基于單片機(jī)的溫濕度及光照度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)論文 蔬菜大棚智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化張經(jīng)飛092039116學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 自動(dòng)化系 部： 郭晉秦專(zhuān) 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 二一三年六月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目： 蔬菜大棚智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系部： 自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué)號(hào)： 092039116 學(xué)生： 張經(jīng)飛 指導(dǎo)教師： 郭晉秦 副教授 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人： 郭晉秦 1設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo)隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代生活的快速發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研等部門(mén)及日常生活中，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫濕度與光照度進(jìn)行檢測(cè)及控制。準(zhǔn)確測(cè)量溫濕度以及光照度對(duì)于生物制藥、食品加工、等行業(yè)更是至關(guān)重要。在檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展

2、完善的今天，檢測(cè)裝置也正在朝著集成化、智能化的方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）傳感器正從分立元件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代溫濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，（2）在檢測(cè)系統(tǒng)中普遍采用線(xiàn)性化處理、自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自動(dòng)校準(zhǔn)濕度等幾項(xiàng)新技術(shù)。 本論文是以蔬菜大棚為研究對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的溫濕度、光照度檢測(cè)裝置。溫度、濕度、光照度是衡量蔬菜大棚的三項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接影響到栽培作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，蔬菜的生長(zhǎng)都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長(zhǎng)過(guò)程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對(duì)蔬菜生長(zhǎng)影響最大的是環(huán)境中的溫濕度及光照度。環(huán)境中晝夜的溫濕度、光照度變化大，其對(duì)蔬菜生長(zhǎng)極為不

3、利。因此必須對(duì)環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，使其適合蔬菜的生長(zhǎng)，來(lái)提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。但傳統(tǒng)的人工的測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的檢測(cè)裝置。該論文即是針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度自動(dòng)檢測(cè)，lcd數(shù)字實(shí)時(shí)顯示，按鍵調(diào)整上下限設(shè)置，超限報(bào)警等多功能的溫濕度和光照度檢測(cè)裝置。2主要參考文獻(xiàn)1 鄭爭(zhēng)兵，基于單片機(jī)與ad509的溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)j，國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2009，27(1)。2 汪英.基于微機(jī)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的溫濕度及報(bào)警d，長(zhǎng)沙，湖南大學(xué)，2007。3 mt. prospect，mcs 51 family of micro

4、controllers architectural overview，september 1993。4 g.edward suh， charles wodonnell，srinivas devadas，aegis：a single-chip secure processor，ieee design and test of computers2008，24（6）570580。5 趙建領(lǐng)，5l系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)寶典m，北京：電子工業(yè)出版社，2007。6 鄭步生，吳渭，multisim2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門(mén)應(yīng)用mi，北京：電子工業(yè)出版社，2002。7 文生平，趙國(guó)平，江劍強(qiáng)，基于matlab的熔體溫

5、度控制設(shè)計(jì)研究，2007(6)。8 王學(xué)武，王冬青，陳程，顧幸生，孫自強(qiáng)，基于混沌rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣化爐溫度軟測(cè)量系統(tǒng)2006(5)3.史軍勇.冀捐灶.楊寶強(qiáng)基于at89c2051的溫濕度控制儀，2004(1)。9 夏方林，一種基于單片機(jī)at89c51的溫濕度控制儀的設(shè)計(jì)，1999(1)。10 王寶庫(kù)，多功能檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，2006(4-1)。11 趙亮.趙國(guó)銳，單片機(jī)c語(yǔ)言編程與實(shí)例，2003。12 張志利.蔡偉，基于ad590的溫度測(cè)控裝置研制，2001(2)。13 王福瑞，單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全，1998。14 陳衛(wèi)東，陳亞霖，基于smith-fuzzy控制器的糧庫(kù)溫濕度測(cè)控算法，

6、2006(1)。15 朱芳，基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009。16 董巍巍，李釗，李建軍，李冰，彭黎明.基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2009 (12)3. 進(jìn)度安排 在本論文初期，我對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行了具體的按排，如下表所示： 表1 進(jìn)度安排表設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng)起 止 日 期1資料搜集、整理分析，提出研究技術(shù)路線(xiàn)（開(kāi)題報(bào)告）2013.22013.3.2方案的比較和論證2013.32013.43系統(tǒng)開(kāi)發(fā)2013.44系統(tǒng)調(diào)試、完善2013.55撰寫(xiě)開(kāi)發(fā)報(bào)告、答辯2013.52013.6 蔬菜大棚智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要 本文的蔬菜大棚智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

7、，通過(guò)對(duì)農(nóng)村蔬菜大棚的實(shí)地考察和綜合分析，結(jié)合農(nóng)村的生產(chǎn)力條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，本著務(wù)實(shí)、夠用、功能實(shí)現(xiàn)完全的原則，采用stc89c52單片機(jī)的串口擴(kuò)展功能，搭建了一個(gè)智能數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，用于檢測(cè)蔬菜大棚的溫濕度、光照度數(shù)據(jù)，同時(shí)在顯示屏上顯示數(shù)據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)報(bào)警和報(bào)警值設(shè)置的功能，既滿(mǎn)足了菜農(nóng)的需求，又節(jié)約了成本，力求本系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際中。關(guān)鍵詞：蔬菜大棚、數(shù)據(jù)采集、智能采集the intelligent data acquisition system design for vegetable greenhouses abstract this vegetable greenhouses intel

8、ligent data acquisition system, through fieldwork in rural greenhouses and comprehensive analysis, combined with the productivity of rural conditions and economic development, pragmatic, enough, to achieve complete functional principle, the use of single-chip serial port expansion stc89c52 functions

