【導(dǎo)讀】大棚溫濕度的檢測(cè)與控制，從而有效提高蔬菜的產(chǎn)量。文中提出了具體設(shè)計(jì)方案，討論了蔬菜大棚溫濕度巡回檢測(cè)與控制的基本原理，進(jìn)行了可行性論證。電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機(jī)及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高。報(bào)警電路；固態(tài)繼電器；

　　

【正文】 太長(zhǎng)。為了解決單總線供電不足問(wèn)題，使用 MOSFET 將輸入線的高電平強(qiáng)拉到 ，從而可以增加驅(qū)動(dòng)電流。 芯片提供了電源，同時(shí)又給內(nèi)部電容器充電而存儲(chǔ)了能量；當(dāng)總線變?yōu)榈碗娖綍r(shí)二極管截止，芯片改由電容器供電，仍可正常操作，當(dāng)然維持時(shí)間不可能太長(zhǎng)。為了解決單總線供電不足問(wèn) 題，使用 MOSFET 將輸入線的高電平強(qiáng)拉到 ，從而可以增加驅(qū)動(dòng)電流。 6 4 B I T R O MA N D1 W I R E P O R TP O W E RS U P P L YS E N E EI N T E R N A LDDVDDV 圖 31 寄生電源供電 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單總通信的 ROM 命令 下面簡(jiǎn)要地介紹各個(gè) ROM 命令的功能，以及使用在何種情況下。 1）搜索 ROM（代碼為 FOH） 當(dāng)系統(tǒng)初始上電時(shí)，主機(jī)必須找出總線上所有從設(shè)備的 ROM 代碼，這樣主機(jī)就能判斷出從機(jī)的數(shù)目和類型。主機(jī)通過(guò)重復(fù)執(zhí)行搜索 ROM 循環(huán)（搜索 ROM命令 跟隨著位數(shù)據(jù)交換），以找出總線上所有的從機(jī)設(shè)備。在每次執(zhí)行完搜索ROM 循環(huán)后，主機(jī)必須返 回至命令序列的第一步（初始化）。 2） 讀 ROM（代碼為 33H） 該命令僅適用于總線上只有一個(gè)從設(shè)備（單節(jié)點(diǎn)）的情況。它允許主機(jī)直接讀出從主機(jī)的 64 位 ROM 代碼，而無(wú)需執(zhí)行搜索 ROM 過(guò)程，如果該命令用于多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，則必然發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因?yàn)槊總€(gè)從機(jī)設(shè)備都會(huì)影響該命令。 3） 匹配 ROM（代碼 55H） 匹配 ROM 命令跟隨 64 位 ROM 代碼，從而允許主機(jī)訪問(wèn)多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中某個(gè)指定的從機(jī)設(shè)備。僅當(dāng)從機(jī)完全匹配 64 為的 ROM 代碼時(shí)，才會(huì)響應(yīng)主機(jī)隨后發(fā)出的功能命令，而其他設(shè)備將處于等復(fù)位脈沖的狀態(tài)。 4） 直訪問(wèn) ROM（代碼 CCH） 主 機(jī)能夠采用該命令可時(shí)反問(wèn)總線上的所有從機(jī)設(shè)備，而無(wú)須發(fā)出任何ROM 代碼信號(hào)，例如，如果單總線器件采用 DS18B20 傳感器，主機(jī)通過(guò)在發(fā)出直訪 ROM 命令后跟隨準(zhǔn)換溫度命令【 44H】，就可以同時(shí)命令總線上的所有DS18B20 開(kāi)始轉(zhuǎn)換溫度，這樣大大節(jié)省了上機(jī)時(shí)間。值得注意的是，如果訪 ROM命令跟隨的是讀暫存器【 BEH】的命令（包括其他讀操作命令），則該命令只能應(yīng)用于單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，否則將由于多個(gè)節(jié)點(diǎn)都響應(yīng)該命令而引起數(shù)據(jù)沖突。 5） 單總線器件的 ROM 搜索 Dallas 公司的每片單片機(jī)器件都是具有唯一的 64 位注冊(cè)碼，他存儲(chǔ) 在只讀儲(chǔ)器（ ROM）中，在單總線網(wǎng)絡(luò)中注冊(cè)碼用于單總線系統(tǒng)主機(jī)對(duì)從機(jī)器件進(jìn)行逐一尋址。 如果單總線網(wǎng)絡(luò)中從機(jī)器件的 ROMID 是未知的，可以通過(guò) ROMID搜索算法來(lái)找到該注冊(cè)碼單總線期間的 ROM 注冊(cè)的數(shù)據(jù)格式如表 31 所示 表 31 單總線器件 ROM 注冊(cè)碼數(shù)據(jù)格式 MSB 64 位 ROM 注冊(cè)碼 LSB 8 位 CRC 校驗(yàn)碼 MSB LSB 48 位序列號(hào) MSB LSB 8 位家族碼 MSB LSB 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 單總線數(shù)字溫度傳感器 DS1820 和濕度檢測(cè)電路 DS1820 的主要特性 DS1820 有 下列主要特性 : 1） 只需一根 I/ O 線就能完成通信 。 2） 多個(gè)分散的 DS1820 可以共用一線進(jìn)行通信 。 3） 不需外部元器件 。 4） 可以通過(guò)數(shù)據(jù)線供電 。 5） 檢測(cè)溫度范圍為 55～ + 125176。C ,精度在 0. 5 度 。 6） 用 9bit 數(shù)字量來(lái)表示溫度 。 7） 每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需 200ms 。 8） 可定義一個(gè)不變化的溫度設(shè)置為報(bào)警溫度 。 9） 有 PR35 T 和 SSOP 兩種封裝型式。 DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示。 6 4 b i tR O M和 單 線接 口電源檢測(cè)存 儲(chǔ) 器 控 制 邏 輯存儲(chǔ)器溫 度 傳 感 器高 溫 度 觸 發(fā)低 溫 度 觸 發(fā)8 位 C R C 觸 發(fā) 器 圖 41 DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由圖 41 可知 ,DS1820 由以下幾部分組成 : 1） 64 位激光只讀存貯器。