【正文】 報警模塊設計圖如圖 6 所示： 圖 6 報警模塊。主要是用于設定臨界溫度，由三個按鍵組成，其中一個按鍵用于選定對高溫閾值還是低溫閾值進行設定，另外兩個按鍵的作用分別對設定的溫度進行加、減?！? ④ 最高測量精度： ℃ ， (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接地 )； 分析模塊 此系統(tǒng)的分析模塊主要是運用 AT89C51 單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，將得到的數(shù)據(jù)輸出。 系統(tǒng)功能結構圖如圖 1 所示： 卜紀清 ： 基于單片機的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 29 圖 1 系統(tǒng)功能結構圖 3 詳細設計 溫度檢測模塊 分析要實現(xiàn)的功能，選擇合適的器件，進行線路連接，以實現(xiàn) 功能，利用 Proteus 仿真開發(fā)工具進行設計。該系統(tǒng)抗干擾能力強，具有較高的測量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡的支持，安裝簡單方便，性價比高，可維護性好。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進行采集，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，其值由單片機處理，最后由單片機去控制液晶顯示器，顯示 多功能農(nóng)田 內(nèi)的實際溫度，同時通過與預設量比較，對大棚內(nèi)的溫度進行自動調(diào)節(jié)，如果超過我們預先設定的溫度限制，溫度度報警模塊將進行報 警。而且其應用十分廣泛。隨著單片機和傳感技術的迅速發(fā)展，自動檢測領域發(fā)生了巨大變化， 農(nóng)田 環(huán)境自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，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，就必需有一套科學的 ，先進的管理方法，用以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監(jiān)控?，F(xiàn)在，隨著國家經(jīng)濟的快速發(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越多，對于數(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。傳統(tǒng)的溫濕度控制是在 多功能農(nóng)田 內(nèi)部懸掛溫度計和濕度計，通過讀取溫度值和濕度值了解實際溫濕度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫濕度與額定溫濕度進行比較，看溫濕度是否過高或過低，然后進行相應的通風或者灑水 。這幾個月的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后 的發(fā)展打下了良好的基礎 。 通過 ProteusISIS 仿真軟件的仿真， 在 LCD 上顯示出來的數(shù)據(jù)在 此 系統(tǒng) 允許 測量的 誤差范圍內(nèi)，達到了預期的設計效果。 本系統(tǒng) 以單片機 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 ， 通過硬件電路 設計 與軟件 設計 相結合的方法 實現(xiàn)了對基于單片機 多功能農(nóng)田 內(nèi) 的溫度 進行設定 、溫度數(shù)據(jù)的采集、 農(nóng)田 內(nèi)溫度的 監(jiān)控 、對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 。 此外自學了 Proteus 仿真軟件。利用這段時間我對 C 語言也有了一定的了解和理解，在遇到不熟悉的語句時候我立刻翻書，經(jīng)過這次實驗的鍛煉，更加熟練了。℃ ； 誤差產(chǎn)生的原因 任何一個系統(tǒng)或者儀器在 檢測或者使用 過程中都會產(chǎn)生誤差， 而 測量得到數(shù)據(jù)的準確性體現(xiàn)在測量數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)間誤差的大小， 誤差越小，說明系統(tǒng)的設計與制作越完善。本系統(tǒng)設計的整體 仿真效果如圖 所示： 圖 系統(tǒng)整體框圖 卜紀清 ： 基于單片機的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 24 誤 差分析 允許出現(xiàn)的誤差范圍 ：通過測量得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差最小為 177。 軟硬件結合調(diào)試 本設計通過 Protues 作為硬件仿真平臺，通過 keilC51 作為軟件仿真平臺，仿真效果如下： 本設計的顯示用的是 lCD1602 液晶顯示，顯示中，第一行前面 “Tem:”代表溫度指示，后面跟著的是測量的溫度值，第 二 行后面 “Set： ”代表溫度設定的臨界值 ，后面顯示最低和最高溫度臨界值 。因此在仿真和程序調(diào)試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。目前支持的單片機類型有： 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)具有強大的原理圖繪制功能 [18]。它運行于 Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（ SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是： (1)實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結合。 卜紀清 ： 基于單片機的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 22 4 多功能農(nóng)田 溫度 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 仿真與分析 仿真軟 件 ProteusISIS 介紹 ProteusISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，是一個電子設計的教學平臺、實驗平臺和創(chuàng)新平臺，涵蓋了電工電子實驗室、電子技術實驗室、單片機應用實驗室等的全部功能。 基于單片 機的 多功能農(nóng)田 溫度 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 的設計根據(jù)實際情況，采用了結構化設計和功能模塊化設計相結合的方法。由于本設計并不是大規(guī)模的設計，模塊化設計的優(yōu)勢不是很明顯。但是如果是許多人協(xié)同作業(yè)，或者軟件工程非常大，它就會有非常明顯的優(yōu)越性， 因為其他人不需要知道這個工作組究竟是怎樣寫的，只需要知道這部分所實現(xiàn)的功能，知道它所擁有的接口就可以了。所以，下一級的子模塊才精確描述 “怎么做 ”。 (2)按層次組織劃分模塊 ： 在按層次組織劃分模塊時，一般上層模塊只需指出 “做什么 ”，只有在最底層模塊中才會精確的描述 “怎么做 ”。當修改某一功能時，只涉及一個模塊。模塊劃分的原則如下[17]： (1)按功能劃分模塊 ： 在按功能劃分模塊時，要求各模塊的功能盡量單一，各模塊的聯(lián)系盡可能少。各個模塊分別由不同的程序員編制，只要明確模塊之間的接口關系，模塊內(nèi)部細節(jié)的具體實現(xiàn)可以由不同程序員自己隨意設計，而模塊之間不受影響。以便在更改某個模塊來達到質(zhì)量或效率 的提升時，不用改變整個結構，只需要替換相應的模塊，使得工作量明顯減少。