【正文】 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 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫； DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)； 溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動(dòng)勢(shì)、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。該單片機(jī)的主要特性如下： 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以在任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； 四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 11 工作電壓： ； 工作頻率范圍： 040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHz，世紀(jì)工作頻率可達(dá)48MHz； 用戶應(yīng)用程序空間 64K； 片上集成 1280 字節(jié) RAM； 通用 I/O 接口 39 個(gè)，復(fù)位后為 P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱向上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口）， P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻； ISP（在系統(tǒng)可 編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編輯器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成； 具有 EEPROM 功能； 內(nèi)部自帶看門狗程序； 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，外部晶體 20M 以下時(shí)，可省略外部復(fù)位電路； 1共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用； 1外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 1通用異步串行口（ UART），還可用 定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 1工作溫度范圍： 075 攝氏度。 對(duì)于本終端 ， 進(jìn)行單片機(jī)選型應(yīng)該遵循的原則或要求 主要是 : (1)選擇的單片機(jī)必須有較好的穩(wěn)定性 ， 這是因?yàn)樵跍厥一蚱渌h(huán)境中存在有很多的干擾 ， 為了使單片機(jī)能夠正常的工作 ， 單片機(jī)內(nèi)部必須有較好的內(nèi)部復(fù)位和內(nèi)部延時(shí)等功能 ， 如在單片機(jī)內(nèi)部的程序運(yùn)行時(shí) ， 若程序 /跑飛 0(指程序不按照指定的順序運(yùn)行 )，可進(jìn)行復(fù)位操作 。 具有過充、過放、電子短路、過載保護(hù)、獨(dú)特的防反接保護(hù)等全自動(dòng)控制；以上保護(hù)均不損壞任何部件，不燒保險(xiǎn)； 采用了串聯(lián)式 PWM 充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，充電效 率較非 PWM 高 3%6%，增加了用電時(shí)間；過放恢復(fù)的提升充電，正常的直充，浮充自動(dòng)控制方式使系統(tǒng)由更長(zhǎng)的使用壽命；同時(shí)具有高精度溫度補(bǔ)償； 直觀的 LED 發(fā)光管指示當(dāng)前蓄電池狀態(tài)，讓用戶了解使用狀況； 所有控制全部采用工業(yè)級(jí)芯片（僅對(duì)帶 I 工業(yè)級(jí)控制器），能在寒冷、高溫、基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 10 潮濕環(huán)境運(yùn)行自如。 太陽(yáng)能控制器選型 太陽(yáng)能控制器全稱為太陽(yáng)能充放電控制器，是用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽(yáng)能逆變器負(fù)載供電的 自動(dòng)控制設(shè)備。 EVA：采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為 的優(yōu)質(zhì) EVA 膜層作為太陽(yáng)電池的密封劑和與玻璃、 TPT 之間的連接劑。 太陽(yáng)能在 2050 年前可能將成為電力的主要來源，受助于發(fā)電設(shè)備成本大跌。這種方式簡(jiǎn)單易行，成本低廉回報(bào)大，適合在中國(guó)大面積推廣。 組件設(shè)計(jì)：按國(guó)際電工委員會(huì) IEC： 1215： 1993 標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用 36 片或 72 片多晶硅太陽(yáng)能電池進(jìn)行串聯(lián)以形成 12V 和 24V 各種類型的組件。太陽(yáng)能發(fā)電四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 7 系統(tǒng)分為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)： 離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。廣義上的太陽(yáng)能也包括地球上的 風(fēng)能 、 化學(xué)能 、 水能 等。 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 、 通信技術(shù) 、 自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的架構(gòu)提供了多種可選方案 。 這類控制系統(tǒng)為主機(jī)一終端模式 ， 即以計(jì)算機(jī)主機(jī)為控制中心 ， 負(fù)責(zé)對(duì)其他各子系統(tǒng)進(jìn)行控制管理 ， 這種模式不靈活 ， 適合于控制點(diǎn)數(shù)集中 、 規(guī)模小 、 控制機(jī)房和溫室距離近的情況 。 滴灌控制系統(tǒng)選型 控制系統(tǒng)按照控制方法來分 ， 可分為手動(dòng)控制和自動(dòng) 控制兩種類型 。它適用于單行或多行盆栽、吊藍(lán)式種植、培植袋栽種作物、庭院式花園等，也適合家居大小花盆栽種的植物澆灌。即便是有的使用多因子控制裝置，但使用復(fù)雜、價(jià)格昂貴，農(nóng)戶一次性投入太高。 