【導(dǎo)讀】十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，操作都是在人工情況下進(jìn)行的，耗費(fèi)了大量的人力。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品培育的品種越來(lái)越多，對(duì)于。檢測(cè)技術(shù)也提出了越來(lái)越高的要求。塊，液晶顯示模塊、聲控報(bào)警電路部分組成了多功能農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，仿真效果良好。

　　

【正文】 E）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是： (1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤(pán)和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能 ； (2)提供了多種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，極利于調(diào)試 ； (3)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片 ； (4)提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil等軟件 ； (5)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能 [18]。 ProteusISIS 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況亂。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。同時(shí)，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用ProteusARES 軟件，很容易獲得其 PCB 圖，為今后的制造提供了方便 [19]。 軟硬件結(jié)合調(diào)試 本設(shè)計(jì)通過(guò) Protues 作為硬件仿真平臺(tái)，通過(guò) keilC51 作為軟件仿真平臺(tái)，仿真效果如下： 本設(shè)計(jì)的顯示用的是 lCD1602 液晶顯示，顯示中，第一行前面 “Tem:”代表溫度指示，后面跟著的是測(cè)量的溫度值，第 二 行后面 “Set： ”代表溫度設(shè)定的臨界值 ，后面顯示最低和最高溫度臨界值 。其顯示效果如圖 所示： 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 23 圖 液晶顯示效果 另外， 當(dāng)溫 濕 度高于或者低于正常溫度范圍時(shí)， 觸發(fā)則進(jìn)行報(bào)警， 蜂鳴器長(zhǎng)鳴。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體 仿真效果如圖 所示： 圖 系統(tǒng)整體框圖 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 24 誤 差分析 允許出現(xiàn)的誤差范圍 ：通過(guò)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差最小為 177?！?，最大為 177?！?； 誤差產(chǎn)生的原因 任何一個(gè)系統(tǒng)或者儀器在 檢測(cè)或者使用 過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生誤差， 而 測(cè)量得到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性體現(xiàn)在測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)間誤差的大小， 誤差越小，說(shuō)明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作越完善。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中有許多原因會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，如： (1)所使用 元器件自身 存在 的誤差； (2)由于濕度，二氧化碳，塵土，光照等外部環(huán)境 的 影響 ，系統(tǒng)的 硬件設(shè)備產(chǎn)生的誤差 ； (3)長(zhǎng)時(shí)間使用，某些元 器件自身的損耗，如電容、電阻受熱受潮，也 會(huì)使整個(gè)電路的測(cè)量精度下降； (4)農(nóng)田 面積大，單個(gè)測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量過(guò)程中 不能夠體現(xiàn) 農(nóng)田 內(nèi)的 整體 溫度情況，其測(cè)量數(shù)據(jù)只是體現(xiàn) 了 農(nóng)田 內(nèi)某一范圍內(nèi)的溫度情況 ，對(duì)整個(gè) 農(nóng)田 內(nèi)溫度的檢測(cè)也會(huì)產(chǎn)生誤差； (5)系統(tǒng) 軟件 在 長(zhǎng)期的 運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的誤差； 減小誤差的方法 為了減小測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的誤差，是測(cè)量的數(shù)據(jù)更加精確，可以采用以下幾種方法： (1)購(gòu)買(mǎi)質(zhì)量好的元器件，減小元器件自身產(chǎn)生的誤差； (2)做好硬件電路的防塵與防水等保護(hù)工作，減少外部環(huán)境對(duì)硬件電路的影響； (3)定期檢查電路設(shè)備，更換主要的元器件，如單片 機(jī)，溫度傳感器； (4)在 農(nóng)田 內(nèi)的不同區(qū)域放置測(cè)量電路進(jìn)行測(cè)量，然后將多組數(shù)據(jù)匯總求平均值； (5)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的軟件部分做定期檢測(cè)與維護(hù)，保證 測(cè)量 系統(tǒng)的正常運(yùn)行； 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 25 5 結(jié)論 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 從硬件電路設(shè)計(jì)到軟件編程，使我熟悉了開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程，總體來(lái)說(shuō)還是很有收獲的。