【正文】 系統(tǒng)的功能 ...................................................................................................... 36 系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù) .............................................................................................. 36 系統(tǒng)功能分析 .................................................................................................. 36 7 總結(jié)與體會 ................................................................................................................. 38 8 致謝 ............................................................................................................................. 39 9 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 40 附錄 1 系統(tǒng)的電路原理圖 ............................................................................................ 41 附錄 2 系統(tǒng)仿 真總圖 .................................................................................................... 42 附錄 3 系統(tǒng)實(shí)物照片 .................................................................................................... 43 附錄 4 系統(tǒng)源程序 ........................................................................................................ 44 附錄 5 英文參考資料 .................................................................................................... 46 1 中文翻譯 ............................................................................................................. 46 2 英文原文 ............................................................................................................. 49 第 1 頁 1 前言 溫室大棚作為一種高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比具有很大的優(yōu)點(diǎn)。這種設(shè)施系統(tǒng)可以從簡易到全自動控制，適宜各種狀況下的選擇，特別是對于日光溫室、塑料大棚，相對投資較少。晴天在傍晚關(guān)窗至次日早晨開窗前溫室維持在高濕度。 因此，非常有必要使用一 套溫濕度控制系統(tǒng)，以維持溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度在一個(gè)合適的范圍，實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)農(nóng)作物的水分、養(yǎng)分的有效供給，提高光合作用的效率，從而達(dá)到增產(chǎn)目的。這要求我們提高溫濕度檢測與控制技術(shù)，來滿足對溫室大棚建設(shè)的需要。 第 3 頁 2 總體方案設(shè)計(jì) 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 本文要設(shè)計(jì)的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)，要能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行采集，將其顯示在 LCD1602 液晶顯示器上，然后與設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較，如果超出限制則啟動溫度、濕度控制設(shè)備，并通過蜂鳴器報(bào)警，直到溫濕度回到規(guī)定的范圍。 5%RH； （ 5）測濕范圍： 0～ 100%RH； （ 6）通過鍵盤電路修改上下限：有； （ 6）溫濕度報(bào)警：有； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 可靠性 可靠性是在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該優(yōu)先考慮的一個(gè)因素，一個(gè)控制系統(tǒng)必須要能穩(wěn)定、可靠地工作，才能投入到生產(chǎn)實(shí)踐中去。 性價(jià)比 性價(jià)比也是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所要考慮的重要因素。而且 PLC 抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，這一點(diǎn)已被長期的工業(yè)控制實(shí)踐所證明。 繼電器 鍵盤輸入 加熱器 制冷器 加濕器 除濕器 液晶顯示 蜂鳴器報(bào)警 溫濕度傳感器 PLC 溫 室 大 棚 第 5 頁 圖 用單片機(jī)作為主控制器的控制系統(tǒng) 方案論證 從功能上看，兩種控制器都能滿足要求。 從價(jià)格方面上看，單片機(jī)就比 PLC 具有很大的優(yōu)勢。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控制器。外部時(shí)鐘方式是把已有的時(shí)鐘信號從 XTAL1 或 XTAL2 送入單片，一般用于有多個(gè)單片機(jī)的情況，所以本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，選用 12M 的晶振和兩個(gè) 30pF 的電容與片內(nèi)的高增益反相放大器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。因此上電的時(shí)候就要讓單片機(jī)復(fù)位一次；在運(yùn)行過程中，如果程序出錯，也需要進(jìn)行手動復(fù)位。隨著充電的繼續(xù)進(jìn)行，電流會逐漸減小，電阻兩端的電壓 UR=IR 也逐漸減小，即 RST 引腳的電勢逐漸減小。 液晶顯示模塊 測量到的溫濕度值將顯示到液晶屏 LCD1602 上，它可以顯示 2 行，每行 16 個(gè)字符。 它與單片機(jī)的接口電路如下圖所示： 圖 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。因此，從滿足大棚溫濕度監(jiān)測的要求來看， SHT10 已經(jīng)足夠，故選用 SHT10。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。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)如下圖： 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。光耦的驅(qū)動能力有限，一般電流只能達(dá)到 30mA 左右，不足以驅(qū)動繼電器，因此再加一個(gè)三極管放大電流。 51單片機(jī) P0 口所能承受的灌電流最大，可以達(dá)到 26mA。 繼電器選用 5V 的，驅(qū)動繼電器需要大約 100mA 的電流，也就是說驅(qū)動繼電器 的三極管的集電極電流為 Ic=100mA。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。 電源的設(shè)計(jì) 圖 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。 因此需要濾波電路將紋波濾掉。 需要注意的是， 470uF 的大電容可以濾低頻，為什么不能濾高頻，還要單獨(dú)加一個(gè) 第 13 頁 的小電容來濾高頻？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。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。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)。 本設(shè)計(jì)中的鍵盤是低電平有效。 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)。 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。打頭 的字母“ T”表示 TTL 電平，“ R”表示 RS232 電平。 MAX232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 EIA/TIA232E 電平。 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。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對端口 P0 寫入每個(gè)引腳能驅(qū)動寫入 “1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。對端口寫入 “ 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 第 19 頁 外部 器件 拉低 電壓 的引腳會輸出一個(gè)電流。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)侯會有電流輸出。對 P3 口進(jìn)行寫入“ l”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。 RST：復(fù)位輸入端。 ∕ EA∕ VPP：當(dāng)∕ EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部存儲器（ 0000H~FFFH），不論是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端。 傳感器在一塊微型電路板上集成了信號處理電路和傳感元件，由于自帶 ADC，所以輸出數(shù)字信號 。 SHT10 可以用來測量相對濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)。 ℃，濕度的測量誤差為177。A，休眠時(shí) 3181。在微控制器向 SHT10 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的過程中，必須要保證數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘線為高電平段時(shí)穩(wěn)定。后續(xù)的命令包含 3 個(gè)地址（目前支持“ 000”）和 5 個(gè)命令位，具體命令集見表 4。確切時(shí)間與內(nèi)部的晶振速度有關(guān)，最多會有177。接著會傳輸 2 個(gè)字節(jié)的測量數(shù)據(jù)以及 1 個(gè)字節(jié)的 CRC 奇偶校驗(yàn)。此程序流程包括五個(gè)部分，第一部分是主程序，其描述總體結(jié)構(gòu)；第二部分是 SHT10 溫度采集程序，其功能是通過 SHT10 傳感器采集溫濕度值，并進(jìn)行修正；第三部分是 LCD1602顯示子程序，對 LCD1602 進(jìn)行初始化，將溫濕度進(jìn)行顯示；第四部分是輸出控制子程序，對設(shè)定值和實(shí)際值進(jìn)行判斷以決定是否進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)；第五部分是按鍵輸入電路，用來修改溫濕度 上下限值。對于變量也是如此，如果某個(gè)變量也在其他 C 文件中使用，那么要在一個(gè) C 文件總將它定義為全局變量，即在函數(shù)外面定義。復(fù)位時(shí)序和啟動傳輸時(shí)序可通過依次拉低或拉高時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，因而實(shí)現(xiàn)起來比較簡單；而寫時(shí)序和讀時(shí)序就比較復(fù)雜。 第 27 頁 LCD1602 子程序流程圖 圖 LCD1602 子程序流程圖 開始 LCD1602 初始化 設(shè)置首行數(shù)據(jù)指針 寫入首行字符 設(shè)置第二行數(shù)據(jù)指針 寫入第二行字符 結(jié)束