在這里存放著每個(gè) DS1820 的唯一的序號(hào) ,開(kāi)始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào) (DS1820 為 10H） ,接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào) ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼這也是多個(gè) DS1820 可以采用 一線進(jìn)行通信的原因。 2） 溫度傳感器。它是將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的關(guān)鍵部分。 3） DS1820 的存貯器。它由高速存貯器 RAM 和 EERAM(高溫 TH 和低溫TL 報(bào)警觸發(fā)器 ） 組成 ,數(shù)據(jù)首先寫(xiě)入高速存貯器 RAM 中 ,然后通過(guò)復(fù)制命令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入 EERAM 中。高速存貯器 RAM 由 8 個(gè)字節(jié)組成 ,頭兩個(gè)字節(jié)存放檢測(cè)溫度的值 ,0 號(hào) (LSB） 為存放溫度的值 ,1 號(hào) (MSB） 存放溫度值的符號(hào) ,如果溫度為負(fù) ,則 1 號(hào)存貯器全為 1 ,否則全為 0， 這也是可用 9bit 來(lái)表示溫度的基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 原因。最低位先讀 出。若 LSB 最低位為 1 ,則表示為 度 ,求值的方法根據(jù) MSB中的值將 LSB 中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)除以 2 即得被測(cè)溫度的值。表 2 是溫度和數(shù)字量的關(guān)系。第二和第三字節(jié)是從 TH 和 TL中復(fù)制的值 ,當(dāng)上電被更新 。接下來(lái)兩個(gè)字節(jié)沒(méi)用 ,若讀它應(yīng)全為 1 。第六和第七字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器 。最后一個(gè)字節(jié)為 CRC 校驗(yàn)。 DS1820 的 工作 原理 DS1820 的引腳排列如圖 42 所示。 I/O 位數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（即單線總線），它屬于漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。 DDU 是可供選用的外部 +5V電源端，不用時(shí)需接地。 GND 為地， NC 為空腳。 D S 1 8 2 02 3DDUD S 1 8 2 023415678N CN CG N DI/ODDUN CN CN C1G N DI/O 圖 42 DS1820 的引腳圖 DS1820 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的 溫度測(cè)量技術(shù) ，其測(cè)量溫度框圖如圖 43 所示。內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以沖過(guò)門電路，而當(dāng)達(dá)到某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門電路。 低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器預(yù) 置計(jì) 數(shù) 器= 0計(jì) 數(shù) 器= 0預(yù) 置比 較溫 度 寄 存 器斜 率 累 加 器加 1停 止 圖 43 DS1820 測(cè)溫原理框圖 DS1820 使用中注意事項(xiàng) 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) DS1820 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： 1） 較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。 2） 當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過(guò) 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 3） 在 DS1820 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán) 濕度檢測(cè)電路 本例中采用 8255 來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。 EL7556 由積分電路、基準(zhǔn)電路、頻率轉(zhuǎn)換電路及頻率 —電壓（ F/V）轉(zhuǎn)換電路等組成，積分電路及 R R C1 用于產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)并從 5 腳送至 8 腳。調(diào)節(jié) R2 可對(duì)該脈沖信號(hào)頻率進(jìn)行調(diào)整，從而使?jié)穸葌鞲衅鞯木€性和靈敏度處于較好狀態(tài)；基準(zhǔn)電路和頻率轉(zhuǎn)換電路可將濕度傳感器的電容變化轉(zhuǎn)換成頻率變化，再經(jīng)頻率 —電 壓轉(zhuǎn)換電路后從 9 腳輸出與頻率成線性的電壓，然后經(jīng) C3 等濾波后送入 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，再進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 本設(shè)計(jì) 的濕敏傳感器為 MXS 型電容式濕敏傳感器，濕度為 76%RH 時(shí)的電容值為 500pF，電容相對(duì)變化率為＋ pF/%。當(dāng)濕度為 0%～100%RH 時(shí)， 9 腳輸出的相應(yīng)信號(hào)頻率為 0～ 1000Hz，精度為 2%， F/V電路輸出的電壓為 0～ 5V。調(diào)整時(shí)，可先設(shè)定濕度為 5%RH，然后調(diào)節(jié) R2，使 9 腳輸出100mV電壓即可。 