【導(dǎo)讀】目前應(yīng)用于溫室大棚的溫度檢測系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳。感器、多路模擬開關(guān)、A/D及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度。一旦該溫度值超過我們預(yù)先設(shè)。這種設(shè)計方案能對多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時巡檢，各檢測單元能獨(dú)立完。信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的存檔、處理。量結(jié)果進(jìn)行整理、顯示和存儲。該測控系統(tǒng)不需要任何固定。網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡單方便，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好.

　　

【正文】 . . . . . . . . CPU 第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計 25 圖 214 多路分時的輸入通道 CD4051 介紹 CD4051/CC4051 是單 8 通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個二進(jìn)控制輸入端 A、 B、 C 和 INH 輸入，的數(shù)字信號可控制峰值至 20V 的模擬信號。例如，若 VDD＝ +5V， VSS＝ 0， VEE＝ ，則 0～ 5V 的數(shù)字信號可控制 ～ 的模擬信號。這些開關(guān)電路在整個 VDDVSS 和 VDDVEE 電源范圍 內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當(dāng) INH 輸入端＝ “1”時，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號選通 8 通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。 圖 215 CD4051 電路圖 信號調(diào)理電路 信號調(diào)理電路 信號調(diào)理電路 . . . . 多 路 切 換 器 信號保持器 A/D 轉(zhuǎn)換器 接口 CPU 第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計 26 引腳功能如下： 通道線 X0X7：該組引腳作為輸入時，可實(shí)現(xiàn) 8 選 1 功能，作為輸出時，可實(shí)現(xiàn) 1 分 8 功能。 OUT/IN(XCOM)：該 引腳作為輸出時，則為公共輸出端；作為輸入時，則為輸入端，簡化用 X 表示。 A、 B、 C：地址控制引腳。 INH：禁止輸入引腳。若 INH 為高電平，則為禁止各通道和輸出端 OUT/IN接通；若 INH 為低電平，則允許各通道和輸出段 OUT/IN（ X）接通。 VCC ：為正電源輸入端，極限值為 17V。 VSS ：為負(fù)電源輸入端，極限值為－ 17V。 VEE ：電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接 +5V 或－ 5V。 采集通道電路圖 圖 216 溫度傳感器多通道電路圖 第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計 27 圖 217 濕度傳感器多通道電路圖 CD4051 使用時 INH 接地即可，即允許通道選擇，其右半部分位 X0X7 八條數(shù)據(jù)選擇通道 ,在制作過程中，可以將接口做成電話線路一樣，進(jìn)行插拔。右面的傳感器可以做成一個一個接頭，根據(jù)大棚的面積選擇傳感器的數(shù)量。這樣可以擁有很強(qiáng)的通用性能，最多可以完成八路溫度傳感器和八路濕度傳感器的檢測。左端 VCC 接＋ 5 數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行運(yùn)算。 三端為輸入端，直接連接單片機(jī)，根據(jù) 接收到得信號選擇 8 個輸入端 X0—X7 與 X 相通，進(jìn)而完成通道選擇。 其他外圍接口電路 電源系統(tǒng)電路 第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計 28 圖 218 7805 芯片 電源電路是整個系統(tǒng)工作的必備條件，因此電源電路的設(shè)計也是必不可少的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)中主要用到直流 5V 電源。圖 220 為電源電路。其中的電壓調(diào)節(jié)器選擇的是線性電源 7805。 220V 交流電經(jīng)過變壓器后變?yōu)?9V 交流電，再接入整流橋整流為直流電，然后接入 7805 芯片輸出 5V 直流電壓。此電路線性電源電路簡單，外圍器件很少輸出精度高有很好的負(fù)載曲線工作在低頻狀態(tài)不會給系統(tǒng)帶來干擾。為了確保電路的穩(wěn)定性，輸出端接入了電容來濾除高頻干擾。工作時 LED 亮起，可以起到更好提示作用。 