【正文】 機作為核心對于果園生態(tài)環(huán)境中溫度、濕度、光照這些因素實行數據采集和監(jiān)測，從而來達到對于果園生態(tài)環(huán)境的智能化管理和監(jiān)測。傳感器包括溫度、濕度、光照傳感器等，能夠實時采集溫濕度、光照等信號，并轉換成電壓或電流信號[3]。3. 1 前端采集裝置各部分設計思想對于整個系統來說，硬件設計是基礎，因此需要考慮到很多方面的要求，用以達到實現這個設計的基本功能。由此可以看出，硬件電路設計用于對影響果樹生長的光照﹑溫度﹑濕度因素的數據采集，對于整個課題的順利實現有著至關重要的作用，下面就開始從每個功能模塊的設計和實現上來逐個的對其進行細致的分析和探討。DS18B20是一種新型數字式集成溫度傳感器，它只有唯一的一個數據輸入/輸出口，使用起來非常方便，也正因為這個原因被廣泛的應用于測量溫度。此外，DS18B20不需要外部電源，可以直接從數據線上獲取供電。對于單線操作：漏極開路。33VDD可選的VDD引腳。注釋：所有上表未提及的連接都無連接電路中采用DS18B20測量溫度，輸出的為全數字化信號。該芯片最大的優(yōu)點就是用單總線進行數據的傳輸，所以它能直接與計算機連接，并且可以直接輸出溫度。 DS18B20溫度采集電路3. 3 濕度采集電路設計濕度的采集電路選用濕度傳感器HS1101進行電路的設計。它符合所需要的濕度范圍：0～100%的要求，具有快速的反映時間，HS1101濕度受溫度影響變化非常的小，具有長時間的穩(wěn)定和高度的可靠性，在標準環(huán)境下不需要進行任何校正，長時間的飽和情況下能快速的脫濕，因此對于選擇它進行電路設計非常合適。C儲存溫度Tstg－40～125176。芯片555電路中，連接的R4﹑R5與HS1101一起，共同組成一個充電回路。引腳2和引腳6相連，引入到片內，和片內比較器一起組成一個多諧波的振蕩器，引腳3引出后連接的電阻R7是保護電阻，目的在于防止短路，之后連接到AT89C51的P34輸入端。HS1101濕度傳感器在整個電路中的作用類似于一個可以變化的電容器，與引腳2和引腳6連接在一起。利用此原理，通過兩個不同的電阻對傳感器進行不停的充放過程，并輸出產生的方波波形。充電﹑放電的時間計算公式分別為：輸出波形的頻率和占空比的計算公式如下：通過上面的公式進行分析可以看出，空氣濕度相對于芯片555的輸出頻率大小之間存在著一定的線性關系，通過采集到555芯片的頻率，然后按照下面的表格進行對照，這樣就能夠通過查表得出其相對濕度的數值。果樹的整個生命周期中，都必須在一定的光照下才能進行生長發(fā)育。本電路設計中采用的為GL3516光敏電阻，因為它的暗電阻往往超過1MΩ，而亮電阻則在5KΩ～10KΩ，因此R6阻值選擇為10KΩ，當其為暗電阻時，電路中光敏電阻遠遠大于R6阻值，采集到的電壓值基本為0可與光照強度0KLax對應，當其為亮電阻時，電阻值與R6大小基本相同，此時采集到電壓與200KLax相對應。本電路的設計目的在于完成對于果園光照強度的采集，而實際情況中采集到的是電壓值的變化，因此電路中還需要再設計一個A/D轉換電路，選用的A/D轉換器就是芯片ADC0832。 光照強度的采集電路3. 5 AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機[4]。從眾多單片機中選用AT89C51作為核心芯片的原因，也是因為它能夠簡化電路﹑提高整個系統的可靠性。 AT89C51芯片中P0口是一個8位的漏極開路的雙向I/O口，它可以用作輸出口，如果它訪問的是外部程序或者數據存儲器時，P0口也可以用作低8位的地址/數據復用。P2口﹑P3口和P1口的功能基本相同，P3口也具有一些特殊的功能也可稱作其第二功能。 單片機C51電路3. 6 MAX232在單片機中，只要談到串行通信，必然要想到MAX232。單片機輸出的是TTL或者CMOS電平，而TTL電平或者CMOS電平中規(guī)定的邏輯0電平為0V，邏輯1的電平為+5V，在單片機與計算機的串行通信過程中，輸出電壓的數值往往高達12V，如果這樣直接與單片機連接的話，非常容易造成芯片的燒毀，所以需要MAX232芯片進行電平的轉換。第一部分是電荷泵，它的主要作用是可以將直流的5V電源轉換為177。第二部分是將TTL或者CMOS電平轉換成RS232電平，在本電路中，將引腳12與AT89C51單片機的串行發(fā)送的端TXD相連，將引腳7與RS232相連接，通過這種方式，實現了從單片機中輸出TTL/CMOS電平，將這個輸出的電平在MAX232內進行轉換，從而成為所需要的電平。10V的RS232電平轉換為TTL/CMOS電平。 RS232引腳圖根據上述的介紹， AT89C51輸出的信號通過MAX232的電平轉換作用以達到最終本選題所需要的與計算機連接目的。在本電路的設計中選用的LCD是LCD1602，之所以沒有選擇傳統的數碼管，而是選用選擇液晶顯示器的原因就是它的體積非常的小，采用數字式的接口，功耗很低，能夠顯示的內容非常的豐富顯示質量也很高，而且非常的輕巧。