【導(dǎo)讀】度、濕度、土壤水分傳感器來采集數(shù)據(jù)?？紤]到實際情況，蔬菜大棚內(nèi)。個對稱的熱風爐、風扇、滴灌器，分別控制固態(tài)繼電器來實現(xiàn)要求。采用串行接口方式，同時管理了鍵盤和LED顯示器。為了防止程序跑飛，以及電源故障監(jiān)控，本設(shè)計還采用了X25045芯片設(shè)計看門狗電路。也設(shè)計了上位機與單片機的通信，采用RS485標準。通過這一系列的控。使農(nóng)作物獲得高產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。

　　

【正文】 =0， WD0=1，預(yù)置時間為 ； WD1=1， WD0=0，預(yù)置時間為 ； WD1=1， WD0=1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定。正常工作時，最大循環(huán)周期的時間略長，即可編程時可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠達不到預(yù)置時間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當系統(tǒng)跑飛用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時則看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間迫使系統(tǒng)復(fù)位。 X25045 芯片與微處理器的硬件接口電路 X25045 與單片 機的硬件接線非常簡單，其連接圖如圖 所示。 圖 X25045 與單片機的連接圖 通信模塊的設(shè)計 微機與微機，微機與單片機之間經(jīng)常需要進行遠程數(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、連接簡單、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等特點。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進行通訊。 RS一 485是串行數(shù)據(jù)接口的標準，是為彌補 RS一 232通信距離短、速率低等缺點而產(chǎn)生的，是在 RS一 422基礎(chǔ)上制定的標準，增加了多點、雙向通信能力，即允 許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性。 RS一 485標準只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 22 定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。 RS一 485標準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)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來說， 100m長雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。 485 接口芯 片簡介 MAX485 是用于 RS— 485 通信的小功率收發(fā)器，它們都含有一個驅(qū)動器和一個接收器。 MAX485 的驅(qū)動器不是限斜率的，允許它們以每秒 的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。這些驅(qū)動器具有短路電流限制和使用熱關(guān)閉控制電路進行超功耗保護。在超過功耗時，熱關(guān)閉電路將驅(qū)動器的輸出端置于高阻狀態(tài)。接收器輸入端具有自動防止故障的特性，當輸入端開路時，確保輸出為高電平。 MAX485 是為半雙工應(yīng)用而設(shè)計的。 ? MAX485 的引腳排列如圖 所示： 圖 MAX485 的引腳排列圖 引腳說明如下表（ 3）所 示： 表（ 3） MAX485 引腳說明 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)動器輸出使能端。 4 DI 驅(qū)動器輸入端。 5 GND 地 6 A 同向接收器輸入和同向驅(qū)動器輸出端 7 B 反向接收器輸入和反向驅(qū)動器輸出端 8 VCC 正電源輸入端： — 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 23 RS485 接口電路的設(shè)計 RS485 接口電路如圖 所示。 圖 RS485 接口電路 RS485 是一點對多點的通信接口，一般采用雙絞線結(jié)構(gòu)。 MAX485 是通過兩個引腳 RE 和 DE 來控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出的。當 RE 為低電平時，MAX485 數(shù)據(jù)輸入有效；當 DE 為高電平時， MAX485 數(shù)據(jù)輸出有效。在半雙工使用中，通常可以將這兩個腳直接相連，然后由 PC 機或單片機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 控制電路設(shè)計 的原理是根據(jù)環(huán)境溫度、濕度、土壤水分值來控制熱風爐、風扇和滴灌器的啟停來保持蔬菜大棚內(nèi)的各個值在設(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)計的是每 1min調(diào)一次溫度檢測子程序，以便顯示器上能及時顯示當前的實際溫度值。每隔 5min 采集一次數(shù)據(jù)，并且控制各個設(shè)備的動作。由于定時器的最大定時時間為 216，所以一次性定時時間不能達到 1min，因此需要兩個軟時鐘，設(shè)置 T0 的初值，使其定時時間為 100ms，每一次定時時間引起中斷，軟時 鐘加 1，當加到 600，也即 1min 定時時間到，此時軟時鐘 1 清 0，以便下一個循環(huán)計數(shù)，然后調(diào)溫度檢測子程序顯示當前溫度值。軟時鐘 2繼續(xù)計數(shù)，當加到 3000，也即 5min 定時時間到，此時必然軟時鐘 1 也記到 600 了，所以相當于溫濕度檢測子程序都相繼調(diào)用，滿足要求。對于溫度來說，溫度的范圍為 15℃至 30℃，檢測 4 個溫度傳感器檢測上來的溫度，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，則開啟熱風爐。如果高于溫度設(shè)定上限值，則開啟風扇。對于濕度來說，濕度范圍為 50%至 65%，考慮到溫室的實際情況，溫室中，蔬 菜是在封閉條件下生長的，會進行蒸騰作用，所以空氣相對濕度比外界要高，如果蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 24 低于外界，則土壤水分顯然就不在正常范圍內(nèi)，滴灌器就會工作，所以現(xiàn)在只需考慮相對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。濕度傳感器檢測上來的濕度值，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，則開啟風扇。對于土壤水分來說，土壤水分的范圍為 60%至 85%，當土壤水分在此范圍時，滴灌設(shè)備處于斷路狀態(tài)。當土壤水分低于土壤水分設(shè)定下限值時，可驅(qū)動滴灌器。在下一個 5min定時時間到時關(guān)閉所有設(shè)備。