利用這段時(shí)間我對(duì) C 語(yǔ)言也有了一定的了解和理解，在遇到不熟悉的語(yǔ)句時(shí)候我立刻翻書(shū)，經(jīng)過(guò)這次實(shí)驗(yàn)的鍛煉，更加熟練了。 重新復(fù)習(xí)并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了 51單片機(jī)，熟練掌握了 Word 軟件的使用。 此外自學(xué)了 Proteus 仿真軟件。這次做的 多功能農(nóng)田 溫度 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)，雖然設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單，但有很強(qiáng)的實(shí)用性和可拓展性，因此具有很重要的顯示意義。 本系統(tǒng) 以單片機(jī) AT89C51 為核心部件， 溫度傳感器 DS18B20 為 農(nóng)田 內(nèi)溫 濕 度 數(shù)據(jù) 采集器 ， 通過(guò)硬件電路 設(shè)計(jì) 與軟件 設(shè)計(jì) 相結(jié)合的方法 實(shí)現(xiàn)了對(duì)基于單片機(jī) 多功能農(nóng)田 內(nèi) 的溫度 進(jìn)行設(shè)定 、溫度數(shù)據(jù)的采集、 農(nóng)田 內(nèi)溫度的 監(jiān)控 、對(duì)溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)的分析、 農(nóng)田 內(nèi)溫度的 調(diào)節(jié) 、在 LCD 顯示器上顯示等多種 功能 。 通過(guò)鍵盤(pán)電路，結(jié)合 農(nóng)田 內(nèi)植物生長(zhǎng)的最佳溫度范圍設(shè)定系統(tǒng)控制 的 溫度范圍，當(dāng) 農(nóng)田 內(nèi)溫度高于設(shè)定的最高溫度時(shí)，風(fēng)扇工作對(duì) 農(nóng)田 內(nèi)進(jìn)行降溫處理，當(dāng) 農(nóng) 田 內(nèi)溫度低于設(shè)定的最低溫度時(shí)，電熱棒加熱，對(duì) 農(nóng)田 內(nèi)進(jìn)行升高溫度處理從而保證了 農(nóng)田 內(nèi)的溫度維持在系統(tǒng)所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。 通過(guò) ProteusISIS 仿真軟件的仿真， 在 LCD 上顯示出來(lái)的數(shù)據(jù)在 此 系統(tǒng) 允許 測(cè)量的 誤差范圍內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。 雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練，但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過(guò)程，為今后 的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ) 。 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 26 參考文獻(xiàn) [1] [2] [3] 高遲 .基于單片機(jī)的 多功能農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) [J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新 , [4] 李曉龍 ， 王志國(guó) .基于單片機(jī)的 多功能農(nóng)田 溫度 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與 應(yīng)用 , [5] 陳育斌 .MCS51 單片機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程 .大連市 :大連理工大學(xué)出版社 ,2020: 203206 [6] 樓然苗 ,李光飛 .單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) .北京市 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020:4552 [7] 何立民，單片機(jī)實(shí)用文集 .北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 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MCS51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社， 1993 [18] 江世明 .基于 Proteus 的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) .北京市 :電子工業(yè)出版社 , [19] 林建英 ,吳振宇 .電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .北京市 :電子工業(yè)出版社 ,2020:188192 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 27 附錄 一 基于單片機(jī)的 多功能農(nóng)田 溫度 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與仿真 設(shè)計(jì)圖 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 28 附錄二 多功能農(nóng)田 溫度自動(dòng) 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 開(kāi)發(fā)意義 隨著大棚技術(shù)的普及， 多功能農(nóng)田 數(shù)量不斷增多， 多功能農(nóng)田 的溫濕度控制便成為一個(gè)十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫濕度控制是在 多功能農(nóng)田 內(nèi)部懸掛溫度計(jì)和濕度計(jì)，通過(guò)讀取溫度值和濕度值了解實(shí)際溫濕度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫濕度與額定溫濕度進(jìn)行比較，看溫濕度是否過(guò)高或過(guò)低，然后進(jìn)行相應(yīng)的通風(fēng)或者灑水 。這些操作都是在人工情況下進(jìn)行的，耗費(fèi)了大量的人力物力?