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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-展示頁(yè)

2024-11-16 07:03本頁(yè)面
  

【正文】 新的轉(zhuǎn)換。 CLK CLKO:外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻 Rc, Rc 一般取 470 K?左右。 C0 C02:外界補(bǔ)償電容端,電容取值約 。 C1:積分電容輸入端。 VR:基準(zhǔn)電壓。 VAG:模擬地端。 MC14433 的 管 腳功能 如下: VDD:主工作電源 +5V。當(dāng)量程為 時(shí),基準(zhǔn)電壓為 200mV。外接單一正電壓基準(zhǔn),基準(zhǔn)電壓值和量程有關(guān)。片內(nèi)提供時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路,使用時(shí)只需外接一電阻,也可以使用外部輸入時(shí)鐘。片內(nèi)具有自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換和自動(dòng)調(diào)零功能。當(dāng)電壓為177。 ~177。輸入阻抗大于 100MΩ。它電壓量程分 和 兩檔,量程的擴(kuò)展通過(guò)外加控制電路實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)選用了雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器 MC14433。其它情況下,輸出端 OUT/IN和各通道的接通關(guān)系如 表 2 所示 。 VGG( 7);電平轉(zhuǎn)換器電源,通常接 +5V 或 5V。 若 INH 為低電平,則允許各通道按表 2 關(guān)系和輸出段 OUT/IN 接 通; 若 INH 為高電平,則為禁止各通道和輸出端 OUT/IN 接 通 。 XCOM( 3):該引腳作為輸出時(shí),則為公共輸出端;作為輸入時(shí),則為輸入端。 CD4051 的內(nèi)部原理框圖如圖 10 所示。在此選用的是 CD4051 多路開關(guān),它是一種單片、 COMS、 8 通道開關(guān)。因此,多路開關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。多路開關(guān)通常有 n 個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬輸入端,并通過(guò)地址線上不同的地址信號(hào)把 n 個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號(hào)輸出, 實(shí)現(xiàn)有 n 線到一線的接通功能。有關(guān) CD4051 的工作原理將在后面做詳細(xì)的介紹。由于 HS1101 輸出的 是 模擬的頻率信號(hào),因而采集后的信息需要經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換后才能 被 單片機(jī) 識(shí)別處理。當(dāng) RH=55%、 TA=+25℃時(shí),典型輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)對(duì)照見表 1。 濕度傳感器只是保證傳感探頭的精度,在實(shí)際使用中,綜合精度除了與濕度傳感器本身元件有關(guān),還與外圍電路的器件選擇相關(guān)。充電、放電時(shí)間計(jì)算公式分別為: t1=C(R4+R5)ln2; t2=CR4ln2;輸出波形的頻率 (f)和占空比 (D)的計(jì)算公式如下: f=1/ T=1/ (t1+t2)=1/C(2R4+R5)ln2; D=t1/ T=t1/ (t1+t2)=R4+R5/ (2R4+R5);通常取 R4《 R2,使 D≈ 50%,輸出接近于方波。經(jīng)過(guò) t2 時(shí)間后, Uc 降到低觸發(fā)電平 (Ul=),內(nèi)部比較器再次翻轉(zhuǎn),使 OUT 端的輸出變成高電平。經(jīng)過(guò) t1 時(shí)間后濕敏電容的壓降 Uc 就被充電到 TLC555 的高觸發(fā)電平 (Uh=),使內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn), OUT 的輸出變成低電平。輸出的頻率信號(hào)可送至數(shù)字頻率計(jì)或控制系統(tǒng),經(jīng)整理后送顯示。 利用一片 CMOS 定時(shí)器 TLC555,配上 HSll01 和電阻 R R5 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路,將相對(duì)濕 度值變化轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出。其中, R3 用于平衡溫度系數(shù), R6 是防止輸出短路的限流保護(hù)電阻。 圖 8 濕度檢測(cè)電路 集成定時(shí)器 555 芯片外接電阻 R R5 與濕敏電容 C,構(gòu)成了對(duì) C 的充電回路。在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中,電容值隨著空氣濕度的變化而變化,因 此將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或頻率的變化,才能進(jìn)行有效地?cái)?shù)據(jù)采集。其特性曲線如下圖所示 。溫度系數(shù)為 ℃,濕度滯后量為177。其基本參數(shù)如下:測(cè)量范圍是( 1% ~99%) RH, 工作溫度范圍 為 40~100℃; 在 55% RH 時(shí)的電容量為180pF(典型值)。HS1101 是法國(guó) Humirel 公司推出的一款電容式相對(duì)濕度傳感器,側(cè) 面接觸封裝。 圖 4 溫度檢測(cè)電路 多路溫度檢測(cè)的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的多點(diǎn)監(jiān)測(cè),根據(jù) DS18B20 的特點(diǎn),可以將多個(gè) DS18B20 存放在同一條單線總線上,一般可以掛接 10 片,下面畫出了兩路檢測(cè)的電路,可根據(jù)實(shí)際需要自行增加。 斜 率 累 加 器預(yù) 置計(jì) 數(shù)比 較 器減 法計(jì) 數(shù) 器 1低 溫 度 系數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系數(shù) 振 蕩 器減 到 0減 法計(jì) 數(shù) 器 2溫 度 寄 存 器預(yù) 置減 到 0增 加停 止 圖 3 DS18B20 的測(cè)溫原理 DS18B20 的溫度 檢測(cè)電路 如 圖 4 所示。其中 DQ 為數(shù) 字信號(hào)輸人/輸出端; GND 為電源地; VDD 為外接供電電源輸入端。將存貯器中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)并除以 2 就得到被測(cè)溫度值 (55℃ ~+125℃ )。 1 號(hào) 存貯器存放溫度值的符號(hào),如果溫度為負(fù) (℃ ),則 1 號(hào)存貯器 8 位全 為 1,否則全為 0。最后 8 位是前面 56 位的 CRC(循 環(huán)冗余校驗(yàn) )碼。開始 8 位是產(chǎn)品類型編碼 (DS18B20 編碼均為10H)。DS18B20 的測(cè)量范圍從 55℃到 +125℃,增量值為 ℃,可在 l S(典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。因?yàn)槊恳粋€(gè) DS18B20 在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào),因此任意多個(gè) DS18B20可以存放在同一條單線總線上。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出,因此從主機(jī) CPU 到 DS18B20 僅需 一條線 (和地線 )。 3%. 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)電路 本設(shè)計(jì)選用 DS18B20 做為溫度傳感器。根據(jù)大棚蔬菜的生長(zhǎng)特點(diǎn),本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下: 溫度:在 15℃ ~ 45℃之間;測(cè)量精度177。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)技術(shù)指 標(biāo) 本系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)多路溫濕度,可以進(jìn)行溫濕度上下限設(shè)置,并能在溫濕度檢測(cè)值超出設(shè)定范圍時(shí)報(bào)警,同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)外部設(shè)備來(lái)改 善溫室環(huán)境。 