【正文】 [M].北京 :人民郵電出版社 ,1994 設(shè)計(jì)過程中也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力，并增強(qiáng)了自己的動(dòng)手操作能力，對自己將來的工作有很大的幫助。 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程用到的主要硬件有 STC89C52，溫度傳感器 DS18B20，濕度傳感器 HS1101，光照度傳感器光敏電阻，數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ADC0804， 555定時(shí)器。 S4 是切換顯示按鍵，當(dāng) S4被按下，判斷 S4 被按下的次數(shù)，一次是顯示溫度值，兩次是顯示濕度值，三次是顯示光度值。按鍵 S2 和 S3 作用是調(diào)節(jié)參數(shù)值，每次按下 S2，當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)值就加一。 28 27當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后，單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，然后循環(huán)調(diào)用顯示函數(shù)和進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 當(dāng)單片機(jī)上電后，主程序開始運(yùn)行，程序以開始初始化各參數(shù)的設(shè)置和端口定義后，清各標(biāo)志位和 LCD1602 的顯示，然后進(jìn)行鍵盤掃描，再利用各傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)和設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行 對比，如果對比結(jié)果顯示需要調(diào)節(jié)，啟動(dòng)相應(yīng)的繼電器控制電路對溫室中需要調(diào)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)并顯示在 LCD1602 上，如果比較結(jié)果顯示不需要調(diào)節(jié)，則不啟動(dòng)繼電器控制電路，直接顯示參數(shù)，然后對鍵盤進(jìn)行循環(huán)掃描。 主程序流程 圖 主程序的流程如圖 41: 圖 41 主程序流程圖 啟動(dòng)繼電器控制電路，調(diào)節(jié)參數(shù) N Y 各參數(shù)與設(shè)置比較，是否需要調(diào)節(jié)？ 各參數(shù) 顯示 結(jié)束 開始 初始化和位定義 清標(biāo)志 清顯示 掃描鍵盤 各參數(shù)采集 （ 3）各項(xiàng)參數(shù)在液晶上的顯示。 第 四 章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：（ 1）鍵盤掃描。 電源電路 由于 STC89C51 的工作電壓為 +5V，所以電源需要輸出 +5V 穩(wěn)定電 壓可以使單片機(jī) 可以穩(wěn)定正常的工作，穩(wěn)壓芯片選用 7805，電源電路如圖 312所示： 圖 312 電源電路圖 K1RelayD11KR11KR2Q1VCCVCCK1T1D1IN13OUT2GNDU178052500uFC1C2 單片機(jī)輸出低電平時(shí)，繼電器斷開。 24在這里 ,繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思：一是對繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器 本身對于單片機(jī)來說就是一個(gè)功率器件；還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載 ,比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，所以，繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動(dòng)機(jī) ,顯然是不行的 .所以，就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來銜接 ,這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的 功率驅(qū)動(dòng) 。鍵盤電路 如 圖 310： 圖 310 鍵盤電路圖 繼電器控制電路 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下它們大都工作在 5V 甚至更低。 鍵盤電路 本設(shè)計(jì)采用的鍵盤掃面電路采用簡單的低電平掃描方式，即采用開關(guān)的一端與單片機(jī) I/O 口相連，另一端接地的方式，用單片機(jī)檢測 I/O 口是否是低電平來判斷鍵盤是否被按下。本系統(tǒng)使用的復(fù)位電路如圖39 所示： 10uFC1S1SWPB10KR1VCC 圖 39 復(fù)位電路圖 手動(dòng)復(fù)位是指通過接通一按鍵開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí) 模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 22 指令 5:光標(biāo)或顯示移位 S/C高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) 。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。（說明： 1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H位置。 21 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 D0～ D7： 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 RW： 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 LCD1602 的管腳定義圖如圖 38 所示： 圖 38 LCD1602管腳定義圖 VSS： 為電源地 VDD： 接 5V 電源正極 V0： 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 VSS1VDD2VL3RS4R/W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA15BLK16U2LCD1602VCCR13VCC10R14RSLCDWR LCDEN 與單片機(jī)的鏈接電路 如圖 37： 圖 37 LCD1602與單片機(jī)的連接電路圖 1602[8]液晶也叫 1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊它有若 干個(gè) 5X7 或者 5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。 數(shù)據(jù)顯示電路 系統(tǒng)采用了 LCD1602[8]液晶顯示屏， LCD1602 液晶是一款很常用，也很易用的字符液晶。 DB7 ~ DB0:轉(zhuǎn)換后之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出端。若 PIN9空接，則 VIN 的上限值即為 VCC。 VREF∕ 2:模擬參考電壓輸入端。 19輸入電壓 VIN＝ VIN(+)－ VIN()，通常使用單端輸入，而將 VIN()接地。轉(zhuǎn)換期間為高位準(zhǔn) (high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時(shí) INTR 會(huì)變?yōu)榈臀粶?zhǔn) (low)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。若在 CLK R 及 CLK IN 加上電阻及電容，則可產(chǎn)生ADC 工作所需的時(shí)序。頻率輸入可連接處理單元的訊號(hào)頻率范圍為100 kHz 至 800 kHz。當(dāng) WR 由 0→ 1且 CS ＝ 0 時(shí)， ADC0804 會(huì)開始轉(zhuǎn)換信號(hào)，此時(shí) INTR 設(shè)定為高位準(zhǔn) (high)。 