【正文】 測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系（部）院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 作 者 姓名： XXXX 指 導(dǎo) 教師： XXXXX 職稱 講師 完 成 日期： XXXXX 年 5 月 15 日 二○一 X年五月 河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明 2 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文 ,是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下 ,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果 ,成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議 ,除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 ,本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括 : 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書（ 1000字左右） 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告（ 20xx字左右） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 10000字左右） 溫度測量：要有溫度測量電路 被測量為模擬信號(hào) 溫度顯示：按要求適時(shí)顯示溫室的溫度值 溫度控制 PH 值的測量 PH 值的顯示 4 二 . 論文（設(shè)計(jì)）的基本要求 將單片機(jī)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)當(dāng)中來以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化， 本文圍繞螺旋藻生長所需的溫度條件和 PH值進(jìn)行了設(shè)計(jì)，要求以單片機(jī)為基礎(chǔ)完成螺旋藻生長環(huán)境的智能測控系統(tǒng)，并闡明它的構(gòu)成，系統(tǒng)的基本原理、硬件組成及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。 其次，其中維生素及礦物質(zhì)含量也極為豐富。此外國內(nèi)各地區(qū)的螺旋藻都是人工養(yǎng)殖的，而且生產(chǎn)的質(zhì)量也參差不齊。 自 1971年美國 Intel公司制造推出第一塊 4 位處理器以來 ，在短短的 20余年間，單片機(jī)及技術(shù)已發(fā)展成為計(jì)算技術(shù)中一個(gè)非常有活力的分支。系統(tǒng)總體框架如圖 1所示。 20xx 年 4月 16號(hào) 20xx 年 5 月 20號(hào)：進(jìn)行對(duì)應(yīng)電路的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試。 關(guān)鍵詞： STC89C52單片機(jī) DS18B20溫度傳感器 繼電器 M4QA045電機(jī) 大棚自 動(dòng)控制與報(bào)警系統(tǒng) 2 Abstract This topic STC89C52 singlechip, using the temperature sensor DS18B20, relays and M4QA045 motor, digital tube display module devices such as the temperature alarm circuit design, M4QA045 motor driver circuit, drive circuit, electric heaters, realizing the shelter spirulina train automatic control of temperature, PH value with alarm system, solve the trellis artificially controlled test of greenhouse temperature and humidity error of big, and timeconsuming, low efficiency of the problems, and promote the growth of crops, so as to improve the production of greenhouse canopy, bring good economic benefits and social benefits. Keywords: STC89C52 singlechip microputer temperature sensor DS18B20 trellis automatic control M4QA045 motor relay with alarm system 3 第一章 緒論 技術(shù)背景 近年來，溫室種植在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，溫室自動(dòng)化設(shè)備也隨著溫室種植的推廣逐漸發(fā)展起來，傳統(tǒng)溫室種植不僅生產(chǎn)率低下，而且無法突破室外氣候環(huán)境的影響。其發(fā)展迅猛，到目前為止，大致可以以下幾個(gè)階段： (1)4 位單片機(jī) (2)8 位單片機(jī) (3)16 位單片機(jī) (4)32 位單片機(jī) 如今因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，所以在國民建設(shè)、軍事及家用電器等領(lǐng)域 均得到廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對(duì)檢測 數(shù)據(jù)分析，結(jié)合作物生長規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)大棚溫度、濕度的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果 。藍(lán)藻的細(xì)胞結(jié)構(gòu)原始，且非常簡單，是地球上最早出現(xiàn)的光合生物 ,在這個(gè)星球上已生存了 35億年。 其次，其中維生素及礦物質(zhì)含量也極為豐富。 螺旋藻中含有大量的γ 亞麻酸，這是一種人體必需的不飽和脂肪酸，是健腦益智、清除血脂、調(diào)節(jié)血壓、降低膽固醇的理想物質(zhì)。 總之螺旋藻有著眾多不可代替的優(yōu)越性，它不僅有著很多食療功效，藥理作用，而且也因?yàn)橛兄娑志獾臓I養(yǎng)流行于世界，成為最佳的健康保養(yǎng)食品，越來越受到人們的青睞和喜愛。而對(duì)螺旋藻生長環(huán)境，既其生長條件的研究，及在其培養(yǎng)過程中各種生長條件的測量和控制是提高其質(zhì)量的關(guān)鍵所在，因此對(duì)其智能生長棚的測控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)有重大的現(xiàn)實(shí)意義。 由上圖可以看出，本設(shè)計(jì)大致有七個(gè)部分組成，其中包括溫度測量部分、制冷和加熱部分、培養(yǎng)液 PH 值檢測電路、 A/D 轉(zhuǎn)換、報(bào)警、顯示部分、再加上核心器件單片機(jī)。本文設(shè)計(jì)的可控裝置具有自動(dòng)巡檢測控的功能，并且對(duì)檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)等。系統(tǒng)的溫度最小區(qū)分度為 1攝氏度。利用 STC89C52串口輸出工作方式，使 STC89C52 的利用率大大提高，外部電路得以簡化。 設(shè)計(jì)原則 （ 1）實(shí)用性。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將在保證系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上盡可能降低成本。 7 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)概述 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 （ 1）計(jì)算機(jī)的誕生 第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生是由賓夕法尼亞大學(xué)莫奇利和?？