【正文】 ................................................................. 44 附錄 5 英文參考資料 .................................................................................................... 46 1 中文翻譯 ............................................................................................................. 46 2 英文原文 ............................................................................................................. 49 第 1 頁(yè) 1 前言 溫室大棚作為一種高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比具有很大的優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以通過(guò)獨(dú)立式鍵盤對(duì)設(shè)定的溫濕度進(jìn)行修改。 LCD1602 能夠分兩行顯示數(shù)據(jù)，第一行顯示溫度，第二行顯示濕度?；?STC89C52RC 單片機(jī)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng) 基于 STC89C52RC 單片機(jī)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng) 大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 ：本設(shè)計(jì)是基于 STC89C52RC 單片機(jī)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用 SHT10作為溫濕度傳感器， LCD1602 液晶屏進(jìn)行顯示。 SHT10 使用類似于 I2C 總線的時(shí)序與單片機(jī)進(jìn)行通信，由于它高度集成，已經(jīng)包括 A/D 轉(zhuǎn)換電路，所以使用方便，而且準(zhǔn)確、耐用。這個(gè)控制系統(tǒng)能夠測(cè)量溫室大棚中的溫度和濕度，將其顯示在液晶屏 LCD1602 上，同時(shí)將其與設(shè)定值進(jìn)行 對(duì)比，如果超出上下限，將進(jìn)行報(bào)警并啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖、用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真，證明了該系統(tǒng)的可行性。溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的蔬菜、花卉、瓜果，不僅可改變這些產(chǎn)品按自然季節(jié)供應(yīng)的模式，延長(zhǎng)其供應(yīng)期，而且可在不同地方進(jìn)行種植，達(dá)到所謂“地不分東西南北，食不分春夏秋冬”。溫 室農(nóng)業(yè)采用適時(shí)適量供水的優(yōu)化用水同時(shí)配以微灌和高濕環(huán)境，可達(dá)到農(nóng)業(yè)用水高效高產(chǎn)，按產(chǎn)品的數(shù)量平均計(jì)算，節(jié)省水分量是很大的。若能降低成本、采用經(jīng)久耐用的低成本采光材料，發(fā)展前景將更為廣闊，即使在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村、場(chǎng)所，也可以修建單個(gè)的溫室和塑料大棚，進(jìn)行環(huán)境控制下的蔬菜和瓜果的生產(chǎn)，改變這些地區(qū)的生活條件。溫室內(nèi)空氣濕度的日變化受天氣、加溫及 通風(fēng)換氣量的影響，陰天或灌水后室內(nèi)空氣濕度幾乎都在 90％以上。室內(nèi)濕氣遇冷后凝結(jié)成水滴附著在薄膜或玻璃的內(nèi)表面上，待到加溫或日出后，室內(nèi)溫度上升，濕度逐漸下降，附著在屋頂上的水滴隨之消失。而溫度在夜間下降過(guò)低也會(huì)影響光合作用的效率。 傳統(tǒng)的溫濕度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫、濕度計(jì)，通過(guò)讀取溫、濕度值進(jìn)而了解實(shí)際的溫度和濕度，然后根據(jù)現(xiàn)檢測(cè)的溫濕度與額定值進(jìn)行比較，看溫濕度是否超過(guò)限定值，然后進(jìn)行相應(yīng)的通風(fēng)或者相應(yīng)的灑水?，F(xiàn)在，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步提高，大棚中培育出的農(nóng)產(chǎn)品品種數(shù)量的逐漸增多，對(duì)于數(shù)量較多而又大型的大棚，傳統(tǒng)的溫 濕度控制措施就出現(xiàn)了局限性。 