基于單片機的溫室自動控制系統(tǒng)設計

1、z 學院畢業(yè)設計（論文）學院畢業(yè)設計（論文） i 目錄目錄 摘 要 .i abstract .ii 第一章 前 言 .1 1.1 課題背景 .1 1.1.1 溫室控制技術發(fā)展的背景 .1 1.1.2 國內(nèi)外溫室控制技術發(fā)展概況 .1 1.1.3 溫室控制系統(tǒng)研制與開發(fā)的意義 .2 1.1.4 自動控制系統(tǒng)功能及操作說明 .3 1.2 小結(jié) .3 第二章 溫室自動控制系統(tǒng)介紹 .4 2.1 單片機應用系統(tǒng)的設計原則 .4 2.1.1 硬件設計的基本原則 .4 2.1.2 軟件設計的基本原則 .4 2.2 溫室自動控制系統(tǒng)控制原理 .5 2.2.1 溫室自動控制系統(tǒng)的控制量與控制措施 .5 2.2

2、.2 控制原理 .6 2.2.3 控制系統(tǒng)特點 .6 2.3 溫室自動控制系統(tǒng)的控制方案 .7 z 學院畢業(yè)設計（論文）學院畢業(yè)設計（論文） ii 2.3.1 總體結(jié)構(gòu)設計 .7 2.3.2 控制器功能設計 .9 2.4 小結(jié) .10 第三章 溫室自動控制系統(tǒng)硬件設計 .11 3.1 微處理器(mcu)控制單元 .11 3.1.1 p89c54 單片機芯片概述 .11 3.1.2 p89c54 單片機串行通信口 .12 3.1.3 p89c54 單片機的 i/o 口使用 .16 3.1.4 p89c54 單片機的外部擴展存儲電路 .17 3.2 rs232/485 接口單元設計 .18 3.2

3、.1 rs232 接口設計 .19 3.2.2 rs232485 接口設計 .19 3.3 測量模塊 .20 3.3.1 各種傳感器介紹 .21 3.3.2 a/d、d/a 轉(zhuǎn)換 .22 3.4 執(zhí)行機構(gòu).23 3.5 硬件抗干擾技術 .26 3.6 小結(jié) .27 第四章 溫室自動控制系統(tǒng)軟件設計 .28 4.1 上位機軟件設計 .28 z 學院畢業(yè)設計（論文）學院畢業(yè)設計（論文） iii 4.2 下位機軟件設計 .29 4.2.1 c 語言的特點 .29 4.2.2 p89c54 的存儲器空間分配 .30 4.2.3 主循環(huán)程序模塊 .31 4.2.4 串行通信程序模塊 .34 43 軟件抗

4、干擾技術 .35 4.3.1 指令冗余法 .35 4.3.2 軟件陷阱法 .35 4.4 小結(jié) .35 第五章 系統(tǒng)的運行和測試 .37 5.1 數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn).37 5.2 歷史數(shù)據(jù)輸出 .37 5.3 報警上下限值設置 .37 5.4 小結(jié) .38 第六章 結(jié)束語 .39 參考文獻 .40 致 謝 .41 z 學院畢業(yè)設計（論文）學院畢業(yè)設計（論文） i 基于單片機的溫室自動控制系統(tǒng)設計基于單片機的溫室自動控制系統(tǒng)設計 摘摘 要要 進入 21 世紀以來，我國園藝產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)展，以花卉為主的作為觀賞和禮品的 植物設施栽培在大江南北遍地開花，設施園藝被看作是 21 世紀最具活力的新產(chǎn)業(yè)

5、。溫室 是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設施之一，不同種類觀賞花卉對溫度的要求也不盡相 同。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控制溫室環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)由中央控制裝置、 終端控制設備、傳感器等組成。先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件的管理程序 表，存儲于電子計算機的記憶裝置中，電子計算機根據(jù)程序表確認、修正各棟溫室內(nèi)的參 數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設備向中央控制裝置輸送檢測信息，根據(jù)中央控制 裝置的指令輸出控制信號，使電器機械設備執(zhí)行動作，實現(xiàn)溫室環(huán)境調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可自動 控制加熱、降溫、加濕、灌溉、通風。根據(jù)需要，通過鍵盤將信息輸入中央管理室，根據(jù)情 況可隨時調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動化

6、控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設施栽培高 新技術的體現(xiàn)。 本文將使用 p89c54 型單片機對溫度控制的基本原理實例化，設計一個實時控制花 房內(nèi)的溫度的花房溫度控制系統(tǒng)。目的是利用畢業(yè)設計的這段時間學習一種利用 p89c54 型單片機對花房溫度進行控制的方法。 關關鍵鍵字字: 單片機、溫室、溫度、傳感器 z 學院畢業(yè)設計（論文）學院畢業(yè)設計（論文） ii intelligent greenhouse control system abstract along with get into over 21st century, the our country half-hardy indust

7、ry gets a fast fierce development, regard flower as principle of conduct and actions appreciate with the plant facilities of the gift educate in the big river south north to bloom all over the place, facilities horticulture is seen make is the new industry which has vitality most for 21 centuries. g

8、lasshouse is appreciating a plant cultivation to produce medium essential to have of one of the facilities, different categorys appreciating flowers request to temperature also doesnt exert a homology. computers have been used to control the environment of the glasshouse with the further de velopmen

9、t of computer. control system is made up of central control system, terminal control equipment and sensors. a management program that contains best conditions for each growing stage should be made first. then it should be stored in the computer memory. computer affirm s and mod the character for eac

10、h glasshouse according to the management program, and then se nd orders to the terminal control equipment. the terminal control equipment sends test informa tion to the central control system, and then sends control signals to make electronic mechanical equipment work by orders from central control

11、system. finally the control of environment is c ompleted. this system automatically can control heating, cooling, increasing humidity, irrigati ng, and ventilating. dependent on needs, information is sent to central control part by keyboard so that the environment can be regulated at any time.the us

