【導讀】防、科研等部門及日常生活中,經(jīng)常需要對環(huán)境溫濕度與光照度進行檢測及控制。準確測量溫濕度以及光照度對于生物制藥、食品加工、等行業(yè)更是至關重要。檢測技術不斷發(fā)展完善的今天,檢測裝置也正在朝著集成化、智能化的方向發(fā)展。普遍采用線性化處理、自動溫度補償和自動校準濕度等幾項新技術。因素的影響,其中對蔬菜生長影響最大的是環(huán)境中的溫濕度及光照度。濕度進行監(jiān)測和控制,使其適合蔬菜的生長,來提高其產(chǎn)量和質量。的測試方法費時費力、效率低,且測試的誤差大,隨機性大。該論文即是針對這一問題,設計出了。[2]汪英.基于微機測控網(wǎng)絡的溫濕度及報警[D],長沙,湖南大學,2020。[5]趙建領,5l系列單片機開發(fā)寶典[M],北京:電子工業(yè)出版社,2020。子工業(yè)出版社,2020?；贏T89C2051的溫濕度控。[9]夏方林,一種基于單片機AT89C51的溫濕度控制儀的設計,19991。[10]王寶庫,多功能檢測控制系統(tǒng)的設計,20204-1。[11]趙亮.趙國銳,單片機C語言編程與實例,2020。[12]張志利.蔡偉,基于AD590的溫度測控裝置研制,20202。

　　

【正文】 障工作 處理功能強 ,速度快。 單片機的選擇 單片機的種類有很多 ,針對本課題 ,初步提出了三套方案 ,具體如下 : 方案一 :采用以 AVR 系列為核心的微控制器完成對數(shù)據(jù)的采集 ,由于采用AVR 單片機受單片機指令運行速度的影響 ,影響到數(shù)據(jù)采集精度 ,而且不具有低功耗狀態(tài)。 方案二 :以高速數(shù)字信號處理器 (DSP)TMS320F240 為中央處理單元 ,配以極少的外圍電路 構成檢測器的核心控制部 件。本方案的優(yōu)點是 : 速度快 ,執(zhí)行速度達到 20MIPS,這么高的性能很適合實時的數(shù)據(jù)采集。 硬件結構簡單 ,具有防腐的可編程多路復用 I/O 引腳 ,可以實現(xiàn)對傳感器、打印接口的變成功能。 軟件編程很靈活 ,可采用 C 語言與匯編語言混合編程。但由于其價格昂貴 ,雖然功能強大 ,用在此處是大材小用。方案三 :選用單片機 STC89C52,本方案具有上述方案所無法取代的優(yōu)點 : 1)集成度高、體積小、可靠性好而且易于擴展。 2)具有較強的中斷處理能力。 3)效率高、功能強、豐富的指令系統(tǒng)、 4)低功耗模式、低電壓。 5 串口編程 6)4 個 8 位 I/O 口 ,含 3 個高電流 P1 口 ,可直接驅動 LED 基于低功耗、功能穩(wěn)定、經(jīng)濟實惠的設計要求 ,本設計中選用 STC89C52 單片機。 顯示模塊的選擇 針對本系統(tǒng)的設計 ,初步擬定兩套方案 ,具體方案如下 : 方案一 :采用 LED 數(shù)碼管顯示 LED 數(shù)碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元 ,顏色有單紅 , 黃 ,藍 ,綠 ,白 ,七彩效果。 LED 數(shù)碼管可均勻排布形成大面積顯示區(qū)域 ,可顯示圖案及文字。 圖 四位 LED 數(shù)碼管 半導體數(shù)碼光分共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 LED 數(shù)碼管 (LED Segment Displays)是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“ 8”字型的器件 ,引線已在內部連接完成 ,只需引出它們的各個筆劃 ,公共電極。 LED 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點 ,LED數(shù)碼管根據(jù) LED的接法不同分為共陰和共陽兩類 ,了解LED 的這些特性 ,對編程是很重要的 ,因為不同類型的數(shù)碼管 ,除了它們的硬件電路有差異外 ,編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管 ,它們的發(fā)光原理是一樣的 ,只是它們的電源極性不同而已 ,顏色有紅 ,綠 ,藍 ,黃等幾種。 LED 數(shù)碼管要正常顯示 ,就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼 ,從 而顯示出我們要的數(shù)位 ,而且根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅動方式的不同 ,可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。方案二 :采用 LCD1602 顯示器顯示 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD,多出來的 2條線是背光電源線。如圖 所示 ) 圖 LCD 1602 LCD 顯示器都是數(shù)字式的 ,恒定發(fā)光 ,不需要刷新新亮點 ,顯示器顯示質量高且不閃爍 ,抗干擾能力強 ,和單片機系統(tǒng)的接口比較可靠 ,可以節(jié)省軟件中斷資源 ,顯示信息豐富 ,其缺點是顯示內容需要存儲字摸信 息 ,需要一定存儲空間 ,而且程序的編寫也稍微復雜 。雖然 LED 數(shù)碼管能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光 ,高頻特性好 ,單色性好 ,亮度高等特點 ,而且其程序的編寫較容易 ,但是其顯示信息有限 ,只能顯示數(shù)字信息 ,若采用 LED 數(shù)碼管顯示則需要兩片四位的 LED 數(shù)碼管 ,從而需要更多的 I/O 口來進行控制。綜合考慮方案一和方案二 ,本設計決定采用方案二。 總結 本章內容主要包括 :系統(tǒng)的設計思路 ,功能分析以及硬件的選型 ,通過查閱資料及比較 ,對系統(tǒng)設計所需的硬件進行了選則 ,所選擇的器件型號均符合設計要求 ,可以實現(xiàn)系統(tǒng)設計要求的功能。 