主要特性： 1） 與 MCS51 兼容 ； 2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ； 3） 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) ； 4） 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 傳 傳 傳傳 傳 傳 圖 44 濕度傳感器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 報(bào)警電路 蜂鳴報(bào)警電路是的優(yōu)點(diǎn)是能通過(guò)不斷的發(fā)出聲音使人便于及時(shí)斷定線路的基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通斷，發(fā)音元件主要就是蜂鳴器，只要將報(bào)警電路接到 35V 直流電源上就能產(chǎn)生 3Hz 左右的震蕩聲響，其電路如圖 45 所示 N P NN P NL A M P+ 5V 圖 45 報(bào)警電路 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方法 本溫濕度控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遵循的是穩(wěn)定化、高效化、簡(jiǎn)單化、小型化的特點(diǎn)，最大限度提高系統(tǒng)的性 價(jià)比。應(yīng)用軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，這種條理清晰的設(shè)計(jì)方法免去一部分軟件的重復(fù)編程 ，然后組合成符合要求的應(yīng)用程序，因此本應(yīng)用軟件分為兩大部分：主程序和子程序設(shè)計(jì)。 主程序的分析與說(shuō)明 主程序是調(diào)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它被 ROM 中，系統(tǒng)上電復(fù)位后執(zhí)行一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令條通過(guò)中斷區(qū)就開(kāi)始執(zhí)行主程序。 開(kāi) 始常 數(shù) ， 工 作 內(nèi)存 ， 引 腳 定 義系 統(tǒng) 初 始 化中 斷 向 量調(diào) 用 子 程 序采 集 溫 度 值啟 動(dòng) A / D 轉(zhuǎn) 化讀 入 A / D 轉(zhuǎn) 化A / D 轉(zhuǎn) 換 次 數(shù) 3 ?N調(diào) 用 子 程 序 顯示 相 關(guān) 參 數(shù)Y將 采 集 的 數(shù) 據(jù)按 時(shí) 間 順 序 送采 集 數(shù) 據(jù) 保 存 完 否 ?N需 向 上 位 機(jī) 傳 送Y將 存 儲(chǔ) 器 中 保 存 數(shù)據(jù) 一 次 傳 遞 上 位傳 送 完 畢 ?NYY結(jié) 束N 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 結(jié) 論 經(jīng)過(guò)半年的設(shè)計(jì) “蔬菜大棚溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng) ”的設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿結(jié)束，本設(shè)計(jì)本著最大限度的節(jié)省人力物力為基礎(chǔ)，方便快捷為目的，加上高效低成本 為原則對(duì)元件進(jìn)行了選擇，經(jīng)過(guò)半年的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以較低的成本和優(yōu)越性得到的廣泛的好評(píng)，特別是采用了先進(jìn)的 “一總線 ”器件進(jìn)行溫度測(cè)量體現(xiàn)了速度快 |、精度高、測(cè)點(diǎn)多、布線少等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)溫濕度的巡回測(cè)量和顯示 ，能對(duì)超標(biāo)的溫度和濕度及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警并同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)選擇性的調(diào)節(jié)處理，大大的提高了蔬菜的成活率以及大幅度減輕管理者的負(fù)擔(dān)，使蔬菜種植能獲得一種可觀的經(jīng)濟(jì)收益，是大棚蔬菜種植者的首選產(chǎn)品。半年的設(shè)計(jì)鍛煉了我的分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，雖然本設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但其中也難免出現(xiàn)不足和漏洞，希老師和讀者指正。 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 致 謝 經(jīng)過(guò)半年的資料收集、 論證和設(shè)計(jì)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿完成，在此對(duì)老師的精心 指導(dǎo) 和不厭其煩的講解表示衷心的感謝，在設(shè)計(jì)中也幫助我收集材料、進(jìn)行方案論證并時(shí)時(shí)督促，特別是在軟件設(shè)計(jì)方面，老師 和同學(xué)們 給我提出了寶貴意見(jiàn)，在此允許我對(duì)精心教導(dǎo)我的老師 、同學(xué)們 再次表示衷心的感謝！ 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) [1] 徐偉忠 . 計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 .麗水市科技局遠(yuǎn)程教育直播中心 ,2021 [2] 胡乾斌 . 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 [M].華中科技大學(xué)出版社 ,1996 [3] 楊振江 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