我國(guó)現(xiàn)有溫室大棚絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)的灌溉的模式，尤其 在微灌設(shè)備產(chǎn)品的開發(fā)利用上相差甚遠(yuǎn)。目前全國(guó)農(nóng)業(yè)用水利用率低，我國(guó)灌溉用水的利用系數(shù)只有 ，與發(fā)達(dá) 國(guó)家 相比，不及1/2。 設(shè)施園藝包括現(xiàn)代化溫室 、 日光溫室和塑料大棚等設(shè)施 ， 目前 ， 在現(xiàn)代的大型溫室生產(chǎn)中 ， 已經(jīng)達(dá)到較為先進(jìn)的程度 ， 大都配有帶加熱設(shè)備 ， 并采用噴灌 、 滴灌和地下灌溉等技術(shù) ， 有的還使用無土栽培法 溫室還裝備有電腦控制系統(tǒng) ， 以變化的光照強(qiáng)度為中心 ， 隨時(shí)調(diào)節(jié)室溫和空氣中二氧化碳濃度 ， 或輔以濕度 、 風(fēng)速 、 溫度 、 光照乃至營(yíng)養(yǎng)液濃度的調(diào)節(jié) ， 為作物創(chuàng)造適合生長(zhǎng)的最佳環(huán)境 。 關(guān)鍵詞 ： 自動(dòng)控制；滴灌系統(tǒng)；單片機(jī)；太陽(yáng)能 III ABSTRACT Greenhouse is not only an important part of facility agriculture,but also one of the developing emphases of the developing of modern agriculture. Greenhouse cultivation practices show that improve the level of automatic control of greenhouse can give full play to the efficiency of the greenhouse production。溫室種植的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，提高溫室的自動(dòng)控制水平可充分發(fā)揮溫室生產(chǎn)的效率；我國(guó)廣大農(nóng)戶購(gòu)買能力有限，而市場(chǎng)上現(xiàn)有的針對(duì)現(xiàn)代試試環(huán)境的智能監(jiān)控系統(tǒng)成本高、價(jià)格貴、使用較為復(fù)雜。再由溫度傳感器和土壤濕度傳感器采集環(huán)境參數(shù)，并且通過 AD 模塊轉(zhuǎn)換數(shù)值在 LED數(shù)碼管上顯示。 發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì) ， 促進(jìn)農(nóng)民增收 ， 是新農(nóng)村建設(shè)第一重要的任務(wù) 發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì) ， 首先應(yīng)大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 【 2】 。 緒論 2 國(guó)內(nèi)外自 動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的灌溉 在節(jié)水灌溉方面，以色列是世界上微灌技術(shù)的發(fā)展比較先進(jìn)的國(guó)家之一，其溫室種植全部采用微灌，以滴灌為主。在溫室大棚中大力推廣現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)，將更有利于我國(guó)節(jié)水農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。現(xiàn)在市場(chǎng)上能批量使用的滴灌管主要是引進(jìn) 以色列等國(guó)外技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品價(jià)格高，很大程度上限制了設(shè)施農(nóng)業(yè)先進(jìn)灌溉技術(shù)的推廣。 由于我國(guó)人多地少 、 氣候條件惡劣 、 農(nóng)業(yè)用戶購(gòu)買能力有限 ， 因此開發(fā)低價(jià)位 、 低成本 、 實(shí)用型的農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)具有很大的必要性和重要的實(shí)際意義 。供電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能板、電壓轉(zhuǎn)換芯片、備用蓄電池和開關(guān)電路組成。 這種系統(tǒng)因其不考慮其他要素的影響和變化 ， 局限性非常大 ， 但由于成本較低 ， 對(duì)運(yùn)行要求不高的來說很適用 。 控制器控制系統(tǒng)采用了綜合環(huán)境控制 ， 可根據(jù)作 物對(duì)各種環(huán)境要素的配合關(guān)系 ， 在某一環(huán)境要素發(fā)生變化時(shí) ， 相關(guān)的其他要素可自動(dòng)做出相應(yīng)改變和調(diào)整 ， 以優(yōu)化環(huán)境組合條件 。自 地球 上生命誕生以來，就主要以太陽(yáng)提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂 得以陽(yáng)光曬干物件，并作為制作食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。目 前，中國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國(guó)家和重要的 太陽(yáng)能光伏 電池生產(chǎn)國(guó)。而分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是目 前并網(wǎng)發(fā)電的主流。即利用太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。鋼化玻璃作成的組件可 以承受直徑 25 毫米的冰球以 23 米 /秒的速度撞擊。 天臺(tái) 及建筑物表面均可使用光伏板組件，甚至被用作 窗戶 、 天窗 或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng) 電池片原材料特點(diǎn)：采用高效率（ %以上）的單晶硅太陽(yáng)能片封裝，保證太陽(yáng)能電池板發(fā)電功率充足。也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分 。 圖 23 太陽(yáng)能控制器 太陽(yáng)能控制器是由專用處理器 CPU、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。 根據(jù)工作情況要求，該設(shè)計(jì)選用 12VDC 的太陽(yáng)能控制器滿足系統(tǒng)運(yùn)行條件。 本設(shè)計(jì)采用宏晶科技公司出產(chǎn)的 STC89C516RD+單片機(jī)。由于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占 50%。