LCD1602液晶顯示模塊，它的顯示原理是通過電壓對它的顯示區(qū)域進行控制，有電壓就可以顯示出波形或者數字字符，LCD1602是字符型液晶顯示器的代表。LCD1602液晶顯示模塊的內部控制器中一共有11條控制的指令，它本身也是一個慢顯示的器件，因此在執(zhí)行任何一條指令之前，都必須要確定模塊忙的標志是低電平，即為不忙的狀態(tài)，否則該條指令就無效。 LCD1602液晶顯示模塊在于AT89C51連接時，需要一個上拉電阻，上拉電阻的作用是用于增加LCD顯示的亮度，來實現對于ATC89C51輸出信號的顯示功能。DS18B20HS1101光敏電阻濕度頻率轉換電路A/D轉換器單片機AT89C51LCD顯示MAX232 前端采集裝置總框圖 前端采集的總電路圖將上述介紹的各部分電路連接在一起，便形成前端采集裝置的總電路圖。Proteus軟件主要由四大功能模塊構成：①智能原理圖設計(ISIS),其中包括豐富的器件庫，有超過2700種的元器件，智能的器件搜索功能可以通過模糊搜索快速找到所需要的元器件，智能化的連線功能使得作圖的時間大大縮短；②完善的電路仿真功能（Prospice），因為其具有大量的仿真器件，豐富的虛擬儀器生動化的仿真顯示，是的電路仿真簡便快捷；③獨特的單片機協同仿真功能（VSM），這個功能支持通用的外設模型和大部分的主流CPU，能夠實行編譯調試和實時仿真；④使用的PCB平臺，支持多種輸出格式，更便于滿足不同用戶在不同情況下的需求。在Proteus繪制好原理圖后，調入已經編寫好的程序文件夾，就可以在Proteus的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)。在單片機的開發(fā)和使用上，除了必不可少的硬件之外，軟件也是十分必要的。KEIL C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，且其生成的目標代碼頻率非常高，易于理解學習起來也比較簡單方便[6]。在本課題中，對于單片機AT89C51處理和控制的溫度，濕度等因素進行語言編程，使其能在Proteus仿真時進行程序文件夾的調用， KEIL軟件是個非常有益的選擇。開始溫度﹑濕度﹑光照的循環(huán)采集數據處理顯示檢測結果串行發(fā)送檢測結果系統初始化 前端采集裝置總流程圖 DS18B20軟件編程對于DS18B20組成的溫度采集電路在AT89C51的控制下，最終能在LCD顯示溫度，必須進行溫度采集語言的編寫，用C語言編寫的程序輸入KEIL軟件，在KEIL軟件中進行運行檢測，并最終生成正確的調用程序，將生成的正確程序建立文件夾，然后在用Proteus軟件仿真時，單片機AT89C51進行程序的調用。向總線發(fā)復位脈沖發(fā)讀ROM命令讀入8字節(jié)序列號并保存發(fā)送跳過ROM指令發(fā)送溫度轉換指令復位DS18B20發(fā)送跳過ROM指令發(fā)送暫存器指令讀溫度值初始化DS18B20轉換完畢？開始返回YESNO DS18B20采集溫度流程圖用芯片DS18B20進行溫度采集的讀入和寫出，以及對于它的初始化用匯編語言進行編程的程序如下。}void ds1820rst() //ds1820復位{ unsigned char x=0。 //延時DQ = 0。 //DQ拉低delay_18B20(100)。 } uchar ds1820rd() //讀數據{ unsigned char i=0。for (i=8。i){ DQ = 0。 dat=1。 DQ = 1。 if(DQ)} return(dat)。 i0。 DQ = wdataamp。 delay_18B20(10)。 wdata=1。ds1820rst()。 ds1820wr(0xcc)。 //啟動溫度轉換ds1820rst()。 ds1820wr(0xcc)。 //讀取溫度a=ds1820rd()。tvalue=b。tvalue=tvalue|a。 if(tvalue0x0fff) tflag=0。 else {tvalue=~tvalue+1。 }tvalue=tvalue*()。} LCD1602軟件編程對于AT89C51采集到的光照﹑濕度﹑溫度等環(huán)境因素的數據，想要在LCD1602液晶顯示模塊上進行顯示的話，需要通過KEIL進行編程。 首先是對于LCD1602進行初始化的程序。 for(i=0。i++)j100。}void wr_(unsigned char ) //寫指令//{ delay1ms(1)。 RW=0。 P0=。 EN=1。 EN=0。 RS=1。 EN=0。 delay1ms(1)。 delay1ms(1)。}void lcd_init() //初始化設置//{delay1ms(15)。delay1ms(5)。delay1ms(5)。 wr_(0x01)。 wr_(0x06)。delay1ms(5)。\039。p++。}}init_play()//初始化顯示{ lcd_init(