【正文】 的邊際成本很??；而基于 PLC 的控制系統(tǒng)受制于 PLC 的高昂價格，價格難以降低。但是本系統(tǒng)是用于溫室大棚，并沒有其他大型工業(yè)設(shè)備的干擾。 采用 STC89C52RC 單片機作為主控制器，可以用 C 語言進行編程，由于它支持 ISP在線編程，因此可以通過 RS232 串口將程序燒錄到單片機中， 很方便。 第 4 頁 方案比較 方案一 采用 PLC 作為主控制器。這種損失不僅包括經(jīng)濟上和信譽上的 損失，而且可能會對人身安全產(chǎn)生威脅。為了能夠滿足農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)的需要，此次設(shè)計要達(dá)到一下指標(biāo)： （ 1）工作環(huán)境：溫室大棚； （ 2）溫度測量誤差：177。單片機因為它具有功能強、高可靠性、體積小、造價便宜和開發(fā)周期短這些優(yōu)勢，廣泛用于自動化測量和控制現(xiàn)場設(shè)備，特別是在日常生活中發(fā)揮的日益重要的作用。這些操作都是人工的，耗費了大量的人力以及物力。溫濕度的較大變化對農(nóng)作物的生長十分不利，研究結(jié)果表明，由于植物體內(nèi)水分不足導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，首先妨礙了 CO2 的交換，而使飽和作用顯著下降，特別是在缺水狀況加劇時，給細(xì)胞原生質(zhì)的生化作用帶來影響，光合作用顯著下降。 要想實現(xiàn)溫室大棚高效增產(chǎn)的作用，對溫濕度的準(zhǔn)確控制是極其重要的。溫室農(nóng)業(yè)可以改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)勞動力冬閑夏忙的安排，以小面積獲得高產(chǎn)，減輕大面積的土地壓力。此外，還可以通過獨立式鍵盤對設(shè)定的溫濕度進行修改。基于 STC89C52RC 單片機的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng) 基于 STC89C52RC 單片機的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng) 大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 ：本設(shè)計是基于 STC89C52RC 單片機的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)，采用 SHT10作為溫濕度傳感器， LCD1602 液晶屏進行顯示。這個控制系統(tǒng)能夠測量溫室大棚中的溫度和濕度，將其顯示在液晶屏 LCD1602 上，同時將其與設(shè)定值進行 對比，如果超出上下限，將進行報警并啟動溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的蔬菜、花卉、瓜果，不僅可改變這些產(chǎn)品按自然季節(jié)供應(yīng)的模式，延長其供應(yīng)期，而且可在不同地方進行種植，達(dá)到所謂“地不分東西南北，食不分春夏秋冬”。若能降低成本、采用經(jīng)久耐用的低成本采光材料，發(fā)展前景將更為廣闊，即使在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村、場所，也可以修建單個的溫室和塑料大棚，進行環(huán)境控制下的蔬菜和瓜果的生產(chǎn)，改變這些地區(qū)的生活條件。室內(nèi)濕氣遇冷后凝結(jié)成水滴附著在薄膜或玻璃的內(nèi)表面上，待到加溫或日出后，室內(nèi)溫度上升，濕度逐漸下降，附著在屋頂上的水滴隨之消失。 傳統(tǒng)的溫濕度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫、濕度計，通過讀取溫、濕度值進而了解實際的溫度和濕度，然后根據(jù)現(xiàn)檢測的溫濕度與額定值進行比較，看溫濕度是否超過限定值，然后進行相應(yīng)的通風(fēng)或者相應(yīng)的灑水。 在本設(shè)計中，采用單片機來控制溫濕度，不僅具有廉價、配置簡單和靈活的優(yōu)勢， 第 2 頁 而且可以大大提高所測溫濕度的技術(shù)指標(biāo)，從而可以提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。