【正文】 ............................................................................................................................. 17 附錄 A：總體電路圖 .................................................... 17 附錄 B：源程序 ....................................................... 18 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1. 緒論 1 1. 緒論 論文選題的背景及意義 一切生物進(jìn)行正常的生命活動都需要一定的環(huán)境條件，包括物理、化學(xué)和生物環(huán)境條件 。 建造溫室進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的： 1)解決靠天吃飯的問題，防止惡劣天氣，排除季節(jié)因素； 2)給作物生長創(chuàng)造出一個(gè)適宜的生長環(huán)境，消除對作物生長不利的環(huán)境因素來促進(jìn)作物生長，使其部分或全部克服外界氣候的制約，從而縮短農(nóng)作物的生長周期，提高作物的產(chǎn)量，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 [1] 溫室溫濕度控制系統(tǒng)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 近代溫室 的發(fā)展經(jīng)歷了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現(xiàn)代化溫室三個(gè)階段，且至今各階段類型的溫室依然并存。 世界各國的現(xiàn)代溫室于 20 世紀(jì) 60 年代逐步完善并快速發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)迅速恢復(fù)和快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量大幅度提高，對農(nóng)產(chǎn)品提出了更高的要求及更多的需求，因而對生產(chǎn)溫室的需求逐年上升。社會的需求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的支持，使現(xiàn)代溫室快速發(fā)展。在今后一個(gè)時(shí)期，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、全球經(jīng)濟(jì)的一體化和社會的進(jìn)步，現(xiàn)代溫室和現(xiàn)代設(shè)施園藝業(yè)，將以節(jié)能、環(huán)保和改善工作條件為核心，深入廣泛采用高新技術(shù)，向?qū)嵸|(zhì)意義上的“工業(yè)化”方向穩(wěn)步持續(xù)快速地發(fā)展，前景十分廣闊。同時(shí)介紹了當(dāng)前國內(nèi)外 溫室 溫濕度控制設(shè)備的研究現(xiàn)狀 ,這對本系統(tǒng)的研究都有很好的借鑒和參考價(jià)值。多 用軟件可降低成本，但軟件人員的工作量增大。 [4][5] 在 軟件 方面的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 結(jié)構(gòu)合理 程序應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)。 （ 2） 操作性能好，使用方便 （ 3） 具有一定的保護(hù)措施 系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)一定的檢測程序，例如狀態(tài)檢測和診斷程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，便于查找故障部位。主要是圍繞如何更加節(jié)省成本，畫出各部分程序框圖，大致給出各框圖的實(shí)現(xiàn)方法，明確哪些部分由軟件完成。 [6] 經(jīng)過分析考慮，主要從以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)系統(tǒng)： （ 1） 可以實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫濕度的變化情況 ； （ 2） 對環(huán)境溫濕度的控制可滿足設(shè)計(jì)指標(biāo) ； （ 3） 具有多點(diǎn)定時(shí)設(shè)備控制電路 ,便于功能擴(kuò)展 ； （ 4） 配有通信接口 ,可方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信 ； （ 5） 電器驅(qū)動電路控制 的設(shè)備主要包括 排風(fēng)扇 、 加熱器 、 噴水器 等 。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2. 花卉溫濕度控制的方案選擇 3 本章小結(jié) 本章主要介紹了該系統(tǒng) 的主要設(shè)計(jì)思路 ，提出了控制目標(biāo)。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3. 軟件程序設(shè)計(jì) 4 3. 軟件程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)。在很多時(shí)候，軟件可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用 CPU 時(shí)間的代價(jià)。在編寫軟件時(shí)，可以按各個(gè)程序的功能將軟件細(xì)分為各個(gè)功能模塊，再通過主程序的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。 