【正文】 驗來自行設(shè)定很多參數(shù)，使得不能物盡其用而又造成浪費(fèi)。 隨著微型計算機(jī)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，其價格低、可靠性 高，給改造農(nóng)業(yè)帶來了很多便利。本文旨在對溫室大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，一種基于 51 單片機(jī)的控制系統(tǒng)，通過高靈敏度的溫濕度傳感器檢測大棚內(nèi)的溫濕度，并通過控制系統(tǒng)進(jìn)行溫室度調(diào)節(jié)。這些溫室有的也安裝有各種加熱、加濕、通風(fēng)和降溫的設(shè)備 , 但對于相應(yīng)設(shè)備的操作大多還是由人工來完成。 該課題研究的溫室控制系統(tǒng)可完成對溫室內(nèi)溫濕度的自動測量和調(diào)節(jié) , 大大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度 , 并且使溫室達(dá)到了比較先進(jìn)的管理水平。在我國的一些中小城市，就日光溫室的現(xiàn)狀來看，許多地方依然靠開關(guān)門窗來調(diào)節(jié)溫濕度，這種方法不僅費(fèi)時費(fèi)力，效率低，準(zhǔn)確度也不高， 隨機(jī)性大 ，當(dāng)然也就不夠科學(xué)。 隨著科技的迅猛發(fā)展，我國逐漸實(shí)現(xiàn)日光溫室系統(tǒng)管理智能化，但是智能化程度與普及率過低。也真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化、自動化，但投資過大，系統(tǒng)故障維護(hù)不便，且經(jīng)濟(jì)效益過低。 日光溫室以其低成木、節(jié)能耗的優(yōu)點(diǎn)被大而積推廣，成為我國現(xiàn)階段主要農(nóng)業(yè)設(shè)施類型。因此，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)日光溫室內(nèi)環(huán)境與水肥灌溉的自動控制，營造作物適宜的生長環(huán)境，是使日光溫室生產(chǎn)能夠持續(xù)快速發(fā)展和解決實(shí)際生產(chǎn)管理問題的重要手段。農(nóng)業(yè)環(huán)境控制工程作為農(nóng)業(yè)生物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)手段是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動檢測與控制是我國急待發(fā)展的項目。同 時微型計算機(jī)強(qiáng)大的軟、硬件邏輯功能、高性能價格比、高可靠性，為溫室自動管理提供了強(qiáng)有力的手段，也為實(shí)現(xiàn)溫室的標(biāo)準(zhǔn)化、自動化奠定了基礎(chǔ)環(huán)境控制對作物生產(chǎn)的重要作用己為國內(nèi)外大量的科學(xué)實(shí)驗和生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。幾十年來，有關(guān)作物生理和其生長環(huán)境的研究，不僅指導(dǎo)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且為溫室環(huán)境工程及控制的研究提供了依據(jù)和參數(shù)。 鑒于上述，本文提出了溫室自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息 并進(jìn)行指示、記錄和控制。目前正開發(fā)和研制計算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。像園藝強(qiáng)國荷蘭，以先進(jìn)的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于世，其玻璃溫室全部由計算機(jī)操作。日本利用計算機(jī)控制溫室環(huán)境因素的方法，主要是將各種作物不同生長發(fā)育階段所需要的環(huán)境條件輸入計算機(jī)程序，當(dāng)某一環(huán)境因素發(fā)生改變時，其余因 素自動作出相應(yīng)修正或調(diào)整。美國和荷蘭還利用差溫管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對花卉、果蔬等產(chǎn)品的開花和成熟期進(jìn)行控制，以滿足生產(chǎn)和市場的需要。 我國對于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于 20世紀(jì) 80 年代。之后，我國的溫室控制技術(shù)得到了迅速發(fā)展。90年代初，我國大型溫室跌入了發(fā)展的低谷。到 90 年代中后期，在對國外溫室設(shè)備配置、溫室栽培品種、栽培技術(shù)等各個方面進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，我國自主開發(fā)了一些研究性質(zhì)的環(huán)境控制系統(tǒng)。 1996 年，江蘇理工大學(xué)毛罕平等研制成功了使用工控機(jī)進(jìn)行管理的植物工廠系統(tǒng)。中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制成功了新型智能溫室系統(tǒng)。 1997 年以來，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在溫室環(huán)境的自動控制技術(shù)方面也取得了一定的成果。但由于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低，農(nóng)業(yè)勞動力大量過剩，溫室的一次性投資大，資金短缺以及對操作人員的素質(zhì)要求比較高等因素，限制了溫室控制技術(shù)在溫室系統(tǒng)的擴(kuò)展。利用傳感器測量大棚內(nèi)的溫濕度經(jīng)過信號處理，將傳感器測得的數(shù)據(jù)送至控制系統(tǒng)（ AT89C51），與預(yù)設(shè)的農(nóng)作物最適合生長的溫濕度值的上下限進(jìn)行對比，并通過顯示電路將 測得的溫濕度進(jìn)行實(shí)時顯示?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)比較的結(jié)果對控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，通過五個不同的 LED 燈發(fā)光，分別表示正常、加熱、降溫、加濕、干燥五個控制命令，并且如果測得的溫度超過了預(yù)設(shè)溫度的下限，則報警電路會報警。 本文主要研究內(nèi)容如下： 。 。 ，系統(tǒng)可自動報警，并通過不同 LED 發(fā)光表示不同控制信號 9 第二章 設(shè)計方案 溫濕度傳感器的選擇 溫濕度傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。 方案二：采用集溫濕度傳感器于一體的 SHT11芯片為主要芯片的溫濕度采集系統(tǒng)。而 SHT11 是瑞士 Sensirion公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。所以本設(shè)計采用的是方案二。 由數(shù)據(jù)采集、鍵盤掃描、單片機(jī)、 數(shù)據(jù)顯示等部分組成。 傳感器是實(shí)現(xiàn)測量首要環(huán)節(jié)，是監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。 89C51 是 MCS51系列單片機(jī)中 CMOS工藝的一個典型品種 ；其它廠商以 8951為基核開發(fā)出的 CMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為 89C51 系列。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計，可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至 0 。由于設(shè)計是靜態(tài)的時鐘可停止 而不會丟失用戶數(shù)據(jù) 運(yùn)行可從時鐘停止處恢復(fù) 。 GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸 入 。