【正文】 入口，一般要外接電阻上拉；芯片不能定義成內(nèi)部復(fù)位方式，只能用外部微 分電路復(fù)位；芯片內(nèi)部沒有 RC 振蕩，如要芯片正常工作，需要外加振蕩源；但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備 ISP 在線編程技術(shù) , 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞，且功耗比較高，抗干擾能力也不是很強(qiáng)。由若干個(gè) 57 者 511 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 9 一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。 智能溫度傳感器 /控制器屬于智能化集成溫度傳感器和控制器 。使其成為我們?cè)谶x擇溫濕度傳感器時(shí)的首選。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝，連接方便，傳感器比較簡(jiǎn)單，四條引角中有兩條是電源引腳，有兩條是輸出數(shù)據(jù)的引腳，只需要給他供上額定電壓，然后在輸出引腳采集信號(hào)就可以了，因此選擇了 DHT11 濕度傳感器作為此設(shè)計(jì)傳感器的首選。 光敏電阻實(shí)物圖如圖 25 所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 12 3 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件是整個(gè)系統(tǒng)的工作平臺(tái)，各種應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)和軟件的運(yùn)行都是以硬件為基礎(chǔ)的，所以硬件設(shè)計(jì)的合理與否從根本上決定了整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量。 其端口介紹 如下： VCC：電源正 GND：電源地 端口 A(PA7~PA0)： 做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。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。不使用 ADC 時(shí)，該引腳應(yīng)直接與 VCC 連接。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz 之間選取。 本系統(tǒng)采用的是上電復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。注意只要外部電源處于工作狀態(tài)， GND 引腳不可懸空。當(dāng)溫度達(dá)到要求值后，則指示燈會(huì)自動(dòng)熄滅，同時(shí)繼電器會(huì)斷開，加熱燈停止工作。通風(fēng)散熱模塊主要由一個(gè)三極管和一個(gè)小風(fēng)扇組成，基極與單片機(jī) 相連，為控制端，集電極為供電端，與電源相連，發(fā)射極與小風(fēng)扇一端相連，控制電流通過此斷進(jìn)入小風(fēng)扇，小風(fēng)扇另一端接地，形成一個(gè)通路。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。 光敏電阻的應(yīng)用光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及 r 值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)，路燈，草坪燈，驗(yàn)鈔機(jī)，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動(dòng)開關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸?，燈具等光自?dòng)開關(guān)控 制領(lǐng)域。并且 Nokia5110 的控制器／驅(qū)動(dòng)器芯片已綁定到 LCD 晶片上，模塊的體積很小。 下圖是本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 24 Q3BUZZERGND 圖 313 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警電路。該電源應(yīng)該具有較為穩(wěn)定和干擾少的電壓，為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供有力的保障。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 26 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化，子程序化設(shè)計(jì)思路，即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小程序模塊組成，它們之間通過軟件接口連接。 PID 的參數(shù)設(shè)置及整定是設(shè)計(jì)PID 控制器的關(guān)鍵，它嚴(yán)重影響了控制系統(tǒng)的魯棒性及品質(zhì)。 PID 控制器是基于偏差的比例、積分及微分的控制器，是經(jīng)典控制領(lǐng)域的優(yōu)秀成果。最后一個(gè)為光控模塊，考慮到光強(qiáng)對(duì)作物的影響，以及現(xiàn)實(shí) 情況，當(dāng)測(cè)得的光強(qiáng)低于設(shè)定值時(shí)報(bào)警并且補(bǔ)光，如果在設(shè)定值之上（包括設(shè)定值），則不動(dòng)作，因?yàn)槿祟惸芙邮艿墓庹?，作?的接受能力比人類要強(qiáng)，所以可以不對(duì)光強(qiáng)上限進(jìn)行設(shè)定即可滿足需求；若是諸如韭黃一類的作物可以啟用減弱光強(qiáng)電路， 這就是光控模塊 。因?yàn)?PID 控制的優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用的廣泛性，研究者對(duì)PID 控制設(shè)計(jì)了多種改進(jìn)方法。在過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進(jìn)行控制的 PID 控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。另外，當(dāng)穩(wěn)壓塊電壓輸入端距離電源太近時(shí)也可通過在輸入端與地之間接一抗干擾電容。 