【正文】 、濕度與光照強(qiáng)度等參數(shù)的控制就顯的非常重要了。 為了克服以上幾點(diǎn)不足，我們需要一種造價(jià)低廉，使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。 2本系統(tǒng)主要針對(duì)溫室大棚內(nèi)溫度、濕度，光照強(qiáng)度研制了單片機(jī)控制的溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng) ,綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟(jì)性要求三 個(gè)方面因素之后，最終確定以單片機(jī)為控制核心，選用性價(jià)比比較高的傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的精確測(cè)量與準(zhǔn)確控制，同時(shí)又具有價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，便于在我國(guó)推廣。同時(shí)在外接的 LCD液晶上顯示實(shí)時(shí)參數(shù) ，便于觀察。 設(shè)計(jì)過(guò)程及工藝要求 在本系統(tǒng)中為了保證對(duì)溫度、濕度和光照度的檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，采用了數(shù)字溫度傳感器來(lái)檢測(cè)溫度。采用 光敏電阻檢測(cè)光照度。 本系統(tǒng)的基本功能有：檢測(cè)空氣溫度、土壤濕度、環(huán)境光照度。 第 二 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)目標(biāo) 本設(shè)計(jì)的要求是以 單片機(jī) 為控制核心，以濕度傳感器、 溫度傳感器 、光敏電阻完成對(duì)溫室大棚內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并將數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中，有單片機(jī)根據(jù)所編寫的程序，通過(guò)繼電器控制電路控制相應(yīng)的設(shè)備達(dá)到自動(dòng)調(diào)控溫室大棚內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)的目的，同時(shí)將通過(guò)各種傳感器測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí) 地 顯示在液晶屏上。 系統(tǒng)的組成和工作原理 硬件系統(tǒng)主要有信號(hào)采集、信號(hào)分析、信號(hào)處 理 三個(gè) 部分 組成。 （ 2） 信號(hào)分析 由單片 機(jī)基本系統(tǒng)組成。 硬件系統(tǒng)的原理方框圖如 圖 21： 圖 21 硬件系統(tǒng)的原理 圖 單片機(jī)通過(guò)濕度傳感器檢測(cè)土壤的濕度，若土壤的濕度過(guò)低，單片機(jī)就打開 滴灌設(shè)備的電磁閥 一分鐘 ，對(duì)作物進(jìn)行滴灌作業(yè)，增加土壤濕度，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，單片機(jī)再次檢測(cè)土壤濕度，如果濕度過(guò)高，就關(guān)閉滴灌設(shè)備的電磁閥，停止滴灌作業(yè) 。 LCD顯示屏 鍵盤 單片機(jī) 控制電路 A/D轉(zhuǎn)換器 執(zhí)行部件 溫度傳感器 濕度傳感器 光照度傳感器 溫室大棚 滴灌設(shè)備 排氣扇及噴霧 遮陽(yáng)幕 土壤濕度控制部分流程 如圖 22: 圖 22 土壤濕度控制 流程圖 單片機(jī)通過(guò)溫度傳感 器檢測(cè)溫室的空氣溫度，當(dāng)空氣溫度過(guò)高時(shí)，就通過(guò)控制電路，打開排氣扇配合設(shè)置在溫室大棚頂部的噴霧設(shè)備的進(jìn)行一段時(shí)間的溫室大棚的降溫作業(yè) ， 而當(dāng)溫室溫度過(guò)低時(shí)，則通過(guò)單片機(jī)自動(dòng)關(guān)閉降溫設(shè)備的工作 ，使溫度值達(dá)到適宜的范圍 。 滴灌設(shè)備繼電器斷開 Y N N Y Y N 開始 濕度是否在設(shè)定的適宜范圍內(nèi) ？ 濕度是否高于設(shè)定的適宜范圍上限 ？ 濕度是否低于設(shè)定的適宜范圍 下限？ 結(jié)束 滴灌設(shè)備繼電器吸合一分鐘 滴灌設(shè)備開始工作 滴灌設(shè)備 停止工作 空氣溫度控制流程如 下圖 23： 圖 23 空氣溫度控制流程 圖 光照度的控制主要靠遮陽(yáng)幕的開關(guān)，光照度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)關(guān)閉大棚頂部的遮陽(yáng)幕，避免陽(yáng)光直射作物，減小光照度，及減少?gòu)?qiáng)光對(duì)作物生長(zhǎng)的影響。 如果檢測(cè)的光照度在適宜范圍，單片機(jī)將維持現(xiàn)狀 。 7 8如何準(zhǔn)確的確定外圍環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)就顯的非常重要。