【文章內(nèi)容簡介】 息溫 濕 度 信 息 處理溫 濕 度 異 常報 警 及 調(diào) 控 溫濕 度顯 示 當(dāng) 前 狀 態(tài)YN是 否 斷 電結(jié) 束YN 圖 溫度對濕度的影響 調(diào)控系統(tǒng)的方案設(shè)計 調(diào)控系統(tǒng)用于調(diào)整雞舍里的溫度、濕度。系統(tǒng)默認(rèn)雞的適宜溫度為 13~23℃，適宜濕度 40%~72%，也可根據(jù)實(shí)際需求對 溫、濕度 范圍進(jìn)行修改。系統(tǒng)使用DHT11 溫、濕度 傳感器檢測雞舍里的 溫、濕度 ，并將 溫、濕度 數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、比較，當(dāng)判斷雞舍內(nèi)溫度低于 13℃時，對雞舍進(jìn)行加熱 。當(dāng)溫度高于 23℃時，進(jìn)行降溫 。當(dāng)溫度適宜時，濕度對雞的影響不是很大，所以當(dāng)濕度高于 72%進(jìn)行通風(fēng) 。濕度低于 40%時，對雞舍進(jìn)行加濕處理。 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)的總體設(shè)計目標(biāo)是在完成設(shè)計任務(wù)的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠、成本低、功耗低、精度高等要求。首先依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的原則對硬件進(jìn)行初步選型，然后擬定一個系統(tǒng)的草案，同時還要考慮軟硬件實(shí)現(xiàn)的可行性。總體方案設(shè)計如圖 所示： 安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 開 始傳 感 器 上 電 初 始 化讀 取 設(shè) 備 發(fā) 送 起 始信 號讀 取 4 0 位 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 校 驗(yàn) 正 確 ？更 新 溫 濕 度 值Y結(jié) 束N 圖 系統(tǒng)總體方案圖 雞舍 溫、濕度 智能監(jiān)控系統(tǒng)需依靠雞舍內(nèi)裝配的 溫、濕度 傳感器采集 溫、濕度 信息，并通過控制設(shè)備對驅(qū)動電路進(jìn)行控制，使其驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)對雞舍的 溫、濕度 進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，達(dá)到滿足雞的需求的 溫、濕度 ，為雞的生長發(fā)育和產(chǎn)蛋提供最適宜的 溫、濕度 ，從而提高雞的生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量。系統(tǒng)可分為檢測單元、控制單元、輔助單元和執(zhí)行單元四大部分，這四個部分共同完成整個控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 檢測單元 溫、濕度 傳感器采集電路：傳感器負(fù)責(zé)雞舍 溫、濕度 檢測，并將檢測的結(jié)果送給控單元 STC89c52 單片機(jī)。 控制單元：主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)控制信號的處理，并建立相應(yīng)的控制規(guī)則，是整個系統(tǒng)的核心單元，由檢測單元送入的檢測信號與主控單元進(jìn)行分析比較后，通過驅(qū)動電路使執(zhí)行單元工作。 執(zhí)行單元：主要包括加熱，降溫，加濕，除濕四部分，分別完成對 溫、濕度 的調(diào)節(jié)。在本控制系統(tǒng)中，對 溫、濕度 的調(diào)節(jié)主要是通過控制 取暖 器 ，空調(diào)，風(fēng)扇，加濕器開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 輔助單元：包括顯示電路、報警電路。其中，顯示電路完成對溫度、濕度、等進(jìn)行顯示。 溫、濕度 調(diào)節(jié)過程中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果，當(dāng)溫度或濕度異常時將對應(yīng)的值調(diào)節(jié)到最高值與最低值的均值。 當(dāng) 溫、濕度 異常時， 溫、濕安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 度 調(diào)控器件工作，將 溫、濕度 調(diào)至正常值。