【文章內容簡介】 從國內外蔬菜大棚溫度檢測技術的發(fā)展狀況來看，蔬菜大棚溫度檢測技術大致經歷了 2 個發(fā)展階段： 人工測量階段在人工測量階段，是溫室控制技術發(fā)展初期所采取的控制手段，其實并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)。主要采用兩種測量方法。第一種是原始的檢測方法，生產一線的種植者即是蔬菜大棚溫度檢測系統(tǒng)的傳感器，他們通過對蔬菜大棚內外的氣候狀況和對作物的生長狀況進行觀測，憑借長期積累的經驗和身體感知推測并判斷，并通過手動調節(jié)蔬菜大棚內的溫度。種植者憑借自己的經驗和直覺對蔬菜的生長環(huán)境溫度進行測量，是傳統(tǒng)農業(yè)的生產規(guī)律。這種測量方法勞動生產率較低、誤差較大，不符合工業(yè)化農業(yè)的生產需要，而且對種植者的素質要求較高。第二種是傳統(tǒng)石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 2 的檢測方式，常采用雙金屬式測量計等測試器材進行測量，人工檢測。雙金屬溫度計等原始溫度計的石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 2 缺點為測溫范圍較小、精度相對不高，從而誤差較大，而且這種測試方法費時費力，效率低。不符合工業(yè)化農業(yè)生產的需要。 自動測量階段隨著科學技術的發(fā)展，蔬菜大棚溫度檢測系統(tǒng)的自動化、智能化程度也在日益增強。第一種是與單片機組成的溫度檢測系統(tǒng)，種植者輸入蔬菜大棚的生產作物所需環(huán)境的目的參數(shù)，單片機根據傳感器實際的測量值與事先設定的目標進行比較，對蔬菜大棚環(huán)境溫度測量，并進行報警，相應的控制機構進行加熱、降溫等動作。具有測量精度高、穩(wěn)定性好、配置靈活、成本低廉、容易擴展、傳輸距離遠且抗干擾性強等特點。但不適宜規(guī)?；a，自動化、智能化有待提高。第二種，是與計算機組成的自動控制的溫度檢測系統(tǒng)，通過計算機輸入溫度控制的目的參數(shù)，此目的參數(shù)是根據蔬菜大棚內作物的生長狀態(tài)的最優(yōu)化目的參數(shù)，可以自動的進行溫室內環(huán)境氣候調節(jié)，能使植物在每個時間都處在最佳的生產狀態(tài)。使種植者能得到優(yōu)質、高產的作物，也提高了生產的自動化、智能化，但只適用于單個蔬菜大棚溫度的控制。第三種是由上位機下位機組成的組網。系統(tǒng)能對大棚環(huán)境溫度進行采集和顯示，能通過上位機端遠程設定蔬菜的生長期適宜溫度，當蔬菜大棚的環(huán)境溫度參數(shù)超過設定的下限值時控制電熱棒加熱，當溫度參數(shù)超過設定的上限時，則控制風扇工作降低溫度。每隔一定的時間控制器需要將溫度信息發(fā)送到上位機，由上位機軟件將溫度數(shù)據存儲到數(shù)據庫中。管理人員可以隨時查詢采集過來的溫度歷史記錄，另外一臺上位機可控制多個大棚通過改變溫室環(huán)境設定的目標值，可以自動的進行溫室內環(huán)境氣候調節(jié)。使溫度檢測控制系統(tǒng)的自動化、智能化程度大大增強，符合農業(yè)生產需要，使農業(yè)生產朝著越來越先進越來越完備的方向發(fā)展。石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 3 第 2 章 系統(tǒng)的總體設計 系統(tǒng)的設計要求用單片機的一個 I/O 口實現(xiàn) 10 個 DS18B20 溫度傳感器溫度的讀取，四個數(shù)碼管顯示地點編號及溫度，三個指示燈（報警燈，設定指示燈，工作狀態(tài)燈） ，由四個按鍵控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)處在正常工作狀態(tài)時，間隔 3 秒循環(huán)顯示各點溫度，工作狀態(tài)燈閃爍，固定顯示某點溫度，工作狀態(tài)燈常亮。系統(tǒng)處在報警狀態(tài)時，報警燈閃爍，蜂鳴器響，數(shù)碼管顯示報警地點編號和溫度，若是有多點報警則間隔 2秒循環(huán)顯示。系統(tǒng)處在設定狀態(tài)時，可以設定各點報警溫度值，系統(tǒng)供電電壓DC5V，檢測精度 1 度。 系統(tǒng)的基本組成此系統(tǒng)可應用于對環(huán)境溫度檢測要求比較高的場合，如家庭溫度檢測，糧倉溫度檢測、蔬菜大棚等。用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 實現(xiàn) 10 點以上環(huán)境溫度檢測，單片機分析各點數(shù)據，顯示出各溫度點數(shù)值，并能實現(xiàn)溫度超限報警。系統(tǒng)的基本架構如圖 2?1 所示。具體電路圖見附錄 B單片機 溫度點 18b20溫度點 18b20 溫度點 18b20 其他溫度點按鍵數(shù)碼管聲光報警圖 21 系統(tǒng)的基本架構石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 4 系統(tǒng)各部分的主要作用如下：單片機：實施控制的核心單元,采集 DS18B20 的溫度,對數(shù)據進行處理,數(shù)據處理完畢,通過 I/O 口輸出啟動相應的顯示電路和報警電路。對按鍵進行掃描,控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本設計選取的是 AT89C51 單片機，由于系統(tǒng)不需要特殊的 A/D 轉換、PWM 輸出等功能，所以 AT89C51 足以滿足系統(tǒng)需求。