最上層的模塊稱為主控模塊，下層模塊稱為子模塊，通過主控模塊將各子模塊組織在一起。模塊內(nèi)部的聯(lián)系要緊密，模塊之間的聯(lián)系要少。模塊組裝在一起達到整個程序的預期目的。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標準的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試或直接寫入程序存儲器中 [1516]。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標文件 (.OBJ)。Keil 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易 卜紀清 ： 基于單片機的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 19 用。 軟件 開發(fā)環(huán)境介紹 在 多功能農(nóng)田 溫度 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 設計采用 C 語言作為編程語言，開發(fā)環(huán)境采用 Keil SoftwareCx51 編譯環(huán)境，使用 Keil uVision3 編譯器。這個問題對于經(jīng)常重視實現(xiàn) 細節(jié)的單片機來說，必須得到解決。在 C語言環(huán)境下，只需關心程序的邏輯關系，實現(xiàn)細節(jié)則由編譯器完成，這為快速開發(fā)提供了條件，也大大減小了開發(fā)工作量。過去，由于單片機 C 語言本身存在的缺陷，加之單片機工程項目本身都不大， C 語言在單片機中的應用沒有被重視。匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器碼的 一種語言。 當處理完成后，警報聲關閉。 共 11 條指令： 清屏指令如表 ： 表 執(zhí)行功能 指令碼 執(zhí)行時間，ms RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 功能： (1)清除液晶顯示器，即將 DDRAM 的內(nèi)容全部填入 “空白 ”的 ASCII； 卜紀清 ： 基于單片機的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 17 (2)光標歸位，即將光標撤回液晶顯示屏的左上方 ； (3)將地址計數(shù)器 (AC)的值設為 0； 光標歸位指令 如表 ： 表 執(zhí)行功能 指令碼 執(zhí)行時間， ms RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 功能： (1)把光標撤回到顯示器的左上方 ； (2)把地址計數(shù)器 (AC)的值設置為 0； (3)保持 DDRAM 的內(nèi)容不變 ； 本設計用 LCD1602 液晶顯示屏 顯示即時 溫度和 鍵盤電路所 設定溫度的顯示， Tem表示 農(nóng)田 內(nèi)的即時溫度， Set 表示設定的 農(nóng)田 內(nèi)的溫度范圍， 前者表示最高溫度，后者表示最低溫度。 0x20—0x7F 為標準的 ASII 碼， 0xA0—0xFF 為日文字符和希臘文字符，其余字符碼(0x10 一 0x1F 及 0x80 一 0x9F)沒有定義。下圖 6 說明了 CGROM、 CGRAM 與字符的對應關系 如下圖 所示： 圖 CGROM、 CGRAM 與字符的對應關系 從上圖可以看出， “A”字的對應上面高位代碼為 0100，對應左邊低位代碼為 000l，合起來就是 01000001，也就是 41H 可見它的代碼與我們 PC 中的字符代碼是基本一致的。第二行也一樣用前 16 個地址。共 80 個字節(jié)，其地址和屏幕的對應關系如下表 所示： 表 地址和屏幕的對應關系 顯示位置 1 2 3 4 5 6 7 …… 40 DDRAM 地址 第一行 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H …… 27H 第二行 40H 41H 42H 43H 44H 45H 46H …… 67H 也就是說想要在 LCD1602 屏幕的第一行第一列顯示一個 “A”字，就要向 DDRAM 的00H地址寫入 “A”字的代碼就行了。 7 DB0 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line0(最低位 ) 8 DB1 0/1 輸入輸出 數(shù)據(jù)總線 line1 9 DB2 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line2 10 DB3 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line3 11 DB4 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line4 12 DB5 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line5 13 Db6 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line6 14 DB7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line7 15 A +Vcc LCD 背光電源正極 16 K 接地 LCD 背光電源負極 其中， HD44780 內(nèi)置了 DDRAM、 CGROM、 CGRAM。 卜紀清 ： 基于單片機的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 15 1=從 LCD 讀取信息。 LCD1602 顯示如圖 ： 圖 LCD1601 顯示 輸出通道 多功能農(nóng)田 溫度自動 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 顯示電路設計 LCD1602 已很普遍了，市面上字符液晶絕大數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。注意：在外部供電的方式下， DS18B20 的 GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ 。當溫度發(fā)生變化時，則對應的測量溫度同樣也在液晶上顯示出來 [11]。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振而產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時溫度寄存器的值 將加 1，減法計數(shù)器 1 的預置值將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振所產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 DS18B20 測溫時，計數(shù)門打開， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。同時，計數(shù)器復位在 當前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進行補償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。 卜紀清 ： 基于單片機的智能溫室大棚溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 13 圖 測量電路 內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當?shù)竭_某一設置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。