【正文】 個(gè) SHT11發(fā)送測(cè)量命令。 S HT11是兩線制的數(shù)據(jù)傳輸方式 ,在多點(diǎn)測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)中通常是將多個(gè) SHT11分別獨(dú)立地連接到單片機(jī) I/O口上， 單片機(jī)通過對(duì)每一個(gè) SHT11進(jìn)行測(cè)量操作 ,得到每一點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)。 濕度傳感器 SHT11 的硬件接線圖 SHT11通過兩線串行接口電路與單片機(jī)連接，其中， DATA在 SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài) ,并僅在 SCK時(shí)鐘上升沿后有效 ,所以單片機(jī)可以在SCK高電平時(shí)讀取數(shù)據(jù) ,而當(dāng)其向 SHT11發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)則必須保證 DATA線上的電平狀態(tài)在 SCK高電平段穩(wěn)定；為了避免信號(hào)沖突 ,單片機(jī)僅在低電平驅(qū)動(dòng) DATA，在需要輸出高電平的時(shí)候 ,單片機(jī)將引腳置為高阻態(tài) ,由外部的上拉電阻 (例如 : ) 將信號(hào) 拉至高電平，從而實(shí)現(xiàn)高電平輸出。 DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小 SCK 頻率。 （ 2） 串行時(shí)鐘輸入（ SCK）。 SHT11 的供電電壓為 ～ 。 濕度傳感器 SHT11 的介紹 ? SHT11 濕度傳感器的主要特性 （ 1） 將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、 I2C 總線接口全蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 部集成于一個(gè)芯片； （ 2） 可給出全校驗(yàn)相對(duì)濕度及溫度值輸出； （ 3） 濕度值輸出分辨率為 14 位，溫度值輸出分辨率為 12 位，并可編程為 12 位和 8 位； （ 4） 小體積，可表面貼裝； （ 5） 具有可靠的 CRC 數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能； （ 6） 片內(nèi)裝載的校驗(yàn)系數(shù)可保證 100%互換性； （ 7） 電流消耗低。 SHT11 是智能化傳感器， 內(nèi)部包含相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（ E2PROM）、易失存儲(chǔ)器（ RAM）、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。 濕度傳感器的選擇 常用的濕度傳感器有 HIH360 SHT1 HM1500 等， HIH3605 芯片 的主要特點(diǎn)是線性電壓輸出，抗污染能力強(qiáng)。溫室內(nèi)要實(shí)現(xiàn)溫濕度的精確控制必須進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，所以在設(shè)計(jì)時(shí)分別采用 4 片濕度傳感器測(cè)量空氣相對(duì)濕度，用 4片濕度傳感器測(cè)量土壤相對(duì)濕度。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距 離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。 連接 DS1820 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。 圖 4 個(gè) DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接線圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 ? DS18B20的工作過程為： 復(fù)位操作 ： 執(zhí)行 RO M 操作的 5條指令之一： 1）讀 RO M， 2）匹配 RO M， 3）搜索 ROM， 4）跳過 RO M， 5）報(bào)警搜索。每一個(gè) DS18B20 有唯一的序列號(hào)，因此多個(gè) DS18B20 可以掛接在同一條單線總線上。 在本系統(tǒng)中， DS18B20 采用外部電源供電方式。 溫度傳感器 DS18B20 的硬件接線圖 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 Vcc 接外部電源， GND 接地， I/O 與 單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) VDD、 GND 接地， I/O 接單片機(jī) I/O。如此循環(huán)，直到計(jì)數(shù)器 2 到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的值即為所測(cè)的溫度。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器分別被預(yù)置每 度計(jì)數(shù)值和在 55℃時(shí)所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。圖中 64 位光刻 ROM 中 64 位序列號(hào)可看做是 DS18B20 的地址序列號(hào)，其測(cè)溫的工作原理如圖 所示。 （ 4）內(nèi)部有溫度上、下限告警功能。 （ 2）只通過一條數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)通信。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 溫度傳感器 DS18B20 的介紹 ? 溫度傳感器 DS18B20 主要技術(shù)指標(biāo)有：①測(cè)量范圍： 55℃～ +125℃，②測(cè)量精度： ℃，③反應(yīng)時(shí)間≤ 500ms。光纖傳感器測(cè)量精度更高，可是價(jià)格更貴，一般在精度要求非常高的情況下才采用，所以本設(shè)計(jì)選用數(shù)字式溫度傳感器。且需經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才能送進(jìn)單片機(jī)內(nèi)。溫度檢測(cè)元件的類型選擇和被控溫度及精度等級(jí)有關(guān)。 XTAL2 也是內(nèi)部時(shí)鐘的發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：內(nèi)部振蕩器外接晶振的另一個(gè)輸入端。