【正文】 這 個脈動 干擾必 然會 通過接 地不 良電阻 和電 容耦合 到單片 機(jī)主 機(jī)回路中。 將 74LS273 的某輸 出置 1，則對應(yīng)的 輸出 端被置高。因為熱風(fēng)爐、風(fēng)扇和滴灌器設(shè)備的負(fù)載功率通常比較大，直接用單片機(jī)的 I/O 口輸出驅(qū)動是 不行的 ，必須 采用 驅(qū)動器 。濕 度傳感 器檢測 上來 的濕度 值， 去掉最 大值 和最小 值后取 平均 值，如果高 于濕度 設(shè)定上 限值 ，則開 啟風(fēng) 扇。由于定時器 的最大定時時間為 216，所以一次 性定時時間不能達(dá)到 1min，因此需要兩 個軟時鐘，設(shè)置 T0 的初值，使其定時時間為 100ms，每一次定時時間引起 中斷，軟時 鐘加 1，當(dāng)加到 600，也即 1min 定時時間到，此時軟時 鐘 1 清 0，以便下一 個循環(huán) 計數(shù)， 然后 調(diào)溫度 檢測 子程序 顯示 當(dāng)前溫 度值。 MAX485 是通過兩個引腳 RE 和 DE 來控制數(shù)據(jù)的 輸入和輸出的。接收 器輸入 端具 有自動 防止 故障的 特性 ，當(dāng)輸 入端開 路時 ，確保輸出為高電平。通常 ， RS一 485網(wǎng)絡(luò)采用平衡 雙絞線作為傳 輸介質(zhì) 。 當(dāng)系 統(tǒng)跑飛 用軟 件陷阱 等別 的方法 無法捕 捉回 程序時則看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間迫使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng) Vcc 降低到轉(zhuǎn)換點以下時，系統(tǒng)復(fù)位。 基于以上原 因，預(yù) 選用硬 件看 門狗， 硬件 看門狗 是真 正意義 上的程 序運 行監(jiān)視器。 圖 時鐘電路 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 19 報警電路 當(dāng)當(dāng)前 溫度、 濕度 、土 壤水分 值越 過設(shè)定 上下 限值時 報警 。上電復(fù)位的過程是在加電時，復(fù)位電路通過電容加給 RST 端一個 短暫的高電平信號，此高 電平信號隨著 VCC 對電容的充電 過程而逐漸回落， 即 RST 端的高電平持 續(xù)時間取決于電容的充電時間。在軟件設(shè) 計時，就需要對各個環(huán)境的上下限值分配存儲單元。當(dāng)手動控制時，自動 功能完全不工 作，所 以就需 將其 有效地 、無 誤地進(jìn) 行切 換。 HD7279 的鍵盤則 屬于編碼鍵盤。 顯示電路 本設(shè)計 數(shù)碼顯 示管 用來 顯示實 際環(huán) 境溫度 、濕 度、土 壤水 分值， 平時 8 個 LED 顯示器默認(rèn)顯示 4 個溫度傳感器采樣上來的實際溫度。 HD7279 內(nèi)部含有譯碼器 ，可直接接收 16 進(jìn)制碼 ， HD7279 還同 時具有2 種譯碼方式， HD7279 還具有多種控制 指令，如消隱、閃爍、左 移、右移、段尋址等。 測量數(shù)據(jù)讀取前，單片機(jī)先重新啟動 SCK，接著 2字節(jié)的測量數(shù)據(jù) 和 1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 15 字節(jié)的 CRC校驗將由 SHT11傳送給單片 機(jī)。測土 壤濕 度的原 理和 測空氣 濕度相 同， 這里就畫出 4個傳感器的連線圖，如圖 。 ? SHT11 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及其測量原理 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 圖 SHT11 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 13 該傳感 器的測 量原 理是 ，首先 利用 兩只傳 感器 分別產(chǎn) 生相 對濕度 或溫度的信號，然后經(jīng)過放大，分別送至 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換 、校準(zhǔn)和糾錯，最后通過二線串行接口將相對濕度或溫度的數(shù)據(jù)送至單片機(jī)。 ? SHT11 外部引腳說明 它的外部引腳圖如圖 所示 圖 SHT11 引腳圖 引 腳說明： （ 1） 電源引腳。 濕度檢測電路的設(shè)計 本次設(shè) 計中的 濕度 檢測 電路主 要是 對空氣 中的 濕度進(jìn) 行測 量以及 對土壤濕度進(jìn)行測量。 本設(shè) 計中 使用 了 4個溫度傳感器 DS18B20， 來自其內(nèi)部溫 度傳感器的信息通過一線 接口被送到 89C51 的 口實現(xiàn)溫度采樣。 