【正文】 2 42 62 72 82 9 R E S T X A T L 1 X A T L 2P A 0 / A D C 1P A 1 / A D C 2P A 2 / A D C 3P A 3 / A D C 4P A 4 / A D C 5P A 5 / A D C 6P A 6 / A D C 7P A 7 / A D C 8P B 0 / T 0 / X C KP B 1 / T 1P B 2 / A I N 0 / I N T 2P B 3 / A I N 1 / O C 0P B 4 / S SP B 5 / M I S 1P B 7 / S C KP B 6 / M I S 0P C 0 / S C LP C 1 / S D AP C 2 / T C KP C 3 / T M SP C 5 / T D 1P C 6 / T O S C 1P C 7 / T O S C 2P C 4 / T D 0P D 0 / R X DP D 1 / T X DP D 2 / I N T 0P D 3 / I N T 1P D 4 / O C 1 BP D 5 / O C 1 AP D 6 / I C P 1P D 7 / O C 2A R E FA V C C1234567891 21 32 2 u F2 2 u FC 1C 2 0 . 1 u F++7 . 3 7 2 8 M1 0 K 圖 34 單片機系統(tǒng)圖 單片機的最小系統(tǒng)如 示意圖 34 所示 ,7 引腳和 8 引腳接時鐘電路 ,XTAL1 接外部晶振和微調電容的一端 ,在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入 ,XTAL2 接外部晶振和微調電容的另一端 ,在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出。 DS18B20與單片機的 接法 在硬件上 DS18B20 與單片機的連接有兩種方法。 溫度控制電路的設計 控制電路的動作都是由主機控制進行完成的。當溫度達到要求值后，則指示燈會自動熄滅，同時繼電器會斷開，切斷電源，風扇停止工作，電動窗自動關閉。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。 從模式下 DHT11 接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集 ， 如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號 ， DHT11 不會主動進行溫濕度采集 .采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻。 顯示電路 液晶顯示模塊提供兩種界面來連接微處理機： 8 位并行及串行兩種連接方式。與單片機相連的原理圖設計如下圖 312 所示。濕度傳感器采集來的濕度與單片機設定的濕度值相比較，只要其中任何一個過限，蜂鳴器就會發(fā)出蜂鳴音報警。在實際使用時為了保證輸出電壓地穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應性，一般在輸出端與地之間接一個大于 f的小電容。即使控制技術及理論飛速發(fā)展，且出現(xiàn)了多種先進控制的方法， 但在工業(yè)控制系統(tǒng)中 PID 控制器的應用依然很廣泛。對于溫度控制系統(tǒng)來說 ，其常具有較大的時滯，采用常規(guī)的 PID 控制，系統(tǒng)不能得到令人滿意的控制效果。接下來為測濕模塊，通過濕度傳感器測得濕度值如果在設定范圍內，則不報警，如果不在設定范圍內，則進行報警，由于濕度的控制比較困難，因此本設計對濕度控制 還需進一步提高 。 PID 控制器的原理如圖 41 所示，由 PID 控制器與受控對象組成。 PID 控制器的參數(shù)整定方法有很多種， 如經(jīng)驗公式法、反應曲線法、衰減法和臨界比例法等。既便于調試，連接，又便于移植、修改。根據(jù)前面對系統(tǒng)中各個功能模塊的分析和設計，知道在我們的系統(tǒng)中，單片機 ATmega16 的電源是 +5V，驅動電路中的繼電器需要 +12V 的電壓。蜂鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機 ATmega16 的 1 根口線經(jīng)驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。接口信號線數(shù)量相對 LCD1602 少的多，并且傳輸速率非常快。 測光電路 P A . 0 P A . 1R 11 0 KR 21 0 KGMDZGMDZ 圖 310 感光模塊電路設計 圖 310為測光強電路，電路通過上拉電阻 R1和 R2來使光敏電阻 GMDZ1和 GMDZ2正常工作，其中 GMDZ1 和 GMDZ2 一端接地，一端接 I/O 端口 PA0 和 PA1。 長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中，會使性能降低。超小的體積、極低的功耗 ，信號傳輸距離可達 20 米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。