另外，還要能夠通過按鍵修改設(shè)定的上下限。如果系統(tǒng)的可靠性不能達(dá)標(biāo)，那么系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能就會增大，造成很大的損失。性價比高的產(chǎn)品更容易被消費者接收，但是設(shè)計過程中不能盲目地追求性價比，它應(yīng)該建立在對產(chǎn)品性能要求的基礎(chǔ)上，首先要滿足性能要求，然后再設(shè)法降低產(chǎn)品成本 。 圖 用 PLC 作為主控制器的控制系統(tǒng) 方案二 使用單片機進行控制。 PLC 在工業(yè)控制領(lǐng)域用得比較多，編程簡單，而且抗干擾能力強。一個單片機只要幾塊錢，而一個很一般的 PLC 一般也要幾百上千元。 溫濕度傳感器 單片機 加熱器 制冷器 加濕器 除濕器 鍵盤輸入 蜂鳴器報警 繼電器 液晶顯示 溫 室 大 棚 第 6 頁 3 單元模塊設(shè)計 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計 單片機最小系統(tǒng) 圖 單片機最小系 統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)包括單片機、電源電路、時鐘電路和復(fù)位電路。 第 7 頁 電源電路后面的模塊中會單獨提到，用 5V 的直流電源。 本設(shè)計中的復(fù)位電路就是上電 +手動復(fù)位電路，復(fù)位時要讓 STC89C52RC 的 RST引腳得到 2 個機器周期以上的高電平。過了一定時間， RST 引腳兩端的電壓下降到不再是高電平，只要這個充電的時間大于單片機兩個機器周期，就能使單片機復(fù)位。LCD1602 共有三個存儲器，它們是 CGROM、 CGRAM 和 DDRAM。 SHT1X 系列共有三個型號：SHT SHT1 SHT15，他們 都是 SMD 貼片封裝的，他們依次性能越來越好，其中SHT10 屬于經(jīng)濟型的溫濕度傳感器。 SHT10 與單片機的接口電路如下所示： 圖 SHT10 與單片機的接口電路 SHT10 采 用類似于 I2C 的兩線制串行總線，一根是時鐘線，一根是數(shù)據(jù)線。 第 10 頁 蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無 源蜂鳴器。如上圖所示，單片機的 I/O 口中的 接 PNP 型三極管的基極，當(dāng) 為低電平時，三極管導(dǎo)通， 5V 的電壓加載到蜂鳴器兩端，于是蜂鳴器鳴叫；當(dāng) 高 電平時，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。 原理如圖 所示： 第 11 頁 圖 控制電路 輸出電路有四組，每一組由一個光耦、一個三極管、一個繼電器組成。輸出系統(tǒng)中的繼電器最多同時有兩個工作，控制溫度的一個，控制濕度的一個。三極管選用直流放大系數(shù)為 100 的 9013，根據(jù) Ic=β Ib，可計算得三極管基極電流 Ib=1mA，而 Vbe=，又由于光耦中的光電三極管的集電極、發(fā)射極飽和壓降 Vces= ，所以基極的限流電阻上的壓降為（ 5VcesVbe)=4V， 4V/=4KΩ，由于沒有標(biāo)稱值為 4KΩ 的電阻，所以選擇 的。于是，光耦輸入端陽極上的限流電阻為 R=()/=430Ω，這里選擇標(biāo)稱值為470Ω 的電阻。 要得到 5V 的直流電源，要經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)。 C8 和 C2 都用來濾波，但是作用是不一樣的。在頻率較低時，電感 L=jwl 較小，可以忽略不計，但是當(dāng)頻率很高時，感抗就很大，相當(dāng)于斷路，所以此時這個 470uF 的大電容不能濾掉高頻信號，必須單獨加一個小電容。三端集成穩(wěn)壓器后面又接了一大一小兩個電容，再次進行濾波，使電壓更穩(wěn)定。本控制系統(tǒng)中只需要用到 5 個按鍵，數(shù)目較少，并且可用的 I/O 口充足，故采用獨立式鍵盤，一個按鍵對應(yīng)一個單片機的 I/O 口管腳。未按鍵時，上拉電阻保證了單片機的 I/O 口是確定的高電平；當(dāng)某個鍵按下時， I/O 口變?yōu)榈碗娖?。在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用 。