斜 率 累 加 器預(yù) 置預(yù) 置低 溫 度 系數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系數(shù) 振 蕩 器溫 度 寄 存 器= 0計 數(shù) 器計 數(shù) 器= 0比較 圖 DS18B20 的測溫原理 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 10 圖中低溫度系數(shù)晶振用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1，高溫度系數(shù)的晶振所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖 輸入。根據(jù)蔬菜大棚內(nèi)的實際情況 ，其溫度 一般為白天 2535℃，夜間在 715℃ ，而溫度傳感器 DS18 B20 的測量范圍： 55℃～ +125℃，能夠滿足系統(tǒng)要求，查閱資料最終選定 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器。在使用外部振蕩 源時，此端用于輸入外部振蕩信號。 P1：準(zhǔn)雙向 I/O 口。在振蕩器工作時，該引腳 2 個機(jī)器 周期的高電平可實現(xiàn)復(fù)位操作。它們的功能簡述如下： 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 7 P 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7R S T / VP D( R X D ) P 3 .0( T X D ) P 3 .1( I N T0) P 3 .2( W R ) P 3 .6( I N T1) P 3 .3( T 0 ) P 3 .4( T 1 ) P 3 .5( R D ) P 3 .7X T A L 2X T A L 1G N DV c cP 0 .0 ( A D0)E A / VP PA L E / P R O GP S E NP 0 .1 ( A D1)P 0 .2 ( A D2)P 0 .3 ( A D3)P 0 .4 ( A D4)P 0 .5 ( A D5)P 0 .6 ( A D6)P 0 .7 ( A D7)P 2 .7 ( A1 5)P 2 .6 ( A1 4)P 2 .5 ( A1 3)P 2 .4 ( A1 2)P 2 .3 ( A1 1)P 2 .2 ( A1 0)P 2 .1 ( A9)P 2 .0 ( A8)A T 8 9 C 5 1 圖 AT89C51 的引腳圖 1) 電源線 VCC：芯片的主電源，接 +5V 電壓。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 6 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本章主 要介紹 了各 個器 件的選 擇以 及器件 確定 后組成 的電 路設(shè)計 ，它們包括 AT89C51 單片機(jī)以及各個功能模塊的設(shè)計，這些功能模塊又包括 溫度 檢測電 路、濕 度檢 測電路 、控 制電路 、顯 示電路 、鍵盤 電路 、通信模塊、復(fù)位電路、振蕩電路、看門狗電路、報警電路。鍵盤用于 設(shè)定溫度 、濕度 、土壤 水分 的上下 限范 圍、手 自動 控制以 及顯示 要求 。 其余部分均 采用模 擬電路 實現(xiàn) 功能， 當(dāng)檢 測到的 值超 過設(shè)定 的標(biāo)準(zhǔn) 值時 ，電路中通過比較會自動進(jìn)行工作。 蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)的功能 系統(tǒng)能對大棚環(huán)境溫度 、濕度、土壤水 分進(jìn)行采集和顯示（現(xiàn)場觀溫，軟件記錄）。 一般 地，若溫室 內(nèi)不是 極端干 燥或 濕潤， 葉片 氣孔能 自由 開閉從 而調(diào)節(jié) 蒸騰 量，使得作 物的生 育不受 濕度 的影響 。在 今后一 段時 期，隨 著科學(xué) 技術(shù) 的發(fā)展、全 球經(jīng)濟(jì) 的一體 化和 社會的 進(jìn)步 ， 現(xiàn)代 溫室 和現(xiàn)代 設(shè)施園 藝業(yè) ，將以節(jié)能 、環(huán)保 和改善 工作 條件為 核心 ，深入 廣泛 采用高 新技術(shù) ，向 實質(zhì)意義上的“工業(yè)化”方向穩(wěn)步持續(xù)快速地發(fā)展，前景十分廣闊。 近代溫 室的 發(fā)展經(jīng) 歷了 改 良型 日光溫 室、 大型玻璃溫 室和現(xiàn) 代化溫 室三 個階段 ，但 由于各 地區(qū) 生產(chǎn)狀 況、經(jīng) 濟(jì)條 件和利用目的的差異，至今各階段不同類型的溫室依然并存。 因此 利用 單片機(jī) 作為 蔬菜大 棚控 制器， 能夠滿 足控 制要求，且經(jīng)濟(jì)實惠，易于推廣應(yīng)用。而蔬菜大棚自然也離不開現(xiàn)代化的 科學(xué)技術(shù)。為了防止程序 跑飛，以及電源故障監(jiān)控，本設(shè)計還采用了 X25045 芯片設(shè)計看門狗電路。同時也設(shè)計了上位機(jī)與單片機(jī)的通信，采用 RS48 5 標(biāo) 準(zhǔn)。通過國內(nèi)外大量的科學(xué)實驗和生產(chǎn)的實踐證明，環(huán)境的控制對蔬菜生產(chǎn)起到非常重要的作用。 蔬菜大棚控制器主要是以單片機(jī)為核心，對環(huán)境溫度、濕度和土壤水分等進(jìn)行測量和控制。 