電源電路 電源是電力電子系統(tǒng)的動(dòng)力源，其性能直接決定了系統(tǒng)的工作表現(xiàn)。 12345678P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5P C 6P C 7N O K I A 5 1 1 0 圖 312 顯示電路原理圖設(shè)計(jì) 報(bào)警電路 在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。具有多種功能：光標(biāo)顯示，畫面移位，睡眠模式等。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。 DHT11 的供電電壓為 3～ 。每個(gè) DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。降溫模塊的電路如圖 38 所示 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 19 圖 38 散熱模塊電路設(shè)計(jì) 當(dāng)傳感器把檢測(cè)到的信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)處理后，與設(shè)定溫度范圍進(jìn)行對(duì)比，如果低于設(shè)定溫度，則通過圖 溫度補(bǔ)償模塊進(jìn)行溫度補(bǔ)償，如果高于設(shè)定溫度范圍，則通過通風(fēng)散熱模塊進(jìn)行散熱處理，如圖 。根據(jù)每個(gè)溫度傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)在單片機(jī)中，然后單片機(jī)執(zhí)行循環(huán)掃描數(shù)據(jù)功能，以判斷溫度是否符合作生長的需求。一種是將 DS18B20 的 VCC 接外部電源， GND 接地，其 DQ 與單片機(jī)的 I/O 線相連，如圖 所示；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) DS18B20 的 VCC、 GND 接地，其 DQ 接單片機(jī) I/O，如圖 所示。第 4 引腳為復(fù)位輸入端 ,接上電容 ,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路， 2 1 39 引腳為接地端 , 1 3 2 29 引腳為電源端 。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序。接好這 3 種電路的單片機(jī)系統(tǒng)，就稱為單片機(jī)最小系統(tǒng)。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。如果 JTAG 接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。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。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。在線圈兩端加上一定的電壓，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，接通高壓電路。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子 —空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。 方案二：采用數(shù)字式濕度傳感器 DHT11,該傳感器為數(shù)字式傳感器，采集濕度的精度是 14 位，端口較少，只需要單片機(jī)的一個(gè)端口即可驅(qū)動(dòng)，每個(gè) DHT11 傳感器都在即為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)，除此之外，單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。 DS18B20 可以直接讀出被測(cè)溫度值。 Nokia5110 工作電壓 ，正常顯示時(shí)工作電流 200uA 以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。 方案一：采用 LCD1602 液晶顯示器，該顯示器是工業(yè)字符型液晶顯示器，能夠顯示 32 個(gè)字符。這三部分組成的一個(gè)系統(tǒng)就是本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，通過這個(gè)設(shè)計(jì)，使所要控制的量，如溫度、濕度、光強(qiáng)都在一個(gè)設(shè)定的范圍內(nèi)，能夠滿足我們的要求。 設(shè) 定 初 值溫 度 檢 測(cè)濕 度 采 樣光 強(qiáng) 采 樣顯 示 電 路溫 度 控 制 電 路濕 度 控 制 電 路光 強(qiáng) 控 制 電 路單片機(jī) 圖 21 系統(tǒng)總框圖 本設(shè)計(jì)硬件組成部分中， 檢測(cè) 子 部分主要由溫度傳感器、濕度傳感器和光敏電阻 ；控制 子 部分主要 包括 動(dòng)作電路、報(bào)警電路、顯示電路和按鍵。 每個(gè)濕度監(jiān)測(cè)模塊由濕度傳感器構(gòu)成，用以監(jiān)測(cè)器所屬區(qū)域的實(shí)時(shí) 濕度。 目 前我國問世的環(huán)境控制水平總體上仍然較低，不能完全滿足作物栽培的要求。利用上位機(jī)強(qiáng)大的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度快的 優(yōu)點(diǎn)，盡量使硬件功能軟件化，增加上位機(jī)管理軟件的功能；進(jìn)行溫室多環(huán)境因子的聯(lián)合檢測(cè)與控制的研究工作，提出一種適合我國本土的溫室大棚的多環(huán)境因子智能控制模型，逐步向著自動(dòng)測(cè)試、智能化控制等方面發(fā)展?，F(xiàn)今我國溫室的類型主要包括以玻璃為通明覆蓋材料的玻璃溫室、利用太陽能為能源的日光溫室、活動(dòng)屋面溫室以及塑料溫室等。這種溫濕度測(cè)控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以便促進(jìn)農(nóng)作物的生長，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 課題研究的意義 隨著單片機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，溫室大棚環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性價(jià)比，逐步取代傳統(tǒng)的溫濕度控制措施。 