【正文】 PID 算法的基本原理圖如下圖 41 所示 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 27 比 例微 分積 分被 控 對(duì) 象e ( t )u ( t ) 圖 41 PID 算法基本原理圖 針對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，溫度、濕度和光照強(qiáng)度的采用如下圖 42 所示的原理圖 P I D 控 制 器 D / A 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 被 控 對(duì) 象A / D傳 感 器r ( k )u ( k )e ( k )u ( t ) 圖 42 PID 控制器原理圖 主程序流程圖 整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化編程，主要的功能子程序有：系統(tǒng)初始化， DHT11的初始化， Nokia5110 的初始化。只有在 PID 控制器的參數(shù)調(diào)整得較好時(shí)，系統(tǒng)方能產(chǎn)生良好的控制效果。 本設(shè)計(jì)對(duì)于溫度、濕度和光照強(qiáng)度的控制模塊的設(shè)計(jì)采用了 PID 算法來解決。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 25 圖 314 +5V 電源電路圖 采用變壓器及整流電路把電壓轉(zhuǎn)換為 15V，再選用穩(wěn)壓塊 7805，得到穩(wěn)定的 5V 電壓輸出。在圖 313 中，蜂鳴器與三極管 Q3 相連，三極管一端接電源，一端接 I/O 口 ，另一端直接與蜂鳴器相連。 表 31 諾基亞 5110 液晶顯示模塊的管腳 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 23 引腳序號(hào) 引腳名稱 功能 引腳序號(hào) 引腳名稱 功能 1 SDIN 串行數(shù)據(jù)線 5 RES 復(fù)位 2 SCLK 串行時(shí)鐘線 6 VCC 電源正 3 D/C 模式選擇 7 LIGHT 背光燈 4 SCE 芯片使能 8 GND 電源地 顯示電路原理圖 Nokia5110 與單片機(jī)有 8 個(gè)管腳相連，其中 1~5 為 I/O 管腳，為信號(hào)輸入端， 6 為電源輸入， 7 為背光輸入， 8 為 GND。 補(bǔ)光電路 圖 311 補(bǔ)光模塊設(shè)計(jì) 圖 311 為補(bǔ)光燈模塊，當(dāng)處理器對(duì)比光照強(qiáng)度后，如果光強(qiáng)低于設(shè)定值 ，則發(fā)出補(bǔ)光信號(hào)，使補(bǔ)光燈模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，補(bǔ)光燈模塊由三極管、繼電器和 補(bǔ)光燈串聯(lián) 組成 。 DHT11 與單片機(jī)的 接法 電路 P B . 6 1234 1 0 KD H 1 1 圖 39 濕度傳感器與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) DHT11 是數(shù)字傳感器，所以不需要進(jìn)行模數(shù)的轉(zhuǎn)換，具體接口如下 引腳 1： VDD 供電 3～ 引腳 2： DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 引腳 3： NC 空腳，請(qǐng)懸空 引腳 4： GND 接地，電源負(fù)極 注意：引腳 2 在接單片機(jī)時(shí)，同時(shí)要在數(shù)據(jù)線接一上拉電阻，接到電源上。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 圖 37 溫度補(bǔ)償電路設(shè) 計(jì) 在設(shè)計(jì)之初，加熱裝置打算使用電熱絲，但是由于一般農(nóng)作物隨溫度的要求沒有那么高，且電熱絲在加熱的同時(shí)會(huì)釋放很大的熱量，出于安全角度考慮，故使用節(jié)能燈來進(jìn)行代替。 DS18B20 與單片機(jī)的接法如示意 圖 36 所示 P B . 7V C CD QG N D1321 0 K 圖 36 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，如上圖 36 溫度傳感器的 GND 為接地端， DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出接， VCC 為外接供電電源輸入端。獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 17 線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞 ,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。本電路選用的電容為 22pF，晶振頻率為。 ATmega16L 雙列直插式封裝有 40個(gè)引腳，而貼片式封裝有 44 個(gè)引腳。端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能 . RESET：復(fù)位輸入引腳。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。繼電器就是通過低電壓小電流，控制高電壓大電流的設(shè)備。常用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。 HOS201 濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V 以下，頻率為 50 KHZ～ 1KHZ，測(cè)量濕度范圍為 0～ 100%RH，工作溫度范圍為 0～ 50℃，阻抗在 75%RH（ 25℃）時(shí)為 1MΩ。此設(shè)計(jì)方案需用 A/D 轉(zhuǎn)換電路，這樣一來，就增加了硬件成本，而 且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。而顯然 LCD1602 的顯示容量只有兩行，可以顯示八個(gè)漢字，這樣無法直接在一屏里面顯示溫度值和濕度值，需要分多次頁數(shù)來顯示，這樣不便于觀察溫濕度的變化，所以在本次設(shè)計(jì)中不采用 LCD1602 液晶顯示器。 32個(gè)通用工作寄存器同樣具有 89C51 的功能，且具有在線編程可 擦除技術(shù)。 硬件設(shè)備的選擇方案 本設(shè)計(jì)主要包括三大部分，如圖 21 所示，左邊為信號(hào)采集部分，主要由各模塊傳河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 8 感器及其 所在電路構(gòu)成，包括溫度采集、光線采集、濕度采集等三塊內(nèi)容，被稱為傳感器模塊。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 思路 本設(shè)計(jì)包括 硬件部分與軟件部分 兩個(gè)部分， 硬件部分包括 檢測(cè)子部分和控制子部分 。每個(gè)測(cè)溫模塊由溫度傳感器組成，在每個(gè)模塊里采集該傳感器所屬區(qū)域的實(shí)時(shí)溫度傳回主控單片機(jī)，經(jīng)由主控 模塊的單片機(jī)處理數(shù)據(jù)判斷是否符合所需溫度：符合則不動(dòng)作，繼續(xù)監(jiān)測(cè)；假若溫度過低則由主控單片機(jī)發(fā)出命令啟動(dòng)報(bào)警電路同時(shí)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)補(bǔ)溫模塊即電熱絲；如果經(jīng)判斷溫度過高則發(fā)出命令啟動(dòng)報(bào)警電路同時(shí)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)降溫設(shè)備即溫室棚棚頂和側(cè)壁上的電動(dòng)窗，同時(shí)啟動(dòng)側(cè)壁的風(fēng)扇以便于空氣流通加快降溫速度。 我國(guó)由于受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技水平、農(nóng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響，長(zhǎng)期以來缺乏設(shè)施農(nóng)業(yè)方面的基礎(chǔ)研究與戰(zhàn)略發(fā)展研究，在技術(shù)理論、生產(chǎn)發(fā)展與市場(chǎng)引導(dǎo)、宏觀政策等方面均存在很多的空白，因此溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也受到了一定的限制。