12、e of glasshouse environment autom atic control system in the large modern glasshouse is reflection of high technology in growing. this article will use p89c54 monolithic integrated circuits for the temperature control basic principle example; will design in areal-time control greenhouse the temperat

13、ure greenhouse temperature control system. the goal is studies one kind using graduation project this period of time to use p89c54 monolithic integrated circuits to carry on the control to the greenhouse temperature the method. keyword: single-chip computer 、glasshouse、temperature 、 transducer 濰坊學院專

14、科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文） 1 第一章第一章 前前 言言 1.11.1 課題背景課題背景 1.1.11.1.1 溫室控制技術發(fā)展的背景溫室控制技術發(fā)展的背景 隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設施園藝工程因其涉及學科廣、科技含量高、與人民生活 關系密切，己越來越受到世界各國的重視。這也為我國大型現(xiàn)代化溫室的發(fā)展提供了極 好的機遇，并產(chǎn)生巨大的推動作用。我國的現(xiàn)代化溫室是在引進與自我開發(fā)并進的過程 中發(fā)展起來的。溫室大棚是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避 免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙睦硐雸鏊崿F(xiàn)溫室大棚環(huán)境智能控制的目的是 主動地調(diào)節(jié)溫度、濕度、光照和二氧化碳

15、氣體濃度等環(huán)境因素，以滿足作物最佳生長環(huán) 境的要求。其中，溫度是最重要的環(huán)境因數(shù)。目前，我國絕大多數(shù)溫室大棚設備都比較 簡陋，溫室大棚環(huán)境仍然靠人工根據(jù)經(jīng)驗來管理。環(huán)境因素的自動調(diào)節(jié)和控制的研究正 處于起步階段，已嚴重影響了設施農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展。特別是北方地區(qū)因其緯度高，寒冷 季節(jié)長，四季溫差和晝夜溫差較大，不利于作物生長，目前應用于溫室大棚的溫度檢測 系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的溫度檢測。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測溫電 纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時線路上 傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大，不利于控制者根據(jù)溫度變化 及時做出決定

16、。在這樣的形式下，開發(fā)一種實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度 信息的測控系統(tǒng)就很有必要。 1.1.21.1.2 國內(nèi)外溫室控制技術發(fā)展概況國內(nèi)外溫室控制技術發(fā)展概況 溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化 和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或 其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進生長發(fā)育， 防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設施的關鍵技術是環(huán)境控制，該技術的 最終目標是提高控制與作業(yè)精度。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設施園藝工程因其涉及學科 廣、科技含量高、與人民生活關系密切，己越來越

17、受到世界各國的重視。這也為我國大 型現(xiàn)代化溫室的發(fā)展提供了極好的機遇，并產(chǎn)生巨大的推動作用。我國的現(xiàn)代化溫室是 在引進與自我開發(fā)并進的過程中發(fā)展起來的。國外對溫室環(huán)境控制技術研究較早，始于 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文） 2 20 世紀 70 年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子 綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國的溫室控制技術發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎 上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。目前，一些經(jīng)濟發(fā)達的國家和地區(qū)已經(jīng)研制 并實現(xiàn)計算機自動控制的

18、現(xiàn)代化高科技溫室，并且形成了令人驚羨的植物土廠。而我國 的溫室系統(tǒng)屬于半開放系統(tǒng)，溫室內(nèi)環(huán)境控制水平比較低，仍靠人工根據(jù)經(jīng)驗來管理。 而且，國內(nèi)的控制系統(tǒng)主要用于單因子控制，因而設施現(xiàn)代化水平低，對溫室環(huán)境的調(diào) 控能力差，產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量難以得到保證。正是這些塑料大棚和日光溫室對于解決城 鄉(xiāng)人民的蔬菜供應發(fā)揮著主力軍的作用。 從國內(nèi)外溫室控制技術的發(fā)展狀況來看，溫室環(huán)境控制技術大致經(jīng)歷三個發(fā)展階段: （1） 手動控制 （2） 自動控制 （3） 智能化控制 1 11 13 3 溫室控制系統(tǒng)研制與開發(fā)的意義溫室控制系統(tǒng)研制與開發(fā)的意義 溫室是植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設施之一，溫度是影響植物生長發(fā)育

19、最重要的 因子之一。植物生長的溫度范圍以 1535 攝氏度最適。為它們提供一個更適宜其生長 的封閉的、良好的生存環(huán)境，以提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經(jīng)濟效益。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控制溫室環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)由中央控制裝置、終 端控制設備、傳感器等組成。先編制出溫室花卉各生育階段最適環(huán)境條件的管理程序表， 存儲于電子計算機的記憶裝置中，電子計算機根據(jù)程序表確認、修正各棟溫室內(nèi)的參數(shù)， 并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設備向中央控制裝置輸送檢測信息，根據(jù)中央控制裝 置的指令輸出控制信號，使電器機械設備執(zhí)行動作，實現(xiàn)溫室環(huán)境調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可自動 控制加熱、降溫、通風。；溫室環(huán)境自

20、動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設施 栽培高新技術的體現(xiàn)。改變傳統(tǒng)的控制方式,實施溫室環(huán)境的計算機監(jiān)控,開發(fā)符合中國 國情的溫室自動控制系統(tǒng),對加快中國溫室生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平和提高溫室的經(jīng)濟效益具 有重要意義。 1.1.41.1.4 自動控制系統(tǒng)功能及操作說明自動控制系統(tǒng)功能及操作說明 本文針對且前國內(nèi)對溫室自動控制水平的要求及自動控制系統(tǒng)的需求情況，采 用中央控制計算機與單片機智能控制器的主從式體系結(jié)構(gòu)，實時多任務操作系統(tǒng)， 濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 3 研制了這一套智能型溫室控制系統(tǒng)。利用 rs-485 總線在 windows2000 或 windows

