【正文】 體力勞動強度。智能溫室大棚控制系統(tǒng)在我國農業(yè)中的使用為數不多，與發(fā)達國家相比，有較大的差距，有很多是基本停留在人工操作，即使有些使用的了自動控制系統(tǒng)，但是也是以經驗來自行設定很多參數，使得不能物盡其用而又造成浪費。 隨著微型計算機和傳感器技術的迅猛發(fā)展，其價格低、可靠性 高，給改造農業(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)的設計，一種基于 51 單片機的控制系統(tǒng)，通過高靈敏度的溫濕度傳感器檢測大棚內的溫濕度，并通過控制系統(tǒng)進行溫室度調節(jié)。這些溫室有的也安裝有各種加熱、加濕、通風和降溫的設備 , 但對于相應設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)可完成對溫室內溫濕度的自動測量和調節(jié) , 大大降低了操作人員的勞動強度 , 并且使溫室達到了比較先進的管理水平。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門窗來調節(jié)溫濕度，這種方法不僅費時費力，效率低，準確度也不高， 隨機性大 ，當然也就不夠科學。 隨著科技的迅猛發(fā)展，我國逐漸實現(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。也真正實現(xiàn)了數字化、智能化、自動化，但投資過大，系統(tǒng)故障維護不便，且經濟效益過低。 日光溫室以其低成木、節(jié)能耗的優(yōu)點被大而積推廣，成為我國現(xiàn)階段主要農業(yè)設施類型。因此，利用單片機實現(xiàn)日光溫室內環(huán)境與水肥. . 灌溉的自動控制，營造作物適宜的生長環(huán)境，是使日光溫室生產能夠持續(xù)快速發(fā)展和解決實際生產管理問題的重要手段。農業(yè)環(huán)境控制工程作為農業(yè)生物速生、優(yōu)質、高產手段是農業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，農業(yè)設施的自動檢測與控制是我國急待發(fā)展的項目。同 時微型計算機強大的軟、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有力的手段，也為實現(xiàn)溫室的標準化、自動化奠定了基礎環(huán)境控制對作物生產的重要作用己為國內外大量的科學實驗和生產實踐所證實。幾十年來，有關作物生理和其生長環(huán)境的研究，不僅指導了農業(yè)生產，而且為溫室環(huán)境工程及控制的研究提供了依據和參數。 鑒于上述，本文提出了溫室自動控制系統(tǒng)的設計。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結構材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。而溫室設施的關鍵技術是環(huán)境控制，該技術的最終目標是提高控制與作業(yè)精度。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息 并進行指示、記錄和控制。目前正開發(fā)和研制計算機數據采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。像園藝強國荷蘭，以先進的鮮花生產技術著稱于世，其玻璃溫室全部由計算機操作。日本利用計算機控制溫室環(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)境條件輸入計算機程序，當某一環(huán)境因素發(fā)生改變時，其余因 素自動作出相應修正或調整。美國和荷蘭還利用差溫管理技術，實現(xiàn)對花卉、果蔬等產品的開花和成熟期進行控制，以滿足生產和市場的需要。 我國對于溫室控制技術的研究較晚，始于 20世紀 80 年代。之后，我國的溫室控制技術得到了迅速發(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，在對國外溫室設備配置、溫室栽培品種、栽培技術等各個方面進行研究的基礎上，我國自主開發(fā)了一些研究性質的環(huán)境控制系統(tǒng)。 1996 年，江蘇理工大學毛罕平等研制成功了使用工控機進行管理的植物工廠系統(tǒng)。中國農業(yè)機械化科學研究院研制成功了新型智能溫室系統(tǒng)。 1997 年以來，中國農業(yè)大學在溫室環(huán)境的自動控制技術方面也取得了一定的成果。但由于我國農業(yè)現(xiàn)代化水平較低，農業(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要求比較高等因素，限制了溫室控制技術在溫室系統(tǒng)的擴展。利用傳感器測量大棚內的溫濕度經過信號處理，將傳感器測得的數據送至控制系統(tǒng)（ AT89C51），與預設的農作物最適合生長的溫濕度值的上下限進行對比，并通過顯示電路將 測得的溫濕度進行實時顯示?？刂葡到y(tǒng)根據比較的結果對控制系統(tǒng)發(fā)出相應的指令，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設溫度的下限，則報警電路會報警。 本文主要研究內容如下： 。 。 ，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. . 第二章 設計方案 溫濕度傳感器的選擇 溫濕度傳感器在工農業(yè)生產、氣象、環(huán)保、醫(yī)學等領域得到越來越廣泛的應用。 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公司生產的具有二線串行接口的單片全校準數字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換的特點。所以本設計采用的是方案二。 由數據采集、鍵盤掃描、單片機、 數據顯示等部分組成。 傳感器是實現(xiàn)測量首要環(huán)節(jié)，是監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準確可靠的捕捉和轉換，一切準確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。 89C51 是 MCS51系列單片機中 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工藝單片機產品統(tǒng)稱為 89C51 系列。此外，由于器件采用了靜態(tài)設計，可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至 0 。