【正文】 、濕度與光照強度等參數(shù)的控制就顯的非常重要了。 為了克服以上幾點不足，我們需要一種造價低廉，使用方便且測量準確的自動測控系統(tǒng)。 2本系統(tǒng)主要針對溫室大棚內(nèi)溫度、濕度，光照強度研制了單片機控制的溫室大棚自動控制系統(tǒng) ,綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟性要求三 個方面因素之后，最終確定以單片機為控制核心，選用性價比比較高的傳感器，實現(xiàn)對溫濕度的精確測量與準確控制，同時又具有價格低等優(yōu)點，便于在我國推廣。同時在外接的 LCD液晶上顯示實時參數(shù) ，便于觀察。 設計過程及工藝要求 在本系統(tǒng)中為了保證對溫度、濕度和光照度的檢測的實時性和準確性，采用了數(shù)字溫度傳感器來檢測溫度。采用 光敏電阻檢測光照度。 本系統(tǒng)的基本功能有：檢測空氣溫度、土壤濕度、環(huán)境光照度。 第 二 章 系統(tǒng)的總體設計 系統(tǒng) 設計目標 本設計的要求是以 單片機 為控制核心，以濕度傳感器、 溫度傳感器 、光敏電阻完成對溫室大棚內(nèi)的各項參數(shù)進行測量，并將數(shù)據(jù)輸入到單片機中，有單片機根據(jù)所編寫的程序，通過繼電器控制電路控制相應的設備達到自動調(diào)控溫室大棚內(nèi)各項參數(shù)的目的，同時將通過各種傳感器測的數(shù)據(jù)實時 地 顯示在液晶屏上。 系統(tǒng)的組成和工作原理 硬件系統(tǒng)主要有信號采集、信號分析、信號處 理 三個 部分 組成。 （ 2） 信號分析 由單片 機基本系統(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 單片機通過濕度傳感器檢測土壤的濕度，若土壤的濕度過低，單片機就打開 滴灌設備的電磁閥 一分鐘 ，對作物進行滴灌作業(yè)，增加土壤濕度，經(jīng)過一段時間，單片機再次檢測土壤濕度，如果濕度過高，就關閉滴灌設備的電磁閥，停止滴灌作業(yè) 。 LCD顯示屏 鍵盤 單片機 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 滴灌設備 排氣扇及噴霧 遮陽幕 土壤濕度控制部分流程 如圖 22: 圖 22 土壤濕度控制 流程圖 單片機通過溫度傳感 器檢測溫室的空氣溫度，當空氣溫度過高時，就通過控制電路，打開排氣扇配合設置在溫室大棚頂部的噴霧設備的進行一段時間的溫室大棚的降溫作業(yè) ， 而當溫室溫度過低時，則通過單片機自動關閉降溫設備的工作 ，使溫度值達到適宜的范圍 。 滴灌設備繼電器斷開 Y N N Y Y N 開始 濕度是否在設定的適宜范圍內(nèi) ？ 濕度是否高于設定的適宜范圍上限 ？ 濕度是否低于設定的適宜范圍 下限？ 結(jié)束 滴灌設備繼電器吸合一分鐘 滴灌設備開始工作 滴灌設備 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幕的開關，光照度過高時，系統(tǒng)通過關閉大棚頂部的遮陽幕，避免陽光直射作物，減小光照度，及減少強光對作物生長的影響。 如果檢測的光照度在適宜范圍，單片機將維持現(xiàn)狀 。 7 8如何準確的確定外圍環(huán)境的各項參數(shù)就顯的非常重要。工業(yè)生產(chǎn)過程中的自動化的測量和控制，大部分主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn) 過程中的各項參量，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)生的變化進行濕度的測量。 HOS201濕敏傳感器為高濕度開關傳感器，它的工作電壓為交流 1V 以下，頻率為 50HZ～ 1KHZ，測量范圍為 0%～100%RH，工作溫度為 0～ 50℃ ，阻抗在 75%RH(25℃) 時為 1MΩ 。這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性度。 HS1100/ HS1101 濕度傳感器，在電路結(jié)構(gòu)上等效于一個電容器，其電容量隨著土壤濕度的增大而增大，不需要校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應，專利設計的固態(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計的濕度傳感器。 由此可以看出 HS1101 具有測量精度高，反應速度高的優(yōu)點 ，其濕度－電容響應曲線如圖 25： 圖 25 HS1101濕度－電容響應曲線 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 參數(shù)值 單位 工作溫度 Ta 40～ 100 ℃ 儲存溫度 Tstg 40～ 125 ℃ 供電電壓 Vs 10 Vac 濕度范圍 RH 0～ 100 %RH 焊接時間 =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 位系列號存儲在其內(nèi)部的 ROM 存儲器中，故在一根信號線上可以掛接多個 DS18B20,便于多點測量且易于擴展。方案二的后續(xù)電路簡單，占用的 I/O 口數(shù)量少，為整體設計留出了足夠的 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溫度的測量，用 16 位二進制形式提供，形式表達，其中 S為符號位。 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 (二進制 ) 數(shù)字輸出 (十六進制 ) +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 采用先進的電路模塊技術開發(fā)變送器，用于實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標準的電壓及電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強 ， 量程可調(diào)。 方案二：采用光敏電阻。 光敏電阻的優(yōu)點有 內(nèi)部的 光電效應 和電極 無關（ 光電二極管 才有關），即可以使用 直流電源 。 比較以上兩個方案，方案一雖然具有更好的設計精度和線性度，但性價 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)資源上與標準 8052單片機完全兼容， DIP40封裝系列與 8051 兼容均為 PintoPin，使用時容易掌握； 高速、低 功耗、價格低、穩(wěn)定可靠、應用廣泛、通用性強，在系統(tǒng) /在應用可編程 (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)采用的是測量 555 輸出的振蕩的方法，電路如 圖 32所示： 圖 32 濕度測量電路圖 此電路為典型的 555雙 穩(wěn)態(tài)電路。 等量電容 HS1101/HS1100 通過 R8 與 R9充電到門限電壓（約 ），通過 R8放電到觸發(fā)電平（約 ），然后 R9 通過引腳 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 溫度測量電路 因為在本系統(tǒng)中采用了 DS18B20數(shù)字溫度傳感器，所以后續(xù)電路簡單，只需將傳感器的數(shù)據(jù)輸入 /輸出管腳直接接到單片機 I/O口，通過單片機的 控制DS18B20 傳感器并實時讀取空氣溫度。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 （ 2）在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （ 4）測量溫度范圍在－ 55oC 到＋ 125oC 之間。 （ 6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 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，訪問單總線上與該編碼相對應的 DS1820 使之作出響應，為下一步對該 DS1820 的讀寫作準備。為操作各器件作好準備。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 DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換， 12位轉(zhuǎn)換時最長為 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)容恢復到 RAM中的第 3 、 4字節(jié)。寄生供電時 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 A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機內(nèi)進行處理。 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，當其為低位準 (low) 時會 active。當 CS 、 RD 皆為低位準 (low) 時， ADC0804 會將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號經(jīng)由 DB7 ~ DB0 輸出至其它處理單元。當 CS 、 WR 皆為低位準 (low) 時 ADC0804 做清除的動作，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法大于 640KHz，一般可選用外部或內(nèi)部來提供頻率。 INTR：中斷請求。 VIN(+)、 VIN()：差動模擬訊號的輸入端。 A GND:模擬電壓的接地端。 VREF 為模擬