在本設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)來(lái)控制溫濕度，不僅具有廉價(jià)、配置簡(jiǎn)單和靈活的優(yōu)勢(shì)， 第 2 頁(yè) 而且可以大大提高所測(cè)溫濕度的技術(shù)指標(biāo)，從而可以提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。 這次選用 STC89C52RC 作為主控制器，可以從按鍵電路輸入設(shè)定的溫濕度，通過(guò)溫濕度傳感器 SHT10 對(duì)溫度、濕度信號(hào)進(jìn)行采集，然后 通過(guò) I2C 總線與單片機(jī)通信，并將溫濕度顯示在液晶屏 LCD1602 上，單片機(jī)把它們與設(shè)定的值進(jìn)行對(duì)比后決定是否報(bào)警，并啟動(dòng)空調(diào)設(shè)備對(duì)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，還要能夠通過(guò)按鍵修改設(shè)定的上下限。 1℃； （ 3）測(cè)溫范圍： 0~+55℃； （ 4）濕度測(cè)量誤差：177。如果系統(tǒng)的可靠性不能達(dá)標(biāo)，那么系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能就會(huì)增大，造成很大的損失。 要提高控制系統(tǒng)的可靠性，那么就要注意以下幾個(gè)方面：選用的元器件要有很高的可靠性；由于供電電源很容易產(chǎn)生干擾，所以應(yīng)該對(duì)其采用抗干擾措施；對(duì)輸入輸出通道也一樣，要采用抗干擾措施；在對(duì)電路板的設(shè)計(jì)時(shí)，要合理的布線和接地；軟硬件都要進(jìn)行濾波；系統(tǒng)要有自己診斷功能等。性價(jià)比高的產(chǎn)品更容易被消費(fèi)者接收，但是設(shè)計(jì)過(guò)程中不能盲目地追求性價(jià)比，它應(yīng)該建立在對(duì)產(chǎn)品性能要求的基礎(chǔ)上，首先要滿足性能要求，然后再設(shè)法降低產(chǎn)品成本 。 使用 PLC 的最大優(yōu)點(diǎn)在于 PLC 使用梯形圖進(jìn)行編程，編程語(yǔ)言形象直觀，難度較低，因此開(kāi)發(fā)周期短，便于擴(kuò)展。 圖 用 PLC 作為主控制器的控制系統(tǒng) 方案二 使用單片機(jī)進(jìn)行控制。溫濕度傳感器SHT10 通過(guò) I2C 總線與單片機(jī)連接。 PLC 在工業(yè)控制領(lǐng)域用得比較多，編程簡(jiǎn)單，而且抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)用 C 語(yǔ)言編程，相對(duì) PLC 的梯形圖要復(fù)雜得多，但是編程更為靈活，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。一個(gè)單片機(jī)只要幾塊錢，而一個(gè)很一般的 PLC 一般也要幾百上千元。 方案選擇 PLC 和單片機(jī)都能作為主控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是在價(jià)格方面單片機(jī)具有巨大優(yōu)勢(shì)。 溫濕度傳感器 單片機(jī) 加熱器 制冷器 加濕器 除濕器 鍵盤輸入 蜂鳴器報(bào)警 繼電器 液晶顯示 溫 室 大 棚 第 6 頁(yè) 3 單元模塊設(shè)計(jì) 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 單片機(jī)最小系 統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。單片機(jī)有兩種時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。 第 7 頁(yè) 電源電路后面的模塊中會(huì)單獨(dú)提到，用 5V 的直流電源。 圖 上電 +手動(dòng)復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位主要有上電復(fù)位和手動(dòng)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(dòng)復(fù)位電路，復(fù)位時(shí)要讓 STC89C52RC 的 RST引腳得到 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。剛上電時(shí)，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(shí)的電勢(shì)為 5V。過(guò)了一定時(shí)間， RST 引腳兩端的電壓下降到不再是高電平，只要這個(gè)充電的時(shí)間大于單片機(jī)兩個(gè)機(jī)器周期，就能使單片機(jī)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位就是在上電復(fù)位電路的電容兩邊并聯(lián)一個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，需要 第 8 頁(yè) 手動(dòng)復(fù)位時(shí)將其 按下，使之接通， RST 獲得高電平，而且人按動(dòng)按鈕的時(shí)間肯定是超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期的，于是單片機(jī)復(fù)位。