圖 219 電源電路 圖 報警系統(tǒng)電路 在控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，都設(shè)有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人Ｖ電源，Ｘ端為輸出端，直接與單片機(jī)相連接，將傳感器的員注意，或采取第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計 29 緊急措施。其方法就是把計算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果超出限值則進(jìn)行報警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行正常工作。 圖 220 報警電路圖 本設(shè)計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機(jī)的 1 根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需 10mA 的驅(qū)動電 流，可以用一個晶體三極管驅(qū)動，如圖 318 所示。在圖中， 接晶體管基極輸入端。當(dāng) 輸出高電平 “1”時，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約 +5V 電壓而鳴叫；當(dāng) 輸出低電平 “0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 繼電器系統(tǒng) 溫、濕度的控制是通過空調(diào)器與加濕機(jī)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)條件適合時，打開進(jìn)出口的風(fēng)機(jī)，在溫室內(nèi)形成通風(fēng)氣流；如果風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)達(dá)不到控制要求，則使用空調(diào)進(jìn)行降溫與排濕。濕度的調(diào)整還可配合加濕機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計 30 圖 221 繼電器驅(qū)動電路圖 空調(diào)器與加濕機(jī)等的控制石油單片機(jī)和三級 管完成的。其驅(qū)動電路如圖 317所示。圖中，發(fā)光二極管是用來指示設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的。當(dāng)單片機(jī)輸出端口為低電平時，電壓加載到繼電器上， LED 亮電路導(dǎo)通導(dǎo)通，反向二極管起到保護(hù)繼電器作用。此電路圖也為繼電器基本應(yīng)用電路圖 。空調(diào)機(jī)加濕機(jī)為大功率設(shè)備，如有需要可以二級放大電路，可以再接一級繼電器進(jìn)行功率放大。 存儲器系統(tǒng) 圖 222 串行 E2 PROM 電路 系統(tǒng)測控中由于電路的問題，會是該系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后點(diǎn)騙你內(nèi)所存儲的鍵入信息丟失，因此可以把溫、濕度調(diào) 控參數(shù)存儲在串行 E2 PROM AT24C01中。單片機(jī)的 、 分別與 I2 C 總線接口 E2 PROM 芯片 AT24C04 的 SCL、SDA 相連， AT24C04 的器件地址線 A A2 接地， A0 懸空，單片機(jī)對 AT24C04數(shù)據(jù)的訪問必須遵循 I2 C 總線通信協(xié)議，由軟件模擬實(shí)現(xiàn) 由于 AT24C01 是漏極開路，圖中 R R2 為上拉電阻 ()。 A0～ A2 地址引腳腳均接地 。硬第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計 31 件接口電路見圖 223。 開關(guān)系統(tǒng) 圖 224 開關(guān)電路圖 本設(shè)計中需要接三個開關(guān)， S1 為單片機(jī)復(fù)位開關(guān)，上文以作介紹。 S2， S3為按鍵式開關(guān)，與電阻串聯(lián)接入單片機(jī)引腳，當(dāng)檢測到 S2 按下時，電路顯示溫度各路的值，當(dāng) S2 按下時，顯示各路濕度值。第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 32 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 主程序流程圖 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)主程序流程圖 主程序流程圖如圖 31 所示。