21、xp 操 作系統(tǒng)下組建的分布式智能溫室控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了上位主控 pc 機與下位機的數(shù)據(jù)通信。 實現(xiàn)了計算機分布式集散智能控制。目前，這種基于 pc 的小型分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)， 對于規(guī)模不太大的項目非常適合，性能價格比高，有利于推進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。 1 12 2 小結(jié)小結(jié) 本章主要介紹了現(xiàn)代溫室自動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程，以及國內(nèi)外在這一方面發(fā)展的 現(xiàn)狀。強調(diào)了研發(fā)這一課題的重要意義，并且根據(jù)目前國內(nèi)的情況提出了相應的設計思 路。 第二章第二章 溫室自動控制系統(tǒng)介紹溫室自動控制系統(tǒng)介紹 2 21 1 單片機應用系統(tǒng)的設計原則單片機應用系統(tǒng)的設計原則 在應用系統(tǒng)設計中，軟件、硬件緊密相關。多用硬件

22、可減輕 cpu 負擔，提高工作速 度。多用軟件可降低成本，但軟件人員的工作量增大。對于一個應用系統(tǒng)，有些部分必 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 4 須由硬件完成，有些部分必須由軟件完成，對于軟、硬件都可完成的交叉部分，應根據(jù) 具體情況選擇最佳方案，以達到最佳性能價格比。 2 21 11 1 硬件設計的基本原則硬件設計的基本原則 1經(jīng)濟合理 系統(tǒng)硬件設計中，一定要注意在滿足性能指標的前提下，盡可能地降低價格，以便 得到高的性能價格比，這是硬件設計中優(yōu)先考慮的一個主要因素，也是一個產(chǎn)品爭取市 場的主要因素之一。 2安全可靠 選購設備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、振動、粉塵

23、等要求，以保證在規(guī)定的工 作環(huán)境下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。要有超量程和過載保護，保證輸入、輸出通道正 常工作。要注意對交流市電以及電火花等的隔離。要保證連接件的接觸可靠。 3有足夠的抗干擾能力 有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產(chǎn)生錯誤的必要條件。例如 強電與弱電之間的隔離措施，對電磁干擾的屏蔽，高輸入阻抗下的防止漏電等。 2 21 12 2 軟件設計的基本原則軟件設計的基本原則 1結(jié)構(gòu)合理 程序應該采用結(jié)構(gòu)模塊化設計。這不僅有利于程序的進一步擴充，而且也有利于程 序的修改和維護。 2操作性能好，使用方便 3具有一定的保護措施系統(tǒng)應設計一定的檢測程序，例如狀態(tài)檢測和診斷程序，

24、以便系統(tǒng)發(fā)生故障時，便于查找故障部位。對于重要的參數(shù)要定時存儲，以防止因掉電 而丟失數(shù)據(jù)。 4提高程序的執(zhí)行速度。 5給出必要的程序說明。 2 22 2 溫室自動控制系統(tǒng)控制原理溫室自動控制系統(tǒng)控制原理 溫室自動控制系統(tǒng)應是一種具有良好控制精度、較好的動態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系 統(tǒng)。按照系統(tǒng)的控制目的，溫室控制系統(tǒng)主要由氣候監(jiān)控系統(tǒng)和營養(yǎng)液控制系統(tǒng)構(gòu) 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 5 成氣候監(jiān)控系統(tǒng)對影響作物生長的外界環(huán)境因素進行實時、動態(tài)的測量與分析，包括 溫度、濕度、co2 含量、光照、風速的檢測等，通過控制天窗的開、關角度和遮陽簾開 合、通風、噴淋等措施達到最佳

25、控制狀態(tài)。營養(yǎng)液控制系統(tǒng)包括在控制室內(nèi)對無土栽培 營養(yǎng)液的各元素(成分)的配方輸入設定，主要控制參數(shù) ec 及 ph 值，來實現(xiàn)對作物各個 生長時期施肥的最佳配比。 2 22 21 1 溫室自動控制系統(tǒng)的控制量與控制措施溫室自動控制系統(tǒng)的控制量與控制措施 1 溫度控制 降溫 仲夏季節(jié)，室外氣溫達 36-37時。溫室內(nèi)溫度近 40，植物表面溫度更高。 在使用遮陽網(wǎng)后，太陽輻射降低，植物表面溫度降低，但氣溫降低較小還應打開天窗、 側(cè)窗、噴淋、風機，則可使氣溫和植物表面溫度降到 30左右能夠滿足植物生長需要。 加溫 冬季保溫可采用鍋爐熱水加熱系統(tǒng)。冬季晴天溫室內(nèi)溫度可達 20左右，但 夜間溫度較低，

26、用熱水加熱系統(tǒng)使夜間室溫增加，基本達到植物生長需求。在設計時， 以室溫保持 10以上為目標。 2 濕度控制 增濕 夏季，室內(nèi)平均濕度在 60左右，這對植物生長不利，而使用噴淋降溫系統(tǒng) 時濕度會增加，一般增加到 7585，這較適合作物生長，但又不會造成濕度過大。 降濕 降濕的主要方法是通風。在此靠開天窗和通風機強制通風。 3 光照強度控制 遮光 夏季，中午前后光照強度大，室內(nèi)可達 58 萬 lx，對植物生長很不利，開 啟遮陽網(wǎng)，可以使光照下降到 3 萬 lx 左右，這一光照強度對作物來說是較合適的。 補光 當室內(nèi)光照強度低于 3 萬 lx 時要關閉遮陽網(wǎng)。 4 二氧化碳控制 co2 濃度調(diào)節(jié)屬于

