【正文】 37 致謝 經(jīng)過將近 3 個月的努力和研究，我終于按時完成了本科畢業(yè)設(shè)計 。 另外，本設(shè)計的控制方案采用的模糊控制方法，設(shè)備間通訊采用的串口通信，這些理論都是比較成熟和完善的。 +5v161335181215M C1 452 8C 2 u F142amp。而升溫采 用可控硅調(diào)功方式?？刂埔?guī)則如表 42。故本系統(tǒng)采用了模糊控制策略 ,也適應(yīng)棚主的工作經(jīng)驗 ,且可以節(jié)省能源。 傳感器電路負責(zé)完成對 大棚內(nèi)的瞬時溫度、空氣濕度及土壤濕度 測試，單片機根據(jù)檢測到的各參數(shù)與設(shè)定值的偏差以及偏差變化率 對電爐、噴泵及滴泵進行控制 ,實現(xiàn)對棚內(nèi)的溫濕度的調(diào)節(jié)，如果三項參數(shù)中有一項參數(shù)偏離給定值太多 ,系統(tǒng)將發(fā)出報警并反復(fù)檢測參數(shù)， PC機則通過 LabVIEW對數(shù)據(jù)進行實時 顯示。在串口使用結(jié)束后 , 使用 VISA 28 圖 36 串口讀程序前面板 One bunch of mouths is read the procedure front board 圖 37 串口讀框圖程序 One bunch of mouths is read the block diagram procedure Close 結(jié)束與 VISA Resource Name 指定的串口之間的會話。 當(dāng)關(guān)閉采集系統(tǒng)時 ,關(guān)閉串口 ,釋放 LabVIEW 占用的資源。需要注意的是發(fā)送命令的控制按鈕要設(shè)計為一個脈沖的形式 ,否則 ,程序會循環(huán)發(fā)送命令 ,不能返回等待定時上傳狀態(tài)。如果不進行設(shè)置，系統(tǒng)將按照默認值進行設(shè)置。比如 : 數(shù)據(jù)傳送的格式 , 波特率 , 校驗 格式等等。在 MCS 51 單片機的內(nèi)部有一個全雙工的異步串口 , 它的輸入輸出為 TTL 邏輯電平 , 為了解決這一矛盾 ,PC 機與 MCS 51 單片機行通信必須進行 TTL RS232 電平的轉(zhuǎn)換。當(dāng)程序運行的時候，需要查詢以前的數(shù)據(jù)，按下 此按鈕，便可以出現(xiàn)以前的數(shù)據(jù)，以便查詢。 大棚內(nèi)溫度測控系統(tǒng)的部分框圖程序如圖 210 所示。 3）溫度顯示 在本系統(tǒng)中，能夠顯示當(dāng)前溫度值和溫度報警等功能。 在此設(shè)計中，用到了 While 循環(huán)，下面介紹一下 While 循環(huán)。 e） 歷史記錄長度 該選項用于設(shè)置緩沖區(qū) 的大小，默認 值為 1024 的浮點數(shù)。如果有多條波形，則每條波形都可以有一個對應(yīng)的數(shù)字指示器。這個緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)存儲按照先進先出的規(guī)則管理，它決定了該控件的最大顯示數(shù)據(jù)長度。這兩類控件都是用來對波形或圖形進行顯示的，它們的區(qū)別在于兩者數(shù)據(jù)組織 方式及波形的刷新方式不同。 當(dāng)控制條件為字符串型時，選擇結(jié)構(gòu)的選擇器標(biāo)簽的值為由雙引號括起來的字符串，選擇框架的個數(shù)也是根據(jù)實際需要確定的。通過設(shè)置，能改變按鈕的屬性。過濾事件用來控制用戶界面的操作。 圖 22 登陸面板 Land the panel 如圖所示，如果輸入正確的用戶名和密碼，將進入虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統(tǒng)；如果輸入的用戶名和密碼錯誤，將無法登陸虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統(tǒng)。由于被測對象是各種各樣的，有電 或非電的物理量、化學(xué)量、生物量等，由于這些被測對象千差萬別，因此，在采集 前通常要進行非電量到電量的變換（各式傳感器）、幅度（放大、衰減）、頻率（混頻、檢波、濾波）、阻抗（高阻、低阻、匹配）、隔離、激勵（交直流源、恒壓恒流源）等各種調(diào)理，使其到采集板時為歸一化的模擬電信號，最后再由采集板進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 虛擬儀器的功能和基本工作原理 1） 虛擬儀器的功能： a）信號調(diào)理和采集功能； b）數(shù)據(jù)分析和處理功能； c） 參數(shù)設(shè)置和結(jié)果表達。虛擬儀器技術(shù)綜合運用了計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程方法，代表了測量儀器與自動測試系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。 *p_temperature=t_c。 float rh= phumidity。 *(p_value+1)=s_read_byte(ACK)。 case HUMI: error+= write_byte(measre_humi)。當(dāng)工作電壓高于 4. 5V 時 ,SCK 頻率最高為 10 MHz , 而當(dāng)工作電壓低于 4. 5 V時 ,SCK 最高頻率則為 1 MHz 。控制器必須通過使 DATA 為低來確認每一個字節(jié) ,所有的量均從右算 ,MSB 列于第一位。 