【正文】 .................. 26 4 電路板的制作 ........................................................... 30 PROTEL 電路圖設(shè)計 .................................................... 30 PCB 布線 ............................................................. 30 電路板的制作與焊接 ................................................... 30 電路板硬件的測試 ..................................................... 30 5 整機(jī)系統(tǒng)測試和運行 ..................................................... 31 液晶測試與運行 ....................................................... 31 數(shù)據(jù)采集模塊的測試與運行 ............................................. 31 組態(tài)網(wǎng)的測試與運行 ................................................... 32 6 總結(jié) ................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................................ 34 致 謝 詞 ............................................................... 35 獨 撰 聲 明 .............................................................. 36 西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 1 引言 課題設(shè)計的背景 隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對溫度的要求越來越高，準(zhǔn)確測量溫度對農(nóng)作物 生產(chǎn) 至關(guān)重要。 溫室大棚技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛的應(yīng)用，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。當(dāng)今社會中，它作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個綜合性的結(jié)果，在 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有重要的意義 。但是目前不易現(xiàn)場去測試大范圍的并且環(huán)境惡劣的大棚環(huán)境溫度， 就需要一種技術(shù) 實現(xiàn) 對農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的 環(huán)境溫度進(jìn)行實時準(zhǔn)確的監(jiān)測并且控制大棚中的溫度 值 ?？梢?實現(xiàn)實時監(jiān)測大棚中的環(huán)境溫度值 ，并 在 LCD 上 顯示 出來 。 從而 實現(xiàn)雙工的目的?？蓱?yīng)用于各種大棚種植中，實用于各種種植環(huán)境，具有很廣泛的應(yīng)用和推廣前景 。 有效的避免了危險環(huán)境給人們帶來的傷害 ，并且能方便準(zhǔn)確地了解大棚溫度的變化 。 2 硬件設(shè)計 總體硬件設(shè)計 ?5? 該設(shè)計通過溫度傳感器 DS18B20 采集到大棚中的溫度，經(jīng)單片機(jī) 處理后 （內(nèi)部有個AD轉(zhuǎn)換） 在 LCD 上顯示出當(dāng)前環(huán)境溫度。當(dāng)溫度過高時， 超過預(yù)設(shè)的溫度值 40 度 時， 組態(tài)網(wǎng)會發(fā)出報警信 號 ，管理西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 員 在組態(tài)網(wǎng)上 發(fā)送打開降溫設(shè)備的按鈕，然后經(jīng)過串口傳輸?shù)浇邮瞻迳?，接收板子發(fā)送指令到發(fā)射 板上，發(fā)射板接收到指令后打開降溫設(shè)備開關(guān)，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè) 值時 ，從組態(tài)中發(fā)送關(guān)閉降溫設(shè)備的開關(guān) ,達(dá)到控制 大棚 環(huán)境溫度的目的。具體工作流程為： 通過傳感器（ DS18B20）采集實時環(huán)境溫度值，并送至 LCD12864 上顯示，完成對環(huán)境溫度的監(jiān)測；經(jīng)過無線傳輸模塊將溫度從發(fā)射板傳到接受板，后經(jīng)過串口通信，在組態(tài)網(wǎng)模式下，不僅可以實現(xiàn)環(huán)境溫度值的實時顯示，而且可以實現(xiàn)對環(huán)境溫度的控制 。 圖 1 總體設(shè)計框圖 STC89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) ?2? 控制芯片最小系統(tǒng)包括：控制芯片 STC89C51 單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造 ， 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU(K)系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 ，使得 STC89C51 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。 圖 2 STC89C51 引腳圖 ? 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V電源 GND(Pin20)：接地線 ? 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ? 控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ? 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。另外 STC89X52 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。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指 令集和輸出管腳相兼容。 西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 表 1 STC89C51 主要功能特性 STC89C51 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ， 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 ， 32 個可編程 I/O 口 ， 256x8bit（字節(jié)） 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 ， 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 ， 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 ， 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 ， 3 級加密 （位）程序存儲器 全雙工 UART 串行通道 電源控制模式 看門狗定時器。 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 低功耗空閑和掉電模式 ， 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 在 晶振電 路 也叫時鐘電路 ， 使用了兩個 30PF 的電容（ C1， C2）和一個 晶振 （ Y1），分別接的是單片機(jī)的 18， 19 引腳，晶振頻率選取的是 12MHZ，電路圖如圖 3所示。時鐘 由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生 ,如圖 4 所示 。