27、輔助調(diào)節(jié)，只在特殊情況下需要調(diào)節(jié)溫室內(nèi)夏季氣溫高、光照 強，植物生長旺盛，co2 消耗量大，常需要通過 co2 發(fā)生器沖入 co2 進行調(diào)節(jié)，使植物 充分地進行光合作用。 增施 co2 的方法一般采用兩種： 短時間通風。一般情況下由于溫室作物不斷吸收 co2 進行光合作用，室內(nèi)的 c02 濃度低于自然界的 co2 濃度，適當?shù)赝L換氣可以增加室內(nèi) co2 濃度。 濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 6 利用 co2 發(fā)生器人工增施 co2，保持室內(nèi)的吸濃度達到 1000pm。 5 營養(yǎng)液控制 主要通過滴灌系統(tǒng)控制參數(shù) ec 及 ph 值，來實現(xiàn)對作物各個生長時期施肥的最佳

28、配 比。 2 22 22 2 控制原理控制原理 控制系統(tǒng)由中心計算機和單片機智能控制儀組成，l 臺上位機與多臺下位機實現(xiàn)主 從式通信，對溫室進行監(jiān)測、管理和控制單片機智能控制儀對溫度、濕度、光照和風 速、風向、雨量、照度等氣象環(huán)境因子進行監(jiān)測并對溫室設備進行控制，計算機和控制 儀之間采用 rs-485 總線連接，可隨時進行系統(tǒng)的調(diào)整和擴展。針對智能溫室的特點， 智能溫室控制系統(tǒng)應是一種具有良好控制精度、較好的動態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)。 因此，溫室控制系統(tǒng)是由 3 個部分組成： 1 信號采集輸入部分：包括溫度、濕度、光照、風速、風向、雨量等環(huán)境要素的 檢測。 2 信號轉(zhuǎn)換與顯示處理部分：將采集

29、的信號轉(zhuǎn)換為計算機和操作人員可識別的量， 并由計算機進行處理后在 lcd 顯示器上顯示。 3 輸出及控制部分：控制風機、濕簾、遮陽網(wǎng)、天窗的開關等系統(tǒng)。 2 22 23 3 控制系統(tǒng)特點控制系統(tǒng)特點 這種分布式測控系統(tǒng)有以下的特點： 1 采用先進的集散控制方式 溫室的計算機自動控制系統(tǒng)采用了比較先進可靠的集散控制方式。在控制室中的上 位計算機可集中統(tǒng)一顯示和控制各個溫室，用戶在控制室中就可了解到全部自控溫室的 運行情況；上位計算機把用戶設定的各個溫室的控制參數(shù)下傳到現(xiàn)場控制器中后，即使 在上位計算機關機或出現(xiàn)故障，各個溫室中的現(xiàn)場控制器還可以繼續(xù)對溫室進行自動控 制，而且各個溫室中的現(xiàn)場控制器

30、都可獨立工作互不影響，達到分散控制的目的，提高 了整個控制系統(tǒng)的安全可靠性。 2 智能化的控制方式 在控制軟件中加入了智能化處理能力，可根據(jù)用戶的參數(shù)設定值選取最優(yōu)化的控制 方式，有效避免執(zhí)行機構(gòu)的頻繁啟動，延長設備的使用壽命。 濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 7 3 具有良好的可擴展性 上位機與各個溫室中的現(xiàn)場控制器采用計算機網(wǎng)絡通信方式，用戶可在此范圍內(nèi)增 加現(xiàn)場控制器來擴展自動控制器的數(shù)量，而不用在控制室中增加任何設備。 4 友好的人機界面 總的控制軟件采用圖形化界面，采集到的各種數(shù)據(jù)都可用曲線圈、柱狀圖等方式顯 示出來，各種控制參數(shù)的設置都直觀明了，并且都有明

31、確的提示。入機界面美觀友好， 容易操作使用。 5 強大的數(shù)據(jù)處理功能 上位計算機可對溫室中的溫度、濕度、光照度、土壤濕度、二氧化碳、ph值、ec值 等數(shù)據(jù)保存3年以上的時間。對于己保存的數(shù)據(jù)，用戶可方便地隨時按時問進行查詢和 分析比較，從中尋找出最有利于作物生長的環(huán)境參數(shù)。 2 23 3 溫室自動控制系統(tǒng)的控制方案溫室自動控制系統(tǒng)的控制方案 2 23 31 1 總體結(jié)構(gòu)設計總體結(jié)構(gòu)設計 本課題中，整個農(nóng)業(yè)溫室分布式測控系統(tǒng)分成兩級控制：上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)。 1 上位機系統(tǒng) 上位機系統(tǒng)選用個人計算機，主要完成如下功能： 1)對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控。實現(xiàn)時間(日期)顯示、測量值顯示、實時曲線顯

32、示、 報警顯示、設定值顯示以及各執(zhí)行機構(gòu)的開閉狀態(tài)顯示。 2)溫濕度值、光照數(shù)據(jù)以及通信故障和報警情況定時進行存儲。能以報表及曲線圖 形式隨時輸出歷史數(shù)據(jù)至顯示器或打印機。 3)控制參數(shù)的設置。接收操作員輸入的設定參數(shù)。 4)強制操作。當按下強制操作按鈕時。允許操作員在屏幕上分別對各執(zhí)行機構(gòu)的按 鈕進行操作，確定后傳給下位機。 2 下位機系統(tǒng) 下位機系統(tǒng)選用單片機智能控制儀(p89c54 單片機)，它主要用于現(xiàn)場實地檢測及控 制，完成數(shù)據(jù)處理每個下位機都有自己的顯示、鍵盤系統(tǒng)?？梢元毩⒂谏衔粰C來控制 和調(diào)整系統(tǒng)的運行狀態(tài)。顯示系統(tǒng)提供系統(tǒng)設備運行參數(shù)，系統(tǒng)設備狀態(tài)等菜單，可以 濰坊學院?？飘厴I(yè)

