【正文】 ........................... 23 6 結(jié)論 .......................................................................................................................... 25 系統(tǒng)的功能 .................................................................................................... 25 系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù) ............................................................................................ 25 系統(tǒng)功能分析 ................................................................................................ 26 7 總結(jié)與體會 .............................................................................................................. 26 附錄 1仿真圖 …………………………………………………………..……………………..…..……………27 附錄 2源程序 ……………………………………………………………………......................................27 4 1 緒論 目前，我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到以優(yōu)質(zhì)，高效，高產(chǎn)為目標(biāo)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開環(huán)境控制，農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證。由于大棚中各種環(huán)境因素是可以人為控制的，因此控制技術(shù)直接決定著大棚中農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。美國開發(fā)的大棚計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)作物的特點(diǎn)和生長所需要的條件，對大棚 /倉庫內(nèi)的光照，溫度，濕度等諸多因素進(jìn)行自動控制。目前，我國絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進(jìn)口 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 的國外設(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。所以在這種自動控制系統(tǒng)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，溫濕度自動控制向著適合不同作物生長的智能化控制發(fā)展。 ，關(guān)鍵問題的解決思路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的硬件主要包括：主要是單片機(jī) AT89C52，檢測系統(tǒng)，顯示電路，報(bào)警電路等。如果不同作物的適合生長的溫度不一樣，可以通過鍵盤電路修改預(yù)設(shè)值。如果測得的數(shù)據(jù)超過了預(yù)設(shè)值的上下限，則報(bào)警電路會報(bào)警。 本文主要研究內(nèi)容如下： 。 LCD 對溫濕度進(jìn)行實(shí)時顯示。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 本文要設(shè)計(jì)的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)，要能夠及時、準(zhǔn)確地對溫室大棚內(nèi)的 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 溫度、濕度進(jìn)行采集，將其顯示在 LCD1602 液晶顯示器上，然后與設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較，如果超出限制則啟動溫度、濕度控制設(shè)備，并通過蜂鳴器報(bào)警，直到溫濕度回到規(guī)定的范圍。為了能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，此次設(shè)計(jì)要達(dá)到一下指標(biāo)： （ 1）工作環(huán)境：溫室大棚； （ 2）溫度測量誤差：177。 5%RH； （ 5）測濕范圍： 0～ 100%RH； （ 6）通過鍵盤電路修改上下限：有； （ 6）溫濕度報(bào)警：有； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 可靠性 可靠性是在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該優(yōu)先考慮的一個因素，一個控制系統(tǒng)必須要能穩(wěn)定、可靠地工作，才能投入到生產(chǎn)實(shí)踐中去。這種損失不僅包括經(jīng)濟(jì)上和信譽(yù)上的損失，而且可能會對人身安全產(chǎn)生威脅。 性價比 性價比也是一個系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所要考慮的重要因素。 方案比較 方案一 采用 PLC 作為主控制器。而且 PLC 抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，這一點(diǎn)已被長期的工業(yè)控制實(shí)踐所證明。 采用 AT89C52 單片機(jī)作為主控制器，可以用 C 語言進(jìn)行編程，由于它支持 ISP在線編程，因此可以通過 RS232 串口將程序燒錄到單片機(jī)中，很方便。 圖 用單片機(jī)作為主控制器的控制系統(tǒng) 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 方案論證 從功能上看，兩種控制器都能滿足要求。但是本系統(tǒng)是用于溫室大棚，并沒有其他大型工業(yè)設(shè)備的干擾。 從價格方面上看，單片機(jī)就比 PLC 具有很大的優(yōu)勢。另外，中國是農(nóng)業(yè)大國，隨著溫室大棚越來越普及，農(nóng)村對溫濕度控制系統(tǒng)的需求也會越來越旺盛，因此雖然用單片機(jī)開發(fā)的周期較長，但是一旦完成開發(fā)，后期生產(chǎn)環(huán)節(jié)的邊際成本很??；而基于 PLC 的控制系統(tǒng)受制于 PLC 的高昂價格，價格難以降低。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控制器。振蕩電路 (時鐘電路 )的主要任務(wù)是為 AT89C52 單片機(jī)正常工作需要的時鐘電路提供一個穩(wěn)定的工作頻率。晶振回路由 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 電容和陶瓷諧振器并聯(lián)組成，作為單片機(jī)的時鐘源。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入單片機(jī)內(nèi)定時控制部件。 復(fù)位電路的功能就是對 CPU 進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，當(dāng) CPU 落入死循環(huán)之后，能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位。