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 表（ 1） P3 口的第二功能 引腳 第二功能標(biāo)記 第二功能 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 外部輸入 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部輸入 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 4） 振蕩器和 時(shí)鐘電路 XTAL1：內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個(gè)輸入端。 P3：準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P2：準(zhǔn)雙向 I/O 口。在程序校驗(yàn)期間，它用于數(shù)據(jù)輸出。 3） I/O 線 P0（ BUS）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低 8 位地址總線。當(dāng)為低電平時(shí)，單片機(jī)都到外部程序存儲(chǔ)器取指。在掉電情況下（ VCC 降到操作允許限度以下），VPD 將為芯片內(nèi)的 RAM 提供備用電源。 RST/VPD：復(fù)位輸入信號(hào)。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)，并在外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)產(chǎn)生，指令內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。此信號(hào)每機(jī)器周期出現(xiàn) 2 次，只在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間才不輸出 ALE。 VSS：電源地線。這 40 引腳大致分為：電源（ VCC、 VSS、 VDD、 VPD），時(shí)鐘（ XTAL XTAL2），I/O（ P0P3），地址總線（ P0、 P2），數(shù)據(jù)總線（ BUS）和控制總線（ ALE、RST、 PROG、 PSEN、 EA） 6 大部分。因此，有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式，省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。 89C51 單片機(jī) 89C51 是 ATMEL 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)系列。 單片機(jī) 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)的單片機(jī)為下位機(jī)的主要部分，它主要來處理溫 度、濕度、土壤水分信號(hào) ，處理上位機(jī)發(fā)送的信息，使 LED 實(shí)時(shí)顯示實(shí)際數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)等功能。同時(shí)方案二可以實(shí)現(xiàn)鍵盤設(shè)定、LED 數(shù)碼管顯示、與上位機(jī)進(jìn)行通信，使用起來簡(jiǎn)單方便，功能更加齊全，基于這些優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)诤竺娴脑O(shè)計(jì)中采用方案二。方案二具有更好的自動(dòng)控制功能，而且采用的溫度、濕度傳感器為集成芯片，這使其監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、控制的精確性得到了很大的提高。通信接口電路主要由數(shù)據(jù)收發(fā)器MAX485 芯片組成，可 增大其傳輸距離。顯示則直接采用 LED，簡(jiǎn)單可靠。 AT89C51電 源 電 路溫 度 傳 感 器 D S 1 8 B 2 0土 壤 水 分 傳 感 器S H T 1 1濕 度 傳 感 器 S H T 1 1看 門 狗 X 2 5 0 4 5鍵 盤報(bào) 警 電 路 L E D 顯 示滴 灌 器風(fēng) 扇熱 風(fēng) 爐通 信 圖 單片機(jī)系統(tǒng)框圖 AT89C51 單片機(jī)是 ATMEL 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)系列。在控制電路部分，可將蔬菜大棚分為左右兩塊，每一塊空間都安置熱風(fēng) 爐、風(fēng)扇以及滴灌器?？紤]到蔬菜大棚內(nèi)的實(shí)際情況，溫室內(nèi)要實(shí)現(xiàn)溫濕度的精確控制必須進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，分別使用一個(gè)傳感器無法達(dá)到控制目的，所以在此方案中采用了 4片溫度傳感器 DS18B20 測(cè)量溫度， 4 片濕度傳感器 SHT11 測(cè)量空氣相對(duì)濕度、 4 片濕度傳感器 SHT11 測(cè)量土壤相對(duì)濕度。它的系統(tǒng)框圖如圖 所示。 控制系統(tǒng)方案選擇 方案一：模擬電路設(shè)計(jì) 模擬電路主要分為以下幾個(gè)主要的組成部分，電源電路、溫度檢測(cè)電路、濕度檢測(cè)電路、土壤水分檢測(cè)電路、加熱、換氣、滴灌電路、報(bào)警電路，電路中利用溫度、濕度傳感器，大大提高了測(cè)量的精度。 一臺(tái)上位機(jī)控制多個(gè)大棚。 當(dāng)土壤水分低于設(shè)定值時(shí)，采用滴灌器滴灌。 能通過上位機(jī)端遠(yuǎn)程設(shè)定蔬菜的生長(zhǎng)期適宜溫度、土壤水分值。若土壤水分過剩，濕度越高，則會(huì)使土壤中的氧氣減少，植物根部呼吸的水分減少，從而影響植物的水分代謝，以至減緩植物的營(yíng)養(yǎng)吸收，阻滯植物的生長(zhǎng)或者容易發(fā)生漚根，使植物出現(xiàn)嚴(yán)重的萎蔫或者死亡，同時(shí)造成產(chǎn)品容易腐爛，不耐貯藏。光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)，只有通過水分的作用才能從葉子運(yùn)到植物各部分?？捎糜跍厥医禎竦姆椒ㄓ型L(fēng)換氣，加熱除濕，覆蓋地膜，滴灌 控制，使用除濕機(jī)等。但在持續(xù)干燥的條件下，葉片氣孔關(guān)閉，影響光合作用，會(huì)抑制生育。因此高濕再加上適宜發(fā)病的溫度條件對(duì)作物更不利。溫室地表濕度越高，室溫越高。