33、設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 8 通過操作鍵盤來調(diào)整參數(shù)。這樣使系統(tǒng)可以脫離 pc 機運行由溫室內(nèi)各傳感器采集到 的數(shù)據(jù)通過總線傳輸?shù)缴衔粰C，利用其豐富的指令進行數(shù)據(jù)處理，再通過 rs232/rs485 轉(zhuǎn)換器傳輸給下位機和執(zhí)行機構(gòu)動作，完成各項控制功能。 3 上位機與下位機的通信 在這種類型的應用系統(tǒng)中，穩(wěn)定可靠、方便快捷的數(shù)據(jù)通信是實現(xiàn)系統(tǒng)功能和控制 的基礎和保障，因此，根據(jù)系統(tǒng)的實際應用環(huán)境和特點，選擇合適的通信接口和通信協(xié) 議就顯得十分重要了。pc 機的串行通信接口為 rs232，但 rs232 采用非平衡方式傳輸數(shù) 據(jù)。傳輸距離短、速度慢、抗干擾能力差，不適合于溫室的單片

34、機與主機之間遠距離通 信而 rs485 是工業(yè)界使用最為廣泛的準雙向、平衡傳輸線標準串行接口，以半雙工方 式通信，采用差動傳輸方式，傳輸距離長、抗干擾能力強。因此本控制系統(tǒng)采用 rs485 接口。要實現(xiàn)單片機和 pc 機的通信，還必須進行 rs232/rs485 信號電平轉(zhuǎn)換。 4 傳感器信號檢測電路 通過各種高性能傳感器對外界氣候環(huán)境進行測量及數(shù)據(jù)采集，對溫室內(nèi)的溫度、濕 度、c02 含量及養(yǎng)分的 ph 值進行實時數(shù)據(jù)采集，并將測量結(jié)果通過接口送至上位機 中上位機根據(jù)控制要求對整個溫室進行綜合控制。為了增強下位機采集子系統(tǒng)的抗干 擾性、簡化信號接口，系統(tǒng)優(yōu)先選用數(shù)字輸出信號傳感器，c02 濃

35、度、ec 值、ph 值等模 擬信號傳感器均選用標準 420ma 輸出，模擬信號經(jīng)多路模擬開關選擇后送模數(shù)轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以并行方式送單片機處理。 5 執(zhí)行部分 執(zhí)行部分包括天窗開閉電機、遮陽簾開閉電機、通風電機、噴淋閥門、加熱閥門、 c02 施放閥門、營養(yǎng)液的施放等，通過單片機輸出的控制信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)以實現(xiàn)上述 功能。 控制系統(tǒng)是由一臺 ibm-pc 機為上位機，多臺 mcs51 系習p89c54 單片機為下位機 組成的溫室計算機控制系統(tǒng)。其硬件結(jié)構(gòu)如圖 2i 所示。下位機(1)完成整個溫室營養(yǎng) 液的配置和供給，下位機(2)實現(xiàn)對溫室 1 的環(huán)境參數(shù)的檢測和控制下位機把傳感器 采集

36、的有關參量如溫度、濕度、co2 濃度、ec 值、ph 值等模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并 把這些數(shù)據(jù)暫存起來，同給定值進行比較后，給出相應的控制信號進行調(diào)控，同時經(jīng)過 串行通信接口將數(shù)據(jù)送至上位機。 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文） 9 2 23 32 2 控制器功能設計控制器功能設計 根據(jù)溫室種植和溫室控制的要求，本控制器應具備以下幾大功能： 1 信號檢測功能 實時監(jiān)測空氣溫度、濕度、光照量、co2濃度、土壤濕度等室內(nèi)環(huán)境參數(shù)。 2 控制參數(shù)的設定與修改 為滿足不同溫室的控制要求，控制參數(shù)能夠自動或手動修改，手動優(yōu)先停機后可 以得以保存。 3 通信功能 能夠與上位機(pc

37、機)進行標準串行通信，時將當前溫室內(nèi)的各環(huán)境參數(shù)值送給上位 機，溫室控制系統(tǒng)。 4 工作狀態(tài)監(jiān)控 能夠?qū)崟r顯示溫室內(nèi)各參數(shù)的變化曲線，值及各執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)。實時接收上 位機的控制命令，在必要而且方便以后多臺控制器構(gòu)成分布式可數(shù)字式實時顯示溫室內(nèi) 各點的測量 5 鍵盤操作功能 應提供鍵盤操作，保證在脫離上位機獨立工作時仍能進行必要的基本操作。 6 軟件升級功能 應設置編程口，以便以后進行軟件升級 2 24 4 小結(jié)小結(jié) 影響溫室作物生長的環(huán)境因子很多，但影響最大的是溫度、濕度、光照量和co2濃 度，本章從整個系統(tǒng)出發(fā)。認真分析了這些因子的變化與作物生長之間的關系，從而確 定對溫室內(nèi)溫度、濕度

38、、土壤水分、光照量、co2濃度進行實時監(jiān)測和有效控制的途徑 和方法。在此基礎上，確定了本課題的總體方案及控制器的功能，這為后面要進行的硬 件及軟件設計做好了準備。 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文） 10 第三章第三章 溫室自動控制系統(tǒng)硬件設計溫室自動控制系統(tǒng)硬件設計 溫室控制系統(tǒng)硬件主要指的是下位機單片機部分的硬件電路設計，該部分硬件 主要包括以下幾個單元： 1)微處理器(mcu)控制單元； 2)rs232/485 通信接口單元; 3)測量單元； 4)執(zhí)行機構(gòu); 5)硬件抗干擾技術。 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文） 11 3 31 1 微處理器