按鍵：用來控制單片機的工作狀態(tài)，可控制兩種工作狀態(tài)，溫度顯示工作狀態(tài)和對工作狀態(tài)進行上下限的設置設定狀態(tài)。本設計共有四個按鍵，低電平有效。開機后循環(huán)檢測各點的溫度，SET(S1)鍵進入報警溫度值設置。ENTER(S2)鍵確定退出報警值設置狀態(tài)，ADD(S3)報警值加，DEC(S4)報警值減。數(shù)碼管：用來顯示地址編號和溫度，在進行溫度上下限設置的時候顯示相應的溫度上下限。本設計采用四位八段數(shù)碼管，共陰極連接。聲光報警電路：指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，在超限的時候報警燈亮、蜂鳴器發(fā)出響聲，進行報警。本設計采用三個發(fā)光二極管作為指示燈，分別為報警燈、設定指示燈、工作狀態(tài)燈，一個蜂鳴器，溫度超限時，發(fā)出聲響進行報警。 系統(tǒng)的工作原理每個 DS18B20 芯片有唯一編碼，系統(tǒng)首先讀取 DS18B20 的序列號，根據序列號對每一個 DS18B20 進行編號，在對 DS18B20 進行溫度采集時，首先通過 I178。C 總線對 DS18B20 進行自身 ROM 序列號的匹配，系統(tǒng)只對序列號匹配成功的 DS18B20進行操作，DS18B20 具有 A/D 轉換功能 [1]。只有地址編碼完全匹配的 DS18B20，將A/D 轉換完畢的溫度值發(fā)送給單片機，單片機通過 I178。C 總線接收到 DS18B20 發(fā)送的溫度。單片機判斷是否超限，通過 I/O 口送數(shù)碼管進行顯示并確定是否啟動相應的聲光報警。上電開機后單片機進入循環(huán)顯示各點溫度的正常工作狀態(tài)，通過 SET 鍵使單片機進入報警值設定狀態(tài)，ADD、DEC 鍵可對 DS18B20 的溫度上下限進行調整，ENTER 鍵可確定跳出報警值設定狀態(tài)，實現(xiàn)溫度上下限可變的溫度報警系統(tǒng)。石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 5 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)硬件主要包括單片機、DS18B20 溫度采集模塊、聲光報警模塊、按鍵控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊。 單片機 AT89C51AT89C51 美國 ATMEL 公司生產的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4K BytesISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 AT89C51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元。單片機 AT89S51 強大的功能可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89C51 芯片的引腳結構如圖 31所示： 功能特性 AT89C51 提供以下標準功能：40 個引腳、4K Bytes Flash 片內程序存儲器、128 Bytes 的隨機存取數(shù)據存儲器（RAM） 、32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口、5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷、2 個數(shù)據指針、2 個 16 位可編程定時/計數(shù)器、2 個全雙工串行通信口、3 看門狗（WDT）電路、片內振蕩器及時鐘電路。此外，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式,空閑模式，CPU 暫停工作，而 RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求 [2]。圖 31 AT89C51 引腳圖石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 6 管腳說明P0 口：P0 口為一個 8 位漏極開路雙向 I/O 口，也即地址/數(shù)據總線復用口。作為輸出口用時，能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”時，被定義為高阻輸入。在訪問外部數(shù)據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 位）和數(shù)據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在 Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1 口:P1 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口,P1 口的輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “1”,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口。作輸入口使用時,因為內部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(I IL)。在 Flash 編程和程序校驗期間,P1 接收低 8 位地址。部分端口還有第二功能 ,如表 32 所示: 表 32 P1 口部分引腳第二功能端口引腳 第二功能MOSI(用于 ISP 編程)MISO(用于 ISP 編程)SCK(用于 ISP 編程)P2 口:P2 口是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P2 口的輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口。