNDR5VCCDS 圖 5 DS18B20 的應(yīng)用電路圖和實物圖 空氣濕度采集電路 本設(shè)計采集空氣濕度利用的是 ADC0831 實現(xiàn)濕敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換。 濕敏電阻 是利用濕敏材料吸收空氣中的水分導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化這一原理制成的。溫濕電阻是一種采用新型濕度敏感元件，具有感濕范圍寬，響應(yīng)迅速，抗污染能力強，無需加熱清洗及長期使用性能穩(wěn)定可靠等諸多特點。 濕敏電阻的電器阻抗 R（ KΩ）如圖6 所示。 西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 圖 6 濕敏電阻電氣阻抗 空氣濕度采集電路圖和濕敏電阻電阻實物圖如圖 7所示。 VCCREF5+IN2IN3CS1SDA6SCL7GND4VCC8ADC0831_1VCCGNDVCCGNDP27P07P26123P5Header 3504R7 圖 7 土壤濕度采集電路圖和濕敏電阻實物圖 光照采集電路 本設(shè)計采集光照強度采用的是利用 ADC0831 實現(xiàn)光敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換 。 光敏電阻受光照后，其阻值會變小。用來制作光敏電阻的典型材料有 硫化鎘 （ Cds)及硒化鎘（ CdSe）兩種。這些制作材料具有在特定 波長 的光照射下，有阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向 電源 的正極，空穴奔向電源的負極，從而使 光敏電阻器 的阻值迅速下降。 光敏電阻器是利用 半導(dǎo)體 的 光電效應(yīng) 制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻 減小，入射光弱，電阻增大。 光敏電阻的電器阻抗 R如圖 8所示。 西昌學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 RCds(電阻值）LUX照度0 圖 8 光敏電阻電氣阻抗 光照強度采集電路圖和光敏電阻實物圖如圖 9所示。 VCCREF5+IN2IN3CS1SDA6SCL7GND4VCC8ADC0831_2P24P25P23VCCGNDVCCGND10KR812P6Header 2 圖 9 光照強度采集電路圖和光敏電阻實物圖 PH 采集電路 本設(shè)計利用 ADC0831 實現(xiàn) PH的模數(shù)轉(zhuǎn)換。其 PH電極主要技術(shù)參數(shù)如表 1所示。 表 1 PH 電極電氣阻抗 型號 測量 范圍 溫度 范圍 零點 PH 值