我國在 “九五 ”、 “十五 ”期間，在科技 部領(lǐng)導(dǎo)和組織 下，實施了 “工廠化高效農(nóng)業(yè)研究與示范 ”項目，利用引進(jìn) 的現(xiàn)代化溫室設(shè)備及配套 技術(shù)，通過消 化吸收 與技術(shù) 創(chuàng)新 ，進(jìn)行 了品 種選育 、設(shè) 施栽培 、配套 設(shè)備 及溫室中溫度、濕度和 CO2 等環(huán)境因素綜合 調(diào)控技術(shù)的研究與攻關(guān)， 一大批科技成 果相繼 誕生， 有效 地推動 著我 國設(shè)施 農(nóng)業(yè) 的發(fā)展 。 蔬菜大棚內(nèi)環(huán)境因子對植物的影響 溫度和空氣濕度對植物的影響 溫室內(nèi) 的溫度 和濕 度是 最重要 的兩 個環(huán)境 因子 。但 在持續(xù) 干燥 的條件 下，葉 片氣 孔關(guān)閉，影響光合作用，會抑制生育。 能通過上位機(jī)端遠(yuǎn)程設(shè)定蔬菜的生長期適宜溫度、土壤水分值。它的系統(tǒng)框圖如圖 所示。顯示則直接采用 LED，簡單可 靠。 單片機(jī) 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計 的單片 機(jī)為 下位 機(jī)的主 要部 分，它 主要 來處理 溫 度 、濕度 、土壤水分信號 ，處理上位機(jī)發(fā)送的信息，使 LED 實時顯示實際數(shù) 據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)等功能。 VSS：電源地線。在掉電情況下（ VCC 降到操作允許限度以下），VPD 將為芯片內(nèi)的 RAM 提供備用電源。 P2：準(zhǔn)雙向 I/O 口。 XTAL2 也是內(nèi)部時鐘的發(fā)生器的輸入端。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 9 溫度傳感器 DS18B20 的介 紹 ? 溫度傳感器 DS18B20 主要技術(shù)指標(biāo)有 ：①測量范圍： 55℃～ +125℃，②測量精度： ℃，③反應(yīng)時間≤ 500ms。計數(shù)器 1 和溫度寄存器分別被預(yù)置每 度計數(shù)值和在 55℃時所對應(yīng)的一個基數(shù)值。每一個 DS18B20 有唯一的 序列號，因此多個 DS18B20 可以掛接在同一條單線總線上。溫室內(nèi)要實現(xiàn)溫濕度的精確控制必須進(jìn)行多點測量，所以在 設(shè)計時 分別采 用 4片 濕度 傳感器 測量 空氣相 對濕度 ，用 4片濕 度傳感器測 量土壤 相對濕 度。 SHT11 的供電電壓為 ～ 。 濕度傳感器 SHT11 的 硬件 接線圖 SHT11通過 兩線 串行 接口 電路 與單片 機(jī)連 接， 其中 ， DATA在 SCK時鐘下 降 沿 之 后 改 變狀 態(tài) ,并僅 在 SCK時 鐘上 升 沿 后 有效 ,所 以單 片 機(jī) 可 以 在SCK高電平時讀取數(shù)據(jù) ,而當(dāng) 其 向 SHT11發(fā) 送 數(shù) 據(jù)時 則 必 須 保 證 DATA線上的電平 狀態(tài)在 SCK高 電平段 穩(wěn)定； 為了 避免信 號沖 突 ,單 片機(jī)僅 在低 電平驅(qū)動 DATA，在需 要輸 出高電 平的 時候 ,單片機(jī) 將引 腳置為 高阻態(tài) ,由 外部的上拉電阻 (例如 : ) 將信號 拉 至高電平，從而實現(xiàn)高電 平輸出。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 14 圖 4個濕度傳感器 SHT11與單片機(jī)的連接電路圖 SHT11的工作時序為： SHT11測量 過程 包括 4個 部分 :啟 動傳 輸、 發(fā)送測 量命 令、等 待測 量完成和讀 取測量 數(shù)據(jù)。 2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)是從高字節(jié)的高位開始傳送，并以 CRC校 驗字節(jié)的確認(rèn)為表示通信 結(jié)束。 HD7279 的引腳圖如圖 所示。只有當(dāng)用戶按鍵選擇顯示當(dāng)前 4 個方位的濕 度值或土壤水分值時才顯 示濕度值或土壤水分值。按照鍵盤與 CPU 的連接方 式可以 分為獨 立鍵 盤和矩 陣式 鍵盤。本 設(shè)計采 用的 方法是用一個計數(shù)存儲單元，若地址單元內(nèi)的值為偶數(shù)，則讓自動功能工作，若為奇數(shù)，則讓手動功能工作。 10H～ 12H 主要是實 現(xiàn)手動控制， 10H 表示手動打開熱風(fēng)爐， 11H 表示手動打開風(fēng)扇， 12H 表 示手動打開滴灌器。為了保證系統(tǒng)能夠可靠的復(fù)位， RST 端的 高電平信號必須維持足夠長的時間。報警 電路如圖 所示。常用的 WDT 芯片有 MAX81 X2504 IMP813 等， X25045 是美國Xicor 公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8 腳集成 電路，它將 EEPROM、看門狗定 時器、電壓監(jiān)