LED 顯示子程序，鍵盤掃描子程序利用中斷 來實(shí)現(xiàn)。 定時(shí)器中斷服務(wù)程序流程圖設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中使用了兩個(gè)中斷服務(wù)程序：定時(shí)器 T0 中斷和定時(shí)器 T1 中斷。 T1 中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)的功能是動態(tài)顯示時(shí)點(diǎn)亮 LED 數(shù)碼管。 鍵盤所用開關(guān)通常為機(jī)械性開關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的閉合和斷開來描述不同的工作狀態(tài)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作 用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時(shí)間一般為 10ms~20ms。 消除抖動的措施有硬件和軟件兩種方法。在第一次檢測到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段 10ms 左右的延時(shí)子程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。 圖 3－ 2 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化 調(diào)用看門狗子程序 讀實(shí)時(shí) 18B20 HIH361 調(diào)用實(shí)時(shí)溫濕度 ≥ 30℃； 30％rh 啟動繼電器控制排風(fēng)扇工作 結(jié)束 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用 A/D 處理程序 調(diào)用實(shí)時(shí)溫濕度≤ 15℃； 15％ rh 啟動繼電器控制加熱器、加濕器 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3. 軟件程序設(shè)計(jì) 6 T1 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用的是動態(tài)顯示，其原理為：首先以串行方式由 DATA 口向 LED 顯示器數(shù)碼端口發(fā)送第一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)，這時(shí)發(fā)送位碼數(shù)據(jù)到 P0 口，此時(shí)由于 P0 為低電平而其它口都為高電平，因此只有 8 個(gè)發(fā)光二極管工作。依次類推對 8個(gè)發(fā)光二極管和四位 LED 顯示器進(jìn)行掃描，顯示器分時(shí)輪流工作。它的優(yōu)點(diǎn)是：硬件電路簡單，占用較少的 I/O 口，但其傳送速度較慢。中斷程序框圖如下所示。復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500微秒，然后釋放， DS18B20收到信號后等待 16～ 60 微秒后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 DS18B20的讀程序流程圖如圖 36所示 。 溫度采集程序流程圖 如圖38 所示 。s延時(shí) 置 18B20 出錯(cuò) 拉高數(shù)據(jù)線 18b20 正常 ? 置 18B20 存在信號 初始化結(jié)束 Y N 圖 35 DS18B20 初始化流程 圖 開 始 延時(shí) 數(shù)據(jù)寫入寄存器 C 發(fā)出讀信號脈沖 延時(shí) 數(shù)據(jù)寫入寄存器 A 數(shù)據(jù)移完了嗎？ 數(shù)據(jù) 寫入存儲器 返 回 N Y 圖 36 DS18B20的讀程序流程圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3. 軟件程序設(shè)計(jì) 9 開始 拉低數(shù)據(jù)線 延時(shí) 數(shù)據(jù)移置為數(shù)據(jù)線上 返回 延時(shí) 八位移完了嗎？ N Y 圖 37 DS18B20的寫程序 其流程圖 開始 復(fù)位 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指 令 復(fù)位 DS18B20 發(fā)出讀溫度指令 DS18B20 出錯(cuò) DS18B20 正常？ 延時(shí) 結(jié)束 Y N 圖 38 溫度采集程序流程圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3. 軟件程序設(shè)計(jì) 10 看門狗程序流程圖的設(shè)計(jì) X5045芯片提供了 EEPROM存貯數(shù)據(jù)及看門狗功能。在前面已經(jīng)詳細(xì)介紹了 X5045與單片機(jī)的接口電路，其功能的實(shí)現(xiàn)還是要靠軟件來實(shí)現(xiàn)。具體置位“寫使能”鎖存器操作為 : (1)CS 先被拉到低電平 (2)由時(shí)鐘同步送入 WREN 指令 (3)將 CS 變?yōu)楦唠娖? 寫數(shù)據(jù)到 EEPROM 操作為： (l)拉低 CS 并保持在低電平 (2)發(fā)送寫指令 (WRITE) (3)寫數(shù)據(jù)，可以連續(xù)寫多達(dá) 4 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，但必須是這 4 個(gè)字節(jié)在同一頁上 。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3. 