【正文】 機數(shù)據處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當前溫度信息發(fā)送到LED進行顯示。 溫室大棚計算機控制的概況現(xiàn)代化溫室，通過傳感器技術、微型計算機及單片機技術和人工智能技術，能自動測控溫室的環(huán)境，其中包括溫濕度、濕度、光照、濃度等，使作物在不適宜生長發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件，達到早熟、優(yōu)質、高產的目的。隨著微機技術的發(fā)展，逐步采用配置靈活、開放式結構、運算能力較強、高可靠性、完善的開發(fā)手段及具有數(shù)據處理、統(tǒng)計分析、打印報表等功能的測控系統(tǒng)所代替，取得了較好的經濟效益。支持溫室工程的相關技術，如溫室環(huán)境復雜系統(tǒng)的建模技術與專家決策支持系統(tǒng)、溫室環(huán)境智能測控技術研究與系統(tǒng)開發(fā)、溫室環(huán)境調配工程技術與設施研究等已成為當前該領域的關鍵技術和研究熱點問題。目前，我國農業(yè)正處在從傳統(tǒng)農業(yè)向以優(yōu)質、高效、高產為目的的現(xiàn)代化農業(yè)轉化的新階段。應用自動控制和電子計算機實現(xiàn)農業(yè)生產和管理的自動化，是農業(yè)現(xiàn)代化的重要標志之一。溫室計算機控制與管理系統(tǒng)正在不斷吸收自動控制和信息管理領域新的理論和方法，結合溫室作物種植的特點，不斷創(chuàng)新，逐步完善，從而使溫室種植業(yè)實現(xiàn)真正意義上的現(xiàn)代化、產業(yè)化。20世紀80年代初誕生了第一批溫室控制計算機，此后溫室計算機控制及管理技術便率先在發(fā)達國家得到廣泛應用，后來各發(fā)展中國家也都紛紛引進、開發(fā)出適合自己的系統(tǒng)。本文溫濕度自動控制系統(tǒng)是針對溫室大棚溫濕度控制而設計，也可用于糧食倉儲、冷庫及煙葉發(fā)酵等場合的溫濕度控制。溫室大棚作為一個相對封閉的環(huán)境，其內部形成了一個小氣候環(huán)境，良好的空氣環(huán)境是溫室正常生長的重要條件。氣體主要是指棚內的二氧化碳的含量。溫室生長的適宜溫濕度為 20℃30℃。因此，要適時調節(jié)棚內溫濕度，避免高溫危害?，F(xiàn)在對大棚內氣體、溫濕度和濕度的有效調節(jié)，主要是通過適時的通風來實現(xiàn)。通過調節(jié)溫濕度可以有效地控制二者的濃度。2 系統(tǒng)組成與工作原理 系統(tǒng)的硬件總體結構框圖本系統(tǒng)為一個全自動的溫室大棚溫濕度巡回檢測與控制系統(tǒng)，由以下幾部分組成：AT89C51單片機，溫濕度傳感器，8255并行口電路A/D轉換器變送器，驅動電路報警和顯示電路組成，其接口部分包括單片機外擴展的數(shù)據存儲器6264一片和地址鎖存器74LS373，： 系統(tǒng)硬件總體結構框圖文中按模塊分別對各單元電路進行電路設計，然后進行硬件電路集成。八通道溫濕度傳感器由八選一模擬選擇開關循環(huán)選通，被選中的溫濕度傳感器信號由信號處理及放大電路進行處理之后送入A/D轉換器，再由單片機控制A/D轉換器進行溫濕度數(shù)據的采集，而后對溫濕度原始數(shù)據進行處理，根據處理結果驅動聲光報警電路和執(zhí)行數(shù)碼管。 系統(tǒng)的工作原理在應用程序的作用下，首先對8255進行初始化，設定工作方式0。由于工藝決定，進入大棚之前已經將濕度控制在安全限以內，測量過程是“先測溫濕度后測濕度”，首先對溫濕度進行采樣，每一個溫濕度點采樣5次，計算平均值作為采樣值送入顯示和存儲的相應單元進行存儲和傳感器的編號和溫濕度的顯示，然后判斷溫濕度是否超過設定溫濕度，如果溫濕度超標則報警，并根據傳感器的位置判斷啟動通風設備還是加熱設備，如果不超標就繼續(xù)檢測下一個點的溫濕度，直到整個大棚的多個點溫濕度全部測試完成，然后計算和顯示大棚的平均溫濕度，最后對8個點的濕度進行測量并且顯示。同樣與設定的濕度值比較如果超標就報警，并啟動風扇進行通風處理。3 系統(tǒng)主要硬件電路模塊設計 AT89C51單片機結構組成根據系統(tǒng)的功能需求，選擇目前市場上性價比較高的AT89C51單片機（見圖24）作為該系統(tǒng)的控制核心。從功能上看，CPU包括兩個基本部分：運算器和控制器。 1）運算器運算器包括算術邏輯運算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暫存寄存器TMP1和TMP程序狀態(tài)寄存器PSW、BCD碼運算調整電路等。 