【文章內(nèi)容簡介】 棚內(nèi)各增減設(shè)備。 本設(shè)計所采用的是 5V 電磁繼電器，而控制設(shè)備所用電壓可達到 220V。如果用 5V繼電器驅(qū)動 220V 的控制設(shè)備，設(shè)計簡單，但如果在電路板上實現(xiàn)低電壓控制高電壓存在一定的危險性。所以不采用此方案。 方案二：用繼電器結(jié)合 uPLC 的系統(tǒng)控制大棚內(nèi)各增減設(shè)備。 由于本設(shè)計采用的是 5V 電磁繼電器， uPLC 可編程邏輯控制器的低電壓控制是 12V，uPLC 可以實現(xiàn) 12V 低電壓控制高電壓的的控制。所以通過繼電器來控制 UPLC，在通過uPLCD 來控制大棚內(nèi)高電壓的增減設(shè)備。此方 案是比較適用且安全的方法。 從可行性和安全性考慮，本設(shè)計采用方案二。 4 單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機最小系統(tǒng) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。 STC89C52 引腳說明如下： A、主電源引腳 VSS（接地）和 VCC（ +5V）； 西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 B、外接 晶振 引腳 XTAL1和 XTAL2； C、控制或與其它電源復用引腳 RST、 ALE/PROG 和 EA/VPP； D、輸入 /輸出引腳 、 、 、 。 STC89C52單片機最小系統(tǒng)（圖 2）電路如下： VCC4039383736353433123456782122232425262728XAL119XAL218RST9EA/VPP31PSEN29ALE/PROG301011121314151617VSS2032U1STC89C52VCCXAL112MHz30pFC130pFC210uFC3K110KR1VCCGNDGNDP00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37PSENALE 圖 2 STC89C52 單片機最小系統(tǒng) 復位電路 為確保微機系統(tǒng)中 電路 穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般微機電路正常工作需要供電電源為 5V177。 5%，即 ～ 。由于微機電路是時 序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當 VCC超過 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。 本設(shè)計采用的是手動按鈕復位 ，手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上加入西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 高電平（圖 1）。一般采用的辦法是在 RST 端和正 電源 Vcc 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也 會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。 單片機復位電路圖（圖 3）如下： K10uFC410KR1VCCGNDRST 圖 3 單片機復位電路 晶振電路 單片機 系統(tǒng) 里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘 信號 。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同 的晶振，而通過 電子 調(diào)整頻率的方法保持同步。 單片機晶振電路圖（圖 4）如下： XAL230pFC230pFC3GNDXAL1XAL2 圖 4 單片機晶振電路 傳感器信號采集電路 西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 溫濕采集電路 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。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC測溫元件，并與一個高性能 8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT11傳感器都在 極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。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。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。測量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度） 。 DHT11的供電電壓為 3－ 。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個 100nF 的 電容，用以去耦濾波。 DHT11的應用電路和實物圖（圖 5）如下： 圖 5 DHT11的應用電路和實物圖 DHT11采集數(shù)據(jù)方式：用戶 MCU發(fā)送一次開始信號后 ,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式 ,等待主機開始信號結(jié)束后 ,DHT11發(fā)送響應信號 ,送出 40bit的數(shù)據(jù) ,并觸發(fā)一次信號采集 ,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù) .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(zhuǎn)換到低速模式。 DHT11通訊過程圖（圖 6）如下： 西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 圖 6 DHT11通訊過程圖 溫度采集電路 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。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B20 也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。 C~+125176。 C，在 10~+85176。 