【文章內(nèi)容簡介】 兼容傳統(tǒng)8051；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，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，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，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，可省略外部復(fù)位電路；1共3個16位定時器/計(jì)數(shù)器，其中定時器0還可以當(dāng)成2個8位定時器使用；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），還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個UART；1工作溫度范圍：075攝氏度。 STC89C516RD+單片機(jī)結(jié)構(gòu)該款單片機(jī)中包括中央處理器（CPU）、程序存儲器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）、定時/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊，幾乎包括了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖24，管腳分布如圖25。圖24 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖25 單片機(jī)管腳圖 溫度傳感器選型溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的測量參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占50%。溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多。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、而電動勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到同一溫度。這一類傳感器主要有電阻式、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是通過被測介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅?，以達(dá)到測溫的目的。這一類傳感器主要有紅外測溫傳感器。本次設(shè)計(jì)采用DS18B20常用溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。DS18B20的主要特性：適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時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DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫；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℃時精度為177。℃；可編程的分辨率為9～12位，℃、℃、℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫；在9位分辨率時最多在 ，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一 線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力；負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如下圖26:圖26 DS18B20外形及管腳排列圖DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。工作原理圖如下圖27。圖27 DS18B20測溫原理框圖DS1820使用中注意事項(xiàng)：DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對DS1820進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時，對 DS1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時 要加以注意。連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的 測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正 常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。在DS1820測溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦 某個DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時也要給予 一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 土壤濕度傳感器選型在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，和溫度一樣，需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制，準(zhǔn)確地測量濕度更是至關(guān)重要的。但是在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是比較難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。過去用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來測量濕度的方法，早已無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。這是因?yàn)闇y量濕度要比測量溫度復(fù)雜得多，溫度是個獨(dú)立得被測量，而濕度卻受到其他因素得影響，濕度與大氣壓強(qiáng)、溫度呈函數(shù)關(guān)系。因此，用常規(guī)方法測量濕度得誤差可達(dá)士%5~20%。此外，濕度的校準(zhǔn)也是一個難題。干濕球濕度計(jì)和普通得濕度計(jì)并不能用作標(biāo)定，就是因?yàn)闃?biāo)定后的精度無法保證。濕度有多種表示方法，根據(jù)測量對象、環(huán)境以及時測量所要求的不同，也有多種不同的測量方法與測量儀器。水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素。測量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反應(yīng)各種土壤的真實(shí)水分含量。FC28土壤水分傳感器可測量土壤水分的體積百分比，與土壤本身的機(jī)理無關(guān)，如圖28。圖28 FC28土壤濕度傳感器模塊該傳感器模塊特性如下：采用FC28土壤傳感器做土壤濕度的檢測，表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應(yīng)面積，可以提高導(dǎo)電性能，防止接觸土壤容易生銹的問題，延長使用壽命；產(chǎn)品可以寬范圍控制土壤的濕度，通過電位器調(diào)節(jié)控制相應(yīng)閥值，濕度低于設(shè)定值時，DO輸出高電平，高于設(shè)定值時，DO輸出低電平；比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定；工作電壓3. 3V5V；設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝； PCB尺寸:3. 2cm*1. 4cm。該傳感器模塊結(jié)構(gòu)圖29如下。