溫室中，作物是在封閉條件下生長(zhǎng)，作物蒸騰作用產(chǎn)生的水蒸氣、凝結(jié)水大都滯留在室內(nèi)，使得空氣相對(duì)濕度和 絕對(duì)濕度顯著高于外界。 蔬菜大棚內(nèi)環(huán)境因子對(duì)植物的影響 溫度和空氣濕度對(duì)植物的影響 溫室內(nèi)的溫度和濕度是最重要的兩個(gè)環(huán)境因子。 現(xiàn)代溫室和現(xiàn)代設(shè)施園藝已采用專業(yè)化、集約化和規(guī)模化生產(chǎn)，規(guī)范有序的市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)和國(guó)際化的市場(chǎng)體系運(yùn)作，成為當(dāng)今世界最具活力的新興產(chǎn)業(yè)之一和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的亮點(diǎn)。 隨著自動(dòng)化、智能化等高新技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了智能型溫室，使農(nóng)業(yè)產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。如北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研發(fā)了具有中國(guó)特色的節(jié)能日光溫室及適應(yīng)于不同領(lǐng)域的新型系列溫室、現(xiàn)代化溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備；國(guó)家農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心進(jìn)行了溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)的研究開發(fā)；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)以及中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉研究所在環(huán)境控制與栽培技術(shù)等方面進(jìn)行了卓有成效的研究等等。 我國(guó)在 “九五 ”、 “十五 ”期間，在科技部領(lǐng)導(dǎo)和組織下，實(shí)施了 “工廠化高效農(nóng)業(yè)研究與示范 ”項(xiàng)目，利用引進(jìn)的現(xiàn)代化溫室設(shè)備及配套技術(shù)，通過消化吸收與技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)行了品種選育、設(shè)施栽培、配套設(shè)備及溫室中溫度、濕度和 CO 2 等環(huán)境因素綜合調(diào)控技術(shù)的研究與攻關(guān)，一大批科技成果相繼誕生，有效地推動(dòng)著我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。隨著近年來國(guó)家相關(guān)科研項(xiàng)目的啟動(dòng)，在學(xué)習(xí)借鑒、吸收消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，中國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)有了較快發(fā)展，設(shè)施面蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 積和設(shè)施水平不斷提高。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步， 70～ 80 年代，相繼出現(xiàn)了塑料大棚和日光溫室。單片機(jī)控制器除了完成測(cè)控外，還可以將采集到的數(shù)據(jù)傳送到 PC機(jī)存儲(chǔ)顯示，同時(shí)可以通過 PC機(jī)設(shè)定控制參數(shù)的上下限。 蔬菜大棚控制器主要是以單片機(jī)為核心，對(duì)環(huán)境溫度、濕度和土壤水分等進(jìn)行測(cè)量和控制。單片機(jī)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜 ，而且這類芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟。 近年來，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)日益發(fā)展，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 蔬菜大棚的環(huán)境控制不理想 ,往往會(huì)造成作物的減產(chǎn) ,能源的浪費(fèi)， 從而給菜農(nóng)帶來了極大的損失。通過國(guó)內(nèi)外大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的實(shí)踐證明，環(huán)境的控制對(duì)蔬菜生產(chǎn)起到非常重要的作用。 mu nication 目錄 第一章 緒論 .................................................... 1 課題研究的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù) .......................... 1 國(guó)內(nèi)蔬菜大棚發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì) .......................... 1 蔬菜大棚內(nèi)環(huán)境因子對(duì)植物的影響 ........................ 2 蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)的功能 ............................ 3 第二章 控制系統(tǒng) 方案論證 ....................................... 4 控制系統(tǒng)方案選擇 ....................................... 4 方案一：模擬電路設(shè)計(jì) ............................. 4 方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................... 4 系統(tǒng)控制方案的確定 ..................................... 5 第三章 系統(tǒng)的 硬件設(shè) 計(jì) ..........................