由于 該二線串行通信協(xié)議和 2IC協(xié)議是不兼容的， 在程序開始 ,微處理 6 表 11 SHT11 控制命令代碼 Command code of control 命令代碼 含義 00011 測量溫度 測量濕度 00101 00111 讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器 00110 寫內(nèi)部狀態(tài)寄存器 11110 復(fù)位命令 ,使內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認值 ,下一次命令前至少等待 11ms 器需要用一組 “ 啟動傳輸 ” 時序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?,如圖 13 所示 [8]。在測量過程中 ,校準(zhǔn)系數(shù)會自動校準(zhǔn)來自傳感器的信號。 腳 2 和腳 3 —— 二線串行數(shù)字接口 ,其中 DATA 為數(shù)據(jù)線 , SCK 為時鐘線 。若在控制范圍之內(nèi)，則對 單 片機發(fā)出控制信號，由執(zhí)行機構(gòu)（ 電爐 ， 噴泵， 3 滴泵 ）等對參數(shù)進行調(diào)節(jié)， 使系統(tǒng)保持正常工作狀態(tài)， 整個過程為閉環(huán)控制，類似給定控制系統(tǒng) [4]。而 LabVIEW主要是用戶和機器的交界面，對特定 任務(wù)發(fā)出特定信號輸出， 完成數(shù)據(jù) 保存和處理等 功能 。虛擬儀器 是指在通用計算機平臺上，用戶根據(jù)自己的需求定義和設(shè)計儀器的測試功能，其實質(zhì)是將傳統(tǒng)儀器硬件和最新計算機軟件技術(shù)充分結(jié)合起來，以實現(xiàn)并擴展傳統(tǒng)儀器的功能，“軟件就是儀器”反映了虛擬儀器技術(shù)的本 質(zhì)特征。 溫室大棚就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個人工氣象環(huán)境，來消除溫度對生物生長的限制。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫 度計， 通過讀取溫度值來知道大棚內(nèi)的實際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與預(yù) 定溫度進行比較，如果溫度過高，就對大棚進行降溫處理，如果溫度過低，就對大棚進行升溫。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性價 比、可操作性等方面均具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢 。單片機（下位機）與 LabVIEW(即 PC 機或上位機 )之間的聯(lián)絡(luò)采用串口通訊來完成，串口通訊的優(yōu)點是傳輸線少，傳輸距離遠，適合計算機與計算機，計算機與外部設(shè)備之間的遠距離通信。 該系統(tǒng)的優(yōu)點是自動化程度比較高，控制過程簡單， 經(jīng)濟可靠 ， 操作靈活，并 可用于控制多個大棚 等。 腳 5～ 8 —— 空管腳 。此外 ,SHT11 內(nèi)部還集成了一個加熱元件 ,加熱元件接通后可以將 SHT11 的溫度升高 5℃左右 ,同時功耗也會有所增加。 圖 13 數(shù)據(jù)傳輸啟動時序 The time order of transmission beginning 當(dāng) SCK 時鐘為高電平時 ,DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平 ； 緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?,隨后又變?yōu)楦唠娖?； 在 SCK 時鐘為高電平時 ,DATA 再次翻轉(zhuǎn)為高電平。通訊在確認 CRC 數(shù)據(jù)位后停止。硬件連接如圖 15 所示 。 break。 *p_checksum=s_read_byte(noACK)。 float t= ptemperature。 *p_humidity=rh_ture。 LabVIEW 是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱，是美國國家儀器公司（簡稱 NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣，發(fā)展最快，功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。 2) 虛擬儀器的基本工作原理 ： 虛擬儀器完成上述三大功能的原理框圖如圖 21 所示 [11]。此外，信號接口部分通常還含 D/A 變換，定時 /記數(shù)、數(shù)字 I/O 等功能模塊。如過輸入用戶名和密碼后，不想進入本系統(tǒng)，點取消鍵將退出本系統(tǒng)。當(dāng)沒 15 圖 23 登陸框圖程序 — 確定的框圖 程序 Land the block diagram procedure Procedure of block diagram confirmed 圖 24 登陸框圖的取消程序框圖 Land the cancellation procedure block diagram of the block diagram 有任何事件發(fā)生時，事件結(jié)構(gòu)就會處于休眠狀態(tài)，直到有一個或多個預(yù)先設(shè)定的事件發(fā)生時，事件結(jié)構(gòu)才會自動蘇醒，并根據(jù)發(fā)生的事件執(zhí)行用戶預(yù)先設(shè)定的動作?？