【正文】 10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U2AT89S52R01RE2DE3DI4VCC5B6A7GND8U3MAX485A1B2VOUT3U4EM485B上位機(jī)+5GND1KR3GNDVCC 圖 單片機(jī)與上位機(jī) 通信電路圖 控制電路 模塊 本設(shè)計(jì)的控制電路模塊選用繼電器作為控制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)。單片機(jī)和上位機(jī)之間的通信必須用 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器 EM485B 將電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)：采用差動(dòng)發(fā)送 /接收，共模抑制比高，抗干擾能力強(qiáng)；傳輸速率高，它允許的最大傳輸速率可達(dá) 10Mb/s(傳送 15m)；傳送距離遠(yuǎn)，采用雙絞線(xiàn)，在不用 MODEM 的情況下，當(dāng)以 100kb/s 的傳輸速率時(shí)，可傳送的距離為 ； 能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信， RS485 允許平衡電纜上連接32 個(gè)發(fā)送器 /接收器對(duì)。主機(jī)與從機(jī)之間無(wú)線(xiàn)通信連接電路圖見(jiàn)附錄 1。以 AT89S52 單片機(jī)為微控制器，與設(shè)計(jì)好的 nRF905 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊相連接，具備數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的功能。 nRF905 詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 nRF905 可以自動(dòng)完成處理字頭和 CR (循環(huán)冗余碼校驗(yàn) )的工作，可由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯 特編碼 /解碼，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以 10dBm 的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有 11mA，在接收模式時(shí)電流為 [10]。 主機(jī)與從機(jī)之間的無(wú)線(xiàn)通信 主要是 主機(jī)把 采集到的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度以及光強(qiáng)照度的 數(shù)據(jù) 通過(guò)一對(duì)配置的 nRF905 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊 發(fā)送到從機(jī) ， 從機(jī)接收數(shù)據(jù)并 控制加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)以及報(bào)警子系統(tǒng)的運(yùn)行 。它與單片機(jī)的連接電路如圖 所示。由單片機(jī) I/O 口輸出信號(hào)控制晶體管的導(dǎo)通或截止，晶體管導(dǎo)通，則蜂鳴器報(bào)警。 電路原理圖 如圖 所示。 (3)體積小，質(zhì)量輕。 VDD1VOUT2GND3U12SH300DH(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1AT89S52VCCGNDGNDVCC 圖 SH300DH 二氧化碳傳感器連接電路 顯示電路 模塊 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602 作為輸出器件，其特點(diǎn)如下： (1)顯示質(zhì)量高：由于 LCD 每一個(gè)點(diǎn)在收到信息后就一直保持那中色彩和亮度， 恒定發(fā)光，不需要不斷的刷新亮點(diǎn)，因此畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 其主要性能參數(shù) [9]如下所示 : (1)檢測(cè)范圍： 03000PPM； (2)精度： 03000PPM， 1050℃ ； 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 (3)響應(yīng)時(shí)間：小于 30 秒 (080%)，數(shù)據(jù)更新時(shí)間 :2 秒； (4)預(yù)熱； 90 秒 (25℃ )； (5)輸出：模擬： 03V； 數(shù)字 UART： 默認(rèn)波特率 9600bps； (6)輸入電壓： DC7V12V； 該模塊具 有模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩種方式，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用的是數(shù)字通信方式，該傳感器的數(shù)字輸出腳直連到單片機(jī)的 RXD 管腳上。 VDD1ADDR SEL2GND3INT4SCL5SDA6U13TSL2561(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1AT89S5210KR910KR10GNDVCCVCCGND 圖 TSL2561 光強(qiáng)傳感器連接 電路圖 二氧化碳測(cè)量電路 模塊 本設(shè)計(jì)采用 SH300DH 二氧化碳檢測(cè)模塊檢測(cè)大棚內(nèi) 的二氧化碳濃度。當(dāng)光強(qiáng)度超過(guò)用戶(hù)編程設(shè)置的上或下閾值時(shí) 器件會(huì)輸出一個(gè)中斷信號(hào)。 腳 4 和腳 6，總線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)。 腳 2，器件訪(fǎng)問(wèn)地址選擇引腳。 各引腳的功能 [8]如下： 腳 1 和腳 3 分別是電源引腳和信號(hào)地。 FDS100 型土壤水分傳感器經(jīng)過(guò) LM358 經(jīng)信號(hào)放大輸送至單片機(jī) P0 口，電路如圖 所示。 (5) 測(cè)量精度高， 性能可靠，確保正常工作。 (3) 外部以 環(huán)氧樹(shù)脂純膠體封裝，密封性 好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。 FDS100 型土壤水分傳感器引腳功能 [7]如下： 紅線(xiàn)（ VDD）： 512 V 電源輸入 黃線(xiàn) (VOUT)：電壓輸出 0～ DC 黑線(xiàn) (GND)：地線(xiàn) 功能及特點(diǎn)： (1) 本傳感器體積小巧化設(shè)計(jì)，攜帶方便，安裝、操作及維 護(hù)簡(jiǎn)單。 如圖 ， SHT10數(shù)字式溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)溫室大棚中空氣的溫濕度，并將檢測(cè)到的信號(hào) 傳送給單片機(jī)的 P0 口，讓單片機(jī)處理。0. 5℃ (在 20℃ 時(shí) )；可靠的 CRC 數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)，保證 100%的互換性；電源電壓為 2. 