若 沒有持續(xù)調(diào)節(jié)至均值（最適 溫、濕度 ）將會導(dǎo)致 溫、濕度 調(diào)節(jié)器件頻繁的開啟與關(guān)閉 ，易導(dǎo)致調(diào)控器件的損壞。 報警功能設(shè)計模塊中，但 溫、濕度 異常時根據(jù)不同的情況由蜂鳴器發(fā)出不同頻率的鳴叫，同時顯示屏顯示相應(yīng)的 溫、濕度 高低信息及調(diào)節(jié)器件工作狀態(tài)。 按鍵調(diào)節(jié)模塊：主要是能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)境養(yǎng)殖的需求的 溫、濕度 范圍設(shè)置 ， 系統(tǒng)也能使用到其他方面的 溫、濕度 調(diào)控。若家用汽車 溫、 濕度 監(jiān)控，生產(chǎn)車間等等。也能夠?qū)崿F(xiàn)不同家禽養(yǎng)殖的 溫、濕度 調(diào)控。 硬件設(shè)備的選擇 硬件的選擇關(guān)系到系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性及系統(tǒng)開發(fā)的成本。因此對于本系統(tǒng)的設(shè)計，首先考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能， 選擇能夠滿足 本系統(tǒng)功能的硬件， 同時也應(yīng)考慮硬件的性能，如系統(tǒng)工作的環(huán)境對硬件的要求等。本系統(tǒng)主要考慮到設(shè)備的供電問題、系統(tǒng)核心芯片的選擇、系統(tǒng)顯示部件、 溫、濕度 獲取、人機(jī)交互部件。 電源模塊 方案一：采用三只干電池作為電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計簡明扼要，成本低；缺點(diǎn)是輸出功率不高，只能勉強(qiáng)驅(qū)動單片機(jī)，適合小電流負(fù)載。 而且在整個系統(tǒng)工作中，電壓會隨著時間的推移不斷降低，進(jìn)而出現(xiàn)死機(jī)等情況。 方案二：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。電源的穩(wěn)壓的特性較好，能夠保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 綜上分析，為使系統(tǒng)調(diào)試方便，能夠穩(wěn)定工作，必須有可靠電源，所以決定選擇第二種方。 單片機(jī)的選擇 對于單片機(jī)的選擇，如果用 8031 系列，由于它沒有內(nèi)部 RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)，因而不可用； 51 系列單片機(jī) STC89c52 的 ROM 為 8K，滿足 本系統(tǒng) 設(shè)計的 [1]。且性能價格比較高， 本人 選擇 STC 公司 51 系列的單片機(jī)STC89c52。 其封裝圖如圖 所示。 安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 開 始顯 示 器 初 始 化設(shè) 置 顯 示 位 置將 命 令 發(fā) 送 到總 線 上延 時 1 0 u s將 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 到總 線數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 完 完 ？N結(jié) 束Y 圖 STC89c52 封裝圖 STC89c52 單片機(jī)的主要引腳功能如表 22 所示： 表 22 STC89c52 引腳功能圖 端口號 引腳編號 功能 VCC 40 接 +5V,提供電源 VSS 19 接地 XTAL1 、XTAL2 1 18 分別接 晶振兩端 RST 9 當(dāng)輸入兩個周期的高電平進(jìn)行復(fù)位 P0 端口 39～ 32 8 位雙向三態(tài) I/O 端口，作為低 8 位地址總線 /數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端口，當(dāng)作為通用的 I/O 口使用，為準(zhǔn)雙向口，需外接上拉電阻 。當(dāng)作為普通的輸入端口時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入高電平。 P1 端口 18 標(biāo)準(zhǔn)的 8 位雙休 I/0 口，自帶上拉電阻，可直接與外設(shè)連接。 P2 端口 1017 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，自帶上拉電阻。