時鐘電路AT89C51芯片內部有一個高增益反向放大器，用于構成振蕩器。在TXAL1和XTAL2兩端跨接由石英晶體及兩個電容構成的自激振蕩器。但石英晶體本身的標定頻率才是單片機振蕩頻率的決定因素。 時鐘電路本設計考慮系統(tǒng)的獨立完整性，選用內部時鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ，ALE信號頻率為2MHZ。每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。4 、程序存儲器及數(shù)據存儲器1）程序存儲器對AT89C51芯片來說，片內有4K字節(jié)ROM/EPROM，片外可擴展60K字節(jié)EPROM，片內和片外程序存儲器統(tǒng)一編址。 AT89C51的復位、中斷入口地址 入口地址 說明 0000H復位后，PC=0000H 0003H外部中斷 入口 000BH定時器T0溢出中斷入口 0013H外部中斷 入口 001BH 定時器T1溢出中斷口 0023H串行口中斷入口2）數(shù)據存儲器AT89C51數(shù)據存儲器空間也分為內片和外片兩大部分，即片內數(shù)據存儲器RAM和片外數(shù)據存儲器RAM。5 、定時器AT89C51單片機的內部有兩個16位可變成定時器0（T0）和定時器1（T1），它們都有定時或是事件計數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等場合。定時器T0具有方式0、方式方式2和方式3四種工作方式。中斷系統(tǒng)AT89C51單片機有五個中斷請求源。這些中斷請求分別由單片機的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應位鎖存。 AT89C51的復位電路AT89C51單片機通常采用上電自動復位和開關手動復位兩種方式。所謂上電復位，是指單片機只要一上電，便自動地進入復位狀態(tài)。 復位電路 數(shù)據存儲器的擴展AT89C51片內還有28字節(jié)的數(shù)據存儲器RAM，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標志和數(shù)據緩沖器。但是對于大量數(shù)據采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴展RAM。6264可以直接和存儲器的地址線并聯(lián)，數(shù)據地址線也同樣可以并聯(lián)連接。經過變換最終轉換成數(shù)字溫濕度量存放到6264中，也可以從6264中讀取數(shù)據，：8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序設計簡單。對于方式1和方式2，因為都要用到控制信號，所以必須設置兩個控制字，即設置方式選擇控制字和C口復位控制字。 AT89C51與地址6264的連接1） 數(shù)據線數(shù)據線有D7～D0，PA7～PA0，PB7～PB0，PC7～PC0，均為雙向三態(tài)，其中D7～D0與CPU數(shù)據總線相連，用于傳遞CPU與8255之間的命令和數(shù)據；PA7～PA0，PB7～PB0，PC7～PC0，分別與A、B、C三個端口相對應，用于8255A與外設之間的傳送數(shù)據。：片選信號，輸入，低電平有效。和：輸入，通常與系統(tǒng)地址總縣的和對應相連。3） 控制線：讀信號，輸入低電平有效。：寫信號，輸入低電平有效。RESET：復位信號，輸入，高電平有效。各端口都自動設置為輸入方式，24條I/O引腳均為高租態(tài)[8]。 8255的控制信號和傳輸動作對應關系 傳輸說明0 0 00 0 10 1 00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 1 10 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 11 1A口數(shù)據→數(shù)據總線B口數(shù)據→數(shù)據總線C口數(shù)據→數(shù)據總線數(shù)據從數(shù)據總線→A口數(shù)據從數(shù)據總線→B口數(shù)據從數(shù)據總線→C口數(shù)據從數(shù)據總線→控制寄存器～進入高阻態(tài)非法～進入高阻態(tài)： 8255A引腳圖AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接與MCS51總線接口，8255A的片選信號及口地址選擇線A0、所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分別為6000H、6001H、6002H、6003H。