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。 外部方式的時鐘電路， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1 和 P2，供單片機(jī)使用。單片機(jī)控制器在上電 啟動運行時，都需要先復(fù)位。但單片機(jī)本身是不能進(jìn)行自動復(fù)位的。 本系統(tǒng)采用按鍵電平復(fù)位電路， 其連接方 式如圖 5所示。 復(fù)位信號及其產(chǎn)生 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使 系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振蕩周期 (即二個機(jī)器周期 )以上。 圖 6 復(fù)位信號的電路邏輯圖 整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位 和 手動復(fù)位兩種方式 ，如圖 7 所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的 。 溫度采集模塊 ??? DS18B20 是由美國 DALLAS（達(dá)拉斯）半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的最新單線數(shù)字式溫度傳感器 。 ． DS18B20 的主要特征： 現(xiàn)場溫度測量值通過串行通信的方式傳輸，即“單線總線”的數(shù)字方式傳輸 （ 通信 ） 。 12 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒。 檢測溫度范圍為 – 55176。 C (– 67176。 F) ，精度可達(dá)土 攝氏度 內(nèi)置 EEPROM，限溫報警功能。 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 引腳功能及外形圖 ? DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； ? GND 為電源 接 地； ? VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 圖 8 DS18B20外形及引腳排列圖 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括寄生電源電路、 64 位只讀存儲器 (ROM)和單線接口、存儲器和控制邏輯、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存存儲器、溫度傳感器、報警上限寄存器TH、報警下限寄存器 TL、配置寄存器和 8 位 CRC)發(fā)生器。 西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 圖 9 DS18B20基本結(jié)構(gòu) ? 64 位光刻 ROM 光刻 ROM 中的 64 位序列號為 DS18B20 的地址序列碼。 ? 溫度傳感器主要實現(xiàn)對溫度的測量．溫度傳感器的分辨率根據(jù)系統(tǒng)的要求，可以在9～ 12 位之間單獨設(shè)置，當(dāng)設(shè)置分辨率越高轉(zhuǎn)換時間就越長，如果設(shè)置為 9 位，轉(zhuǎn)換時間最大為 ， 當(dāng)為 12 位時，達(dá)到 750ms，所以在軟件設(shè)計時必 須考慮 ．轉(zhuǎn)換的溫度一般存放在兩個 8 位的 RAM 中． DS18B20 的核心是其數(shù)字溫度傳感器，精度可以通過用戶編程配置為 l1 和 l2 位，其分別 對應(yīng)于 ℃ 、 ℃ 、℃和 ℃ ，可以 滿足各種不同的分辨率要求。轉(zhuǎn)換完成之后，該溫度數(shù)據(jù)存放在高速暫存存儲器的溫度寄存器中，占用 2 個字節(jié)，并且 DS18B20 返回到空閑狀態(tài)。若此時該DS18B20 已經(jīng)完成溫度 轉(zhuǎn)換，它將會返回“ 1”，否則返回“ 0”。 ? 非易失性溫度報警觸發(fā)器主要是在系統(tǒng)控制中用軟件輸入溫度的報警上下限。 西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 的工作時序 DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化 → ROM 操作指令 → 存儲器操作指令 → 數(shù)據(jù)傳輸。 圖 10 DS18B20 基本工作時序圖 溫度轉(zhuǎn)換計算方法舉例：例如當(dāng) DS18B20 采集到 +125℃ 的實際溫度后，輸出為07D0H，則：實際溫度 =07D0H╳ =2021╳ =125℃ 。 西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 圖 11 溫度傳感器與單片機(jī)的連接 溫度參數(shù)采集 采用溫度傳感器 DS18B20，測溫范圍 － 55℃～ +125℃，固有測溫分辨率 ℃，達(dá)到了系統(tǒng)精度要求，而且只需要一個單片機(jī)控制端口（ I/O） 口 節(jié)省了單片機(jī) 資源。 由于單總線為 開漏 ，所以需要外接一個 的上拉電阻 以便 來保證傳感器的正常工作，在實驗中我們發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)線很短的情況下，即使不使用上拉電阻也可正常的工作。為了穩(wěn)妥起見，我們使用了一個 的上拉電阻 。 圖 12 NRF905 電路管腳圖 西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 管腳說明 ? VCC 腳接電壓范圍為 3V~ 之間，不能在這個區(qū)間之外，超過 將會燒毀模塊。 ? 除電源 VCC 和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V 單片機(jī) IO口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。 ? 硬件上面沒有 SPI 的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī) IO 口模擬 SPI 不需要單片機(jī) SPI 模擬塊介入，只需要添加代碼模擬 SPI 時序即可。 ? 排針間距為 100mil，標(biāo)準(zhǔn) DIP 插針 。 接口的工作方式可 SIP通過 SPI 指令進(jìn)行設(shè)置。 液晶顯示模塊 本設(shè)計的顯示模塊的選擇的是帶字庫的 LCD12864 液晶屏幕。 接口電路圖如圖 13 所示。 12864 的基本特性 低電源電壓（ VDD:++） 顯示分辨率 :128 64 點 內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個 16 16 點陣漢字 (簡繁體可選 ) 內(nèi)置 128 個 16 8 點陣字符 2MHZ 時鐘頻率 顯示方式： STN、半透、正顯 背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5— 1/10 西昌學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 通訊方式：串行、并口可選 工作溫度 : 0℃ +55℃ ,存儲溫度 : 20℃ +60℃ 接口說明 12864 的數(shù)據(jù)傳輸方式可以采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式和并行數(shù)據(jù)傳輸方式兩種方式，本設(shè)計采用的是并行數(shù)據(jù)傳輸方式，并行接口如 下 表 2所示。 表 3 12864 的四種控制模式 RS R/W 功能說明 L L MPU 寫指令到指令暫存器（ IR） L H 讀出忙標(biāo)志（ BF）及地址記數(shù)器（ AC）的狀態(tài) H L MPU 寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（ DR） H H MPU從數(shù)據(jù)暫存器（ DR）中讀出數(shù)據(jù) E信號如表 4所示 。本系統(tǒng)采用的是 8 位并行數(shù)據(jù)線模式，下面給出 12864 在并行傳輸方式下的讀寫時序圖，如 圖 1 15所示。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級； ? 封裝性（易學(xué)易用） 。 ? 強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能。豐富的圖形控仵和工況圖庫，既提 供所需的組件，又是界面制