【正文】 變化及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，良好的人機(jī)效果使得操作過(guò)程簡(jiǎn)便。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫室控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了人工氣候室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于溫度、濕度和 CO2 濃度等單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。 溫室中比較重要的環(huán)境參數(shù)包括有：溫度、濕度、光照、 CO2濃度等，這幾個(gè)環(huán)境參數(shù)都對(duì)植物的生長(zhǎng)起到了比較關(guān)鍵的作用。 基于單片機(jī)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 ....................................................... 4 設(shè)計(jì)背景 ................................................... 4 實(shí)施計(jì)劃 ............................................... 5 2 總體方案設(shè)計(jì) ................................................ 6 方案比較 ................................................... 6 方案一 ............................................... 6 方案二 ............................................... 7 方案論證 ................................................... 8 方案選擇 ................................................... 8 3 單元模塊設(shè)計(jì) ................................................ 9 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) ............................... 9 主控制器設(shè)計(jì) ......................................... 9 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) .................................... 10 濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) .................................... 11 光照檢測(cè)模塊 ........................................ 12 二氧化碳濃度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) ............................ 13 鍵盤模塊設(shè)計(jì) ........................................ 14 DS1302 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) ................................ 15 顯示電路設(shè)計(jì) ........................................ 16 繼電器控制電路設(shè)計(jì) .................................. 17 電源電路設(shè)計(jì) ....................................... 18 I/O 口擴(kuò)展電路 ..................................... 19 MAX232 通訊電路設(shè)計(jì) ................................ 20 電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇 .............................. 21 555 振蕩電路 ........................................ 21 電源電路 ............................................ 22 時(shí)鐘電路 ............................................ 24 特殊器件的介紹 ............................................ 24 DS18B20............................................. 24 HS1101.............................................. 26 LCD1602............................................. 29 BH1750FVI.......................................... 31 ................................................... 35 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具 ................................ 35 軟件結(jié)構(gòu)圖 ................................................ 36 軟件流程框圖 .............................................. 37 總體流程圖 .......................................... 37 4x4 矩陣鍵盤的軟件設(shè)計(jì)： ............................ 38 DS18B20 的軟件程序設(shè)計(jì) .............................. 40 二氧化碳濃度傳感器 6004 程序設(shè)計(jì) ..................... 41 上 /下位機(jī)程序設(shè)計(jì) ................................... 42 5. 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................. 43 硬件調(diào)試 .................................................. 43 軟件調(diào)試 .................................................. 45 軟硬件整體調(diào)試 ............................................ 45 6結(jié)論 ....................................................... 49 7 總結(jié)與體會(huì) ................................................. 51 8謝辭 ....................................................... 52 9 參考文獻(xiàn) ................................................... 