WR：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制訊號(hào)。 RD： Read。 ADC0804 為 8bit 一路 的 A/D 轉(zhuǎn)換器，其輸入電壓范圍在 0— 5v，轉(zhuǎn)換速度小于 100us，轉(zhuǎn)換精度 ﹪，滿足設(shè)計(jì)的精度要求。其與 ADC0804[10]的連接電路如圖 35： 圖 35 ADC0804與單片機(jī)的連接電路圖 CS1RD2WR3INTR5DB711DB612DB513DB414DB315DB216DB117DB018VCC20VIN+6VIN 7AGND8VREF/29DGND10CLK IN4CLK R19U4ADC0804CS1RDWR10KR171KR161KR15150pFC41KR18光敏電阻10KR1910KR2010KR21VCCVCC 光照度測量電路 系統(tǒng)采用價(jià)格低廉 的光敏電阻 [5]測量光照度，因其沒有良好的線性度，所以只能大致的測量。 讀供電方式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式。 復(fù)制暫存器 48H 將 RAM中第 3 、 4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM中。結(jié)果存入內(nèi)部 9字節(jié) RAM中。 17 告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后 只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令。 搜索 ROM 0FOH 用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM 地址。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 DS18B20 的管腳圖如圖 34所示： 圖 34 DS18B20管腳及封裝圖 GND： 地信號(hào) DQ ： 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 DQ2GND1VCC3U5DS18B20VCC （ 5）數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9位到 12 位選擇。 （ 3）實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。 DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) （ 1）只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。數(shù)字溫度傳感器的測量電路如圖 33所示： 圖 33 溫度測量電路圖 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。 15傳感器由不同的電阻 R8與 R9 充放電。 HS1101/HS1100 作為電容變量接在 555的 TRIG 與 THRES 兩引腳上，引腳 7 用作電阻 R9 的短路。 14 STC89C52 單片機(jī)管腳如 圖 31： 圖 31 STC89C52單片機(jī)管腳 定義圖 濕度測量電路 HS1101濕度傳感器，在電路中等效于 一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測的土壤濕度增大而增大，如何將電容的變化量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換成單片機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏傳感器 置 于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏傳 感器置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)化為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被單片機(jī)所采集。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，全雙工串行口 ， 最高運(yùn)作頻率 35MHZ。 第三章 硬件 的 設(shè)計(jì) MCU 選型 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 （ 2） 溫度傳感器采用 DS18B20。方案二具有較高的性價(jià)比且同時(shí)也能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，故采用光敏電阻作為光照度傳感器。 12 靈敏度和 半導(dǎo)體材料 、以及入射光的 波長 有關(guān) ，價(jià)格低廉，性價(jià)比高。光敏電阻的工作原理是 當(dāng)有光線照射時(shí)，電阻內(nèi)原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的 電子 受到 激發(fā) ，成為 自由電子 ， 所以光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的自由電子也就越多，電阻就會(huì)越小。 但價(jià)格昂貴，性價(jià)比不高，且不易購買。（負(fù)溫度 把得到的 16進(jìn)制數(shù) 取反后 1再轉(zhuǎn)成 10 進(jìn)制數(shù)）。 把 16 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成 10 進(jìn)制即得到溫度值 ） 。例如＋ 125℃的數(shù)字輸出為 07D0H （正溫度直接 故我們采用方案二作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。 綜合比較方案一和方案二，兩方案都可以滿足設(shè)計(jì)所要求的精度溫度要求，但方案一的后續(xù)電路復(fù)雜，需要經(jīng)過放大，數(shù)模轉(zhuǎn)換等步驟，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和成本，并需要占用單片機(jī)較多的 I/O 口。美國 DALLAS 公司的產(chǎn)品可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度信號(hào)的采集，有很多優(yōu)點(diǎn)：如直接輸出數(shù)字信號(hào)，故省去了后繼的信號(hào)放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，外圍電路簡單，成本低 。 AD590 為電流型傳感器溫度每變化 1℃ 其電流變化 1uA 在 35℃ 和 95℃ 時(shí)輸出電流分別為 和 。℃ ，當(dāng)電源電壓在 5— 10V之間，穩(wěn)定度為 1﹪時(shí)，誤差只有 177。 AD590溫度傳感器是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。 10 濕度傳感器 HS1101 的特點(diǎn)：相對濕度在 1%～ 100%RH 范圍內(nèi)：電容量有16pf 變到 200pf，其誤差不大于 RH,響應(yīng)時(shí)間小于 5S，溫度系數(shù)為。 綜合比較方案一和方案二，方案一雖然滿足精度和測量溫度的要求 ，但是只是限定于一定的范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性度。 方案二：采用 HS1100/ HS1101[3]濕度傳感器。這種 傳感器主要用于開 關(guān) 的傳感器，不能在寬頻域內(nèi)檢測濕度。 方案一：采用 HOS201 濕敏傳感器。 測量土壤濕度的方法有很多種，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的土壤中吸收水分后引起的物理或化學(xué)的性質(zhì)的變化，間接的獲得土壤的濕度。 傳感器是實(shí)現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)就無法實(shí)現(xiàn)要求的各項(xiàng)功能。 環(huán)境參數(shù)檢測 方案的比較和選擇 濕度傳感器的選擇 單片機(jī)作為控制核心，要有被檢測信號(hào)輸入，由單片機(jī)處理。 光照度控制部分流程如下 圖 24： 圖 24 光照度控制 流程圖 遮陽幕繼電器