【正文】 較低的類型 ，但 由于薄膜老化等原因，薄膜質(zhì)保 3年，因此，存在薄膜定期更換的問題 。 適合種植對光照要求不高的植物品種 。另外，玻璃溫室的外型美觀，通透性強，因此，非常適合于建造花卉市場。它 一種新的溫室類型 ， 具有環(huán)保、造價低、可移動等特點，推廣價值大。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析 ,結(jié)合作物生長規(guī)律 ,控制環(huán)境條件 ,使作物在不適宜生長的反季節(jié)中 ,可獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件 ,從而使作物達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。 但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制 的 方向發(fā)展。 應用無線技術(shù)能夠 改善監(jiān)測大棚溫度的條件。 比較人工 2 的控制來說， 這種 智能自控溫室最大的好處就是能夠相對恒定的控制溫室內(nèi)部的環(huán)境，對于對 環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因人為因素而造成生產(chǎn)損失。它 是采用 PLC與各式的偵測器連線，管理人員需要 在 現(xiàn)場監(jiān)控，溫室 的 溫度、 濕 度及亮度偵測器與 PLC連結(jié)，MA86透過 RS232與 PLC連結(jié)，使用圖型化 界 面來設定與 PLC 之間的資料的交換格式，透過 GPRS 與 Inter 將相關(guān)數(shù)據(jù)資料傳送到中央控制中心。 圖 環(huán)測溫控系統(tǒng) （ 2） 結(jié)論 本 系統(tǒng) 設計 和國外的先進設備 相 比還是存在一定的差距 ，與上述的環(huán)測 溫控 系統(tǒng)相比，本設 計最大的特點 是采用無線傳輸技術(shù)， 管理人員不需要留在現(xiàn)場也能監(jiān)測到大棚的溫度情況。 課題研究內(nèi)容 本課題的任務是設計一個大棚溫度無線測控系統(tǒng)，對 溫室 大棚的溫度進行監(jiān)測和控制。 3 圖 大棚溫度 無線測控系統(tǒng)的信息流圖 2 系統(tǒng) 總體 設計 方案 本系統(tǒng) 主要針對溫室內(nèi)溫度， 設計 了以 PC機為上位 機 ,單片機為下位機的溫室大棚 的溫度 無線測控系統(tǒng)。 當單片機檢測到溫度超過設定值 時 ,則啟動 報警 措施。為了便于系統(tǒng)的調(diào)試、移植、修改 ,軟件設計以 C語言為基礎(chǔ) ,采用模塊化設計 ,主要包括 單片機的最小系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集模塊、液晶顯示模塊、 無線收發(fā)模塊以及 串行通訊模塊。 系統(tǒng)的總體設計分為硬件和軟件設計兩方面，首先確 定系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，然后對硬件、軟件分別進行規(guī)劃，完成這些準備工作之后，就可以開始制作硬件電路，編寫軟件程序，在模塊化調(diào)試結(jié)束后，進行軟硬件聯(lián)調(diào)，針對出現(xiàn)的問題對軟硬件進行 相應的 修改，直到調(diào)試成功為止。 圖 系統(tǒng) 總體設計 流程圖 系統(tǒng)工作原理 單片機首先通過溫度傳感器 DS18B20采集溫室大棚的溫度 ，再通過無線發(fā)射模塊 ，利用單片機的串口進行編程， 將測得大棚的溫度 一位一位地傳送到監(jiān)控室的接收模塊中； 接收模塊通過 RS232接口 與電腦相連，把數(shù)據(jù)傳給電腦。 系統(tǒng)組成 整個無線監(jiān)測系統(tǒng)主要分為三部分：即溫度檢測 、無線傳輸和 PC機 對溫度 的監(jiān)測環(huán)節(jié)。 圖 單片機溫度檢 測模塊 （ 2） 溫度無線傳輸模塊 的組成 無線傳輸系統(tǒng)主要有單片機 AT89S51組成的最小系統(tǒng)以及無線接收模塊，液晶 1602顯示和串口通訊模塊組成。液晶是一種極低功耗的顯示器件。 各模塊的連接框圖如圖 。還加以整個系統(tǒng)的介紹和圖片，方便使用者了解系統(tǒng)的原理和功能。具體性能指標 分述如下 。為硬件電路的標準化、模塊化打下良好基礎(chǔ)。 (2) 盡量朝單片方向設計硬件。 (3) 在速度允許的情況下，盡量使用串行為主的擴展方式。 (4) 留下一些指示燈或通信口以方便調(diào)試和判別系統(tǒng)問題。 AT89S51是一個低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元 。 AT89S51單片機的最小系統(tǒng)包含以下幾部分。 在該電路中采用了 12MHz的晶振作為 AT89S51的時鐘源； 這里采用的是內(nèi)部振蕩方式 ，在引腳 XTAL1和 XTAL2外接晶振，通過內(nèi) 部振蕩得到的時鐘信號比較穩(wěn)定，在電路中使用較多 。本設計中用的是 30pF的電容。復位操作一般有兩種基本形式：上電復位和開關(guān)復位。 復位電路應該保證單片機在上電的瞬間進行一次有效的復位，在單片機正常工作時將 RST引腳置低。 