由于設計是靜態(tài)的時鐘可停止 而不會丟失用戶數據 運行可從時鐘停止處恢復 。 GND：接地。當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 FIASH 進行校驗時， 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，這是由于內部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收 ，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內部上拉的緣故。在給出地址 “1” 時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 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：復位輸入。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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：每當用作外部數據存儲器時，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，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP：當 /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前工作寄存器，通過 RS0， RS1的內容來決定選擇哪一個工作寄存器。此時單片機通過 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口寫入或讀出數據。 TL低 5 位溢出時向 TH 進位， TH 溢出時向中斷標志位 TF進位，并申請中斷。定時時間 t=(216初值 )振蕩周期 12；計數長度位 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 /計數器。 TL 計數溢出時不僅使 TF0 置 1，而且還自動將 TH 中的內容重新裝載到 TL中。 TL0 為 8位計數器，功能與模式 0和模式 1相同，可定時可計數。 定時器 T1 無工作模式 3，但 T0 在工作模式 3時 T1 仍可設置為 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進行溫濕度實時監(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；另外 SHT11芯片內部集成了 14位 A/D轉換器，且采用數字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上； 測量精度可編程調節(jié)，內置 A/D轉換器 (分辨率為 8～ 12位，可以通過對芯片內部寄存器編 程選擇 )； 封裝尺寸超小 ( mm mm)，測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式； 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—— 二線串行數字接口， DATA為數據線， SCK為時鐘線； SHT11的內部結構和工作原理 ： 溫濕度傳感器 SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內部結構如圖 3所示。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微 弱信號放大器進行放大；然后進入一個 14位的 A/D 轉換器；最后經過二線串行數字接口輸出數字信號。此外， SHT11內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，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響應時間，提高精度。 圖 3 SHT11內部結構圖 微處理器是通過二線串行數字接口與 SHT11進行通信的。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應用設計 ： 微處理器采用二線串行數字接口和溫濕度傳感器芯片 SHT11進行通信，所以硬件接門設計非常簡單；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數據線需要外接 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；當工作電壓高于 ， SCK頻率最高為 10MHz，而當工作電壓低于 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 SCK時鐘為高電平時， DATA翻轉為低 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再次翻轉為高電平。每位之間有一個點距的間隔每行之 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。 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：顯示質量高、數字式接口、體積小、重量輕、功耗低。 1602采用標準的 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 產生 “ 鬼影 ”， 使用時可以通過一個 10K的電位器調整對比度） ； 第 5腳： RW為讀寫信號線，高電平 “ 1” 時進行讀操作，低電平 “ 0” 時進行寫操作 ； 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 . . 號 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 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、關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 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 置數據存儲器地址 0 0 1 顯示數據存儲器地址 9 讀忙標志活地址 0 1 BF 計數器地址 10 寫數到 CGRA,M 或 DDRAM 1 0 要寫的數據內容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數 1 1 讀出的數據內容 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H位置。 指令 3：光標和顯示模式設置 。