一般微機(jī) 電路正常工作需要供電電源為 ? 。 單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2個機(jī)器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。手動復(fù)位是指通過接通一按鍵開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 上電 +手動復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位主要有上電復(fù)位和手動復(fù)位，之所以要進(jìn)行復(fù)位，目的就是為了讓單片機(jī)進(jìn)入初始狀態(tài)，比如讓 PC指向 0000H，這樣單片機(jī)才能從頭運(yùn)行程序。 本設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路就是上電 +手動復(fù)位電路，復(fù)位時要讓 STC89C52RC 的 RST引腳得到 2 個機(jī)器周期以上的高電平。剛上電時，有較大的電流從 Vcc 經(jīng)電容、電阻流向 GND，由于電容兩端的電壓不可突變，因此仍然為 0V，于是電阻的兩端分得 5V 的電壓，即 RST 引腳此時的電勢為 5V。過了一定時間， RST 引腳兩端的電壓下降到不再是高電平，只要這個充電的時間大于單片機(jī)兩個機(jī)器周期，就能使單片機(jī)復(fù)位。手動復(fù)位就是在上電復(fù)位電路的電容兩邊并聯(lián)一個微動開關(guān)，需要手動復(fù)位時將其按下，使之接通， RST 獲得高電平，而且人按動按鈕的時間肯定是超過兩個機(jī)器周期的，于是單片機(jī)復(fù)位。 LCD1602共有三個 存儲器，它們是 CGROM、 CGRAM和 DDRAM。在這里需要注意的是，在向LCD1602 寫入顯示數(shù)據(jù)存儲器地址時，根據(jù)控制指令的格式，最高位 D7 為 1，所以寫入的數(shù)據(jù)為，第一行 80H 到 8FH， 第二行 C0H 到 CFH。 SHT1X 系列共有三個型號：SHT SHT1 SHT15，他們都是 SMD 貼片封裝的，他們依次性能越來越好，其中SHT11 屬于經(jīng)濟(jì)型的溫濕度傳感器。 圖 SHT1X 系列各型號傳感器的濕度、溫度最大誤差 從曲線中可以看出，無論是濕度還是溫度， SHT10 的誤差都是最大的， SHT15誤差最小，但是它們的價格也相差很大， SHT10 多為二三十元一個，而 SHT15 價格上百。 SHT11 與單片機(jī)的接口電路如下所示： 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 SHT11 與單片機(jī)的接口電路 SHT11 采用類似于 I2C 的兩線制串行總線，一根是時鐘線，一根是數(shù)據(jù)線。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)大棚內(nèi)的溫濕度超過上下限時，除了需要啟動溫濕度調(diào)節(jié)器之外，還需要進(jìn)行報(bào)警，這里用到的是蜂鳴器。 蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。本設(shè)計(jì)中使用的是有源蜂鳴器，在它兩端加載 5V 的直流電壓就可以使之鳴叫。如上圖所示，單片機(jī)的 I/O 口中的 接 PNP 型三極管的 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 基極，當(dāng) 為低電平時，三極管導(dǎo)通， 5V 的電壓加載到蜂鳴器兩端，于是蜂鳴器鳴叫；當(dāng) 高電平時，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。其中，非編碼式鍵盤又包括矩陣式鍵盤和獨(dú)立式鍵盤。本控制系統(tǒng)中只需要用到 4 個按鍵，數(shù)目較少，并且可用的 I/O 口充足，故采用獨(dú)立式鍵盤，一個按鍵對應(yīng)一個單片機(jī)的 I/O 口管腳。從 S1 到 S4，分別控制進(jìn)入溫度上下限設(shè)置、進(jìn)入濕度上下限設(shè)置、數(shù)值加、數(shù)值減、確認(rèn)并退出。未按鍵時，上拉電阻保證了單片機(jī)的 I/O 口是確定的高電平；當(dāng)某個鍵按下時， I/O 口變?yōu)榈碗娖?。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外， AT89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。 AT89C52 引腳圖 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 AT89C52 的引腳結(jié)構(gòu)圖。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。在 Flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (IIL)。對 P2 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (IIL)。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平，單片機(jī)復(fù)位。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 PSEN：程序儲存允許輸出 (PSEN)是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令 (或數(shù)據(jù) )時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。此程序流程包括五個部分，第一部分是主程序，其描述總體結(jié)構(gòu)；第二部分是 SHT10溫度采集程序，其功能是通過 SHT10 傳感器采集溫濕度值，并進(jìn)行修正；第三部分是 LCD1602 顯示子程序，對 LCD1602 進(jìn)行初始化，將溫濕度進(jìn)行顯示；第四部分是輸出控制子程序，對設(shè)定值和實(shí)際值進(jìn)行判斷以決定是否進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)；第五部分是按鍵輸入電路，用來修改溫濕度上下限值。 在 Keil 工程中編寫程序的時候，為了讓整個工程看起來?xiàng)l理清晰，要按照各個模塊分別新建 C 文件寫子程序。對于變量也是如此，如果某個變量也在其他 C 文件中使用，那么要在一個 C 文件總將它定義為全局變量，即在函數(shù)外面定義。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 主要模塊的設(shè)計(jì)流程框圖 主程序流程圖 圖 主程序流程圖 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 SHT11 子程序流程圖 圖 SHT11 子程序流程圖 溫濕度傳感器 SHT11 使用類似于 I2C 總線的時序與單片機(jī)通信，由于 51 單片機(jī)沒有 I2C 接口，所以需要編寫程序，用單片機(jī)的某兩個 I/O 口管腳模擬 I2C 總線的時序，從而與 SHT11 通信。復(fù)位時序和啟動傳輸時序可通過依次拉低或拉高時鐘線和數(shù)據(jù)線，因而實(shí)現(xiàn)起來比較簡單；而寫時序和讀時序就比較復(fù)雜。向 SHT11 的 8 個數(shù)據(jù)位的寫入，于第 9 個時鐘周期之后，讀取應(yīng)答位，應(yīng)答位為 0 時，表示 SHT11 正確接收。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)