作輸入口使用時,因為內部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(I IL)。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據存儲器(例如執(zhí)行 MOV X @DPTR 指令)時,P2 口送出高 8 位地址數(shù)據。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據寄存器(例如執(zhí)行 MOV X @Ri 指令)時,P2 口線上的內容 (也即特殊功能寄存器(SFR )區(qū)中P2 寄存器的內容 ),在整個訪問期間不改變。在 Flash 編程或校驗時,P2 亦接收高位地址和其它控制信號。P3 口: P3 口是一個帶有內部上拉電阻的雙向 8 位 I/O 口, P3 口的輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫“1”時,它們被內部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入口使用時,被外部信號拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流(I IL)。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外,更重要的用途是它的第二功能 ,如表 33 所示:石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 7 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號 [3]。表 33　P3 口的第二功能P3 口各位 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） （外部中斷 0 輸入）INT （外部中斷 1 輸入） T0（定時器 0 外部計數(shù)器脈沖輸入） T1（定時器 1 外部計數(shù)器脈沖輸入） （外部數(shù)據存儲器讀選通信號）RD （外部數(shù)據存儲器寫選通信號）WRST：復位輸入。當振 蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時間將使單片機復位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平 ,設置 SFR AUXR 的DISRTO 位(地址 8EH)可打開或關閉該功能。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE:當訪問外部存儲器或數(shù)據存儲器時，ALE (地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部寄存器,ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號,因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。值得注意的是:每當訪問外部數(shù)據存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要,可通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位,可禁止 ALE 操作。該位置位后,只要一條 MOVX 和 MOVC 指令才會激活 ALE。此外,該引腳會被微弱拉高,單片機執(zhí)行外部程序時,應設置 ALE 無效。：程序存儲允許( )輸出是外部程序存儲器的讀選通信號,當PSENPSENAT89S51 由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據)時,每個機器周期兩次 有效,即輸出PSEN兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據存儲器時,沒有兩次有效的 信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平(接地)。需要注意的是:如果加密位 LB1 被編程,復位時內部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端保持高電平(接 VCC 端)，CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程期間，該引腳用于施加+12V 編程電壓（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入端。XTAL2：反向振蕩放大器器的輸出端 [4]。石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 8 美國 Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 一線總線接口的溫度傳感器，在其內部使用了在板（ONB0ARD）專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。新的一線器件DS18B20 體積更小、適用電壓更寬、更經濟。DS18B20 可以程序設定 9～12 位的分辨率，精度為177。176。C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。