其中，初始化主要完 成對單片機(jī)各功能部件初始狀態(tài)的配置 (設(shè)置堆棧，清標(biāo)志，清顯示器， T0 初始化，串口初始化 )以及開鍵盤 初始化單片機(jī) 初始化 DS18B20 初始化 HS1101 輸入溫濕度值 讀 取 溫 濕 度 值 顯示 傳入 PC 機(jī) 報警 開始 是否超規(guī)定限制 驅(qū)動繼電器 傳入存儲器 返回 開 T0 中斷 Y N 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 33 戶軟件看門狗功能；開中斷是當(dāng)定時器 T0 發(fā)生中斷時，進(jìn)行濕度信號的處理：HS1101 濕度傳感器采集濕度信號，并把非電量信號轉(zhuǎn)換成電信號， HS1101 與555 定時器組合，輸出的脈沖信號由單片機(jī)采集；信號顯示部分通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)了對溫、濕度參數(shù)的實(shí)時顯示；設(shè)備驅(qū)動信號處理則通過對溫、濕度實(shí)時參數(shù)與存儲在 E2 PROM 中的控制參數(shù)進(jìn)行比較，并適時輸出相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動信號；鍵盤處理模 塊用于現(xiàn)場控制信號的設(shè)定以及特殊情況執(zhí)行顯示操作；數(shù)據(jù)通信完成溫、濕度測控系統(tǒng)與上位 PC 機(jī)之間的協(xié)議化通信，按照通訊規(guī)約的要求來實(shí)現(xiàn)與上位 PC 機(jī)的可靠通訊，以便上位 PC 機(jī)能夠定時讀取測控系統(tǒng)的溫、濕度參數(shù)，同時可以接受上位 PC 機(jī)設(shè)定的控制參數(shù)并將其存儲于電路 E2 PROM中。 溫度程序流程圖 溫度報警程序流程圖如圖 32所示： 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 34 圖 32 溫度報警流程圖 程序中對 DS18B20 的操作主要有以下 幾個步驟：初始化：搜索 DS18B20,匹配 DS18B20。發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令；讀取溫度值。下面是 DS18B20,部分程序： /****************DS18B20 復(fù)位函數(shù) ************************/ ow_reset(void) { char presence=1。 開始 總線復(fù)位 跳過 ROM 所有 DS18B20 開始溫度轉(zhuǎn)換 延時 1 秒 設(shè)置匹配 ROM 發(fā)送 ROM 編號 開始溫度轉(zhuǎn)換 是否超限制溫度 顯示溫 度 所有 讀取完畢 報警 結(jié)束 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 35 while(presence) { while(presence) { DQ=1。_nop_()。_nop_()。//從高拉倒低 DQ=0。 delay(50)。 //550 us DQ=1。 delay(6)。 //66 us presence=DQ。 //presence=0 復(fù)位成功 ,繼續(xù)下一步 } delay(45)。 //延時 500 us presence=~DQ。 } DQ=1。 //拉高電平 } /****************DS18B20 寫命令函數(shù) ************************/ //向 1WIRE 總線上寫 1 個字節(jié) void write_byte(uchar val) { uchar i。 for(i=8。i0。i) { DQ=1。_nop_()。_nop_()。 //從高拉倒低 DQ=0。_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。 //5 us DQ=valamp。0x01。 //最低位移出 delay(6)。 //66 us val=val/2。 //右移 1 位 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 36 } DQ=1。 delay(1)。 } /****************DS18B20 讀 1 字節(jié)函數(shù) ************************/ //從總線上取 1 個字節(jié) uchar read_byte(void) { uchar i。 uchar value=0。 for(i=8。i0。i) { DQ=1。_nop_()。_nop_()。 value=1。 DQ=0。_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。 //4 us DQ=1。_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。 //4 us if(DQ)value|=0x80。 delay(6)。 //66 us } DQ=1。 return(value)。 } /****************讀出溫度函數(shù) ************************/ // read_temp() { ow_reset()。 //總線復(fù)位 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 37 delay(200)。 write_byte(0xcc)。 //發(fā)命令 write_byte(0x4e)。 write_byte(TH)。 //發(fā)命令 write_byte(RS)。 delay(200)。 ow_reset()。 write_byte(0xcc)。 //發(fā)命令 write_byte(0x44)。 delay(200)。 ow_reset()。 write_byte(0xcc)。 //發(fā)命令 write_byte(0xbe)。 temp_data[0]=read_byte()。 //讀溫度值的第字節(jié) temp_data[1]=read_byte()。 //讀 溫度值的高字節(jié) temp=temp_data[1]。 temp=8。