【正文】 第 15 頁(yè) 圖 串口通信電路 MAX232 芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，能夠把輸入的 +5V 電壓變換為 RS232輸出電平所需的 +10V 電壓，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)值需要接 +5V 電壓即可。 MAX232 是 MAXIM 公司專(zhuān)為 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V 電源供電。要讓 單片機(jī)和 PC 機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行通信， 需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，因?yàn)?盡管單片機(jī)有串行通信的功能，但單片機(jī)提供的 TTL 電平和 RS232的 電平 不一樣 。 其中， RS 一 232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中使用最早的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。 串口通信電路 串口通信可分為同步通信和異步通信，在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，主要是采用異步串行通信。 本設(shè)計(jì)中的鍵盤(pán)是低電平有效。 本設(shè)計(jì)中總共用到 5 個(gè) 按鍵式開(kāi)關(guān)，他們用來(lái)改變?cè)O(shè)定的溫濕度上下限數(shù)值。矩陣式鍵盤(pán)較為復(fù)雜，一般用于按鍵數(shù)目較多，而單片機(jī)可用的 I/O 口又比較有限時(shí)。 按鍵電路設(shè)計(jì) 圖 按鍵 電路圖 鍵盤(pán)分為編碼式和非編碼式鍵盤(pán)。并聯(lián)在 LM7805 兩端的二極管起保護(hù)作用，避免在短路等情況 下 LM7805 輸出端的電壓比輸入端高，從而燒壞 LM7805。小電容容值小，因此就不存在感抗的問(wèn)題。 需要注意的是， 470uF 的大電容可以濾低頻，為什么不能濾高頻，還要單獨(dú)加一個(gè) 第 13 頁(yè) 的小電容來(lái)濾高頻？從理論上來(lái)說(shuō)大電容應(yīng)該高頻、低 頻都可以，但是由于制造工藝的原因，電解電容的容值做得很大時(shí)，它就不再是一個(gè)單純的電容了，它等效于一個(gè)電容串聯(lián)一個(gè)電感。 C8是大電容，用電解電容，它的作用是低頻濾波，通過(guò)充電放電，從而削峰填谷，使電壓的脈動(dòng)成分減少，電壓基本保持穩(wěn)定。 因此需要濾波電路將紋波濾掉。 由于最后的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)， LM7805 要得到 5V的直流輸出，輸入與輸出要有一定的壓差，根據(jù) LM7805 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，需要有 10V 的輸入，因此在降壓環(huán)節(jié)把 220V 的電壓 降為 10V。 電源的設(shè)計(jì) 圖 電源 電路 電源電路是整個(gè)系統(tǒng) 中非常重要的一部分， 本 設(shè)計(jì) 中主要用到直流 5V 電源。 第 12 頁(yè) 此外，這里用的繼電器是普通的電磁繼電器。在這里，TLP5214 的電流傳輸比為 50%，輸出端我們剛才算出的電流 Io=Ib=1mA，所以輸入端電流 IF 最小為 2mA，由于電流很小時(shí)光耦處于死區(qū)，因此要選大點(diǎn)，這里選擇 IF=10mA。 還應(yīng)該注意到的一點(diǎn)是，光耦有一個(gè)參數(shù)叫電流傳輸比（ CTR）， CTR=Io/IF，及輸出端電流的最大值比上輸入端的電流，體現(xiàn)了光耦輸出電流的能力。 繼電器選用 5V 的，驅(qū)動(dòng)繼電器需要大約 100mA 的電流，也就是說(shuō)驅(qū)動(dòng)繼電器 的三極管的集電極電流為 Ic=100mA。如果設(shè)置光耦的發(fā)光二極管的電流為10mA，那么兩個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)單片機(jī)的灌電流為 20mA，小于 26mA，符合要求。 51單片機(jī) P0 口所能承受的灌電流最大，可以達(dá)到 26mA。這四組輸出電路分別控制加濕、除濕、加熱、制冷的設(shè)備。光耦的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般電流只能達(dá)到 30mA 左右，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器，因此再加一個(gè)三極管放大電流。 輸出電路設(shè)計(jì) 當(dāng)溫濕度超出限定值后，單片機(jī)將輸出控制信號(hào)，啟動(dòng)加熱、制冷、加濕、除濕設(shè)備。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)如下圖： 圖 報(bào)警電路圖 蜂鳴器工作電流一般為 10mA，而單片機(jī)的 I/O 口只能承受幾毫安的電流，因此需要加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。