在日光溫室中，由于溫度過高、過 低，環(huán)境濕度過大光照強(qiáng)度過大、過小等都會(huì)影響農(nóng)作物正常生長，若能有一測(cè)控系統(tǒng)能夠有效地將溫度控制在作物所需溫度范圍之內(nèi)，也可以很好的改善大棚濕度，同時(shí)光強(qiáng)也保證在一定的范圍之內(nèi)，為農(nóng)作物的生長提供一個(gè)良好的環(huán)境，并可以針對(duì)我國南方、北方的溫度、濕度差異進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將會(huì)對(duì)溫室大棚技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣，以及對(duì)增加廣大農(nóng)民的收入貢獻(xiàn)不可替代的力量。因此必須對(duì)不同環(huán)境環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，使植物能在這些不同的環(huán)境下正常地生長，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。加之溫室大棚能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，所以溫室大棚技術(shù)越來越普及，并且已成為農(nóng)民增收的主要手段。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫濕度有著密切的聯(lián)系。采用 DS18B DHT11 和 光敏電阻進(jìn)行信息采集，將其采集到的數(shù)字信號(hào)傳入 ATmega16 單片機(jī)，并在 Nokia5110 屏上顯示其實(shí)時(shí)值。本設(shè)計(jì)，由 ATmega16 單片機(jī)作為控制的核心器件的單片機(jī)模塊，外加溫度采集模塊、濕度采集模塊、光照采集模塊、加熱模塊、降溫模塊、補(bǔ)光模塊、報(bào)警模塊以及顯示模塊組成。無論身在哪里，從事何種工作，溫度已經(jīng)成為了我們不可避免的與之打交道的的朋友。而且，溫室大棚能減小農(nóng)作物生長對(duì)其所處環(huán)境的依賴性，能讓大多數(shù)農(nóng)作物在不適合自身生長的季節(jié)產(chǎn)出， 使農(nóng)作物對(duì)季節(jié)和氣候條件的依賴性大大降低，部分甚至完全擺脫了農(nóng)作物對(duì)自然條件的依賴。在不同的環(huán)境中，晝夜的溫度和濕度變化是不同的，這其對(duì)植物生長是極為不利的。因此，作為日光溫室的一個(gè)重要組成部分 —溫度濕度光強(qiáng)的測(cè)控裝置的研制非常需要。鑒于本系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的依賴性，對(duì)傳感器的選擇和應(yīng)用成為非常重要的環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測(cè)量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高，可維護(hù)性好。我國近代溫室經(jīng)歷了發(fā)展改良日光溫室、大型玻璃室和現(xiàn)代化溫室三階段，并且各階段溫室仍然并存，其中有一半為一面坡節(jié)能型日光溫室，用于蔬菜、花卉的反季節(jié)生產(chǎn)。 近年來我國溫室大棚智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要是針對(duì)我國的國情和日光溫室大棚的改造：應(yīng)用模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論，開發(fā)智能型的溫室大棚專家系統(tǒng)。使我國溫室企業(yè)在與國外溫室企業(yè)的競(jìng)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 5 爭(zhēng)中，從一開始就處于劣勢(shì)。 濕度控制：根據(jù)使用大棚的具體面積均勻分布濕度度傳感器，借以實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。 系統(tǒng)整體框圖如圖 21 所示。最右邊為動(dòng)作電路，主要包括顯示模塊、報(bào)警電路、溫度過限控制電路、光強(qiáng)過限控制電路。所以，選擇采用 ATmega16 作為本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng) 單片機(jī)。接口簡(jiǎn)單，僅四根 I/O 線即可驅(qū)動(dòng)，速度快，是 LCD1602的 40 倍。獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊 ,DS18B20 的測(cè)溫范圍 55℃ ~125℃，分辨率最大可達(dá) ℃。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性 。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。JQC3FF 繼電器由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等構(gòu)件組成。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。 端口 B(PB7~PB0)：端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。門限時(shí)間見 P36Table 15。任何單片機(jī)想要正常工作，都有 3 個(gè)必接的電路：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 15 本設(shè)計(jì)所用單片機(jī)時(shí)鐘電路接法如 示意圖 32 所示 X T A L 1 X T A L 27 . 3 7 2 8 MC 1++C 2G N D2 2 p F2 2 p F 圖 32 時(shí)鐘 電路圖 (2)復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明 書 16 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 1 0 K1 41 51 61 71 81 92 02 13 23 02 22 32 5