這就是通風散熱模塊的詳細構成。 加熱模塊由三極管、繼電器和加熱燈組成。 DS18B20 的引腳圖如 示意圖 35 所示 圖 35 DS18B20 引腳圖 DS18B20 引腳非常簡單，只有三個引腳，引腳 1 是接地，引腳 2 是數(shù)據(jù)輸入 /輸出口，引腳 3 是電源。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。在上電或復位過程中，控制 CPU 的復位狀態(tài)：這段時間內讓 CPU 保持復位狀態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 時鐘電路如圖 32 所示。使用 ADC 時應通過一個低通濾波器與 VCC 連接。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。端口 B 也可以用做其他不同的特殊功能。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明 書 13 具有可編程的內部上拉電阻。 為了充分發(fā)揮單片機的長處，實現(xiàn)盡可能多的功能，使系統(tǒng)達到預期的設計目標，工作得更可靠，操作更具備人機交互性，并且要使整個系統(tǒng)能真正的在實際應用中能發(fā)揮作用，對硬件電路進行的精心的設計，需要對每一個方案都經(jīng)過了反復的比較和論證，始終做到最佳完美，符合設計目的。 圖 25 光敏電阻實圖 繼電器的選擇 因為調節(jié)電路中需要啟動風扇和節(jié)能燈等高電壓設備，所以要應用到繼電器作為高壓設備啟動開關。 DHT11 實物圖如圖 24 所示 圖 24 DHT11 實物圖 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明 書 11 光敏電阻 的選擇 光照強度的測量選用了常用的光敏電阻。 DS18B20 實物圖如圖 23 所示。其主要優(yōu)點是采用數(shù)字化技術，能以數(shù)字形式直接輸出被測溫度值，具有測溫誤差小、分辨率高、抗干擾能力強、能夠遠程傳輸數(shù)據(jù)、用戶可設定溫度上、下限、有越限自動報警功能、自帶串行總線借口等優(yōu)點，適配各種微控制器，含微處理器和單片機，是研制和開發(fā)具有高性價比的新一代溫度測控系統(tǒng)所必不可少的核心器件。而此次設計的是一個大棚溫濕度測控系統(tǒng)。 方案二：采用 ATmega16 芯片。另外，本系統(tǒng)還可以顯示實時溫度、實時濕度、實時光強 由主機來控制各個調節(jié)電路的動作與否，并且將數(shù)據(jù)進行顯示。 人機交互設計：顯示屏上不僅可以顯示 時間，而且還可以通過按鍵實時設定被監(jiān)測溫度的上下限、被監(jiān)測濕度和被監(jiān)測光照強度的下限值。該系統(tǒng)能夠對大棚或室內的溫度、濕度進行自動檢測和控制，不僅具有控制方便、簡單靈活等特點，而且可以大大提高被控制溫度、濕度的技術指標，從而能夠大大提高作物的質量和產(chǎn)量。它對改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件、促進農(nóng)業(yè)資源的科學開發(fā)和合理利用，進一步降低人類的勞動強度有積極的作用。從總體上說，我國自行研制開發(fā)的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)的技術水平和調控能力與發(fā)達國家相比還有一定的差距。計算機用于溫室環(huán)境控制的技術研究開始于上世紀70 年代末，東京大學首先研制出微型計算機溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)。同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大。傳感器 (Transducer/Sensor)是能夠感 受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。因此發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)對日光溫室的要求越來越高。隨著生活條件的逐步轉好，我們餐桌上的菜肴早就不局限于本地的特產(chǎn)和時令蔬菜。我國人多地少，人均占有耕地面積更少且農(nóng)業(yè)活動的生產(chǎn)效率較發(fā)達國家低。 humidity testing。 溫室智能控制系統(tǒng)大學畢業(yè)設計 摘 要 近年來隨著科學技術的發(fā)展，尤其是計算機應用技術的發(fā)展，計算機控制技術和自動化技術也延伸到各生產(chǎn)領域。 control system。顯而易見，改變這種局面只靠增加耕地面積是不可能實現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來提高單位產(chǎn)量。特別是北方，每到冬季，每家每戶都會儲存冬白菜，飯桌上幾乎看不到其它的菜品。隨著溫室控制系統(tǒng)的應用越來越廣，需要監(jiān)控的對象趨于多樣化，所以必須使用具有統(tǒng)一規(guī)范、可靠性高、組建靈活、擴展性好、維護簡便、性價比高的方式來組建系統(tǒng)。