【導(dǎo)讀】度、濕度、土壤水分傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)?？紤]到實(shí)際情況，蔬菜大棚內(nèi)。個(gè)對(duì)稱的熱風(fēng)爐、風(fēng)扇、滴灌器，分別控制固態(tài)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)要求。采用串行接口方式，同時(shí)管理了鍵盤和LED顯示器。為了防止程序跑飛，以及電源故障監(jiān)控，本設(shè)計(jì)還采用了X25045芯片設(shè)計(jì)看門狗電路。也設(shè)計(jì)了上位機(jī)與單片機(jī)的通信，采用RS485標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)這一系列的控。使農(nóng)作物獲得高產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

　　

【正文】 =0， WD0=1，預(yù)置時(shí)間為 ； WD1=1， WD0=0，預(yù)置時(shí)間為 ； WD1=1， WD0=1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定。正常工作時(shí)，最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)，即可編程時(shí)可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛用軟件陷阱等別的方法無(wú)法捕捉回程序時(shí)則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間迫使系統(tǒng)復(fù)位。 X25045 芯片與微處理器的硬件接口電路 X25045 與單片 機(jī)的硬件接線非常簡(jiǎn)單，其連接圖如圖 所示。 圖 X25045 與單片機(jī)的連接圖 通信模塊的設(shè)計(jì) 微機(jī)與微機(jī)，微機(jī)與單片機(jī)之間經(jīng)常需要進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。串行通信是主要的通信手段，與并行通信相比，具有傳輸距離長(zhǎng)、連接簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等特點(diǎn)。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。 RS一 485是串行數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)，是為彌補(bǔ) RS一 232通信距離短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的，是在 RS一 422基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允 許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性。 RS一 485標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。 RS一 485標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為 1200m，最大傳輸速率為 10 Mbps。通常， RS一 485網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸介質(zhì)。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，只有在 20Kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來(lái)說(shuō)， 100m長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。 485 接口芯 片簡(jiǎn)介 MAX485 是用于 RS— 485 通信的小功率收發(fā)器，它們都含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。 MAX485 的驅(qū)動(dòng)器不是限斜率的，允許它們以每秒 的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。這些驅(qū)動(dòng)器具有短路電流限制和使用熱關(guān)閉控制電路進(jìn)行超功耗保護(hù)。在超過(guò)功耗時(shí)，熱關(guān)閉電路將驅(qū)動(dòng)器的輸出端置于高阻狀態(tài)。接收器輸入端具有自動(dòng)防止故障的特性，當(dāng)輸入端開路時(shí)，確保輸出為高電平。 MAX485 是為半雙工應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 ? MAX485 的引腳排列如圖 所示： 圖 MAX485 的引腳排列圖 引腳說(shuō)明如下表（ 3）所 示： 表（ 3） MAX485 引腳說(shuō)明 MAX485 引腳 名稱 功能 1 RO 接收器輸出端。 2 /RE 接收器輸出使能端。 3 DE 驅(qū)動(dòng)器輸出使能端。 4 DI 驅(qū)動(dòng)器輸入端。 5 GND 地 6 A 同向接收器輸入和同向驅(qū)動(dòng)器輸出端 7 B 反向接收器輸入和反向驅(qū)動(dòng)器輸出端 8 VCC 正電源輸入端： — 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 23 RS485 接口電路的設(shè)計(jì) RS485 接口電路如圖 所示。 圖 RS485 接口電路 RS485 是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信接口，一般采用雙絞線結(jié)構(gòu)。 MAX485 是通過(guò)兩個(gè)引腳 RE 和 DE 來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出的。當(dāng) RE 為低電平時(shí)，MAX485 數(shù)據(jù)輸入有效；當(dāng) DE 為高電平時(shí)， MAX485 數(shù)據(jù)輸出有效。在半雙工使用中，通?？梢詫⑦@兩個(gè)腳直接相連，然后由 PC 機(jī)或單片機(jī)輸出的高低電平就可以讓 MAX485 在接收和發(fā)送狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換了。 控制電路的設(shè)計(jì) 控制電路設(shè)計(jì) 的原理是根據(jù)環(huán)境溫度、濕度、土壤水分值來(lái)控制熱風(fēng)爐、風(fēng)扇和滴灌器的啟停來(lái)保持蔬菜大棚內(nèi)的各個(gè)值在設(shè)定的范圍內(nèi)?？捎面I盤設(shè)定溫度、濕度、土壤水分的正常范圍。 