LCD1602 共有三個(gè)存儲(chǔ)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(chǔ)器地址時(shí)，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(gè)型號(hào)：SHT SHT1 SHT15，他們 都是 SMD 貼片封裝的，他們依次性能越來(lái)越好，其中SHT10 屬于經(jīng)濟(jì)型的溫濕度傳感器。 第 9 頁(yè) 圖 SHT1X 系列各型號(hào)傳感器的濕度、溫度最大誤差 從曲線中可以看出，無(wú)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(jià)格也相差很大， SHT10 多為二三十元一個(gè)，而 SHT15 價(jià)格上百。 SHT10 與單片機(jī)的接口電路如下所示： 圖 SHT10 與單片機(jī)的接口電路 SHT10 采 用類似于 I2C 的兩線制串行總線，一根是時(shí)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(guò)上下限時(shí)，除了需要啟動(dòng)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。 第 10 頁(yè) 蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無(wú) 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 型三極管的基極，當(dāng) 為低電平時(shí)，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(shí)，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。弱電控制強(qiáng)電，首先要用到繼電器來(lái)控制這些大功率的設(shè)備，而且為了進(jìn)一步加強(qiáng)弱電和強(qiáng)電的電氣隔離，減少?gòu)?qiáng)電設(shè)備對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾，需要在前一級(jí)加光耦進(jìn)行隔離。 原理如圖 所示： 第 11 頁(yè) 圖 控制電路 輸出電路有四組，每一組由一個(gè)光耦、一個(gè)三極管、一個(gè)繼電器組成。 光耦選用 TLP5214，它是 Toshiba 公司生產(chǎn)的四路光耦，由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。輸出系統(tǒng)中的繼電器最多同時(shí)有兩個(gè)工作，控制溫度的一個(gè)，控制濕度的一個(gè)。所以把 P0 口的引腳接到光耦 TLP5214 輸入測(cè)的發(fā)光二極管陰極。三極管選用直流放大系數(shù)為 100 的 9013，根據(jù) Ic=β Ib，可計(jì)算得三極管基極電流 Ib=1mA，而 Vbe=，又由于光耦中的光電三極管的集電極、發(fā)射極飽和壓降 Vces= ，所以基極的限流電阻上的壓降為（ 5VcesVbe)=4V， 4V/=4KΩ，由于沒(méi)有標(biāo)稱值為 4KΩ 的電阻，所以選擇 的。如 果輸入端的電流為 20mA，電流傳輸比為 50%的話，那么輸入端電流 Io 最大只能為 10mA。于是，光耦輸入端陽(yáng)極上的限流電阻為 R=()/=430Ω，這里選擇標(biāo)稱值為470Ω 的電阻。通過(guò)對(duì)電磁繼電器和固態(tài)繼電器進(jìn)行比較，雖然固態(tài)繼電器具有無(wú)觸電、動(dòng)作速度快、使用壽 命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但是本設(shè)計(jì)中的繼電器只在溫濕度超過(guò)限定值時(shí)才動(dòng)作，動(dòng)作頻率低，而且固態(tài)繼電器的價(jià)格比電磁繼電器高得多，所以綜合考慮選擇電磁繼電器 SRD 一 05VDC 一 SLC。 要得到 5V 的直流電源，要經(jīng)過(guò)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)。 然后用橋式整流電路把交流電整流為直流電，此時(shí)的直流電只是方向不變，但仍按正弦方式變化，是脈動(dòng)的直流電。 C8 和 C2 都用來(lái)濾波，但是作用是不一樣的。而 C2 是小電容，所以對(duì)于高頻信號(hào)容抗很小，相當(dāng)于短路，從而濾掉高頻信號(hào)。在頻率較低時(shí)，電感 L=jwl 較小，可以忽略不計(jì)，但是當(dāng)頻率很高時(shí)，感抗就很大，相當(dāng)于斷路，所以此時(shí)這個(gè) 470uF 的大電容不能濾掉高頻信號(hào)，必須單獨(dú)加一個(gè)小電容。 濾波完以后，電壓的脈動(dòng)成分已經(jīng)下降了很多，但是仍有起伏，所以最后還需加上一