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收 ，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此 時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 片內(nèi)的 128B 的 RAM 地址為 00H～ 7FH，供用戶做 RAM 用，但是在這中間的前32單元， 00H～ 1FH 即引用地址尋址做用戶 RAM 用，常常做工作寄存器區(qū)，分做四組，每組由 8個單元組成通用寄存器 R0～ R7，任何時候都由其中一組作為當(dāng)前工作寄存器，通過 RS0， RS1的內(nèi)容來決定選擇哪一個工作寄存器。此時單片機(jī)通過 P2口和 P0 口選出 6位地址，使用 ALE 作低 8位的鎖存信號，再由 P0口寫入或讀出數(shù)據(jù)。 TL低 5 位溢出時向 TH 進(jìn)位， TH 溢出時向中斷標(biāo)志位 TF進(jìn)位，并申請中斷。定時時間 t=(216初值 )振蕩周期 12；計數(shù)長度位 216=65536 個外部脈沖 模式 2：把 TL0 和 TL1 配置成一個自動重裝載的 8位定時器 /計數(shù)器。 TL 計數(shù)溢出時不僅使 TF0 置 1，而且還自動將 TH 中的內(nèi)容重新裝載到 TL中。 TL0 為 8位計數(shù)器，功能與模式 0和模式 1相同，可定時可計數(shù)。 定時器 T1 無工作模式 3，但 T0 在工作模式 3時 T1 仍可設(shè)置為 0~2。溫濕度傳感器 SHT11集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此采用 SHT11進(jìn)行溫濕度實(shí)時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積 小、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)；另外 SHT11芯片內(nèi)部集成了 14位 A/D轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動控制等領(lǐng)域。 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上； 測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置 A/D轉(zhuǎn)換器 (分辨率為 8～ 12位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編 程選擇 )； 封裝尺寸超小 ( mm mm)，測量和通信結(jié)束后，自動轉(zhuǎn)入低功耗模式； SHT11溫濕度傳感器采用 SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱 及 各引腳的功能如下： 腳 2DATA和腳 3SCK—— 二線串行數(shù)字接口， DATA為數(shù)據(jù)線， SCK為時鐘線； SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 ： 溫濕度傳感器 SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3所示。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號首先進(jìn)入微 弱信號放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個 14位的 A/D 轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。此外， SHT11內(nèi)部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將 SHT11 的溫度升高 5℃ 左右，同時功耗也會有所增加。在高濕 (95％ RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時縮短響應(yīng)時間，提高精度。 圖 3 SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與 SHT11進(jìn)行通信的。微處理器對 SHT11的控制是通過 5個 5位命令代碼來實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如表 2所示 。下一次命令前至少等待 11ms 其他 保留 SHT11應(yīng)用設(shè)計 ： 微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片 SHT11進(jìn)行通信，所以硬件接門設(shè)計非常簡單；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設(shè)計中，需要用微處理器通用 I/O口模擬通信協(xié)議。需要注意的地方是： DATA數(shù)據(jù)線需要外接 上拉電阻，時鐘線 SCK用于微處理器和 SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對 SCK最低頻率沒有要求；當(dāng)工作電壓高于 ， SCK頻率最高為 10MHz，而當(dāng)工作電壓低于 時， SCK最高頻率則為 1MHz。該二線串行通信協(xié)議和 I2C協(xié)議是不兼容的。當(dāng) SCK時鐘為高電平時， DATA翻轉(zhuǎn)為低 電平；緊接著 SCK變?yōu)榈碗娖剑S后又變?yōu)楦唠娖?；?SCK時鐘為高電平時， DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。每位之間有一個點(diǎn)距的間隔每行之 間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低。 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，其中： 第 1腳： VSS為電源地 。 第 3腳： V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比 度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生 “ 鬼影 ”， 使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度） ； 第 5腳： RW為讀寫信號線，高電平 “ 1” 時進(jìn)行讀操作，低電平 “ 0” 時進(jìn)行寫操作 ； 第 6腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 15～ 16腳：空腳或背燈電源。 1602LCD的指令說明及時序 ： 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11條控制指令，如表 3所示 。（說 明： 1為高電平、 0為低電平） 表 3 1602LCD控制指令 序 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 20 號 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入 模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開、關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存儲器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址 8 置數(shù)據(jù)存儲器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址 9 讀忙標(biāo)志活地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRA,M 或 DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H位置。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 。高電平表示有效，低電平則無效。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 ； C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) ； B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不