軟件程序設(shè)計(jì) 11 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 本設(shè)計(jì)采用的 TLC549 是以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器。 TLC549 的硬件電路圖在硬件設(shè)計(jì)部分 已經(jīng)給出， A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖 310 所示 [14][15] 將 CS 拉 低 允許寫 寫入地址 選擇所寫的位置 數(shù)據(jù)寫完了嗎？ 等待狀態(tài)寄存器 不忙 將 CS 拉低 將數(shù)據(jù)一位一位地讀出 開始 將數(shù)據(jù)的一位寫入 將 CS 拉高 選擇所讀數(shù)據(jù)的位置 寫入地址 N Y 圖 39 X5045 讀寫程序的流程圖 結(jié)束 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3. 軟件程序設(shè)計(jì) 12 電器驅(qū)動流程圖 當(dāng)環(huán)境溫濕度指數(shù)未達(dá)到需開啟 繼電器 的設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)對 電器 的控制方法 是根據(jù)與設(shè)定值比較，然后再做信號處理控制電器工作。 如圖 311。包括了部分程序框圖和源程序，基本上滿足了設(shè)計(jì)要求。 采集溫濕度信號 與設(shè)定值比較 超出范 圍 ？ 返回 電器驅(qū)動 Y N 按鍵閉合 溫濕度預(yù)設(shè)定 繼電 器工作 檢測電平端口 讀鍵值 恢復(fù)現(xiàn)場返回 東華理工大學(xué)長江 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4. 結(jié)論與展望 14 4. 結(jié)論與展望 經(jīng)過三個(gè)多月的設(shè)計(jì)時(shí)間，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)：基于單片機(jī) 花卉溫室 溫濕度控制 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成了。其次，要對整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)做深入的方案論證、計(jì)算并且結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際條件，確立自己的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而，就是對自己確立的方案進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，包括所用原器件選型，以及控制部分整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件選型與設(shè)計(jì)，并用 Protel 繪制出整個(gè)系統(tǒng)總體電路圖。到此為止，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)完成了，最后就是要經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，確定我們的設(shè)計(jì)是否符合實(shí)際要求，具有可利用價(jià)值。用單片機(jī)匯編語言編程，采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了可靠性和可擴(kuò)展性。 整個(gè)設(shè)計(jì)過程同時(shí)也是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)機(jī)會，例如以前自己沒有學(xué)習(xí)過運(yùn)用 Protel繪圖，經(jīng)過這次設(shè)計(jì)后自己在這方面有很大地進(jìn)步； 在查找資料方面，認(rèn)識 到：圖書資料、網(wǎng)絡(luò)資料和期刊等都很有價(jià)值，以后做設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意查找完整的資料，不要只偏重一個(gè)方面。但必須認(rèn)識到的是，在設(shè)計(jì)中也存在著不足之處，例如單片機(jī)控制系統(tǒng)在可靠性方面相對于可編程控制器（ PLC）控制系統(tǒng)略為欠缺，并且自己深入實(shí)踐不夠，所做的系統(tǒng)也不是很完善。 所設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅適用于 溫室 濕度環(huán)境的控制，對軟件進(jìn)行一定的擴(kuò)展后 也可用于實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)療室、儲藏保鮮、組織培養(yǎng)等生物環(huán)境和糧庫等環(huán)境的控制，具有較強(qiáng)的通用性和適應(yīng)性。在此，對于 她 的幫助和指導(dǎo)表示最衷心的感謝。整個(gè)設(shè)計(jì)過程也得到了機(jī)電系的大力幫助，提供了很好的設(shè)計(jì)環(huán)境，開放了系里的機(jī)房，使得自己在收集資料、整理資料、撰寫設(shè)計(jì)論文等方面都 很方便。 還有，同學(xué)們之間相互的指導(dǎo)對設(shè)計(jì)的幫助也是非常大的。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 16 參考文獻(xiàn) [1]彭桂蘭，張學(xué)軍，張新東 .溫室環(huán)境計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 [J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)， 2021， (5):9 一 10 [