【正文】 G E 110 0u F / 25 V 10 0u F / 25 V 10 0u F / 25 V10 0u F / 50 V10 0u F / 50 V220VGND GNDGNDL M 78 05L M 78 12L M 78 15+ 15 V+ 15 V+12V+5V供電系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換芯片C3C4C5C6C7C8C9C 10C 11D 10D 11 圖 系統(tǒng)電源圖 鍵盤電路與顯示單路設(shè)計 鍵盤電路設(shè)計 單片機的按鍵輸入一般可分為簡單的獨立式按鍵輸入及行列式鍵盤輸入兩種。 本設(shè)計中輸入按鍵只有 4 個，一個為“輸入使能鍵”，一個為“模式設(shè)定鍵”，一個為“左移鍵”，另兩個為“加法鍵”、“減法鍵”。本設(shè)計選用了單片機兩個接口，通過并行移位寄存器 74LS164 擴展的 4 個 8 位并行輸出接口來驅(qū)動 LED。 74LS164 主要特性 工作溫度： 0~70 ℃ 如頻率太高，由于每個 LED 點亮的時間太短，LED 的亮度太低，肉眼無法看清，所以一般均取 10ms 左右為宜，這就。 LED 數(shù)碼管選用共陽型， 74LS138 輸出的地址碼經(jīng)一個三極管 2SA1015（ PNP）接 LED 的公共端，四位 LED 的顯示是通過地址線進行分時選通的，這就是我們常用的動態(tài)掃描顯示方式。最高時鐘頻率高達 36MHZ A,B 為串行數(shù)據(jù)輸入端，CLK 位同步時鐘輸入端。完成 輸入后，再按一下“輸入使能鍵”，程序即退出設(shè)定狀態(tài)，進入工作運行。 通常所用的按鍵為輕觸機械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當我們按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 25 接通，在斷開時也不會一下子斷開。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 24 圖 X25045 看門狗電路硬件連接圖 電源電路 在本設(shè)計中主要用到 +5V， +12V， 15V。 X25045 芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。當它低電平時，寫操作被禁止； SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出； 硬件看門狗是真正意義上的 “程序運行監(jiān)視器 ”，如計數(shù)型的看門狗電路通常由 555 多諧振蕩器、計數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運行不夠可靠。在 8096 系列單片機和增強型煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 23 8051 系列單片機中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶只要用軟件開放它就可以，使用很方便。利用 TGS4160 傳感器并通過高輸入阻抗、低偏置電流的運放進行放大，再作一些簡單的運算處理，就可以在 CO2濃度為 300～ 5000ppm 的范圍內(nèi)測得信號，該信號為 0～幾百毫伏的電壓信號，可以供高精度 A／ D 采樣使用。2℃ 、濕度為 65177。為了保證 CO2的準確測量，除了保證加熱電壓穩(wěn)定及對環(huán)境溫度的變化進行溫度補償外，更主要的是要測量兩電極之間變化的電勢值 ΔEMF，而不是絕對電勢值 EMF，因為 ΔEMF與 CO2濃度變化之間有一個較好的線性關(guān)系。其反應(yīng)式如下： 陽極反應(yīng)： 3222 COLi2e1 / 2 OCO2 L i ????? (34) 陰極反應(yīng)： ONa2e1 /2 O2 N a 22 ???? (35) 總體反應(yīng)： 2232 CO2 L iONa2 N aCOLi ???? ?? (36) 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 作為電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，根 據(jù)耐斯特方程，該過程將產(chǎn)生如下電勢（ MFE ）： ))l n ( p ( C OT ) / ( 2 F )(REE 2CMF ??? (37) 式中： 2coP 為 CO2的分壓； CE 為常數(shù)； R 是氣體常數(shù)； T 為溫度值（ K）； F是法拉第常數(shù)。其等效的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖 所示。元件的內(nèi)層采用 100 目雙層不銹鋼網(wǎng)套在鍍鎳銅環(huán)上，并用高強度樹脂粘合劑與基襯固定在一起。 TGS4160 二氧化碳傳感器是一種內(nèi)含熱敏電阻的混合式 CO2敏感元件。5％； VDC； TGS4160 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下： 這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐 高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風換氣系統(tǒng)或是 CO2氣體的長期監(jiān)測等應(yīng)用場合。可以通過微處理器采集 555 芯片的頻率，然后查表即可得出相對濕度值。 HS1101 的等效電容通過 R57 和 R58 充電達到上限電壓（近似于 VCC，時間記為 T1），這時 555 的引腳 3 由高電平變?yōu)榈碗娖?，然后通過 R58 開始放電 ，由于 R57 被 7 引腳內(nèi)部短路接地，所以只放電到觸發(fā)界線（近似于 VCC，時間記為 T2），這時 555 芯片的引腳 3 變?yōu)楦唠娖健?7 端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路實現(xiàn)對 HS1101 的放電回路，并將引腳 2， 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，構(gòu)成一個多諧波振蕩器，其中， R57 相對于 R58 必須非常的小，但決不能低于一個最小值。全互換性 在標準環(huán)境下不需校正 快速反應(yīng)時間 濕度傳感器 HS1101 特點： 基于獨特工藝設(shè)計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)。 目前，國內(nèi)市場上出現(xiàn)了不少國內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見。此外，濕度的標準也是一個難題。 圖 CD4013 電路圖 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 濕度傳感器的選擇及其電路設(shè)計 由于應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對濕度傳感器的技術(shù)要求也不盡相同。最大不可調(diào)誤差： ADC08091/2LSB ADC08091LSB 功耗為 15MW 下降沿啟動 A／ D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。 GND：地。