由于溫室里各個(gè)環(huán)境因素變化不是特別快，所以不用頻繁的采集數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是每 1min調(diào)一次溫度檢測(cè)子程序，以便顯示器上能及時(shí)顯示當(dāng)前的實(shí)際溫度值。每隔 5min 采集一次數(shù)據(jù)，并且控制各個(gè)設(shè)備的動(dòng)作。由于定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為 216，所以一次性定時(shí)時(shí)間不能達(dá)到 1min，因此需要兩個(gè)軟時(shí)鐘，設(shè)置 T0 的初值，使其定時(shí)時(shí)間為 100ms，每一次定時(shí)時(shí)間引起中斷，軟時(shí) 鐘加 1，當(dāng)加到 600，也即 1min 定時(shí)時(shí)間到，此時(shí)軟時(shí)鐘 1 清 0，以便下一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)，然后調(diào)溫度檢測(cè)子程序顯示當(dāng)前溫度值。軟時(shí)鐘 2繼續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)加到 3000，也即 5min 定時(shí)時(shí)間到，此時(shí)必然軟時(shí)鐘 1 也記到 600 了，所以相當(dāng)于溫濕度檢測(cè)子程序都相繼調(diào)用，滿足要求。對(duì)于溫度來(lái)說(shuō)，溫度的范圍為 15℃至 30℃，檢測(cè) 4 個(gè)溫度傳感器檢測(cè)上來(lái)的溫度，去掉最大值和最小值后取平均值。如果小于設(shè)定的溫度下限值，則開啟熱風(fēng)爐。如果高于溫度設(shè)定上限值，則開啟風(fēng)扇。對(duì)于濕度來(lái)說(shuō)，濕度范圍為 50%至 65%，考慮到溫室的實(shí)際情況，溫室中，蔬 菜是在封閉條件下生長(zhǎng)的，會(huì)進(jìn)行蒸騰作用，所以空氣相對(duì)濕度比外界要高，如果蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 24 低于外界，則土壤水分顯然就不在正常范圍內(nèi)，滴灌器就會(huì)工作，所以現(xiàn)在只需考慮相對(duì)濕度高于上限值的情況。如果溫度值高于溫度設(shè)定上限值，則不用判斷濕度。如果溫度值低于溫度設(shè)定上限值，則需判斷濕度。濕度傳感器檢測(cè)上來(lái)的濕度值，去掉最大值和最小值后取平均值，如果高于濕度設(shè)定上限值，則開啟風(fēng)扇。對(duì)于土壤水分來(lái)說(shuō)，土壤水分的范圍為 60%至 85%，當(dāng)土壤水分在此范圍時(shí)，滴灌設(shè)備處于斷路狀態(tài)。當(dāng)土壤水分低于土壤水分設(shè)定下限值時(shí)，可驅(qū)動(dòng)滴灌器。在下一個(gè) 5min定時(shí)時(shí)間到時(shí)關(guān)閉所有設(shè)備。這種做法及可以避免頻繁采集數(shù)據(jù)，也可以避免各個(gè)設(shè)備的頻繁啟動(dòng)控制時(shí)。 基于以上分析，控制電路中主要有熱風(fēng)爐、風(fēng)扇和滴灌器三個(gè)被控對(duì)象，六個(gè)輸出端口。因此可用單片機(jī)的的六個(gè) I/0 口進(jìn)行脈沖信號(hào)的輸出控制。首先，蔬菜大棚控制電路與其他模塊不同， 溫度、濕度、土壤水分控制電路是強(qiáng)電控制回路，僅僅接上電源是不能滿足工作要求 , 即使輸入了脈沖信號(hào)，還必須連接相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器才能工作。因?yàn)闊犸L(fēng)爐、風(fēng)扇和滴灌器設(shè)備的負(fù)載功率通常比較大，直接用單片機(jī)的 I/O 口輸出驅(qū)動(dòng)是不行的，必須采用驅(qū)動(dòng)器。為了很 好的完成控制要求，用于被控對(duì)象的控制信號(hào)常被鎖存在鎖存器中，這樣就可保證鎖存器輸出端的輸出保持不變，直到下次有新的數(shù)據(jù)被鎖存，保證控制的質(zhì)量。鎖存器輸出端的信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)器的輸入。本次設(shè)計(jì)采用 74LS273。 鎖存器 74LS273 的介紹 它的引腳圖如圖 所示。 圖 74LS273 引腳圖 D7～ D0 ： 8 位數(shù)據(jù)輸入線； Q7～ Q0 ： 8 位數(shù)據(jù)輸出線； CP ：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)，上升沿有效，將 D 端數(shù)據(jù)鎖存入芯片。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 25 74LS273 常用于擴(kuò)展 I/O 口作為輸出口，在此 設(shè)計(jì)中被選用于控制電路中鎖存控制脈沖信號(hào)。方法是 CP 上升沿時(shí)將數(shù)據(jù)總線上的值鎖存在74LS273 中，同時(shí)在 74LS273 的輸出端口輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)總線上的值撤銷以后，由于 74LS273 能鎖存信號(hào)，所以 74LS273 的輸出端保持不變，直到下次有新的數(shù)據(jù)被鎖存，保證溫度的控制質(zhì)量。 將 74LS273 的某輸出置 1，則對(duì)應(yīng)的 輸出 端被置高。每次系統(tǒng)重新開啟后， 74LS273 輸出為全 0。通過(guò)編程控制各 輸出 端的電平 ，就可以有 效 地達(dá)到 控 制。 控制電 路中用74LS273 鎖存脈沖控制信號(hào)，一方面可增加輸出功率，另一方面也防止了單片機(jī)復(fù) 位時(shí)引起控制的誤動(dòng)作。 將 89C51 單片機(jī)的 ， ， ， ， ， 口用于輸出控制此控制電路的脈沖信號(hào) .并在 口的控制下鎖存在鎖存器中，用于輸出給驅(qū)動(dòng)器。 已知控制電路是強(qiáng)電控制回路，這些開關(guān)量必將會(huì)對(duì)單片機(jī)的控制系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，以致單片機(jī)控制系統(tǒng)不能正常工作。而單片機(jī)控制系統(tǒng)與強(qiáng)電控制回路共地是引起干擾的主要原因。強(qiáng)電控制回路中的電壓、電流往往很大，并會(huì)在強(qiáng)電使用的電器和地之間形成強(qiáng)大的脈動(dòng)干擾。這個(gè)脈動(dòng)干擾必然會(huì)通過(guò)接地不良電阻和電容耦合到單片機(jī)主機(jī)回路中。消除 這些脈動(dòng)干擾的最有效方法是使單片機(jī)強(qiáng)電部分與弱電部分隔離開，在電器連接上切斷它們彼此間的耦合通路。因此隔離器件兩側(cè)必須使用獨(dú)立的電源分開供電。 固態(tài)繼電器的介紹 電氣隔離通?？