3 系統(tǒng)的硬件設計 總體設計方案 本系統(tǒng)是基于單片機與傳感器的蔬菜大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 ,通過傳感器對蔬菜大棚內的環(huán)境進行實時檢測 ,檢測到的數(shù)據(jù)傳入單片機中 ,通過單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行處理 ,處理過的數(shù)據(jù)通過單片機接口送達顯示模塊 ,在顯示模塊上顯示出當前蔬菜大棚內的實時數(shù)據(jù)值 ,當采集到的數(shù)據(jù)中一個或者多個數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)設定的報警值時 ,系統(tǒng)會進行報警 ,蜂鳴器響 ,同時要能通過按鍵調整包括溫度、濕度、光照度的上限值。系統(tǒng)硬件設計的原理框圖如圖 所示 : 圖 系統(tǒng)總體方框圖 溫濕度采集電路 DHT11 串行通信說明 (單線雙向 ) (1)單總線說明 DHT11 器件采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線 ,系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線完成。設備 (主機或從機 )通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線 ,以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線 ,而讓其它設備使用總線 。單總線通常要求外接一個約 ,這樣 ,當總線閑置時 ,其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結構 ,只有主機呼叫從機時 ,從機才能應答 ,因此主機訪問器件都必須嚴格遵循單總線序列 ,如果出現(xiàn)序列混亂 ,器件 將不響應主機。 (2)單總線傳送數(shù)據(jù)位定義 DATA用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步 ,采用單總線數(shù)據(jù)格式 ,一次傳送 40 位數(shù)據(jù) ,高位先出。 數(shù)據(jù)格式 : 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 校驗位。 (3)校驗位數(shù)據(jù)定義 “ 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)” 8bit 校驗位等于所得結果的末 8 位。 DHT11 電路 根據(jù) DHTII 通信協(xié)議及單片機的接口選 擇 ,設計出溫濕度傳感器 DHT11 連接電路如下 : 圖 DHT11 與單片機的典型連接電路 微處理器與 DHT11 的連接典型應用電路如上圖所示 ,DATA 上拉后與微處理器的 I/O 端口相連。 此連接電路需注意事項 : 20 米時用 上拉電阻 ,大于20 米時根據(jù)實際情況降低上拉電阻的阻值。 2. 使用 電壓供電時連接線長度不得大于 20cm。否則線路壓降會導致傳感器供電不足 ,造成測量偏差。 光照度電路 BHl750 的通訊協(xié)議及過 程 BHl750 與主控器之間的通訊使用標準的IIC 通訊協(xié)議 .1IC 總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線 ,用于連接微控制器及其外圍設備 .IIC 總線在有三種類型信號 ,它們分別是 :開始信號、結束信號和應答信號。 主控器通過 IIC 接口向 BHl750 發(fā)送各種控制命令以及讀取測量數(shù)據(jù)。 1 主控器向 BHl750 發(fā)送控制命令步驟 :①主控器產(chǎn)生通訊啟動信號 。②主控器發(fā)送 8bit 的地址數(shù)據(jù)其中地址的最后一位應為 O,表示寫命令 。③主控器讀取BHl750 的應答信號 。④主控器發(fā)送 8bit 的命令數(shù)據(jù) 。⑤主控器讀取應答 。⑥主控器產(chǎn)生停止信號。 2 主控器從 BHl750 讀取數(shù)據(jù)步驟 :①主控器產(chǎn)生通訊啟動信號 。②主控器發(fā)送 8bit的地址數(shù)據(jù)其中地址的最后一位應為 l,表示讀命令 。③主控器讀取應答 。④主控器讀取高 8 位數(shù)據(jù) 。⑤主控器產(chǎn)生應答信號 。⑥主控器讀取低 8 位數(shù)據(jù) 。⑦主控器產(chǎn)生應答信號 。⑧主控器產(chǎn)生停止信號。 BH1750fvi 電路 根據(jù)對 BH1750fvi 協(xié)議及與單片機連接的相關知識設計電路如下 : 圖 BH1750fvi 與單片機連接圖 微處理器與 BH1750fvi 的連接典型應用電路如上圖所示 ,SDA、 SCL 上拉后與微處理器的 I/O 端口相連。 20 米時用 上拉電阻 ,大于20 米時根據(jù)實際情況降低上拉電阻的阻值。 2. 每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測量的結果 ,BH1750fvi 靈敏度非常高 ,并且精度也很高 ,所以可以認為顯示的數(shù)據(jù)就是實數(shù)據(jù) 復位電路 本系統(tǒng)采用上電 +按鍵復位 ,是上電復位和按鍵電平復位的組合 ,無論是上電還是按動按鍵都能使單片機復位。如圖 33 所示 : 圖 復位電路 在單片機系統(tǒng)中 ,系統(tǒng)上電啟動的時候復位一次 ,當按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復位 ,如果釋放后再按下 ,系統(tǒng)還會復位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復位。 按鍵按下的時候為什么會復位 ?在單片機啟動 ,電容 C兩端的電壓持續(xù)充電為 5V,這是時候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V,RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候 ,開關導通 ,這個時候電容兩端形成了一個回路 ,電容被短路 ,所以在按鍵按下的這