濕度測(cè)點(diǎn)鍵 盤濕度檢測(cè)電路 AT89C51溫度測(cè)點(diǎn)報(bào)警電路L E D 顯示溫度檢測(cè)電路外部設(shè)備驅(qū)動(dòng) 3 斷電存儲(chǔ)電路可以保存設(shè)定的溫濕度值在斷電后不會(huì)丟失,提高了電路的可靠性。 LED 顯示能夠 將 所測(cè)溫濕度值 直接醒目地顯示 ,以便于隨時(shí)了解當(dāng)前溫室系統(tǒng)的狀態(tài)。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí),通過(guò)開大加熱器的加熱閥門來(lái)升溫;當(dāng)溫度偏高時(shí),可開啟風(fēng)機(jī)來(lái)降溫;當(dāng)濕度較 低時(shí),可開啟濕簾來(lái)增加濕度;濕度較高時(shí),可打開除濕機(jī)來(lái)降低濕度。 圖 1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 外設(shè) 控制 執(zhí)行設(shè)備 由 加熱器、 風(fēng)機(jī)、 水簾、 除濕機(jī)等組成, 當(dāng)檢測(cè)到的各點(diǎn)溫濕度在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí),電路 正常工作 。為了對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理, 可以 將數(shù)據(jù)從單片機(jī)傳送至計(jì)算機(jī) , 單片機(jī)AT89C51 具有串行 通信 接口,而串 行 通信 接口采用的是 TTL 電平,因此系統(tǒng)采用 RS- 232C 接口方式,選用 MAX232 芯片組成電平轉(zhuǎn)換電路來(lái)完成單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的 通信 。用數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 完成對(duì)各檢測(cè)點(diǎn)溫度的采集,用電容式相對(duì)濕度傳感器 HS1101 進(jìn)行濕度部分的檢測(cè),并選用了雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 把溫度、濕度檢測(cè)電路測(cè)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)去處理。 綜合比較方案一與方案二,我們選擇 HS1101 來(lái)作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。 HS1101 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)濕度的增大而增大。這種傳感器多用于開關(guān)的傳感器,不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度。 濕度檢測(cè)部分 方案一:采用 HOS201 濕敏傳感器。 DS18B20 可以滿 足從 55℃到 +125℃的測(cè)量范圍,且 DS18B20 測(cè)量精度高,增值量為 ℃,在一秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字,測(cè)得的溫度值的存儲(chǔ)在兩個(gè)八位的 RAM 中,單片機(jī)直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是溫度,使用方便。但電壓輸出與溫度并非成線性,在高溫上的電壓變化率比較小,不易分辨,溫度變化的準(zhǔn)確度誤差卻較大,穩(wěn)定性差?,F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。 溫度檢測(cè)部分 方案一:采用熱電阻溫度傳感器。弱電控制強(qiáng)電,使用更安全。 2 方案論證 整體方案 方案一:采用傳統(tǒng)的數(shù)字模擬電路 , 功能可以實(shí)現(xiàn) , 但電路復(fù)雜 , 測(cè)量誤差大 ,穩(wěn) 定性差 。目前市場(chǎng)上的溫度檢測(cè)儀器多為單點(diǎn)測(cè)量, 誤差較大 且 溫度信息傳遞不及時(shí) ;而濕度傳感器 多 精度 不高 , 穩(wěn)定的 工作范圍小。這對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技向產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化有著十分積極的推進(jìn)意義。目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................ 1 2 方案論證 ..................................................................................................................... 1 整體方案 ............................................................................................................. 1 溫度檢測(cè)部分 ..................................................................................................... 1 濕度檢測(cè)部分 ..................................................................................................... 1 3 系統(tǒng)總體方案 ............................................................................................................ 2 系統(tǒng)概述 ............................................................................................................. 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) ............................................................................................. 3 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .................................................................................................... 3 溫度檢測(cè)電路 ..................................................................................................... 3 DS18B20 的測(cè)溫原理 .................................................................................. 4 多路溫度檢測(cè)的實(shí)現(xiàn) .................................................................................. 4 濕度檢測(cè)電路 ..................................................................................................... 5 HS1101 測(cè)量原理 ......................................................................................... 5 多路濕度檢測(cè)的實(shí)現(xiàn) .................................................................................. 7 多路開關(guān) .............................................................................................................. 7 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ...................................................................................................... 9 AT89C51 單片機(jī)的介紹 .................................................................................. 11 電源電路 ..............................................................
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