4~5. 5V[6]。其特點(diǎn)：溫濕度傳感 器、信號(hào)放大、 A/D 轉(zhuǎn)換、 I2C 總線(xiàn)接口全部集成于一個(gè)芯片上 (CMOSens 技術(shù) )；全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出；具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能；免外圍元件；卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；測(cè)量精度高，濕度的精度為 177。 圖 AT89S52 的引腳圖 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 空氣溫濕度測(cè)量電路 模塊 本設(shè)計(jì)選擇 SHT10 數(shù)字式溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)溫室大棚中空氣的溫濕度。 (2) 在外部結(jié)構(gòu)上 ， AT89S52 單片機(jī)和 MCS51 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，有三種 封裝形式，分別是 PDIP 形式，為 40 針腳； PLCC 形式，為 44 針腳； TAFP形式，也為 44 針腳 [5]?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路 [4]。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 控制 器 模塊 本設(shè)計(jì)的 控制 器 模塊選用 AT89S52，它是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 綜上所述，根據(jù)對(duì)三種方案的比較以及對(duì)設(shè)計(jì)的溫室大棚控制系統(tǒng)成本低廉，精確度較高，連接簡(jiǎn)單的要求，選擇方案一來(lái)設(shè)計(jì)本溫室大棚控制系統(tǒng)。 方案一使用 TSL2561 光強(qiáng)傳感器變送器檢測(cè)溫室大棚內(nèi)的光強(qiáng)照度，方案二的 濕度和光強(qiáng)利用 MSP430 內(nèi)部 A/D 通過(guò) ～ 的 4 個(gè)端口進(jìn)行多通道序列采集，方案三使用 GZD01 型光照度感應(yīng)探頭。 方案一使用 SH300DH二氧化碳傳感器檢測(cè)溫室大棚中二氧化碳的含量，方案二使用 TGS4160固態(tài)電化學(xué)型二氧化碳傳感器檢測(cè)溫室大棚中二氧化碳的濃度，但 TGS4160的預(yù)熱時(shí)間較長(zhǎng)，一般約為 2小時(shí)，方案三選用紅外線(xiàn)氣敏傳感器檢測(cè)二氧化碳濃度。 方案一使用 FDS100型土壤水分傳感器檢測(cè)土壤中水分的含量，方案二的 濕度和光強(qiáng)利用 MSP430內(nèi)部 A/D通過(guò) ～ 4個(gè)端口進(jìn)行多通道序列采集，方案三 濕度傳感器 SHT11測(cè)量濕度。 方案一使用 SHT10數(shù)字式溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)溫室大棚中空氣的溫濕度，方案二選擇 兩塊 TMP275溫度傳感器，來(lái)采集大棚內(nèi)外的溫度值，方案三 選擇溫度傳感器 DS18B20采集大棚內(nèi)的溫度 。 圖 系 統(tǒng)框圖 MSP430主控制器 溫度傳感器 濕度傳感器 二氧化碳傳感器 光敏傳感器 鍵盤(pán)輸入 液晶屏動(dòng)態(tài)顯示 風(fēng)扇 噴淋子系統(tǒng) 采光子系統(tǒng) 照明子系統(tǒng) 二氧化碳添加子系統(tǒng) AT89C51 單片機(jī) LCD 顯示 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 鍵盤(pán)電路 TC35i 模塊 溫度傳感器 濕度傳感器 光照傳感器 二氧化碳傳感器 A/D變換 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 方案 比較 方案一使用的控制器為 AT89S52單片機(jī) ，方案二使用的控制器為 MSP430單片機(jī)，方案三使用的控制器為 AT89C51單片機(jī)，沒(méi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。 A/D轉(zhuǎn)換模塊采用逐次漸近型 8路 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809，利用 AT89C51單片機(jī)的串行 I/O口，采用了專(zhuān)用電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232，把 TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS232電平，將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī) ( PC機(jī) )，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。濕度和光強(qiáng)利用 MSP430內(nèi)部 A/D 通過(guò) ～ 的 4個(gè)端口進(jìn)行多通道序列采集。 圖 系統(tǒng)框圖 方案二：本溫室大棚控制系統(tǒng)采用 MSP430為主控制器用來(lái)總體協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)內(nèi)部 A/D采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與內(nèi)部設(shè)定的數(shù)據(jù)庫(kù)比較，根據(jù)設(shè)定 從機(jī)AT89S52 加熱系統(tǒng) 通風(fēng)系統(tǒng) 滲灌系統(tǒng) 補(bǔ)光系統(tǒng) 報(bào)警系統(tǒng) 空氣溫濕度傳感器 信號(hào)放大電路 土壤水分傳感器 光強(qiáng)傳感器 二氧化碳傳感器 MAX485 上位機(jī) LCD 顯示系統(tǒng) 主機(jī)AT89S52 無(wú)線(xiàn)通信模塊 德州學(xué)院 物理系 2020 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 的各參數(shù)發(fā)出指令控制采光、照明、二氧化碳添加、噴淋子系統(tǒng)，來(lái)改變大棚內(nèi)部的環(huán)境，利用 MSP430來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶屏，實(shí)時(shí)地顯示大棚內(nèi)外的各環(huán)境參數(shù)。此外，主機(jī)完成 各項(xiàng)數(shù)值 預(yù)制和報(bào)警電路模塊功能，從機(jī)完成 采集數(shù) 值的 顯示及 加熱爐和風(fēng)機(jī)、噴灌和滲灌和熒光燈 的 控制 功能。數(shù)據(jù)采集部分使用AT89S52 單片機(jī)，將隨被測(cè) 各項(xiàng)數(shù)據(jù) 變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，將被測(cè) 各項(xiàng)數(shù)據(jù) 顯示出來(lái)。 2 系