圖29 傳感器模塊結(jié)構(gòu)圖FC28傳感器在土壤飽和含水率范圍內(nèi)具有良好的線性特征，下圖是40%濕度前典型的標(biāo)定曲線及參數(shù)，用戶可以參考使用，如果要獲得高精度的測量結(jié)果，需進(jìn)行二次標(biāo)定。圖210 標(biāo)定關(guān)系曲線圖標(biāo)定公式:0%40%濕度為:y=*x 40%一100%濕度為:y=*(X為采集器采集到的電壓值)公式選擇方式為:先使用第一個公式進(jìn)行運(yùn)算，如果結(jié)果大于40，則使用第二個公式重新進(jìn)行運(yùn)算。注意事項(xiàng)：不要將探針接入硬的土塊中，以免損壞探針；測量時一，被測土壤密度應(yīng)盡量均勻；將傳感器移出土壤時一，不要直接拉電纜；使用完成后，應(yīng)清洗并擦干，保護(hù)濕度探頭干凈。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)。目前半導(dǎo)體光敏傳感器在數(shù)碼攝像、光通信、航天器、太陽能電池等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代科技發(fā)展中起到了十分重要的作用。在植物的生理生態(tài)的綜合測試中，光照度也是非常重要的參數(shù)，它與植物的蒸騰流速率成顯著正相關(guān)。光照強(qiáng)度,簡稱照度。一個被光線照射的表面上的照度（illumination/illuminance）定義為照射在單位面積上的光通量。設(shè)面元dS 上的光通量為dΦ，則此面元上的照度E為：E=dΦ/dS 。照度的單位為lx（勒克斯）,也有用lux的，1lx=1lm/㎡。照度表示物體表面積被照明程度的量。夏季在陽光直接照射下，光照強(qiáng)度可達(dá)6萬～10萬lx，～1萬lx，夏天明朗的室內(nèi)100～550lx。光照度傳感器的轉(zhuǎn)換元件能將光量轉(zhuǎn)換為電量。通常分為3類:一是外光電效應(yīng)元件，此類光電轉(zhuǎn)換元件有光電管、光電倍增管等；二是內(nèi)光電效應(yīng)元件，此類光電轉(zhuǎn)換元件有光敏電阻、光導(dǎo)管等；三是光生伏特效應(yīng)元件，此類光電轉(zhuǎn)換元件有光電池、光電晶體管等。其中，光電池具有性能穩(wěn)定、壽命長、光譜響應(yīng)范圍寬、頻率特性好和耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，在光照度檢測圍寬、頻率特性好和耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，在光照度檢測系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，而目前應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。因此，選用硅光電池作為光照度傳感器的轉(zhuǎn)換元件。能源硅光電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組與鎳鎘電池配合、可作為人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航標(biāo)燈、無人氣象站等設(shè)備的電源；也可做電子手表、電子計(jì)算器、小型號汽車、游艇等的電源。硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)很簡單，核心部分是一個大面積的PN 結(jié)，把一只透明玻璃外殼的點(diǎn)接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯(PN結(jié))受到光照時，你就會看到微安表的表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的PN結(jié)面積要比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時產(chǎn)生的電動勢和電流也大得多。晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大類，用P型（或n型）硅襯底，通過磷（或硼）擴(kuò)散形成Pn結(jié)而制作成的，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是光伏市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品。采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷 光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，提高材料中的載流子收集效率，優(yōu)化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。單晶硅光電池面積有限，目前比較大的為Φ10至20cm的圓片，年產(chǎn)能力46MW/a。目前主要課題是繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，開發(fā)帶狀硅光電池技術(shù)，提高材料利用率。%，%，地面用大量生產(chǎn)的在AM1條件下多在1118%之間。以定向凝固法生長的鑄造多晶硅錠代替單晶硅，可降低成本，但效率較低。優(yōu)化正背電極的銀漿和鋁漿絲網(wǎng)印刷，切磨拋工藝，千方百計(jì)進(jìn)一步降成本，提高效率，%。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。由于分解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1μm厚的薄膜，易于大面積化 （），成本較低，多采用pin結(jié)構(gòu)。為提高效率和改善穩(wěn)定性，有時還制成三層pin 等多層疊層式結(jié)構(gòu)，或是插入一些過渡層。其商品化產(chǎn)量連續(xù)增長，年產(chǎn)能力45MW/a，10MW生產(chǎn)線已投入生產(chǎn)，全球市場用量每月在1千萬片左右，居薄膜電池首位。發(fā)展集成型aSi光電池組 件，激光切割的使用有效面積達(dá)90%以上，%，大面積大量生產(chǎn)的為810%，疊層結(jié)構(gòu)的最高效率為21%。研發(fā)動向是改善薄膜特性，精確設(shè)計(jì)光電池結(jié)構(gòu)和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態(tài)，以求得高效率和高穩(wěn)定性。 硅光二極管的光照特性硅光電池有一個能射入光線的窗口，窗口上鑲嵌著玻璃透鏡。其NP結(jié)面積較大，電極面積則較小，以增加受光面積。NP結(jié)的結(jié)深較淺(100nm)，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。且管心表面有一層5102保護(hù)層。硅光電池的工作原理為:當(dāng)光照射到PN結(jié)上時，便在NP結(jié)內(nèi)產(chǎn)生一個與NP結(jié)自建場相反的光生電場(方向由P區(qū)指向N區(qū))。此電場使勢壘降低，于是有結(jié)電流從P區(qū)流向N區(qū)在開路情況，結(jié)電池與光生電池平衡，勢壘高度的降低量就是器件的開路電壓。硅光電池的短路電流與光照度成線性關(guān)系。所謂短路電流是指外接負(fù)載相對硅光電池的內(nèi)阻而言是很小的。利用硅光電池的這個特性，光照度傳感器的信號調(diào)節(jié)電路如圖所示。圖213光照度采集電路該電路由精密運(yùn)算放大器OP07及其它元件組成一個直流前置的電流一電壓變換，它能提供正比于輸入電流的輸出電壓。光照度采用國產(chǎn)ZDU硅光電池。光照度傳感器的輸入信號(光量子通量密度)與輸出信號(電壓)成線性關(guān)系，無須標(biāo)定。 AD轉(zhuǎn)換模塊選擇AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，也可以是整流。顧名思義，就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換后