煞譃槔^電器隔離和光電隔離兩類。繼電器隔離適用于啟動(dòng)負(fù)荷大的動(dòng)力設(shè)備，因?yàn)槔^電器的負(fù)載能力大，能直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力回路工作。固態(tài)繼電器（ SSR）是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型電子繼電器。SSR 是 一 種無(wú)觸點(diǎn)通斷功率型電子開關(guān)。它利用電子器件的開關(guān)特性，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開電路的目的。為實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離，器件中 采用了高耐壓的專業(yè)光電耦合器。當(dāng)施加觸發(fā)信號(hào)后，其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)；無(wú)信號(hào)時(shí)，呈阻斷狀態(tài)。它利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路（輸入端）之間的電隔離和信號(hào)耦合，而沒有任何可動(dòng)部件或觸頭，實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)與電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 觸 發(fā)電 路1開 關(guān)電 路2吸 收 電 路5負(fù) 載A C 電 流過(guò) 零 控 制 電 路3ABCD 圖 繼電器工作原理框圖 上圖是過(guò)零型固態(tài)繼電器的工作原理框圖，圖中的部件 1— 4 構(gòu)成交流 SSR 的主體，從整體上看， SSR 只有兩個(gè)輸入端 (A 和 B)及兩個(gè)輸出端(C 和 D)，是一種四端器件。工作時(shí)只要在 A、 B 上加 上一定的控制信號(hào)，就可以控制 C、 D 兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為 A、 B 端輸入的控制信號(hào)提供一個(gè)輸入／輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開 SSR 中輸入端和輸出端之間的 (電 )聯(lián)系，以防止輸出端對(duì)輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入／輸出端間的絕緣 (耐壓 )等級(jí)高；由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使 SSR 的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，在使用時(shí)可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受“ 1”與“ 0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的 觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過(guò)零控制電路”。所謂“過(guò)零”是指，在交流正弦波回零時(shí)刻進(jìn)行電路的開關(guān)。當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過(guò)零時(shí)， SSR 即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(hào)后， SSR 要等到交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn) (位 )時(shí)， SSR 才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波峰、浪涌 (電壓 )對(duì)開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾 (甚至誤動(dòng)作 )而設(shè)計(jì)的，一般采用“ RC”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻 (壓敏電阻器 )。 控制電路接線圖 控制電路接線圖如圖 所示 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 圖 控制電路接線圖 將 89C51 單片機(jī)的 ， ， ， ， ， 口用于輸出控制此控制電路的脈沖信號(hào) .并在 口的控制下鎖存在鎖存器中，鎖存器將數(shù)據(jù)總線上的值鎖存在 74LS273 中，同時(shí)在 74LS273 的輸出端口輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)總線上的值撤銷以后，由于 74LS273 能鎖存信號(hào)，所以74LS273 的輸出端保持不變，直到下次有新的數(shù)據(jù)被鎖存。 74LS273 的輸出分別對(duì)應(yīng)連接到非門上進(jìn)行反向驅(qū)動(dòng)， 輸出分別對(duì)應(yīng)連接到熱風(fēng) 爐、風(fēng)扇和滴灌器來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。信號(hào)經(jīng)非門驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器 SSR SSR SSRSSR SSR SSR6。當(dāng)這三個(gè)引腳的任意一個(gè)有低電平脈沖時(shí)， SSR 的 4 引腳端接通，使熱風(fēng)爐、風(fēng)扇或滴灌器繞組接通電源，開始工作。 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 在一個(gè)單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源設(shè)計(jì)是頭等重要的，電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量。此單元設(shè)計(jì)是否合理，直接決定系統(tǒng)能否穩(wěn)定的運(yùn)行。基于硬件電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)，看門狗， LED 顯示器等器件需用 +5V 電源供電，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè) +5V 的直流穩(wěn)壓電源。此系統(tǒng)的電源包括變壓電路，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。如圖 所示。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 交 流 U 1 直 流+