39、微處理器(mcu)(mcu)控制單元控制單元 微處理器(mcu)控制單元是硬件電路的核心，控制整個硬件系統(tǒng)的工作并和上位機 進行串行通信，傳輸數(shù)據(jù)。 3 31 11 1 p89c54p89c54 單片機芯片概述單片機芯片概述 p89c54 單片機是 philips 公司基于 80c51 內(nèi)核采用 philips 高密度 cmos 技術設計制 造，包含中央處理單元、8k 字節(jié)非異失性 flash 只讀程序存儲器 eprom、256 字節(jié)內(nèi)部 數(shù)據(jù)存儲器 ram、32 個雙向輸入/輸出(i/o)口、3 個 16 位定時/計數(shù)器和 6 個中斷源， 4 層優(yōu)先級中斷嵌套結(jié)構(gòu)，可用于多機通信的串行 i/

40、o 口，i/o 擴展或全雙工 uart，片 內(nèi)時鐘振蕩電路。p89c54 采用低功耗靜態(tài)設計,寬工作頻率(dc-33mhz)，寬工作電壓范 圍(2.7-5.5v)，兩種軟件方式選擇電源空閑和掉電模式?？臻e模式下，凍結(jié) cpu 而 ram 定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。由于是靜態(tài)設計。所以掉電模式下，時鐘振蕩 停止，ram 數(shù)據(jù)會得以保存，停止芯片內(nèi)其它功能。cpu 喚醒后，從時鐘斷點處恢復執(zhí) 行程序。同時，p89c54 有 plcc44、dip40 和 lqfp44 等多種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品 的需求。 p89c54 單片機主要功能特性： 基于 mcs-51 內(nèi)核和指令系統(tǒng) 16kf

41、lash 只讀程序存儲器(rom) 32 個雙向 i/o 口 256x8bit 內(nèi)部 ram(可擴充 64kb 外部存儲器) 3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率 0-33mhz 6 個中斷源 雙 dptr 數(shù)據(jù)指針寄存器 電源空閑和掉電模式 布爾處理器 全靜態(tài)操作 4 層優(yōu)先級中斷嵌套 雙數(shù)據(jù)指示器 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文） 12 外中斷喚醒電源掉電模式 全雙工增強 uarl 通道 可編程時鐘輸出 3 31 12 2 p89c54p89c54 單片機串行通信口單片機串行通信口 p89c54單片機有一個可編程的全雙工串行通信接口，可作為通用異步接收發(fā)送器

42、 uart，也可作為同步移位寄存器。它的幀格式有8位、10位和1l位，可以設置為固定波 特率和可變波特率，給使用者帶來很大的靈活性。 1 串行接口控制 p89c54單片機串行接口內(nèi)部，有一個發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器和一個接收數(shù)據(jù)緩沖器，簡稱 串行數(shù)據(jù)緩沖器，共用一個地址99h；一個串行口控制寄存器scon，用來選擇串行d-v作 方式、控制數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，并標示串行口的工作狀態(tài)等。當串行口接收數(shù)據(jù)時外界 的串行信號通過單片機的引腳rxd(p3o串行數(shù)據(jù)接收端)，進入串行口的接收數(shù)據(jù)緩沖 器。當串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時，cpu將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器，由發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器將數(shù)據(jù) 通過引腳txd(p31串行數(shù)據(jù)發(fā)送端)，

43、發(fā)送至外部的通信設備。特殊功能寄存器pcon控 制串行口的波特率pcon中有一位是波特率倍增位 1)串行口控制寄存器scon 串行口控制寄存器scon決定串行口通信工作方式，控制數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并標示串行 口的工作狀態(tài)等。 sm2：多機通信控制位，主要用于工作方式2和工作方式3。若sm2=1，則允許多機通 信。 濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 13 sm1 串行口方式選擇 為 接收中斷標志 發(fā)送第 9 位數(shù)據(jù) 接受第 9 位數(shù)據(jù) 發(fā)送中斷標志 sm0sm2rentb8rb8tiri 接收 1：允許 控制 1：允許 圖31 串行口控制寄存器scon 多機通信規(guī)定：第9

44、位數(shù)據(jù)位為1，說明本幀數(shù)據(jù)為地址幀：第9位數(shù)據(jù)o(rptb8=o)， 則本幀數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)幀。當從機接收到第9位數(shù)據(jù)(在r聃中) 為l時，數(shù)據(jù)才裝入接收緩沖 sbuf，并置ri=1向cpu,請中斷；如果接收到的第9位數(shù)據(jù)(在rb8中)為0，則不置位中斷 標志ri信息丟失。當sm2=o時，則不管接收到第9位數(shù)據(jù)是否為1。都產(chǎn)生中斷標志 ri，并將接收到的數(shù)據(jù)裝入sbuf。應用這一特點可以實現(xiàn)多機通信。串行口工作在方式 0時，sm2必須設置為0；工作在方式1時，如sm2=1，則只有接收到有效的停止位時才會 激活ri。 ren：允許接收控制位。當ren=i時，允許接收：當ren=o時，禁止接收。此位由軟

45、 件置1或清零。 tb8：在方式2和方式3中，此位為發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位，在多機通信中作為發(fā)送地址幀 或數(shù)據(jù)幀的標志tb8=l，說明該發(fā)送幀為地址幀；tbs=o，說明該發(fā)送幀為數(shù)據(jù)幀。在 許多通信協(xié)議中，它可作為奇偶校驗位。此位由軟件置1或清零。在方式o和方式1中， 此位未使用。 rb8：接收數(shù)據(jù)的第9位。在方式2和方式3中，接收到的第9位數(shù)據(jù)放在rb8中。它或 是約定的奇偶校驗位，或是約定的地址數(shù)據(jù)標志位。在方式2和方式3多機通信中，若 濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 14 sm2=1且rb8=1，說明接收到的數(shù)據(jù)為地址幀。 ti：發(fā)送中斷標志位在一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完時置位。