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化的測(cè)量和控制，大部分主要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn) 過(guò)程中的各項(xiàng)參量，使系統(tǒng)工作在最佳的狀態(tài)下。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸水后的介電常數(shù)、電阻率和體積發(fā)生的變化進(jìn)行濕度的測(cè)量。 HOS201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V 以下，頻率為 50HZ～ 1KHZ，測(cè)量范圍為 0%～100%RH，工作溫度為 0～ 50℃ ，阻抗在 75%RH(25℃) 時(shí)為 1MΩ 。這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性度。 HS1100/ HS1101 濕度傳感器，在電路結(jié)構(gòu)上等效于一個(gè)電容器，其電容量隨著土壤濕度的增大而增大，不需要校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)由頂端接觸（ HS1100）和側(cè)面接觸（ HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路。 9因此，我們選擇方案二作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。 由此可以看出 HS1101 具有測(cè)量精度高，反應(yīng)速度高的優(yōu)點(diǎn) ，其濕度－電容響應(yīng)曲線如圖 25： 圖 25 HS1101濕度－電容響應(yīng)曲線 HS1101 的一些常用參數(shù)如表 21： 表 21 HS1101常 用參數(shù) 參數(shù) 符號(hào) 參數(shù)值 單位 工作溫度 Ta 40～ 100 ℃ 儲(chǔ)存溫度 Tstg 40～ 125 ℃ 供電電壓 Vs 10 Vac 濕度范圍 RH 0～ 100 %RH 焊接時(shí)間 =260℃ t 10 S 溫度傳感器的選擇 方案一：采用 AD590溫度傳感器。 AD590 性能描述：測(cè)量范圍在 50℃ +150℃ ，滿刻度范圍誤差為 177。℃ 。 方案二：采用 DS18B20溫度傳感器。單總線接口，只有一根信號(hào)線作為單總線與 CPU連接，且每一只都有自己唯一的 64 位系列號(hào)存儲(chǔ)在其內(nèi)部的 ROM 存儲(chǔ)器中，故在一根信號(hào)線上可以掛接多個(gè) DS18B20,便于多點(diǎn)測(cè)量且易于擴(kuò)展。方案二的后續(xù)電路簡(jiǎn)單，占用的 I/O 口數(shù)量少，為整體設(shè)計(jì)留出了足夠的 I/O 口資源。 DS18B20 的溫度值格式如表 22： 表 22 DS18B20的溫度值格式 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 低字節(jié) 23 22 21 20 21 22 23 24 位 15 位 14 位 13 位 12 位 11 位 10 位 9 位 8 高字節(jié) S S S S S 26 25 24 DS18B20 中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用 16 位二進(jìn)制形式提供，形式表達(dá)，其中 S為符號(hào)位。 11 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。 數(shù)字輸出格式如表 23： 表 23 DS18B20的數(shù)字輸出格式表 溫度 數(shù)字輸出 (二進(jìn)制 ) 數(shù)字輸出 (十六進(jìn)制 ) +125 0000 0111 1101 0000 07D0h +85 0000 0101 0101 0000 0550h + 0000 0001 1001 0001 0191h + 0000 0000 1010 0010 00A2h + 0000 0000 0000 1000 0008h 0 0000 0000 0000 0000 0000h 1111 1111 1111 1000 FFF8h 1111 1111 0101 1110 FF5Eh 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 55 1111 1100 1001 0000 FC90h 光 亮 度傳感器的選擇 方案一：采用光照度傳感器 M124749，該光照度傳感器 采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng) ， 量程可調(diào)。 方案二：采用光敏電阻。 光敏電阻的優(yōu)點(diǎn)有 內(nèi)部的 光電效應(yīng) 和電極 無(wú)關(guān)（ 光電二極管 才有關(guān)），即可以使用 直流電源 。 比較以上兩個(gè)方案，方案一雖然具有更好的設(shè)計(jì)精度和線性度，但性價(jià) 比不如光敏電阻好。 方案選擇總結(jié) （ 1） 濕度傳感器采用 HS1101。 （ 3） 光亮度傳感器采用光敏電阻。