都接到AT89C51的復位電路上。 8255A和AT89C51的連接 八路溫濕度采集電路本系統(tǒng)中采用八路溫濕度采集，即在所測環(huán)境中放八個溫濕度傳感器。 八路溫濕度選擇電路本系統(tǒng)中八路溫濕度需要巡回檢測，故采用一個八路模擬選擇開關CD4051。 單路溫濕度處理電路。=10 ( + t℃)；中間的運放AR2(OP07)組成一個減法器。== V； =(2)=() V；再加上最后一個運放AR3(OP07)組成一個反相器，即表示溫濕度增加1 ℃。單片機將此電壓進行A/D轉換和單片機處理，轉換后就為20，無需再將結果標定成溫濕度，其中A/D轉換的算法在后續(xù)介紹。在設計數(shù)據采集系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和智能儀器儀表時，應選擇性能合適、性能價格比高的A/D轉換器芯片。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉換CMOS器件，在過程控制和機床控制等應用中，能對多路模擬信號進行分時采集和A/D轉換，輸出數(shù)字信號通過三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據總線相連接。采用中斷方式不浪費CPU的等待時間，但是如果A/D轉換時間較短，也可以用程序查詢方式和等待查詢延時方式。1） 查詢方式： ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口電路由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據鎖存器，其8位數(shù)據輸出端可以與數(shù)據總線相連。由于ALE和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動A/D轉換。OE=產生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。采用查詢方式分別對8路模擬信號順序采樣，并依次把A/D轉換結果轉存到數(shù)據存儲區(qū)，其采樣轉換程序如下：MOV TEMPL0 ，08H ；設置通道個數(shù)MOV R1 ，2AH ；置數(shù)據區(qū)首地址MOV DPTR ，5000H ；指向通道0START： MOVX DPTR ，A ；啟動A/D轉換 MOV R3 ，32 ；設置延時時間LOOP100： DJNZ R3 ，LOOP100 ；延時完成？TEST： NB ，TEST ；標志位為1？不為等待 MOVX A ，DPTR ；取出A/D轉換值 MOV R1 ， A ；送入數(shù)據區(qū) INC R1 ；指針加1 CJNE R1 ，2FH，START；判斷數(shù)據區(qū)滿？2） 中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機的一個外部擴展并行口I/O口，口地址取決于所連接的中斷口，選通通道取決于地址地位，中斷方式的主要特點是將轉換完成信號接在單片機的中斷口上，轉換完成A/D轉換器發(fā)出信號單片機把它當作一個中斷來處理。 電源穩(wěn)壓電路電源穩(wěn)壓電路是常用的變壓整流電路，技術相對成熟，成本較低。即交流輸入電壓經整流和濾波后變成。功率，所以可以選用變壓器。所以應選擇反向擊穿電壓的整流二極管（按最大反向工作電壓的二倍選?。？蛇x用抗擊穿能力較強的發(fā)光二極管用于短路時保護三端集成穩(wěn)壓器，還可以起到指示作用。根據，得故，可取反向擊穿電壓為的電解電容濾波電容。報警電路中光報警采用發(fā)光二極管，聲報警采用蜂鳴器來設計。 看門狗電路由于單片機無操作系統(tǒng)，如果程序出現(xiàn)異常情況(如出現(xiàn)死循環(huán))就無法正常運行， 因此，本系統(tǒng)采用了一個硬件看門狗來監(jiān)視程序的運行。單片機通過I/0引腳給(看門狗輸入)腳正脈沖，則 (看門狗輸出)腳一直為高電平，說明微機程序運行正常。 看門狗電路 注：圖中MAX706P的REST端接單片機的RST端。由圖可見它由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同的組合來顯示出0A、B、C、D、E、F以及小數(shù)點“.”等字符。共陽極顯示器的段碼與共陰極顯示器的段碼是邏輯非的關系，所以對表24中的共陰極顯示器的段碼求反，即可得到共陽極顯示器的段碼。8255的A作為位掃描口，經反向驅動器75452接顯示器公共陰