溫室大棚主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一方面是溫室結(jié)構(gòu)工程，另一方面是溫室測(cè)控系統(tǒng)，而溫室測(cè)控系統(tǒng)又是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與溫室大棚環(huán)境控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成的，兩者相輔相成缺一不可。目前日本、荷蘭、以色列、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家可以根據(jù)溫室作物的 生長(zhǎng)要求和特點(diǎn)，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度、水分、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)控制。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ蠛幽侠砉ご髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 3 棚內(nèi)的溫濕度及光強(qiáng)進(jìn)行采集，利用傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度濕度及光強(qiáng)的變化，變換成數(shù)字量，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度濕 度和光強(qiáng)，同時(shí)通過與預(yù)設(shè)量比較，對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果超過我們預(yù)先設(shè)定的濕度限制，濕度報(bào)警模塊將進(jìn)行報(bào)警。有時(shí)也將轉(zhuǎn)換電路及輔助電路作為其組成部分。然而國(guó)外有一些自動(dòng)檢測(cè)控制儀器都是造價(jià)很昂貴的，對(duì)于普通農(nóng)民來說是很難接受的。但是現(xiàn)在不同了，由于溫室大棚技術(shù)的發(fā)展，在北方即使是寒冷的冬季，很多夏季蔬菜和南方的水果也漸漸的出現(xiàn)在了人們的餐桌上，再也不會(huì)只有白菜相伴了。溫室大棚技術(shù)就是其中一個(gè)好的方法。 alarm syste I 目錄 1 緒論 ............................................................................................................................1 課題研究的背景 .............................................................................................1 課題研究的意義 .............................................................................................2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、難點(diǎn)和趨勢(shì) .....................................................................3 國(guó)外研究現(xiàn)狀 ......................................................................................3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................................................................3 智能溫室大棚的發(fā)展趨勢(shì) ..................................................................4 溫室智能控制 發(fā)展存在的難點(diǎn) ..........................................................4 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................................................................................6 系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo) .............................................................................................6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 .................................................................................................7 硬件設(shè)備的選擇方案 .....................................................................................7 單片機(jī)的選擇 ......................................................................................8 顯示模塊的選擇 ..................................................................................8 溫度傳感器的選擇 ..............................................................................9 濕度傳感器的選擇 ............................................................................10 光敏電阻的選擇 ................................................................................ 11 繼電器的選擇 .................................................................................... 11 動(dòng)力電機(jī)的選擇 ................................................................................ 11 3 硬件電路設(shè)計(jì) ..........................................................................................................12 主控電路設(shè)計(jì) ...............................................................................................12 ATmega16 單片機(jī) .............................................................................12 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................14 單片機(jī)最小系統(tǒng) ................................................................................16 溫度檢測(cè)與控制 ...........................................................................................16 溫度測(cè)量傳感器 .......................................