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 START： A／ D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。下面說明各 引腳功能。 （ 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 （ 7）低功耗，約 15mW。 溫度測量電路圖： 5K20K1K25K5K10K50KI N 0A2L M 35 812VA1L F 35 315V測溫電路AD590 R 19溫度傳感器C A PC A PD3D I O D E S C H O T T K Y15v15V15VC 13R 17R 18R 19R 20R 21R 22R 23D 1015V5VC13C14 圖 溫度測量電路 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 簡介 單片機接受的是數(shù)字信號，而傳感器經(jīng)測量電路輸出的是模擬電壓信號，因此就需要把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的元件 A/D 轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計用了具有獨立調(diào)節(jié)功能的測溫電路。 ℃。輸出電阻為 710MW。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。 — 流過器件（ AD590）的電流，單位為 mA； 集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路 . 集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、價格總體上較低、體積小、使用方便等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。 熱電偶和熱敏電阻的測量精度都比較高，成本比較低，而且測量的范圍也比較廣，但是它容易收到測量場所及環(huán)境的限制，高溫和長期使用時由于環(huán)境的限制會使其性能下降，需要定期檢查與更換，給實際應(yīng)用帶來很大不便。熱敏電阻根據(jù)溫度系數(shù)分為兩類：正溫度系數(shù)熱敏電阻和負溫度系數(shù)熱敏電阻。熱點偶的工作原理：兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。中斷寄存器： AT89C51 有 6 個中斷源， 2 個中斷優(yōu)先級， IE 寄存器控制各中斷位， IP 寄存器中 6 個中斷源的每一個可定為 2 個優(yōu)先級。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 RST：復(fù)位輸入。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。 P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門 電路。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 GND：接地端 空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作?？删幊檀?UART 通道 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM 8k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶存儲單元，他們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。、 本設(shè)計選用了 AT89C51 單片機，它是一種低功耗，低價格，高性能 8 位微處理器。 單片機也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 單片機的選擇及其特性 單片機的概述 單片機又稱單片微控制器它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。通過鍵盤可以設(shè)定參數(shù)的上限值下限值，當當前參數(shù)超過設(shè)定值時，由單片機控制報警電路報警。 通過監(jiān)測 S（＋）、 S（－）兩個電極之間所產(chǎn)生的電勢值 EMF，就可以測量 CO2的濃度值。其原理圖下圖 ： 圖 系統(tǒng)原理圖 單片機 檢測系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 人機對話 CO2 濃度檢測 濕度檢測 溫度檢測 溫度執(zhí)行 濕度執(zhí)行 報警系統(tǒng) 鍵盤系統(tǒng) LED顯示 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 詳細設(shè)計 經(jīng)過仔細研究和分析，對系統(tǒng)的總體方案 進行了詳細設(shè)計，采用的芯片主要有： ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機， AD 公司生產(chǎn)的 AD590 集成溫度傳感器，電容式濕度傳感器 HS1101。 總 體方案設(shè)計 本方案以 AT89C51 單片機系統(tǒng)為核心來對溫度，濕度和二氧化碳濃度進行實時控制和檢測。 (3) 使用濕度傳感器對現(xiàn)場時讀數(shù)據(jù)采集，由單片機進行數(shù)據(jù)處理和控制，實現(xiàn)范圍為 1%— 99%RH 的濕度控制。采用單片機匯編語言編煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 寫。溫室控制軟件也越來越多，越來越方便與成熟，專家系統(tǒng)也不斷發(fā)展和完善，并成為當前溫室控制技術(shù)研究的重要方向。雖然國內(nèi)溫室規(guī)模有限，還沒有形成規(guī)模經(jīng)濟，另外構(gòu)建的費用也較高，但從長遠來看，溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化將是一種必然的趨勢。有的系統(tǒng)還可監(jiān)測葉面積指數(shù)、葉溫、蒸騰量和長勢等生物活體信息，對生物體的重量、大小、形態(tài) 等進行非接觸式和非破壞性監(jiān)測，從而對溫室溜溉、施肥、加熱、降溫、補光、保溫、遮陽、 CO2 濃度、加濕、除濕等作業(yè)進行綜合控制 .還有人根據(jù)產(chǎn)品市場價格變化的規(guī)律和作物生長規(guī)律，對作物的光合作用條件進行優(yōu)化控制，以期獲得最好的經(jīng)濟效益。一般以光照條件為始變因素，溫度、濕度和 CO2濃度為隨變因素，使這 4 個主要環(huán)境因素隨時處 于最佳配合狀態(tài)。這是對溫度、濕度、光照和 CO2濃度等進行單獨控制的方法，其中主要是控制溫度，其次是濕度，包括空氣濕度和土壤〔或基質(zhì)〕的濕度。各國溫室技術(shù)研究的核心是溫室復(fù)合環(huán)境優(yōu)化控制研究。因此，單因子控制是不能達到良好效果的。 溫室內(nèi) CO2 的控制就是掌握好濃度。在露天條件下，空氣中的 CO2濃度一般能滿足光合作用的需要，但在溫室環(huán)境中由于光合作用的不斷進行， CO2濃度隨之下降，如不及時補充，盡管光照條件好，水肥充足，作物仍然不能進行旺盛的光合作用，使營養(yǎng)物質(zhì)積累減少，難以實現(xiàn)早熟高產(chǎn)。當光照強度低于光補償點時