46、ti=1申請中斷，說明發(fā)送緩沖 器sbuf己空，cpu可以發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。中斷被響應后，ti不能自動清零，必須由軟件 清零。 ri：接收中斷標志位。在接收到一幀有效數(shù)據(jù)后，由硬件置位ri=1，申請中斷， 表示一幀數(shù)據(jù)接收結(jié)束，并己裝入接收緩沖器sbuf中，cpu響應中斷，取走數(shù)據(jù)。ri不 能自動清零，必須由軟件清零。串行口發(fā)送中斷標志ti和接收中斷標志ri，共為一個中 斷源。因此，cpu接收到中斷請求后，不知道是發(fā)送中斷ti還是接收中斷ri，必須用軟 件來判別。單片機復位后，控制寄存器scon的各位均清零。 2)電源控制寄存器pcon 電源控制寄存器pcon只有一位smod與串行口工作有關。s

47、mod：波特率倍增位。串行 口工作在方式l、方式2、方式3時，若smod=-i，則波特率提高一倍：若smod=o，則波特 率不提高一倍。單片機復位時，smod=o。 2 串行通信模式 在串行口的4種工作方式中，串行通信只使用方式1、方式2和方式3，方式0主要用 于擴展并行輸入輸出口 1)串行口工作方式0 工作在方式0時，串行口為同步移位寄存器的輸入或輸出方式，主要用于擴展并行 輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由rxd(p30)端輸入或輸出，同步移位脈沖由t)rd(p31)端輸出， 發(fā)送和接收的是8位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。 2)串行口工作方式1 方式l真正用于串行發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，是10位異步通信接口txd

48、為發(fā)送端，rxd為 接收端。收發(fā)一幀數(shù)據(jù)的幀格式為：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位(低位在前)和1位停止位。 3)串行口工作方式2和工作方式3 串行口方式2和方式3均為11位異步通信接口，由txd和rxd發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。這兩種 工作方式除波特率不同外，其它操作完全相同收發(fā)一幀數(shù)據(jù)的幀格式為i l位起始位、 8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，l位可編程的第9數(shù)據(jù)位和1位停止位發(fā)送時，第9數(shù)據(jù)位(tb8) 可以設置為1或0，也可以將奇偶位裝atbs中，進行奇偶校驗；接收時，第9位數(shù)據(jù)進入 scon的rb8中。 3 串行通信波特率的計算 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 15 在串行通信中，收

49、發(fā)雙方對發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)的波特率要有一個約定。p89c54單片 機串行口有4種工作方式：方式0和方式2的波特率固定不變；方式1和方式3的波特率可 以變化，由定時器t1的溢出率決定。下面介紹串行口4種工作方式對應的波特率。 1)方式0的波特率 工作方式0時，波特率是固定的，為振蕩頻率的1/12，不受pcon寄存器中smod的影 響。用公式(3-1)表示為： 工作方式0的波特率=lose/12 (31) 2)方式2的波特率 工作方式2時，波特率取決于pcon中的smod位的值，當smod=o時，波特率為f的；64/1 somd=1時。波特率為f的32/1 工作方式2波特率= （3-2）fosc s

50、 *)64/2( mod 3)方式1和方式3的波特率 方式1和方式3的移位脈沖，由定時器t1的溢出速率決定。因此，方式1和方式3的波 特率由定時器t1的溢出率與s啪d值同時決定。 其中，t1的送出速率取決于t1的計數(shù)速率(在定時方式時，計數(shù)速率=)和t112/fosc 的預置初值。 4 主從式多機通信原理 p89c54單片機具有多機通信功能。串行口工作在方式2、方式3均可實現(xiàn)多機通信。 串行控制寄存器scon中的sm2和tb8、rb8相配合可以完成主從式多機通信。主從式多機 通信中，一臺是主機，其余為從機，從機要服從主機的調(diào)度和支配。 多機通信協(xié)議： 1)使所有從機的sm2=1，處于只接收地址

51、幀的狀態(tài)。 2)主機向從機發(fā)送一幀地址信息，其中包括8位地址，且第9位為l，表示發(fā)送的是 地址，中斷所有從機。 3)從機接收。 在多機通信時，一個為主機，其它為從機，所有從機的sm2都必須置1主機首先發(fā) 送一幀地址數(shù)據(jù)，中斷所有從機。從機接收到地址后，判斷主機發(fā)送地址是否為本機地 址，若是本機地址，則將sm2清零，進入正式通信狀態(tài)，把本機的地址發(fā)送回主機作為 應答信號，然后開始接收主機發(fā)來的數(shù)據(jù)或命令信息。其它從機由于地址不符，其 sm2=1保持不變，不與主機通信，從中斷返回。 濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 16 4)主機接收從機發(fā)回的應答地址信號后，與其發(fā)送的地址

52、信息進行比較，如果相符， 則使tb8=0，正式發(fā)送數(shù)據(jù)；如果不符，則發(fā)送錯誤信息。 5)通信的各機之間必須以相同的幀格式及波特率進行通信。 3 31 13 3 p89c54p89c54 單片機的單片機的 i io o 口使用口使用 p80c54單片機有4個8位并行i/o端口，稱為p0，pl，p2和p3口它可以位尋址，且 都是8位準雙向口，共占32只引腳。每一條i/0線都能獨立地用做輸入或輸出。每個端口 都包括一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。 po口(po.0po.7)：po口是一個漏極開路的8位準雙向i/0端口作為漏極開路的輸 出端口，每位能驅(qū)動8個ls型ttl負載。當po口作為輸入口

53、使用時，應先向口鎖存器(地 址80h)寫人全“1” ，此時po口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要 先寫入“1” ，這就是準雙向的含義。在cpu訪問片外存儲器時，po口是分時提供低8位地 址和8位數(shù)據(jù)的復用引腳。 pl口(p1.op1.7)；p1口是個帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向i/0端口。p1口的每一 位能驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個ls型ttl負載。 在p1口作為輸入口使用時，應先向pl口鎖存器(地址90h)寫入全“1” ，此時pl口引 腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 p2口(p2op27)：p2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向i/o端口。p21=l的 每一位能驅(qū)動(吸收或輸出