有源蜂鳴器由于內(nèi)部集成了振蕩源，所以使用直流電壓就可以驅(qū)動(dòng)它鳴叫；無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒(méi)有振蕩源，因此一般使用 2K～ 5K 方波來(lái)驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器為一種采用一體化結(jié)構(gòu)的電子器件， 采用了直流電壓來(lái)供電，廣泛的應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、復(fù)印機(jī)、電子玩具、電話機(jī)、汽車(chē)電子設(shè)備、定時(shí)器等電子產(chǎn)品之中用作發(fā)聲器。數(shù)據(jù)線要通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到 VCC，目的是避免信號(hào)沖突，使單片機(jī)的引腳只提供低電平，要得到高電平則使該引腳懸空，由上拉電阻提供高電平。因此，從滿足大棚溫濕度監(jiān)測(cè)的要求來(lái)看， SHT10 已經(jīng)足夠，故選用 SHT10。三者的溫濕度性能如下圖所示。 它與單片機(jī)的接口電路如下圖所示： 圖 LCD1602 與單片機(jī)的接口電路 溫濕度傳感器模塊 溫濕度傳感器選用瑞士 Sensirion 公司生產(chǎn)的 SHT10。 CGROM 用來(lái)保存LCD1602 內(nèi)部固化的一些字符的字模，比如英文的 26 個(gè)字母的大小寫(xiě)； CGRAM 用來(lái)保存用戶自己取的字模，比如，如果要顯示漢字，就必須自己去漢字字模，在這里我們都用英語(yǔ)字母，故不用 CGRAM； DDRAM 用來(lái)存儲(chǔ)要顯示的 字符的字模，它和屏幕上的位置是對(duì)應(yīng)的，第一行為 00H 到 0FH，第二行為 40H 到 4FH。 液晶顯示模塊 測(cè)量到的溫濕度值將顯示到液晶屏 LCD1602 上，它可以顯示 2 行，每行 16 個(gè)字符。 程序運(yùn)行過(guò)程中如果跑飛了、 程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí) ，就需要用到手動(dòng)復(fù)位。隨著充電的繼續(xù)進(jìn)行，電流會(huì)逐漸減小，電阻兩端的電壓 UR=IR 也逐漸減小，即 RST 引腳的電勢(shì)逐漸減小。先說(shuō)說(shuō)上電復(fù)位的工作原理，當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)，電源 +5V 的 Vcc 通過(guò) 10K 的電阻對(duì) 10uF 的電容進(jìn)行充電。因此上電的時(shí)候就要讓單片機(jī)復(fù)位一次；在運(yùn)行過(guò)程中，如果程序出錯(cuò)，也需要進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。下面著重論述一下復(fù)位電路。外部時(shí)鐘方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL1 或 XTAL2 送入單片，一般用于有多個(gè)單片機(jī)的情況，所以本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，選用 12M 的晶振和兩個(gè) 30pF 的電容與片內(nèi)的高增益反相放大器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)候所必須的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)的節(jié)拍下逐條地執(zhí)行指令。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控制器。另外，中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)， 隨著溫室大棚越來(lái)越普及，農(nóng)村對(duì)溫濕度控制系統(tǒng)的需求也會(huì)越來(lái)越旺盛，因此雖然用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的周期較長(zhǎng)，但是一旦完成開(kāi)發(fā)，后期生產(chǎn)環(huán)節(jié)的邊際成本很??；而基于 PLC 的控制系統(tǒng)受制于 PLC 的高昂價(jià)格，價(jià)格難以降低。 從價(jià)格方面上看，單片機(jī)就比 PLC 具有很大的優(yōu)勢(shì)。但是本系統(tǒng)是用于溫室大棚，并沒(méi)有其他大型工業(yè)設(shè)備的干擾。 繼電器 鍵盤(pán)輸入 加熱器 制冷器 加濕器 除濕器 液晶顯示 蜂鳴器報(bào)警 溫濕度傳感器 PLC 溫 室 大 棚 第 5 頁(yè) 圖 用單片機(jī)作為主控制器的控制系統(tǒng) 方案論證 從功能上看，兩種控制器都能滿足要求。 采用 STC89C52RC 單片機(jī)作為主控制器，可以用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，由于它支持 ISP在線編程，因此可以通過(guò) RS232 串口將程序燒錄到單片機(jī)中， 很方便。而且 PLC 抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，這一點(diǎn)已被長(zhǎng)期的工業(yè)控制實(shí)踐所證明。 第 4 頁(yè) 方案比較 方案一 采用 PLC 作為主控制器。 性價(jià)比 性價(jià)比也是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所要考慮的重要因素。這種損失不僅包括經(jīng)濟(jì)上和信譽(yù)上的 損失，而且可能會(huì)對(duì)人身安全產(chǎn)生威脅。 