上電后，由于電容充電，是 RST持續(xù)一段高電平時間。通常我們選擇的復位電容為 10～ 50181。 在本設計中復位電容選的是 47181。 AT89S51的最小系統(tǒng)電路如圖 。 （ 1） 溫度傳感器的種類 4 溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段 ： ? 傳統(tǒng)的分立式溫 度傳感器； ? 模擬集成溫度傳感器； ? 智能溫度傳感器； 目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。 以下將對這些傳感器簡單介紹一下。模擬集成溫度傳感器的主要特點 是功能單一、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準 。但是，熱電偶的材料一般都比較貴重，成本較高，而且一般需要冷端補償。 它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字值 讀數(shù)方式。 ? 結(jié)論 由于 AT89S51單片機內(nèi)沒有 A/D轉(zhuǎn)換器，為了準確地采集 溫度，一種方法是在外圍電路中加 A/D轉(zhuǎn)換器，但是這樣就使軟硬件設計更加復雜化；還有一種更簡單的方法就是 使用數(shù)字溫度傳感器。 它 能夠滿足本設計要求， 而且它具有體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 并且成本低 等優(yōu)點，應用越來越廣泛。該技術(shù)采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其它設備使用總線。主機和從機之間的通信可通過 3個步驟完成，分別為初始化 1wire器件、識別 1wire器件和交換數(shù)據(jù)。 2） 單總線的特點 單總線技術(shù)以其線路簡單、硬件開銷少、成本低廉、節(jié)省 I/O口資源 、 便于總線擴展和維護 、 軟件設計簡單 的 優(yōu)勢而有著無可比擬的應用前景。 （ 3） DS18B20的 功能 介紹 DS18B20是 MaximDallas公司生產(chǎn)的一款高性能、寬測溫范圍的串行數(shù)字接口溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、 9 VCC1I/O2GND3wdDS18B20 R1GNDVCC易配處理器等優(yōu)點，特別適用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng) 。 它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼 , 每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同，這樣 就可以實現(xiàn) 1 根總 線上并接 多個DS18B20溫度傳感器而互不 影響。 以下將 簡要地 介紹 它的使用。 DS18B20的各引腳功能說明如下： ? DQ：數(shù)據(jù)端； ? VDD：供電電源； ? GND：電源供給地； DS18B20主要有 64位 ROM、溫度敏感元件、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL及配置寄存器四部分組成。 DS18B20在工作時按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應精度的數(shù)值。 DS18B20 通過其內(nèi)部的數(shù)字 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 ,通過顯示模塊直接以數(shù)字方式顯示溫度 。 DS18B20的電源供電方式有 2種：外部供電方式和寄生電源方式。但寄生電源方式需要強上拉電路 ,軟件控制變得復雜 (特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM時 ) ,同時芯片的性能也有所降低。 4） DS18B20 的單片機接口電路 當使用 AT89S51 控制 DS18B20 進行溫度測量時，只需要使用 AT89S51 的一個引腳和 DS18B20 的數(shù)據(jù)端口相連即可，其電路圖如圖 。 圖 DS18B20的引腳 圖 DS18B20的接口電路 10 無線收發(fā)模塊 無 線收發(fā) 模塊 的 一種重要的用途就是配合單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊 ，在本設計中就是利用它的這個功能。 當數(shù)據(jù)信號停止時發(fā)射電流降為零，功耗很低。模塊輸出功率由電壓決定，電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，發(fā)射電壓為 3V時，空曠地傳輸距離約 20 ～ 50m，發(fā)射功率較小，當電壓 5V時約 100～200m，當電壓 9V 時約 300～ 500m，當發(fā)射電壓為 12V 時，為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約 60mA，空曠地傳輸距離 700～ 800m，發(fā)射功率約 500mW。 ? 