53 附 1 系統(tǒng)的原理電路圖 ......................................... 54 附 2 系統(tǒng)的相關(guān)軟件 ........................................... 57 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 溫室是一種可以改變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所。溫室監(jiān)控系統(tǒng)基于現(xiàn)代科技技術(shù)對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制，使得環(huán)境參數(shù)符合既定要求。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。 90 年代中后期，在對(duì)國(guó)外溫室設(shè)備配置、溫室栽培品種、栽培技術(shù)等各個(gè)方面進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，我國(guó)自主開發(fā)了一些研究性質(zhì)的環(huán)境控制系統(tǒng) 。 本設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)溫室監(jiān)控系統(tǒng)。 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是對(duì)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)和控制，例如：溫 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 度、濕度、光照、二氧化碳的濃度等。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 總體方案設(shè)計(jì) 方案比較 方案一 圖 21 方案一的原理框圖 方案一：本方案采用 STC89S52 單片機(jī)為控制器，處理由傳感器傳回的數(shù)據(jù)并根據(jù)鍵盤輸入的環(huán)境參數(shù)閥值來(lái)控制外部控制器的開啟和關(guān)閉，通過(guò)液晶實(shí)時(shí)顯示出環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。 濕度傳感器采用 HOS201 濕敏傳感器，該傳感器為高濕度開關(guān)傳感器 ，工作電壓在交流 1V以下 頻率為 50HZ～ 1KHZ，測(cè)量范圍為 0%～ 100%RH，工作溫度為 0～ 50℃ ，阻抗在 75%RH(25℃) 時(shí)為 1MΩ 。 溫度 濕度 光照強(qiáng)度 二氧化碳濃度 檢測(cè)系統(tǒng) 單片機(jī) 89S52 鍵盤 LCD 液晶顯示 加熱 加濕 光照 釋放 CO2 控制系統(tǒng) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)預(yù)先由鍵盤設(shè)定的閥值作出相應(yīng)的控制動(dòng)作，控制外圍電器的開啟和關(guān)閉，并且 LCD 液 晶顯示屏將實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)。溫度傳感器采用 DS18B20 溫 度傳感器 ，可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度信號(hào)的采集 ，只有一根信號(hào)線作為單總線與 CPU 連接?？刂撇糠植捎美^電器控制加熱、加濕、通光窗、排風(fēng)扇等外圍電器。方案二中使用傳感器較便宜成本低，也能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，只是在程序上比較復(fù)雜。 溫室監(jiān)控系統(tǒng)比較重要的兩個(gè)指標(biāo)是采集的數(shù)據(jù)的精度和控制的準(zhǔn)確度。方案二中加入的時(shí)鐘系統(tǒng)更好的讓用戶設(shè)計(jì)調(diào)試和定時(shí)，合理的安排溫室環(huán)境溫度。 STC12C5A60S2 是 STC 生產(chǎn)的單時(shí)鐘周期的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，但是速度快 812倍。電源和時(shí)鐘等電路是單片機(jī)運(yùn)行的核心部分，外部接口電路可以擴(kuò)展顯示、 A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤等是單片機(jī)完成本設(shè)計(jì)的 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 要求。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。數(shù)字溫度傳感器的 測(cè)量電路如圖 32所示： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 123DS18B20CON3R4+5VPORT2_6DS18B20 接口 圖 32 溫度測(cè)量電路圖 濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 土壤的濕度影響著植物的生長(zhǎng)情況，過(guò)干和過(guò)濕都不利于植物生長(zhǎng)。 GND1TK2OUT3R4CL5TR6TC7VCC8IC3NE555R5R8599KR91KC3104R31KT19014+5VGNDGNDT1()R10909kTRD1LED1R11KViGND1234HS1CON4+5VTR12J3CON2GNDT1()T0() 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 33 555 輸出震蕩電路圖 圖 33所示的電路為 典型的 555 雙 穩(wěn)態(tài)電路。 電阻 R9 是為了短路保護(hù)，電阻 R10 是 555 的匹配電阻。由于這個(gè)模塊的接口是 I2C 接口，占用 I/O 口資源較少，且測(cè)試精度較高，線性度好，光譜范圍和人眼接近，寬范圍和高分解性；外圍電 路簡(jiǎn)單無(wú)需任何外部零件，對(duì)光源的依賴性不大。本設(shè)計(jì)采用美 國(guó) Telaire 公司生產(chǎn)的紅外吸收型傳感器 6004。 當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，這些氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光有吸收作用，其吸收關(guān)系服從朗伯 比爾吸收定律。 N 的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 32） 式中： N 為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù)；為積分常數(shù)。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 則式（ 32）可寫成： )exp(0)exp()exp()exp()exp( ucLIucLaKNaI ?????? （ 33） 式（ 31）表明：光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度 c 及厚度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。對(duì)同一氣體， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 6004 傳感器模塊有下面的兩種輸 出方式：模擬量輸出信號(hào)信號(hào)，處理簡(jiǎn)單；數(shù)字接口： SPI/Microwire 或者 UART，他有相應(yīng)的通訊協(xié)議。 在本系統(tǒng)中，采用 4X4 的矩陣鍵盤，采用掃描的方式讀