這種做法及可以避免頻繁采集數(shù)據(jù)，也可以避免各個設(shè)備的頻繁啟動控制時。 基于以上分析，控制電路中主要有熱風爐、風扇和滴灌器三個被控對象，六個輸出端口。因此可用單片機的的六個 I/0 口進行脈沖信號的輸出控制。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，還必須連接相應(yīng)的驅(qū)動器才能工作。因為熱風爐、風扇和滴灌器設(shè)備的負載功率通常比較大，直接用單片機的 I/O 口輸出驅(qū)動是不行的，必須采用驅(qū)動器。為了很 好的完成控制要求，用于被控對象的控制信號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用于驅(qū)動器的輸入。本次設(shè)計采用 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，上升沿有效，將 D 端數(shù)據(jù)鎖存入芯片。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 25 74LS273 常用于擴展 I/O 口作為輸出口，在此 設(shè)計中被選用于控制電路中鎖存控制脈沖信號。方法是 CP 上升沿時將數(shù)據(jù)總線上的值鎖存在74LS273 中，同時在 74LS273 的輸出端口輸出，當數(shù)據(jù)總線上的值撤銷以后，由于 74LS273 能鎖存信號，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。通過編程控制各 輸出 端的電平 ，就可以有 效 地達到 控 制。 控制電 路中用74LS273 鎖存脈沖控制信號，一方面可增加輸出功率，另一方面也防止了單片機復(fù) 位時引起控制的誤動作。 將 89C51 單片機的 ， ， ， ， ， 口用于輸出控制此控制電路的脈沖信號 .并在 口的控制下鎖存在鎖存器中，用于輸出給驅(qū)動器。 已知控制電路是強電控制回路，這些開關(guān)量必將會對單片機的控制系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重干擾，以致單片機控制系統(tǒng)不能正常工作。而單片機控制系統(tǒng)與強電控制回路共地是引起干擾的主要原因。強電控制回路中的電壓、電流往往很大，并會在強電使用的電器和地之間形成強大的脈動干擾。這個脈動干擾必然會通過接地不良電阻和電容耦合到單片機主機回路中。消除 這些脈動干擾的最有效方法是使單片機強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負荷大的動力設(shè)備，因為繼電器的負載能力大，能直接驅(qū)動動力回路工作。固態(tài)繼電器（ SSR）是近幾年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器。SSR 是 一 種無觸點通斷功率型電子開關(guān)。它利用電子器件的開關(guān)特性，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的。為實現(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。當施加觸發(fā)信號后，其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)；無信號時，呈阻斷狀態(tài)。它利用電子技術(shù)實現(xiàn)了控制回路（輸入端）之間的電隔離和信號耦合，而沒有任何可動部件或觸頭，實現(xiàn)了相當與電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 26 觸 發(fā)電 路1開 關(guān)電 路2吸 收 電 路5負 載A C 電 流過 零 控 制 電 路3ABCD 圖 繼電器工作原理框圖 上圖是過零型固態(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 只有兩個輸入端 (A 和 B)及兩個輸出端(C 和 D)，是一種四端器件。工作時只要在 A、 B 上加 上一定的控制信號，就可以控制 C、 D 兩端之間的“通”和“斷”，實現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為 A、 B 端輸入的控制信號提供一個輸入／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，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入／輸出端間的絕緣 (耐壓 )等級高；由于輸入端的負載是發(fā)光二極管，這使 SSR 的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用時可直接與計算機輸出接口相接，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，驅(qū)動開關(guān)電路工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時，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)“過零控制電路”。所謂“過零”是指，在交流正弦波回零時刻進行電路的開關(guān)。當加入控制信號，交流電壓過零時， SSR 即為通態(tài)；而當斷開控制信號后， SSR 要等到交流電的正半周與負半周的交界點 (位 )時， SSR 才為斷態(tài)。這種設(shè)計能防止高次諧波峰、浪涌 (電壓 )對開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾 (甚至誤動作 )而設(shè)計的，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 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 27 圖 控制電路接線圖 將 89C51 單片機的 ， ， ， ， ， 口用于輸出控制此控制電路的脈沖信號 .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，同時在 74LS273 的輸出端口輸出，當數(shù)據(jù)總線上的值撤銷以后，由于 74LS273 能鎖存信號，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 的輸出分別對應(yīng)連接到非門上進行反向驅(qū)動， 輸出分別對應(yīng)連接到熱風 爐、風扇和滴灌器來實現(xiàn)功能。信號經(jīng)非門驅(qū)動固態(tài)繼電器 SSR SSR SSRSSR SSR SSR6。當這三個引腳的任意一個有低電平脈沖時， SSR 的 4 引腳端接通，使熱風爐、風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 在一個單片機實用系統(tǒng)設(shè)計中，電源設(shè)計是頭等重要的，電子電路工作時都需要直流電源提供能量。此單元設(shè)計是否合理，直接決定系統(tǒng)能否穩(wěn)定的運行?；谟布娐返脑O(shè)計，單片機，看門狗， LED 顯示器等器件需用 +5V 電源供電，所以需要設(shè)計一個 +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。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 28 交 流 U 1 直 流+