【正文】 ISP 的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)用戶需要修改片內(nèi)程序存儲(chǔ) 器中的程序時(shí)，不需要把 89S 從工作現(xiàn)場(chǎng)中分離出去。在單片機(jī)選用方面，由于 AT89S 系列單片機(jī)增加了很多功能，但價(jià)格基本不變，甚至比 80C51 系列更低，因此本系統(tǒng)中，我們采用美國(guó) ATMEL（愛(ài)特梅爾）公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機(jī)作為主控芯片。 “微控制器 ”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名 稱已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用 “單片機(jī) ”這一名稱。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口電路以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。 根據(jù) HS1101 使用手冊(cè)，該振蕩電路輸出的方波頻率范圍是 6033～ 7351Hz,所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為 100～ 0%R。 第二章 溫室大棚測(cè)控方案設(shè)計(jì) 13 圖 25 輸出的 555 測(cè)量振蕩電路 該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源 VCC 通過(guò) R R3 向 HS1101充電，經(jīng) t 充電時(shí)間后， Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 ，此時(shí)輸出引腳 7 端由高電平突降為低電平，然后通過(guò) R3 放電，經(jīng) t 放電時(shí)間后， Uc 下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳 7 端又由低電平突 升 為高電平，如此翻來(lái)覆去，形成方波輸出。 7 端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) C 的放電回路，并將引腳 6 端相連引入到 片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。 圖 24 HS1101 濕度傳感器 將 HS1101 的電容量的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)易接受的信號(hào)的方法，常用第二章 溫室大棚測(cè)控方案設(shè)計(jì) 12 有兩種：一種是將 HS1101 置于運(yùn)放與電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，再由 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)處理；另一種是將 HS1101 置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，共單片機(jī)直接采集和處理。 HS1101 濕度傳感器介紹 本系統(tǒng)選用 HS1101 濕度傳感器來(lái)測(cè)量濕度， HS1101 是法國(guó) Humirel 公司推出的一款電容式相對(duì)濕度傳感器，該傳感器廣泛 應(yīng)用于辦公室、家庭、汽車(chē)駕駛室和工業(yè)控制系統(tǒng)等，對(duì)空氣濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 綜合比較，方案一雖然滿足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)才具有良好的線性，而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度 30～ 50℃ 的要求；方案二，不是數(shù)字式傳感器，與單片機(jī)的接口需要外接 A/D 轉(zhuǎn)換器件或 CF 轉(zhuǎn)第二章 溫室大棚測(cè)控方案設(shè)計(jì) 11 換器件，但是性價(jià)比高，而且性能穩(wěn)定。數(shù)字濕度傳感器將傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、 I2C 總線接口全部集成于一個(gè)芯片中?？梢?jiàn)精度是較高的。相對(duì)濕度在 1%～ 100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于177。 HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。 HOS201 濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V 以下，頻率為 50HZ～ 1KHZ，測(cè)量濕度范圍為 0～100%RH，工作溫度范圍為 0～ 50℃ ，阻抗在 75%RH（ 25℃ ）時(shí)為 1MΩ。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。當(dāng)采集的溫度值低于下限報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)又發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起動(dòng)制熱 設(shè)備 ，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時(shí)， 立即關(guān)閉制熱設(shè)備，使制熱設(shè)備停止工作，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。其工作原理就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程和單片機(jī)編程，使智能溫度傳感器 DS18B20 正常工作，去檢測(cè)大棚內(nèi)實(shí)際的溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當(dāng)時(shí)的溫度值。 初始化 : 單總線上的所有處理均從初始化開(kāi)始。 R1 和 R0 用來(lái)設(shè)置分辨率 。 （ 4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 第二章 溫室大棚測(cè)控方案設(shè)計(jì) 8 表 2 配置寄存器結(jié)構(gòu) 低五位一直都是 1， TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式。 例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H，+℃ 的數(shù)字輸出為 0191H， ℃ 的數(shù)字輸出為 FE6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H 。 （ 2） DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。 64 位光刻 ROM 的排列是：開(kāi)始 8 位 （ 28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18BZO 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝?！?。同時(shí)其 “一線總線 ”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念?？梢苑謩e在 和 750ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DSl8B20 讀出的信息或?qū)懭?DSl8B20 的信息僅需要一根口線 (單線接口 )讀寫(xiě)，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS1SB2O 供電，而無(wú)需額外電源。 DS18B20 的介紹 DS18B20 是繼 DS1820 之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。 以上兩個(gè)方案來(lái)看，方案二更適合此電路要求。 DS18B20 是由 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 “一線總線 ”接口的溫度傳感器。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件。 圖 21 系統(tǒng)原理總框圖 溫度的測(cè)量和控制 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器的選擇測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器。針對(duì)這些特點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用智能型溫度傳感器 DS18B20，從而可以利用單總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約成本，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。