【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 棚內(nèi)各增減設(shè)備。 本設(shè)計(jì)所采用的是 5V 電磁繼電器，而控制設(shè)備所用電壓可達(dá)到 220V。如果用 5V繼電器驅(qū)動(dòng) 220V 的控制設(shè)備，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但如果在電路板上實(shí)現(xiàn)低電壓控制高電壓存在一定的危險(xiǎn)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(jì)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(shí)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(jì)采用方案二。 4 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)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(chǔ)器 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2 級(jí)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(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 B、外接 晶振 引腳 XTAL1和 XTAL2； C、控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST、 ALE/PROG 和 EA/VPP； D、輸入 /輸出引腳 、 、 、 。 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)（圖 2）電路如下： VCC4039383736353433123456782122232425262728XAL119XAL218RST9EA/VPP31PSEN29ALE/PROG301011121314151617VSS2032U1STC89C52VCCXAL112MHz30pFC130pFC210uFC3K110KR1VCCGNDGNDP00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37PSENALE 圖 2 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 為確保微機(jī)系統(tǒng)中 電路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。 5%，即 ～ 。由于微機(jī)電路是時(shí) 序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng) VCC超過 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。 本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位 ，手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入西昌學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 RST 端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也 會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 單片機(jī)復(fù)位電路圖（圖 3）如下： K10uFC410KR1VCCGNDRST 圖 3 單片機(jī)復(fù)位電路 晶振電路 單片機(jī) 系統(tǒng) 里都有晶振，在單片機(jī)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(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)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(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘 信號(hào) 。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)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(jī)晶振電路圖（圖 4）如下： XAL230pFC230pFC3GNDXAL1XAL2 圖 4 單片機(jī)晶振電路 傳感器信號(hào)采集電路 西昌學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè) DHT11傳感器都在 極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。測(cè)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(gè) 100nF 的 電容，用以去耦濾波。 DHT11的應(yīng)用電路和實(shí)物圖（圖 5）如下： 圖 5 DHT11的應(yīng)用電路和實(shí)物圖 DHT11采集數(shù)據(jù)方式：用戶 MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后 ,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式 ,等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后 ,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào) ,送出 40bit的數(shù)據(jù) ,并觸發(fā)一次信號(hào)采集 ,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù) .從模式下 ,DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集 ,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào) ,DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)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(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 圖 6 DHT11通訊過程圖 溫度采集電路 Dallas 半導(dǎo)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(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)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(cè)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(chǎng)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(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)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?？蛇x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(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存 [6]。 DS18B20 的應(yīng)用電路圖和實(shí)物圖（圖 7）如下圖： 圖 7 DS18B20 的應(yīng)用 電路圖和實(shí)物圖 本設(shè)計(jì)采集光照強(qiáng)度采用的是利用 PCF8591 實(shí)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(huì)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(zhǎng) 的光照射下，有阻值迅速減小的西昌學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 特性 [5]。這是由于光照產(chǎn) 生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向 電源 的正極，空穴奔向電源的負(fù)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(dǎo)體 的 光電效應(yīng) 制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，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(qiáng)度采集電路圖和光敏電阻實(shí)物圖（圖 9）如下： 圖 9 光照強(qiáng)度采集電路圖和光敏電阻實(shí)物圖 本設(shè)計(jì)采集土壤濕度采用的是利用 PCF8591 實(shí)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(dǎo)致電阻值發(fā)生變化 這一原理制成的。HR31 溫濕度計(jì)用新型濕敏電阻是采用有機(jī)高分子材料的一種新型濕度敏感元件，具有西昌學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 感濕范圍 寬，響應(yīng)迅速，抗污染能力強(qiáng)，無需加熱清洗及長(zhǎng)期使用性能穩(wěn)定可靠等諸多特點(diǎn)。 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(shí)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(shí)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(gè)模擬輸 入、一個(gè)輸出和一個(gè)串行 I2C總線接口。 3個(gè)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(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 個(gè)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(fù)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(hào)輸入端。 A0～ A3：引腳地址端。 VDD、 VSS：電源端。（ ～ 6V） VREF：基準(zhǔn)電源端 。 AGND：模擬信號(hào) 地。 AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。 OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) 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(hào)等的 點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)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(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最 高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 5腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)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(fù)極。 本設(shè)計(jì)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(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊； 其顯示分辨率為