驁D為選擇結(jié)構(gòu)的一種，其輸入為“ Ture”和“ False”兩種，當(dāng)輸入為 Ture 時，為真，顯示 Ture 框 架里的內(nèi)容，當(dāng)為“ False”時，顯示 False內(nèi)的內(nèi)容。 但是，在使用選擇結(jié)構(gòu)時候，控制條件的 數(shù)據(jù)類型必須與選擇器標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)類型一致。對于事后記錄圖來說，它的基本數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，也就是其顯示是將構(gòu)成數(shù)組的全部測量數(shù)據(jù)一次顯示完成的；而實時趨勢圖則是實時顯示一個 或幾個測量數(shù)據(jù)，而且新接受數(shù)據(jù)點要接在原有波形的后面連續(xù)顯示。在默認情況下，這個緩沖的大小為 1KB，即最大的數(shù)據(jù)顯示長度為 1024 個。 b）滾動條 實時趨勢圖控件有一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。緩沖區(qū)越大，保留的歷史數(shù)據(jù)越多。 當(dāng)循環(huán)次數(shù)不能預(yù)先確定時，就用到 While 循環(huán)。當(dāng)前溫度顯示由溫度計和數(shù)字輸出組成，能夠顯示出當(dāng)前大棚內(nèi)的實時溫度值，能夠從溫度計和數(shù)字輸出（實時溫度值）讀出數(shù)據(jù)。 5）傳感器狀態(tài)信息 傳感器狀態(tài)信息是反映出大棚內(nèi)各個傳感器的狀態(tài)，如傳感器出現(xiàn)故障，歷史傳感器的數(shù)據(jù)等，通過此面板，可以看出大棚內(nèi)傳感器是否正常工作。 e) 數(shù)據(jù)打印 有些時候，保存下來的數(shù)據(jù)需要打印出來，此按鈕這是完成這個功能。電平轉(zhuǎn)換可用芯片 MC14488 和 MC14489( 配對使用 ) 、 ICL23MAX232等來完成。本文的主要通信協(xié)議如下 : 采用 RS 232異步通信方式 , 數(shù)據(jù)傳送的格式采用 11bit, 1bit 起始比特 , 9bit 數(shù)據(jù)比特 , 1bit 停止比特 , 波特率為 9600bit/s[16]。在串口初始化設(shè)置中，波特率選擇有多種，其中默認值為 9600，在串口號選擇中默認值為 COM1數(shù)據(jù)位參數(shù)默認值為 8位，停止位參數(shù)為 1bit，奇偶校驗?zāi)J值為無校驗。 前面板程序和框圖程序 如圖 34，圖 35。 5) PropertyNode： 返回指定串行口輸人緩沖區(qū)中字節(jié)數(shù)。通過對 VISA 節(jié)點的調(diào)用 ,可以方便、快速地實現(xiàn)系統(tǒng)上位機對下位機的實時監(jiān)控 [18]。 自診斷、自恢復(fù)及報警電路用于檢測系統(tǒng)運行是否正常 ,如果出現(xiàn)異常 ,例如 “ 死循環(huán) ” 或 “ 亂飛 ” 則報警并使系統(tǒng)自動復(fù)位 [19]。本系統(tǒng)在控制各參數(shù)時 ,都是通過調(diào)整三個同樣的爐、泵來達到目的的。 根據(jù)控制規(guī)則及隸屬度函數(shù) ,最終推導(dǎo)出的大棚內(nèi)溫度模糊控制查詢表如表 43。 34 其中，可控硅總是在正弦波電壓過零點觸發(fā)導(dǎo)通 ,電路如圖 41 所示。C 1 +5v610P1 .4P3 .5P3 .4411L M3 11+~2 20V23+5v10K10K14M OC 302 1~2 20VT XD 108 0P加熱絲180 10K C 3 u F....R1R2R3R4R7R5 R6R810K 圖 41 可控硅調(diào)功式升溫電路 The warming circuit based on controlled silicon 35 5 技術(shù)經(jīng)濟分析 作為工程設(shè)計，我在開始著手設(shè)計時，就充 分考慮到了設(shè)計的經(jīng)濟 可行性 和 技術(shù) 可靠性等因素。設(shè)計完成后我又進行了仔細的分析和糾正，并做了部分仿真實驗。 這里 我要特別感謝我的指導(dǎo)老師閻馨老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo) ， 在我撰寫論文的過程中，閻老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思 和 資料的收集方面 ， 還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了閻老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示深深的謝意。 最后，向在百忙中抽出時間對本文 進行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心的感謝。 總的來說，本設(shè)計對經(jīng)濟可行性和技術(shù)可靠性等要求是 比較 符合的。 SHT11 是一種比較新穎的傳感器。在給定周期 T 內(nèi)，控制器只要改變可控硅的接通時間，便可改變加熱絲功率。這樣 ,本系統(tǒng)為了簡化編程 ,易于控制 ,使三組開關(guān)量輸出通道采用了