54、電流)4個ls型ttl負載。在訪問片外存儲器時，它輸出高8位 地址。 p3口(p3op3.7)：p3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向i/o端口。p3口的各 位能驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個ls型ttl負載。 p3口與其他i/o端口有很大的區(qū)別，除作為準雙向i/o口外，每個引腳還具有專門的 第二功能，如表31所示。 表3-1 p3口各位的第二功能 p3口的各位第二功能 p3.0 rxd (串行口輸入) 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 17 p3.1 txd (串行口輸出) p3.2 int0 (外部中斷0輸入) p3.3 int1 (外部中斷l(xiāng)輸入) p3.4 t0 (

55、定時器t0的外部輸入) p3.5 t1 (定時器t1的外部輸入) p3.6 wr片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通控制輸出) p3.7 rd片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通控制輸出) 3.1.43.1.4 p89c54p89c54 單片機的外部擴展存儲電路單片機的外部擴展存儲電路 單片機實時數(shù)據(jù)采集和處理應用系統(tǒng)中，僅片內(nèi)提供的數(shù)據(jù)存儲器往往不夠用常常 在片外適當擴展數(shù)據(jù)存儲器。如圖3-1所示。 p0 ale mcs-51 p2 wr rd d0-d7 地址 raw ce we de 鎖存器 圖3-1 外部擴展數(shù)據(jù)存儲器的原理圖 在圖3-3中，po口通過8位地址鎖存器與外部數(shù)據(jù)存儲器的低8位地址相連，還與外 部數(shù)據(jù)存儲

56、器的8位數(shù)據(jù)線直接相連。p2口與外部數(shù)據(jù)存儲器的高8位地址線相連。單片 機地址鎖存信號ale與8位地址鎖存器的輸入選通信號相連。單片機讀信號rd與數(shù)據(jù)存儲 器的of端相連，使數(shù)據(jù)從外部數(shù)據(jù)存儲器讀出，通過p0口送入單片機中。單片機寫信號 濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 18 wr與數(shù)據(jù)存儲器的we相連，將單片機輸出的數(shù)據(jù)通過p0口寫入外部數(shù)據(jù)存儲器中。單片 機從外部數(shù)據(jù)存儲器讀入數(shù)據(jù)所用的時向是一個外部數(shù)據(jù)存儲器讀周期。單片機將數(shù)據(jù) 寫入外部數(shù)據(jù)存儲器所用的時間是一個外部數(shù)據(jù)存儲器寫周期。 在一個數(shù)據(jù)存儲器讀周期內(nèi)，地址鎖存信號ale的下降沿將p0口輸出的低8位地址

57、鎖存入地址鎖存器中，高8位地址由p2口直接輸出。當數(shù)據(jù)存儲器的讀控制信號rd低有 效時，便將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲器中讀出，通過p0口將數(shù)據(jù)輸入到單片機中，完成一次對數(shù) 據(jù)存儲器的讀操作。當數(shù)據(jù)存儲器的寫控制信號瓣低有效時，數(shù)據(jù)通過p0口從單片機寫 入外部數(shù)據(jù)存儲器中，完成一次對數(shù)據(jù)存儲器的寫操作數(shù)據(jù)存儲器ram采用6264芯 片。 3.23.2 rs232rs232485485 接口單元設計接口單元設計 由于系統(tǒng)要求本控制器不僅能夠獨立工作，而且能夠與上位機進行必要的數(shù)據(jù)傳輸， 還要方便今后組成一個大的測控網(wǎng)絡，以便對溫室群進行控制，所以需要進行通信接口 電路設計。 rs-232是由美國電子工業(yè)協(xié)會

58、(eia)1969年公布的、在異步串行通信中應用最廣的 標準總線，其全稱是“使用二進制進行交換數(shù)據(jù)終端設備和數(shù)據(jù)通信設備(dce)之間的 接口” 它包括按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C械方面的規(guī)定，適合于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器 的通信場合。 rs-485標準是eia公布的“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”標準，這個標準是 為改善rs-232標準的電氣特性，又考慮與rs-232兼容而制定的主要優(yōu)點如下： 1)采用半雙工的數(shù)據(jù)傳送方式，可在多站互連時。節(jié)省信號線，便于高速遠距離傳 送。 2)支持多發(fā)送器，允許雙導線上一個發(fā)送器驅(qū)動32個負載設備。負載設備可以是被 動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器(發(fā)送器和接收器的組合

59、)。 3)rs485電路允許公用電話線通信。電路結(jié)構(gòu)是在平衡連接電纜兩端有終端電阻， 在平衡電纜上掛發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。 3.2.13.2.1 rs232rs232 接口設計接口設計 rs-232計算機與外部設備特種智能儀表之間異步通信應用最廣的標準總線。它最基 濰坊學院專科畢業(yè)設計（論文）濰坊學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 19 本的傳輸線有三根：發(fā)送、接受、地。它有兩種連接器db25和db9，(常見的是db9)，可 靠通信距離可達15m。 rs-232的邏輯電平為負邏輯：0(+3v15v)，1(-315v)。計算機常用電源為+5v， 兩者之間需轉(zhuǎn)換過去常用mcl488(發(fā)送)和mcl489(

60、接收)并外加+、-電源做接口芯片， 現(xiàn)常用一片max232芯片完成。 rax232芯片是raxiii公司生產(chǎn)的，包含兩路接收器和驅(qū)動器的ic芯片，適用于各種 rs-232的通信接口。1從x232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5v電源電 壓變換成為rs-232輸出電平所需的15v電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng) 只需要一個+5y電源就可以了。 3.2.23.2.2 rs232rs232485485 接口設計接口設計 當 pc 機與下位單片機距離介于 20m 到 2km 之間時，不能直接采用 rs-232，可采用 rs-485。在本控制系統(tǒng)中，采用 rs-485 總線來實現(xiàn)上