【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+5GND1KR3GNDVCC 圖 單片機與上位機 通信電路圖 控制電路 模塊 本設(shè)計的控制電路模塊選用繼電器作為控制系統(tǒng)的開關(guān)。單片機和上位機之間的通信必須用 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器 EM485B 將電平進行轉(zhuǎn)換。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)的特點：采用差動發(fā)送 /接收，共模抑制比高，抗干擾能力強；傳輸速率高，它允許的最大傳輸速率可達 10Mb/s(傳送 15m)；傳送距離遠，采用雙絞線，在不用 MODEM 的情況下，當(dāng)以 100kb/s 的傳輸速率時，可傳送的距離為 ； 能實現(xiàn)多點對多點的通信， RS485 允許平衡電纜上連接32 個發(fā)送器 /接收器對。主機與從機之間無線通信連接電路圖見附錄 1。以 AT89S52 單片機為微控制器，與設(shè)計好的 nRF905 無線收發(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 詳細結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 nRF905 可以自動完成處理字頭和 CR (循環(huán)冗余碼校驗 )的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成曼徹斯特編 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)射時電流只有 11mA，在接收模式時電流為 [10]。 主機與從機之間的無線通信 主要是 主機把 采集到的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度以及光強照度的 數(shù)據(jù) 通過一對配置的 nRF905 無線收發(fā)模塊 發(fā)送到從機 ， 從機接收數(shù)據(jù)并 控制加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、補光系統(tǒng)以及報警子系統(tǒng)的運行 。它與單片機的連接電路如圖 所示。由單片機 I/O 口輸出信號控制晶體管的導(dǎo)通或截止，晶體管導(dǎo)通，則蜂鳴器報警。 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)計采用 LCD1602 作為輸出器件，其特點如下： (1)顯示質(zhì)量高：由于 LCD 每一個點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，因此畫質(zhì)高且不會閃爍。 其主要性能參數(shù) [9]如下所示 : (1)檢測范圍： 03000PPM； (2)精度： 03000PPM， 1050℃ ； 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計 9 (3)響應(yīng)時間：小于 30 秒 (080%)，數(shù)據(jù)更新時間 :2 秒； (4)預(yù)熱； 90 秒 (25℃ )； (5)輸出：模擬： 03V； 數(shù)字 UART： 默認波特率 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 光強傳感器連接 電路圖 二氧化碳測量電路 模塊 本設(shè)計采用 SH300DH 二氧化碳檢測模塊檢測大棚內(nèi)的二 氧化碳濃度。當(dāng)光強度超過用戶編程設(shè)置的上或下閾值時 器件會輸出一個中斷信號。 腳 4 和腳 6，總線的時鐘信號線和數(shù)據(jù)線。 腳 2，器件訪問地址選擇引腳。 各引腳的功能 [8]如下： 腳 1 和 腳 3 分別是電源引腳和信號地。 FDS100 型土壤水分傳感器經(jīng)過 LM358 經(jīng)信號放大輸送至單片機 P0 口，電路如圖 所示。 (5) 測量精度高， 性能可靠，確保正常工作。 (3) 外部以 環(huán)氧樹脂純膠體封裝，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（ VDD）： 512 V 電源輸入 黃線 (VOUT)：電壓輸出 0～ DC 黑線 (GND)：地線 功能及特點： (1) 本傳感器體積小巧化設(shè)計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡 單。 如圖 ， SHT10數(shù) 字式溫濕度傳感器來檢測溫室大棚中空氣的溫濕度，并將檢測到的信號 傳送給單片機的 P0 口，讓單片機處理。0. 5℃ (在 20℃ 時 )；可靠的 CRC 數(shù)據(jù)傳輸校驗功能；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：溫濕度傳感器、 信號放大、 A/D 轉(zhuǎn)換、 I2C 總線接口全部集成于一個芯片上 (CMOSens 技術(shù) )；全校準(zhǔn)相對濕度及溫度值輸出；具有露點值計算輸出功能；免外圍元件；卓越的長期穩(wěn)定性；測量精度高，濕度的精度為 177。 圖 AT89S52 的引腳圖 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計 6 空氣溫濕度測量電路 模塊 本設(shè)計選擇 SHT10 數(shù)字式溫濕度傳感器來檢測溫室大棚中空氣的溫濕度。 (2) 在外部結(jié)構(gòu)上 ， AT89S52 單片機和 MCS51 系列單片機的結(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、定時器 /計數(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，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路 [4]。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(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 存儲器。 綜上所述，根據(jù)對三種方案的比較以及對設(shè)計的溫室大棚控制系統(tǒng)成本低廉，精確度較高，連接簡單的要求，選擇方案一來設(shè)計本溫室大棚控制系統(tǒng)。 方案一使用 TSL2561 光強傳感器變送器檢測溫室大棚內(nèi)的光強照度，方案二的 濕度和光強利用 MSP430 內(nèi)部 A/D 通過 ～ 的 4 個端口進行多通道序列采集，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溫室大棚中二氧化碳的濃度，但 TGS4160的預(yù)熱時間較長，一般約為 2小時，方案三選用紅外線氣敏傳感器檢測二氧化碳濃度。 方案一使用 FDS100型土壤水分傳感器檢測土壤中水分的含量，方案二的 濕度和光強利用 MSP430內(nèi)部 A/D通過 ～ 4個端口進行多通道序列采集，方案三 濕度傳感器 SHT11測量濕度。 方案一使用 SHT10數(shù)字式溫濕度傳感器來檢測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 鍵盤輸入 液晶屏動態(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 LCD 顯示 數(shù)據(jù)存儲 鍵 盤電路 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 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計 4 方案 比較 方案一使用的控制器為 AT89S52單片機 ，方案二使用的控制器為 MSP430單片機，方案三使用的控制器為 AT89C51單片機，沒有數(shù)據(jù)存儲功能。 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單片機的串行 I/O口，采用了專用電平轉(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 ( PC機 )，進行數(shù)據(jù)的存儲。 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見圖 。濕度和光強利用 MSP430內(nèi)部 A/D 通過 ～ 的 4個端口進行多通道序列采集。 圖 系統(tǒng)框圖 方案二：本溫室大棚控制系統(tǒng)采用 MSP430為主控制器用來總體協(xié)調(diào)控制整個系統(tǒng)，對內(nèi)部 A/D采集的數(shù)據(jù)進行處理，與內(nèi)部設(shè)定的數(shù)據(jù)庫比較，根據(jù)設(shè)定 從機AT89S52 加熱系統(tǒng) 通風(fēng)系統(tǒng) 滲灌系統(tǒng) 補光系統(tǒng) 報警系統(tǒng) 空氣溫濕度傳感器 信號放大電路 土壤水分傳感器 光強傳感器 二氧化碳傳感器 MAX485 上位機 LCD 顯示系統(tǒng) 主機AT89S52 無線通信模塊 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計 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)，來改變大棚內(nèi)部的環(huán)境，利用 MSP430來驅(qū)動液晶屏，實時地顯示大棚內(nèi)外的各環(huán)境參數(shù)。此外，主機完成 各項數(shù)值 預(yù)制和報警電路模塊功能，從機完成 采集數(shù) 值的 顯示及 加熱爐和風(fēng)機、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，將隨被測 各項數(shù)據(jù) 變化的電壓或電流采集過來，進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，將被測 各項數(shù)據(jù) 顯示出來。