主要技術(shù)指標： 1） 通訊方式：調(diào)幅 AM 2） 工作頻率： 315MHz 3） 頻率穩(wěn)定度： 177。 （ 2） 無線接收模塊 無線接收模塊采用的是超外差接收模塊，它是 一款性能十分優(yōu)異 的 高頻接收模塊，采用最先進的 RF集成電路， 超外差工作方式，工作穩(wěn)定可靠，廣泛應用在各種干擾大、環(huán)境惡劣的場合。 ? 主要技術(shù)指標： 1） 通訊方式：調(diào)幅 AM 2） 工作頻率： 3） 頻率穩(wěn)定度： 177。 串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進行信息傳送，因此，特別適合于遠距離傳輸。所以串行接口是微機應用系統(tǒng)常用的接口。 在單片機系統(tǒng)中，串口是一 個非常重要的組成部分。 RS232串行接口總線具有成本低、簡單可靠、容易使用等特點，加上其歷史悠久，所以目前應用仍然非常廣泛；特別對于數(shù)據(jù)量不是很大的場合，串口通信仍然是很好的選擇，有著廣闊的使用前景。 單片機與 PC機的串口通信 （ 1） 通信接口的選擇 為了便于計算機和各種外圍設備的串行通信連接，更廣義地來講是 為了各種數(shù)據(jù)終端設備 (DTE)和數(shù)據(jù)通信設備 (DCE)之間的連接，制定了若干種串行通信接口標準。 串行通信接口按電氣標準及協(xié)議來分包括 RS23 RS42 RS48 USB等。 USB是近幾年發(fā)展起來的新型接口標準，主要應用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。 1） RS232串行接口 目前 RS232 是 PC 機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為 TTL 電平，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL電平?，F(xiàn)在經(jīng)常采用一種 9針的插座來互相連接， 因為 25條線中 最經(jīng)常使用的只有 9條線。在那些臨時、快速測量而測量的通道數(shù)又不多的場合下，利用 RS232 接口的測量模塊十分方便。 ? 基本的數(shù)據(jù)傳送引腳 TXD：數(shù)據(jù)發(fā)送引腳； RXD：數(shù)據(jù)接收引腳； GND：信號地線； 在單片機通信中最簡單的通信只需連這三根線。 單片機和 PC 機的連接如圖 。目前較廣泛使用的轉(zhuǎn)換芯片很多，但很多需要正負 12V 兩種電源，使用不方便。 （ 2） 通信協(xié)議的設計 在進行數(shù)據(jù)通信時，必須解決好兩個方面的問 題：一是可靠性，二是速度?？煽靠焖賯鬏?shù)膶崿F(xiàn)，需要上、下位機軟件以及通信協(xié)議等各個環(huán)節(jié)的可靠和相互配合。協(xié)議一方面要規(guī)定通信的基本參數(shù)，如通信波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)及奇偶校驗的方式等，更重要的一方面是要規(guī)定雙方傳輸數(shù)據(jù)的格式，以及傳輸數(shù)據(jù)時控制數(shù)據(jù)流的方式。 (2) 軟件結(jié)構(gòu)設計，合理的軟件結(jié)構(gòu)是設計出一個性能優(yōu)良的單片機應用系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)。將一個完整的程序分解成 若干個功能相對獨立的較小的程序模塊，對各個程序模塊分別進行設計、編制和調(diào)試，最后將各個調(diào)試好的程序模塊 進行聯(lián)調(diào) 。根據(jù)系統(tǒng)功能和 操作過程，列出程序的功能流程圖。 下位機軟件設計 下位機采用 C51在 keil uvision3的開發(fā)環(huán)境進行編程，在仿真軟件中調(diào)試成功后，再把生成的 HEX文件燒到單片機中，在真實的硬件環(huán)境下進行測試。 下面將對程序中的關(guān)鍵部分進行闡述。復位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 至少 480181。ｓ ， 然 后發(fā)出 60～ 240181。 流程圖如圖 。ｓ 的低電平信號），然后釋放總初始化 DS18B20 開始 應答脈沖？ 發(fā)跳過 ROM的 命令（ 0XCC） 延時 Y N 發(fā)轉(zhuǎn)換溫度 的指令（ 0X44） 跳過 ROM 讀取暫存器中的 數(shù)據(jù)（ 0XBE） 讀取第一、二字 節(jié) 即為溫度數(shù)據(jù) 14 線，進入接收狀態(tài)。探測到 I/O 引腳上的上升沿后 ， DS1820 等待 15～ 60181。ｓ 的低電平信號）。 Delay(90)。ｓ ，當總線停留在低電平超過 480181。 //產(chǎn)生復位脈沖后，微處理器釋放總線 ,讓總線處于空閑狀態(tài) Delay(4)。 33H： 讀 ROM，通過該命令主機可以讀出 ROM 中 8位系列產(chǎn)品代碼、 48 位產(chǎn)品序列號和8位 CRC碼； 55H： 匹配 ROM，多片 DS18B20在線時，主機發(fā)出該命令和一個 64位數(shù)列， DS18B20內(nèi)部 ROM與主機數(shù)列一致者，才響應主機發(fā)送的寄存器操作命令，其他