颂仡I(lǐng)導(dǎo)的研究小組， 于 1946 年 2 月 14 日研制成功的。 1994年 12 月，美國 Intel公司宣布研制成功世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，它每秒可進(jìn)行 3280億次加法運(yùn)算（是第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的 6600萬倍）。 （ 2）計(jì)算機(jī)的發(fā)展 1）第一代計(jì)算機(jī)（ 19461958) 電子管為基本電子器件；使用機(jī)器語言和匯編語言；主要應(yīng)用于國防和科學(xué)計(jì)算；運(yùn)算速度每秒幾千次至幾萬次。 5）我國計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史 從 1953 年開始研究，到 1958 年研制出了我國第一臺(tái)計(jì)算機(jī) 在 1982 年我國研制出了運(yùn)算速度 1億次的銀河 I、 II 型等小型系列機(jī)。 單片機(jī)的發(fā)展概況 單片機(jī)是一種集成在 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、 只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器 PC（包含在 CPU 中），在開始執(zhí)行程序時(shí)，給 PC 賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令， PC 在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長度決定，可能是 2或 3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。這就是 SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞即由此而來。 1）完善的外部總線。 4）指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 （ 4）第四階段（ 1990— ）：微控制器的全面發(fā)展階段?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程 ,可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢 。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式 ,其中 SMD(表面封裝 )越來越受歡迎 ,使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。此外還有 MOTOROLA公司的產(chǎn)品 ,日本幾大公司的專用單片機(jī)。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求 ,須運(yùn)用新的工藝 ,使片內(nèi)存儲(chǔ)器大容量化?，F(xiàn)指令速度最高者已達(dá) 100MIPS(Million Instruction Per Seconds,即兆指令每秒 ),并加強(qiáng)了位處理、中斷和定時(shí)控制功能。隨著低價(jià)位 OTP(One Time Programble)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的 發(fā)展 ,加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi) ,推動(dòng)了單片機(jī)“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。從某種意義上講，一塊單片機(jī)就有一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的功能，只要加上所需的輸入 /輸出設(shè)備就可以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，從而滿足各應(yīng)用領(lǐng)域的需要。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)換代。 增加控制功能，向真正意義上的“單片”機(jī)發(fā)展。A 級(jí)， gz2 頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。 （ 2）單片機(jī)的應(yīng)用發(fā)展方向 使用壽命長。新的 CPU類型的加盟，使單片機(jī)隊(duì)伍不斷壯大，給用戶帶來了更多的選擇余地。以 Mororola68K為 CPU的 32位單片機(jī) 97 年的銷售量達(dá)到了 8千萬枚。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪音，降低時(shí)鐘頻 率而不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。今年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家愛在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：首先， EFT 技術(shù)。在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對(duì)稱引腳上，一般是在左上、右下或右上左下的兩塊對(duì)稱稱點(diǎn)上。 OTP與掩膜。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)。編程線與 I/O線共用，不增加單片機(jī)的額外引腳。 RCA（美國無線電）公司： CDP1800系列。 Motorola(美國摩托羅拉）公司： 6805系列。 National(日本松下）公司： MN6800 系列。 宏晶科技（深圳）： STC系列。 13 STC89C52單片機(jī)的引腳說明 下 圖為 STC89C52單片機(jī)引腳圖 芯片引腳如圖 31所示： VCC : 電源。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。此外， 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表 1所示。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如上表 21所示?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。這一位置 “ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。當(dāng) STC89C52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。在 flash編程期間， EA 也接收12 伏 VPP 電壓。對(duì)于 89S52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為 0000H～ 1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：20xxH~FFFFH。當(dāng)一條指令訪問高于 7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定 CPU 訪問高 128 字節(jié) RAM 還是特殊功能寄存器空間。工作模式由 T2CON中的相關(guān)位選擇。 中斷： STC89C52 有 6個(gè)中斷源如表 22 所示：兩個(gè)外部中斷（ INT0 和 INT1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器 0、 2）和一個(gè)串行中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器 IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是 TF2 或EXF2 激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清 0[1]。當(dāng)按下復(fù)位開關(guān) SW1時(shí) RET引腳與電源接通至于高電平，當(dāng)松開復(fù)位開關(guān)時(shí)電容 C7進(jìn)行充電并延時(shí)，當(dāng)充電完畢使 RET引腳處于低電平時(shí)已