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 它是 MCS51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn) 8052單片機(jī)完全兼容， DIP40封裝系列與 8051 兼容均為 PintoPin，使用時(shí)容易掌握； 高速、低 功耗、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)，在系統(tǒng) /在應(yīng)用可編程 (ISP， IAP)，不占用戶資源。 13 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U1STC89C52 本系統(tǒng)采用的是測(cè)量 555 輸出的振蕩的方法，電路如 圖 32所示： 圖 32 濕度測(cè)量電路圖 此電路為典型的 555雙 穩(wěn)態(tài)電路。 等量電容 HS1101/HS1100 通過(guò) R8 與 R9充電到門限電壓（約 ），通過(guò) R8放電到觸發(fā)電平（約 ），然后 R9 通過(guò)引腳 7短路到地。 電壓輸出典型參數(shù)（ VCC=5V， 25℃ ） 如表 31 表 31 HS1101濕度傳感器電壓輸出典型參數(shù)（ VCC=5V， 25℃ ） RH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vout TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U3TCL55512U6HS1101576KR8R9909KR101KR11VCC 溫度測(cè)量電路 因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中采用了 DS18B20數(shù)字溫度傳感器，所以后續(xù)電路簡(jiǎn)單，只需將傳感器的數(shù)據(jù)輸入 /輸出管腳直接接到單片機(jī) I/O口，通過(guò)單片機(jī)的 控制DS18B20 傳感器并實(shí)時(shí)讀取空氣溫度。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 （ 2）在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。 （ 4）測(cè)量溫度范圍在－ 55oC 到＋ 125oC 之間。 （ 6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 16開漏單總線接口引腳。 VDD： 可選擇的 VDD 引腳。 DS18B20 的 ROM指令如表 32所示： 表 32 DS18B20的 ROM指令表 指 令 約定代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS1820溫度傳感器 ROM中的編碼（即 64 位地址） 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS1820 的讀寫作準(zhǔn)備。為操作各器件作好準(zhǔn)備。適用于單片工作。 DS18B20 的 RAM指令如表 33所示： 表 33 DS18B20的 RAM指令表 指 令 約定代碼 功 能 溫度變換 44H 啟動(dòng) DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換， 12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為 750ms（ 9位為 ）。 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM中 9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM的 4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 重調(diào) EEPROM 0B8H 將 EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM中的第 3 、 4字節(jié)。寄生供電時(shí) DS18B20發(fā)送 “ 0 ” ，外接電源供電 DS18B20發(fā)送 “ 1 ” 。根據(jù)光敏電阻在不同的光照下有不同的阻值，經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。 18 ADC0804 管腳圖如圖 36 所示： 圖 36 ADC0804管腳定義圖 CS： Chip Select，與 RD、 WR 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或?qū)懭肱c否，當(dāng)其為低位準(zhǔn) (low) 時(shí)會(huì) active。當(dāng) CS 、 RD 皆為低位準(zhǔn) (low) 時(shí)， ADC0804 會(huì)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號(hào)經(jīng)由 DB7 ~ DB0 輸出至其它處理單元。當(dāng) CS 、 WR 皆為低位準(zhǔn) (low) 時(shí) ADC0804 做清除的動(dòng)作，系統(tǒng)重置。 CLK IN、 CLKR：頻率輸入 /輸出。而頻率輸出頻率最大值無(wú)法大于 640KHz，一般可選用外部或內(nèi)部來(lái)提供頻率。 INTR：中斷請(qǐng)求。 VIN(+)、 VIN()：差動(dòng)模擬訊號(hào)的輸入端。 A GND:模擬電壓的接地端。 VREF 為模擬