適用于終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的接口，對于雙向通信，只需要使用串行輸入 RXD（引腳 2），串行輸出 TXD（引腳 3）和地線 GND（引腳 5）。 R1IN 和 R2IN 表示輸入 RS232 電平，因此與電腦的串口相連； T1IN 和 T2IN 表示輸入 TTL 電平，因此與單片機相連?？梢苑謩e接單片機的串行通信口 。 （ 2） 通用 I/O 口（ 32 個） ： P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻 ，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門 。在對程序存儲器（ ROM）或 16 位的外部數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口會送出一個高 8 位地址數(shù)據(jù)。作輸入端口時，被外部元器件拉低電平的 P3 口將通過上拉電阻提供電流。在震蕩期穩(wěn)定有效運行情況下， RST 端維持兩個機器周期的高電平，便可復(fù)位器件。 VCC：電源電壓。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，外部接石英晶體和微調(diào)電容。傳感器采用 瑞士 Sensirion 公司持有 專利的CMOSens174。這類智能傳感器廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備等領(lǐng)域。 %RH； (4)濕度值分辨率為 14 位，溫度值輸出分辨率為 12 位，并可以變成 12 位和 8 位； (5)將溫濕度傳感器、信號放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換、 I178。A； (10)可給出全校準(zhǔn)相對濕度計溫度值輸出； (11)具有漏點值計算輸出功能； 電源引腳（ VDD）， SHT10 的供電電壓為 ~，這里選擇 5V；在電源引腳（ VDD，GND）之間須加一個 100nF 的電容，用于去耦濾波。為了避免發(fā)生 信號沖突，微控制器僅僅把數(shù)據(jù)線拉低，在需輸出高電平時，微控制器會將引腳置成高阻態(tài)，由外部上拉電阻把信號拉為高電平，這里選擇 10KΩ。 SHT10 會用下述來方式表示已經(jīng)正確接受到了指令：在第 8 個 SCK 的時鐘下降沿后，將 DATA 下拉 至低電平（ ACK 位）；在第 9 個 SCK 的時鐘下降沿后，釋放 DATA（恢復(fù)為高電平）。 15%的變化。 uC 需要用下拉 DATA 為低電平，來確認(rèn)每個字節(jié)。 軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)由一個主程序調(diào)用多個子程序，它們包括SHT10 溫濕度采集子程序、 LCD1602 液晶顯示子程序、輸出控制子程序、鍵盤掃描子程序，如下圖所示： 圖 程序總體結(jié)構(gòu) 主程序主要就是調(diào)用各個子程序的 C 語言文件中定義的函數(shù)，實現(xiàn) SHTLCD1602 初始化等操作，然后測量溫濕度，調(diào)用函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，最后進行顯示并輸出控制信號。其他 C 文件要使用該變量時，要先使用 extern 將全局變量的作用域擴展到本 C 語言文件。寫時序用來發(fā)送控制字，即發(fā)送命令，測量結(jié)束后，發(fā)出讀時序讀回測量數(shù)據(jù)。 S0、 S S S S4 分別對應(yīng)單片機的 引腳。 第 31 頁 軟件設(shè)計所用工具 Keil uVision4 本次設(shè)計采用 Keil uVision4 來編寫 C 語言程序，通過它的編譯器進行編譯、連接，最后將生成的機器碼下載到單片機上。 此外 ， Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常高， 這一點從生成的匯編語言就可以看出，大 多生成的匯編 語句很緊湊，容易理解。 Proteus 在國內(nèi) 已受到 眾多 單片機 開發(fā)者的喜愛 。 第 32 頁 5 系統(tǒng)調(diào)試 用 Proteus 搭建仿真總圖 打開 Proteus ISIS，在 Proteus ISIS 編輯窗口中單擊元件列表之上的“ P”按鈕 ，添加元件及