普通的輸入端口使用時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入高電平 和 端口除了上述功能外還具有作為定時器 /計數(shù)器 2 功能 [2]，其具體功能特性如表 23 所示： 安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 表 23 和 引腳復(fù)用功能 引腳號 功能特性 T2（定時器 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 2 捕獲 /重裝觸發(fā)和方向控制） P3 口作為普通的輸入端口使用時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入高電平。P3 口作為第二功能使用時，各引腳的定義如表 24 所示： 表 24 P3 口引腳復(fù)用功能 引腳號 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（定時器 0 的外部輸入） T1（定時器 1 的外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 溫、濕度 傳感的選擇 方案一： DS18B20 具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可以將溫度直接轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字量供微處理器處理 [3]。在溫度測量系統(tǒng)中，常采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)。其供電方式簡單，可用數(shù)據(jù)線供電，所需的外圍器件較少，甚至不需要外圍器件。濕度的檢測則采用濕敏電阻通過 AD 轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號可供微處理器處理。 方案二： DHT11 溫、濕度 傳感器具有對 溫、濕度溫、濕度 實(shí)時監(jiān)測，具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)；另外 DHT11 芯片內(nèi)部集成了 114 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 芯片在自動控制、 溫、濕度 監(jiān)測等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。 DHT11 的主要特性有：（ 1）將 溫、濕度 傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換、信號放大調(diào)理、 IIC 總線接口全部集成于一芯片；（ 2）可給出全校準(zhǔn)相對濕度及溫度值輸出；（ 3）帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 IIC總線數(shù)字輸出接口；（ 4） 具有露點(diǎn)值計算輸出功能；（ 5）具有卓越的長期穩(wěn)定性；（ 6）是只讀輸出分辨率為 14 位，溫度值輸出分辨率為 12 位；（ 7）小體積（ ），可表面貼裝；（ 8）具有可靠的 CRC 數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；（ 9）片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證 100%互換性；（ 10）電源電壓范圍為 —；（ 11）電流消耗，測量時為 550μA，休眠時為 3μA。 通過比較， 溫、濕度 傳感器 DHT11 具有更高的性價比， DHT11 能夠構(gòu)建經(jīng)濟(jì)的測溫、測濕網(wǎng)絡(luò)。因此在本次設(shè)計中，選用的是數(shù)字 溫、濕度 傳感器 DHT11，故采用的是 方案二。但在仿真時由于仿真軟件中不包含 DHT11，因此在仿真過程中采用方案一。 顯示模塊的選擇 方案一 :用數(shù)碼管或點(diǎn)陣 LED 顯示。 方案二 :用液晶 1602 顯示。 方案三 :用液晶 12864 顯示。 溫、濕度 的顯示可以用數(shù)碼管或 LED，而且價格便宜。但是數(shù)碼管只能顯示簡單的設(shè)計系統(tǒng)，與 本 設(shè)計要求也不相符。對于要顯示大量信息時，使用顯示功能更好的液晶顯示器比較好，它能顯示更多的數(shù)據(jù)。由于 1602 液晶顯示數(shù)據(jù)有限，只能夠顯示一些基本的西文字符且顯示數(shù)據(jù)的可讀性不好，而使用可以顯示漢字的 12864 液晶顯示器能夠增強(qiáng)顯示信息的可讀性。用 12864 的繪圖功能還可繪制出 溫、濕度 調(diào)節(jié)器件的工作狀態(tài)圖 [4]。至于實(shí)時 溫、濕度 則采用 12864 加DTH11 同步控制，讓人看起來會很方便。 綜上分析，由于 1602 只能顯示字符的缺陷，不能達(dá)到 本設(shè)計 的要求。