5%RH； （ 5）測(cè)濕范圍： 0～ 100%RH； （ 6）通過(guò)鍵盤(pán)電路修改上下限：有； （ 6）溫濕度報(bào)警：有； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 可靠性 可靠性是在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該優(yōu)先考慮的一個(gè)因素，一個(gè)控制系統(tǒng)必須要能穩(wěn)定、可靠地工作，才能投入到生產(chǎn)實(shí)踐中去。為了能夠滿足農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)的需要，此次設(shè)計(jì)要達(dá)到一下指標(biāo)： （ 1）工作環(huán)境：溫室大棚； （ 2）溫度測(cè)量誤差：177。 第 3 頁(yè) 2 總體方案設(shè)計(jì) 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 本文要設(shè)計(jì)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，要能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行采集，將其顯示在 LCD1602 液晶顯示器上，然后與設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較，如果超出限制則啟動(dòng)溫度、濕度控制設(shè)備，并通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，直到溫濕度回到規(guī)定的范圍。單片機(jī)因?yàn)樗哂泄δ軓?qiáng)、高可靠性、體積小、造價(jià)便宜和開(kāi)發(fā)周期短這些優(yōu)勢(shì)，廣泛用于自動(dòng)化測(cè)量和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是在日常生活中發(fā)揮的日益重要的作用。這要求我們提高溫濕度檢測(cè)與控制技術(shù)，來(lái)滿足對(duì)溫室大棚建設(shè)的需要。這些操作都是人工的，耗費(fèi)了大量的人力以及物力。 因此，非常有必要使用一 套溫濕度控制系統(tǒng)，以維持溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度在一個(gè)合適的范圍，實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)農(nóng)作物的水分、養(yǎng)分的有效供給，提高光合作用的效率，從而達(dá)到增產(chǎn)目的。溫濕度的較大變化對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)十分不利，研究結(jié)果表明，由于植物體內(nèi)水分不足導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，首先妨礙了 CO2 的交換，而使飽和作用顯著下降，特別是在缺水狀況加劇時(shí)，給細(xì)胞原生質(zhì)的生化作用帶來(lái)影響，光合作用顯著下降。晴天在傍晚關(guān)窗至次日早晨開(kāi)窗前溫室維持在高濕度。 要想實(shí)現(xiàn)溫室大棚高效增產(chǎn)的作用，對(duì)溫濕度的準(zhǔn)確控制是極其重要的。這種設(shè)施系統(tǒng)可以從簡(jiǎn)易到全自動(dòng)控制，適宜各種狀況下的選擇，特別是對(duì)于日光溫室、塑料大棚，相對(duì)投資較少。溫室農(nóng)業(yè)可以改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力冬閑夏忙的安排，以小面積獲得高產(chǎn)，減輕大面積的土地壓力。 關(guān)鍵詞 ： STC89C52RC， SHT10， I2C 總線，獨(dú)立式鍵盤(pán)，溫濕度自動(dòng)控制 Abstract: This design is an automatic temperature and humidity controller for greenhouses, with the STC89C52RC MCU being its main controller. It uses the SHT10 as the temperature and humidity sensor, and the LCD1602 to display the messages. The SHT10 uses a timing sequence much like the I2C to municate with the microcontroller. Because it’s a highly integrated chip, it already includes an analog to digital converter. Therefore, it’s quite convenient to use, and also accurate and durable. The LCD1602 can display two lines of messages, with the first line for temperature and the second line for humidity. The design can measure the temperature and humidity in a greenhouse, and then display it on a LCD1602. Meanwhile, it pares the data with the set limit. If the limit is exceeded, then the system will send out a warning using a buzzer and activate the temperature and humidity controlling equipment. Besides, the set limit can be modified with the