非接觸式溫度傳感器無需與被測(cè)介質(zhì)接觸，而是通過被測(cè)介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅鳎赃_(dá)到測(cè)溫的目的。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 － 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 連接 DS1820 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。 土壤濕度傳感器選型 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，和溫度一樣，需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制，準(zhǔn)確地測(cè)量濕度更是至關(guān)重要的。水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素。 基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 18 圖 211 土壤濕度傳感模塊電路圖 光照強(qiáng)度傳感器選型 光敏傳感器 的基礎(chǔ)是 光電效應(yīng) ，即利用 光子 照射在器件上，使電路中產(chǎn)生電流或使電導(dǎo) 特性發(fā)生變化的效應(yīng)。夏季在陽(yáng)光直接照射下， 光照強(qiáng)度 可達(dá) 6 萬～ 10 萬 lx，沒有太陽(yáng)的室外 萬～ 1 萬 lx，夏天明朗的室內(nèi) 100～ 550lx，夜間滿月下為 。硅光電池的 PN 結(jié)面積要比二極管的 PN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的 電動(dòng)勢(shì) 和電流也大得多。 aSi（ 非晶硅 ） 光電池 一般采用 高頻 輝光放電 方法使 硅烷 氣體分解沉積而成的。NP 結(jié)的結(jié)深較淺 (100nm)，以提高光電轉(zhuǎn)換效率 。光照度采用國(guó)產(chǎn) ZDU 硅光電池。本設(shè)計(jì)中采用常見的 PCF8591 型 AD 轉(zhuǎn)換器。 PCF8591 引腳圖如下。逐次逼近的操作過程是在一個(gè)控制電路的控制下進(jìn)行的。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽(yáng)數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。 ②利用 E E2 和 E3 可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線 譯碼器 ；若外接一個(gè) 反相器 還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線 譯碼器 。有源蜂鳴器直接接上額定電源 (新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明 )就可連續(xù)發(fā)聲 。比如頻率為 2020Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為 500μs，這樣只需要把 PWM 的周期設(shè)置為 500μs，占空比電平設(shè)置為 250μs，就能產(chǎn)生一個(gè)頻率為 2020Hz 的方波，通過這個(gè)方波再利用三極管就可以去驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。 續(xù)流二極管 蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。直流電動(dòng)機(jī)按 勵(lì)磁 方式分為永磁、他勵(lì)和自勵(lì) 3 類，其中自勵(lì)又分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì) 3 種。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。將系統(tǒng)整體功能劃分成多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊進(jìn)行裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的系統(tǒng)軟件。 Keil μVision調(diào)試器 準(zhǔn)確地模擬 8051 設(shè)備的片上外圍設(shè)備（ IC、 CAN、 UART、 SPI、中斷、 I/O 端口、 A/D。 編程環(huán)境介紹 C 語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上十分流行。在使用時(shí)，陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負(fù)載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進(jìn)行優(yōu)化。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與 LC 回路的諧振現(xiàn)象十分相似。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 濾波電容 濾波電容 C1 的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對(duì)其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個(gè) 220uF 的電解電容。比如為 2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為 400μs，這樣只需要驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的 I/O 口每 200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個(gè)頻率為 2500Hz，占空比為基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 26 1/2duty 的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要一通電就會(huì)叫；而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號(hào)無法令其鳴叫。 ④可用在 8086 的 譯碼 電路中， 擴(kuò)展內(nèi)存 。 由于 LED 基本上屬于電流敏感元件，其正向壓降的分散性很大，并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。 數(shù)碼管 實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。 PCF