一般由敏感元件和轉換元件兩大部分組成。 本文介紹的溫濕光測控系統(tǒng)就是基于單總線技術及其器件組建的。隨著計算機技術的發(fā)展，設施環(huán)境調控技術在日本、荷蘭、以色列、美國等發(fā)達國家得到了迅速的發(fā)展。 智能溫室大棚的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代溫室朝著集約化、規(guī)模化方向發(fā)展和溫室管理智能化要求的提高，溫室測控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程通信，進而實現(xiàn)溫室內生產(chǎn)和管理的一體化，是現(xiàn)代智能溫室發(fā)展的必然趨勢；現(xiàn)代傳感器技術、通信技術 、自動化技術和計算機技術的發(fā)展，又為這一發(fā)展趨勢推波助瀾。因此在全世界范圍內得到了廣泛的應用。 其預期實現(xiàn)目標功能如下： 溫度控制：根據(jù)使用大棚的具體面積均勻分布溫度傳感器，借以實現(xiàn)對溫度的精準監(jiān)測。這樣不僅可以實現(xiàn)人機交互控制，還可以根據(jù)作物的不同生長階段，對溫度、濕度和光照強度的不同需要進行針對性河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明 書 7 的設定，更可以保證作物健康生長。 本系統(tǒng)有效實現(xiàn)了大棚內溫度、濕度、光強的自動實時監(jiān)測與控制。該芯片有 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線。這里我們需要將設定的溫度值，濕度值，以及采集過來的外界環(huán)境里的溫度值和濕度值顯示出來。 方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行A/D 轉換。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明 書 10 圖 23 DS18B20 實物圖 濕度傳感器的選擇 方案一：采用 HOS201 濕敏傳感器。光敏電阻對于光照敏感度高，光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。本設計中采用 5 引腳大功率超小型繼電器 JQC3FF。 主控電路設計 ATmega16單片機 ATmega16 是基于增強的 AVR RISC 結構的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。 端口 C(PC7~PC0)：端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。 AREF： A/D 的模擬基準輸入引腳 因為元器件的封裝不同，引腳結構也不盡相同。 C C2 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選取，典型值為 30pF。 本設計單片機的復位電路接法如 示意圖 33 所示 0 . 1 u F1 0 KR E S T 圖 33 復位電路圖 無論用戶使用哪種類型的單片機 ,總要涉及到單片機復位電路的設計。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。 與單片機 連接時注意在 DQ 引腳加上拉電阻即可。加熱模塊電路圖如圖 37 所示。 濕度 監(jiān)測 DHT11 濕度傳感器 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。因此要妥善放置，盡量避免太陽光的直接照射，還要避免高溫，以及雨水的沾濕，這樣才能保證傳感器正常工作。通過 I/O河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明 書 22 端口將采集到的信號發(fā)送給處理器。 Nokia5110引腳說明 LCD 引腳說明如下表 31 所示。壓電式蜂鳴 器約需 10mA 的驅動電流，可以使用 TTL 系列集成電路 7406 或 7407 低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。因此我們的系統(tǒng)需要提供兩種不同的電源電路。系統(tǒng)軟件主要完成數(shù)據(jù)采集，運算處理，實時 LCD 顯示，越限報警，聯(lián)機通訊，驅動執(zhí)行等功能，包括以下幾部分：主程序設計，數(shù)據(jù)采集與調控、顯示模塊、報警模塊。在工程中，用這些方法整定后還要不斷對 PID 進行調整及修改。 PID控制器是一種線性控制器，根據(jù)實際的輸出值與給定值的偏差，通過線性組合將偏差按照比例、積分和微分構成控制量，來控制被控對象。當溫度超過設定值時報警并且調節(jié)溫度，加熱或者通風減熱，使溫度在設定值范圍之內，這是溫控模塊。 在工業(yè)控制中，一般情況下用 PID 控制就可以得到良好的控制效果。 PID控制是工業(yè)控制中的經(jīng)典控制方式之一，它具有魯棒性強、結構簡單及可靠性高等優(yōu)點。穩(wěn)壓塊 7805 的作用是當輸入電壓或負