，F(xiàn)在，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來(lái)越多，對(duì)于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。 多功能農(nóng)田 的建設(shè)對(duì)溫濕度檢測(cè)與控制技術(shù)也提出了越來(lái)越高的要求。隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化， 農(nóng)田 環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的溫濕度控制措施 . 植被一般都用 農(nóng)田 栽培，為了充分的利用好 農(nóng)田 栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學(xué)的 ，先進(jìn)的管理方法，用以對(duì)不同種類(lèi)植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需的溫度及濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。溫濕度控制對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義，它代表了一類(lèi)自動(dòng)控制的方法。而且其應(yīng)用十分廣泛。 2 功能需求設(shè)計(jì) 此溫濕度測(cè)控系統(tǒng)是基于單總線技術(shù)及其器件組建的。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，利用溫度傳感器將 多功能農(nóng)田 內(nèi)溫度的變化，變換成數(shù)字量，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制液晶顯示器，顯示 多功能農(nóng)田 內(nèi)的實(shí)際溫度，同時(shí)通過(guò)與預(yù)設(shè)量比較，對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果超過(guò)我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制，溫度度報(bào)警模塊將進(jìn)行報(bào) 警。這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測(cè)量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高，可維護(hù)性好。這種溫度測(cè)控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 多功能農(nóng)田 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以便促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)，從而提高 多功能農(nóng)田 的畝產(chǎn)量，以帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示： 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 29 圖 1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖 3 詳細(xì)設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)模塊 分析要實(shí)現(xiàn)的功能，選擇合適的器件，進(jìn)行線路連接，以實(shí)現(xiàn) 功能，利用 Proteus 仿真開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)。溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)圖如圖 2 所示： 圖 2 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)圖 分析模塊 顯示模塊 溫度檢測(cè)模塊 溫度調(diào)節(jié)模塊 報(bào)警模塊 復(fù)位模塊 晶振模塊 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 30 (1)溫度檢測(cè)模塊主要參數(shù) ① 電壓范圍： ～ ② 測(cè)量范圍：－ 55℃ ～＋ 125℃ ③ 測(cè)量誤差： 177?！? ④ 最高測(cè)量精度： ℃ ， (2)DS18B20 的外形及管腳排列如圖 3 所示： 圖 3 DS18B20 的外形及管腳排列 (3)DS18B20 引腳定義： ① DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； ② GND 為電源地； ③ VDD 為外接供電電源輸入端 (在寄生電源接線方式時(shí)接地 )； 分析模塊 此系統(tǒng)的分析模塊主要是運(yùn)用 AT89C51 單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將得到的數(shù)據(jù)輸出。 (1)單片機(jī)的極限工作參數(shù) 如下： ① 工作溫度： 55~+125℃ ② 儲(chǔ)藏溫度： 65~+150℃ ③ 任一腳對(duì)地電壓： ~+ ④ 最高工作電壓： ⑤ 直流輸出電流： (2)分析模塊設(shè)計(jì)圖如圖 4 所示： 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 31 圖 4 分析模塊設(shè)計(jì)圖 溫度調(diào)節(jié)模塊 多功能農(nóng)田 溫度自動(dòng) 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 溫度調(diào)節(jié)模塊主要用鍵盤(pán)電路來(lái)完成調(diào)節(jié)功能。主要是用于設(shè)定臨界溫度，由三個(gè)按鍵組成，其中一個(gè)按鍵用于選定對(duì)高溫閾值還是低溫閾值進(jìn)行設(shè)定，另外兩個(gè)按鍵的作用分別對(duì)設(shè)定的溫度進(jìn)行加、減。溫度調(diào)節(jié)模塊如圖 5 所示： 圖 5 溫度調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì) 圖 卜紀(jì)清 ： 基于單片機(jī)的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 32 報(bào)警模塊 由于本設(shè)計(jì)中涉及到溫度高于或者低于設(shè)定溫度時(shí)，需要提醒工作人員及時(shí)處理，故添加了報(bào)警電路，這樣能夠達(dá)到快速高效的處理效果。報(bào)警模塊設(shè)計(jì)圖如圖 6 所示： 圖 6 報(bào)警模塊