C 范圍內(nèi) ,精度為177。 176。 C。 DS1822 的精度較差為177。 2176。C ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。DS18B20 可以程序設(shè)定 9~12 位的分辨率，精度為177。 176。 C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存 [6]。 DS18B20 的應用電路圖和實物圖（圖 7）如下圖： 圖 7 DS18B20 的應用 電路圖和實物圖 本設(shè)計采集光照強度采用的是利用 PCF8591 實現(xiàn)光敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換。 光敏電阻受光照后，其阻值會變小。用來制作光敏電阻的典型材料有 硫化鎘 （ Cds)及硒化鎘（ CdSe）兩種。這些制作材料具有在特定 波長 的光照射下，有阻值迅速減小的西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 特性 [5]。這是由于光照產(chǎn) 生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向 電源 的正極，空穴奔向電源的負極，從而使 光敏電阻器 的阻值迅速下降。 光敏電阻器是利用 半導體 的 光電效應 制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。 光敏電阻的電器阻抗 R（圖 8）如下： RCds(電阻值）LUX照度0 圖 8 光敏電阻電氣阻抗 光照強度采集電路圖和光敏電阻實物圖（圖 9）如下： 圖 9 光照強度采集電路圖和光敏電阻實物圖 本設(shè)計采集土壤濕度采用的是利用 PCF8591 實現(xiàn) HR31 濕敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換。 濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分導致電阻值發(fā)生變化 這一原理制成的。HR31 溫濕度計用新型濕敏電阻是采用有機高分子材料的一種新型濕度敏感元件，具有西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 感濕范圍 寬，響應迅速，抗污染能力強，無需加熱清洗及長期使用性能穩(wěn)定可靠等諸多特點。 HR31 濕敏電阻的電器阻抗 R（ KΩ）（圖 10）如下： 圖 10 HR31 濕敏電阻電氣阻抗 土壤濕度采集電路圖和 HR31濕敏電阻電阻實物圖（圖 11）如下： 圖 11 土壤濕度采集電路圖和 HR31 濕敏電阻電阻實物圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 PCF8591是單片、單電源低功耗 8位 CMOS數(shù)據(jù)采集器件，具有 4個模擬輸 入、一個輸出和一個串行 I2C總線接口。 3個地址引腳 A0、 A1和 A2用于編程硬件地址，允許將最多 8西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 個器件連接至 I2C總線而不需要額外硬件。器件的地址、控制和數(shù)據(jù)通過兩線雙向 I2C總線傳輸。器件功能包括多路復用模擬輸入、片上跟蹤和保持功能、 8位模數(shù)轉(zhuǎn)換和 8位數(shù)模擬轉(zhuǎn)換。最大轉(zhuǎn)換速率取決于 I2C總線的最高速率 [7]。 PCF8591引腳（圖 12）說明如下： AIN0～ AIN3：模擬信號輸入端。 A0～ A3：引腳地址端。 VDD、 VSS：電源端。（ ～ 6V） VREF：基準電源端 。 AGND：模擬信號 地。 AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、時鐘線。 OSC：外部時鐘輸入端，內(nèi)部時鐘輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時鐘選擇線，使用內(nèi)部時鐘時 EXT 接地。 PCF8591A/D 轉(zhuǎn)換電路（圖 13）如下： AIN01AIN12AIN23AIN34A05A16A27VSS8SDA9SCL10OSC11EXT12AGND13VREF14AOUT15VDD16U2PCF8591GND104C4GNDVCCP36P37123P4濕敏傳感R2 10KVCCOUT 圖 13 PCF8591A/D 轉(zhuǎn)換電路 液晶顯示電路 液晶顯示電路 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點陣型液晶模塊它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作AIN01AIN12AIN23AIN34A05A16A27VSS8SDA9SCL10OSC11EXT12AGND13VREF14AOUT15VDD16U4PCF8591 圖 12 PCF8591 引腳 西昌學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 用，正因為如此所以他不能顯示圖形 。 1602 的引腳介紹如下： 第 1腳： VSS 為電源地 第 2腳： VDD 接 5V 電源正極 第 3腳： V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最 高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平 1時選擇 數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。 第 5腳： RW為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 第 6腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負極。 本設(shè)計中 LCD1602 的電路原理圖如下（圖 14）： 12345678910111213141516P3LCD1602P251KR5P26P27P00P01P02P03P04P05P06P07VCCGND 圖 14 LCD1602 顯示電路 液晶顯示電路 LCD12864 是一種 具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接 口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊； 其顯示分辨率為