所以采用方案三。 鍵盤控制模塊的選擇 方案一：采用 4 4 矩陣式鍵盤。由于本系統(tǒng)通過按鍵實(shí)現(xiàn)的只有選擇、加、減三中功能，使用 4 4 矩陣式鍵盤需占用 8 個端口，對于 52 端口本來就少的單安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 片機(jī)來說無非是資源的浪費(fèi)，何況本系統(tǒng)根本不需使用 16 個按鍵，只需 3 個就行了 。 方案二：采用獨(dú)立式按鍵。但按鍵較多時，選擇獨(dú)立式按鍵將占用大量的 I/O且布線不方便，采用獨(dú)立式按鍵適合于按鍵較少的情況。 在本設(shè)計中所需要的控制點(diǎn)數(shù)的較少，只需要幾個功能鍵，簡便、易操作、成本低就成了首要考慮的因素。所以此時，采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。 安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 在硬件設(shè)計中，主要考慮的問題就是結(jié)合中小型養(yǎng)雞場的實(shí)際情況，設(shè)計出切合實(shí)際的實(shí)用型控制器，能夠盡可能減少人工操作，提高工作效率，并且要盡量實(shí)現(xiàn)性價比高、操作簡單、故障率低。硬件電路設(shè)計主要包括電源電路、復(fù)位電路、鍵盤電路、傳感器采集電路、顯示電路、數(shù)據(jù)輸出電路等。 系統(tǒng)框圖與說明 本系統(tǒng)初步計劃由 STC89c52 單片機(jī)主控模塊、 DHT11 溫、濕度 傳感器模塊、LCD12864 顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊、 驅(qū)動 模塊組成。系統(tǒng)框圖如下圖 所示： 圖 系統(tǒng)框圖 主控芯片 單片機(jī)主要工作是對傳感器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，如果判斷當(dāng)前環(huán)境參數(shù)不滿足要求，則發(fā)指令給控制模塊，對執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動。并將當(dāng)前的 溫、濕度 信息及執(zhí)行部件的工作狀態(tài)通過控制 LCD12864 液晶顯示器的顯示出來。由于單片機(jī)芯片是無法單獨(dú)工作的，因此還需為單片機(jī)連接晶振電路提供穩(wěn)定的時鐘信號，連接復(fù)位電路能夠進(jìn)行復(fù)位功能。 晶振電路 晶振電路的主要任務(wù)是為 STC89C52 單片機(jī)提供一個穩(wěn)定的工作頻率 [5]?；? 主 控 單 片 機(jī) ATmeaga128A DTH11 溫、濕度 系 統(tǒng) LCD12864 顯示系 統(tǒng) 最小系 統(tǒng)電 路 按鍵模塊 報警 模塊 驅(qū)動 模塊 安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 于 STC89C52 單片機(jī)時鐘周期的要求，選用頻率為 的晶振保證振蕩穩(wěn)定可靠的工作在晶振兩端分別連接 30PF 電容。如圖 所示： 圖 晶振電路 復(fù)位電路 復(fù)位電路具有實(shí)時檢測 CPU 的功能，能夠及時發(fā)現(xiàn) CPU 陷入死循環(huán)并使系統(tǒng)復(fù)位。如果失控的程序進(jìn)入 “死循環(huán) ”，通常采用 “看門狗 ”技術(shù)使程序脫離 “死循環(huán) ”。通過不斷檢測程序循環(huán)的運(yùn)行時間周期，如果發(fā)現(xiàn)周期超過最大周期時間，該系統(tǒng)被認(rèn)為陷入 “死循環(huán) ”，需進(jìn)行出錯處理。本設(shè)計中采用 DS1232 看門狗芯片作為復(fù)位電路。復(fù)位電路圖如圖 所示： 圖 復(fù)位電路圖 溫、濕度 傳感器模塊 DHT11 的工作原理 DHT11 溫、濕度 傳感器包括一個溫度傳感器件和一個電阻式感濕元件 [6]，具有質(zhì)量優(yōu)良、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價比高等優(yōu)點(diǎn)。 DHT11 引腳說明如表 31 所示： 安徽新華學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 表 31 DHT11 引腳說明 Pin 名稱 注釋 1 VDD 供電 － 2 DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 3 NC 空腳，懸空 4 GND 接地，電源負(fù)極 當(dāng)總線空閑狀