因此，在開(kāi)發(fā)溫室測(cè)控中要力求經(jīng)濟(jì)性、通用性和可擴(kuò)展性。第二章 溫室大棚測(cè)控方案設(shè)計(jì) 5 第二章 溫室大棚 測(cè)控 方案的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì) 溫室控制系統(tǒng)是依據(jù)溫室內(nèi)外傳感器所檢測(cè)到的環(huán)境狀態(tài)值，進(jìn)行一定的控制決策，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境氣候進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到滿足作物的生長(zhǎng) 發(fā)育需要。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)： 溫度檢測(cè)范圍 ： 20℃ ~30℃ 測(cè)量精度 ： ?℃ 濕度檢測(cè)范圍 ： 65%~85%RH 檢測(cè)精度 ： ?1%RH 顯示方式 ： 溫度、濕度分時(shí)顯示，四位顯示 報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警 軟件部分： 第一章 引 言 4 本系統(tǒng)軟件采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，并采用模 塊化的程序設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 （ 4）越限報(bào)警功能的設(shè)計(jì)。 （ 3）顯示功能的設(shè)計(jì)。在主機(jī)上能以友好的界面顯示溫室的狀態(tài)，這可大大方便管理人 員操作和科研人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 （ 2）主機(jī)與從機(jī)串行通訊接口的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 此次設(shè)計(jì)將完成以下的主要內(nèi)容： 硬件部分： （ 1）根據(jù)系統(tǒng)的需要完成傳感器的選型工作。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測(cè)量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高， 可維護(hù)性好。如果超過(guò)我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制，溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，并同第一章 引 言 3 時(shí)自動(dòng)對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。本文介紹的溫度測(cè)控 系統(tǒng)就是基于單總線技術(shù)及其器件組建的。采用單總線協(xié)議后，可在檢測(cè)點(diǎn)將模擬信號(hào)數(shù)字化。 數(shù)字化單總線技術(shù)是 將系統(tǒng)的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根導(dǎo)線，允許在這根導(dǎo)線上掛接數(shù)百個(gè)控制對(duì)象，形成多點(diǎn)單總線測(cè)控系統(tǒng)。為了克服這些缺點(diǎn)，文參考了一種基于單片機(jī)并采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大棚的的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)實(shí)用者提出的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方案。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。 現(xiàn)實(shí)狀況及未來(lái)發(fā)展方向 隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，溫室環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的溫度控制措施。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。大型溫室大棚的建設(shè)對(duì)溫度檢測(cè)技術(shù)也提出了越來(lái)越高的要求。這些操作都是在人工情況下進(jìn)行的，耗費(fèi)了大量的人力物力。如果過(guò)高，就對(duì)大棚進(jìn)行降溫處理 。 隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制便成為一個(gè)十分重要的課題。而且，溫室大棚能克服環(huán)境對(duì)生物生長(zhǎng)的限制，能使不同的農(nóng)作物在不適合生長(zhǎng)的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)影響不大，部分或完全擺脫了農(nóng)作物對(duì)自然條件的依賴。溫室大棚技術(shù)就是其中一個(gè)好的方法。我國(guó)人多地少，人均占有耕地面積更少。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎 80%的工業(yè)部門(mén)都不得不考慮著溫度的因素。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果 (包括歷史數(shù)據(jù) )進(jìn)行整理、顯示和存儲(chǔ)。一旦該溫度值超過(guò)我們預(yù)先設(shè)定的上、下限，單片機(jī)便啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào) 警，進(jìn)而對(duì)大棚內(nèi)溫度進(jìn)行控制。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。 SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 溫室大棚中溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 20 11 年 6 月 摘 要 I 摘 要 隨 著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制成為一個(gè)難題。目 前應(yīng)用于溫室大棚的溫度檢測(cè)系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開(kāi)關(guān)、 A /D 及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。 本課題提出一種基于單片機(jī)并采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大棚的的設(shè)計(jì)方案，該方案是利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度。這種設(shè)計(jì)方案能對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢，各檢測(cè)單元能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能夠根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行定時(shí)采集，測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機(jī)串行口，通過(guò) RS 一 485 總線及通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的存檔、處理。該測(cè)控系統(tǒng)不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好 . 關(guān)鍵詞 ：溫、濕度測(cè)控， AT89S52 單片 機(jī)， PC 機(jī)， RS485 通信 Abstract II Abstract With the popularization of greenhouse technology, the amount of greenhouse is larger and larger. However, the temperature control of greenhouse is being a difficult Problem. Currently, the temperature control system of greenhouse is mostly using a transfers system which consists of analog temperature sensors， multiplexing analog switches， A/D conversion units and SCM. This kind of temperature co