9、, to build an intelligent data acquisition platform for detecting greenhouses temperature, humidity, light intensity data, while the data on the display, and the value is set to achieve alarm and alarm functions, both to meet the needs of farmers, but also saves costs, and strive to apply this syste

10、m into practice.keywords: vegetable greenhouses、data acquisition、intelligent collection 目錄1 緒論11.1本課題研究背景11.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀11.2.1 國(guó)內(nèi)外總體發(fā)展?fàn)顩r11.2.2 國(guó)外現(xiàn)狀21.2.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀31.2.4 我國(guó)蔬菜大棚存在的問(wèn)題41.3 本課題任務(wù)52 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案62.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路62.2 系統(tǒng)性能分析72.2.1 番茄的生長(zhǎng)習(xí)性及特點(diǎn)72.2.2 本系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介82.3 溫濕度傳感器的選擇82.3.1溫濕度傳感器介紹82.3.1 溫濕度傳感器分類(lèi)92.2.4數(shù)字型溫濕度

11、傳感器dht11簡(jiǎn)介92.4 光照傳感器選擇102.4.1 光照傳感器介紹102.4.2 光照傳感器分類(lèi)112.4.3光照傳感器bh1750fvi簡(jiǎn)介112.5 單片機(jī)的選擇142.5.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介142.5.2 單片機(jī)的選擇162.6 顯示模塊的選擇172.7 總結(jié)183 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)193.1 總體設(shè)計(jì)方案193.2 溫濕度采集電路193.2.1 dht11串行通信說(shuō)明（單線(xiàn)雙向）193.2.2 dht11電路203.3 光照度電路213.3.1 bhl750的通訊協(xié)議及過(guò)程213.3.2 bh1750fvi電路213.4 復(fù)位電路223.4時(shí)鐘電路233.5 顯示電路233.6 報(bào)警

12、電路243.7 按鍵設(shè)置電路253.8 max232串口電路253.10 總結(jié)264 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)274.1開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹274.1.1 keil c51274.1.2 proteus274.2主程序設(shè)計(jì)274.2 溫濕度程序設(shè)計(jì)294.3光照程序設(shè)計(jì)304.4報(bào)警程序設(shè)計(jì)304.5 按鍵設(shè)置程序設(shè)計(jì)315 系統(tǒng)調(diào)試325.1系統(tǒng)實(shí)物325.2 系統(tǒng)功能測(cè)試325.2.1 采集及顯示功能測(cè)試335.2.2 報(bào)警功能測(cè)試335.2.3 按鍵設(shè)置功能測(cè)試34總結(jié)35致謝37附錄38 1 緒論1.1本課題研究背景 根據(jù)我國(guó)第二次農(nóng)業(yè)普查的數(shù)據(jù)顯示，截止到2008年，我國(guó)農(nóng)業(yè)所培養(yǎng)的蔬菜面積81千公頃在

13、這一個(gè)大基數(shù)的培養(yǎng)面積中，大棚的面積465千公頃，壽光、青州一帶大多數(shù)是這樣的大棚另外，中小棚建筑面積231千公頃在蔬菜供應(yīng)方面，大小棚和蔬菜所種植的蔬菜723千公頃，占全國(guó)全部蔬菜種植總面積的4.3%種植的水果和園藝苗木184公頃，占全國(guó)果園總面積的1.80/0農(nóng)業(yè)的生態(tài)建設(shè)和設(shè)施建設(shè)為主導(dǎo)的高科技農(nóng)業(yè)發(fā)展，大大的促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量的提高，也促進(jìn)了數(shù)量的快速增長(zhǎng)。對(duì)于蔬菜大棚來(lái)說(shuō)，溫度、濕度、光照度是衡量蔬菜大棚的三項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接影響到栽培作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，蔬菜的生長(zhǎng)都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長(zhǎng)過(guò)程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對(duì)蔬菜生長(zhǎng)影響最大的是環(huán)境中的溫濕度及光照度。環(huán)境中

14、晝夜的溫濕度、光照度變化大，其對(duì)蔬菜生長(zhǎng)極為不利。因此必須對(duì)環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，使其適合蔬菜的生長(zhǎng)，來(lái)提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。但傳統(tǒng)的人工的測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的誤差大，隨機(jī)性大。因此，研究一種低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的檢測(cè)裝置是非常有必要的，本課題就是以太原市為背景，以番茄為研究對(duì)象設(shè)計(jì)的一款智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)內(nèi)外總體發(fā)展?fàn)顩r 從國(guó)內(nèi)外蔬菜大棚控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段 ：手動(dòng)控制，自動(dòng)化控制，智能化控制。（1） 手動(dòng)控制 這是在溫室大棚技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒(méi)有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。種植者既

15、是溫室大棚環(huán)境的傳感器，北京利康搬家公司又是對(duì)作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是環(huán)境控制的核心。通過(guò)對(duì)溫室大棚內(nèi)外的氣候狀況和對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的觀測(cè)，憑借長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)推測(cè)及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動(dòng)控制方式，對(duì)于作物生長(zhǎng)狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對(duì)種植者的素質(zhì)要求較高。 （2）自動(dòng)控制 這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長(zhǎng)所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測(cè)量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室大棚環(huán)境因子的控制過(guò)程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等動(dòng)作。

16、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。通過(guò)改變溫室大棚環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以自動(dòng)地進(jìn)行環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的改變難以及時(shí)做出反應(yīng)利康搬家公司電話(huà)，難以介入作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律。目前我國(guó)絕大部分自主開(kāi)發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室大棚及引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備都屬于這種控制方式。 （3）智能化控制 這是在溫室大棚自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專(zhuān)家系統(tǒng)，以建立植物生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開(kāi)發(fā)出的一種適合不同作物生長(zhǎng)的專(zhuān)家控制系統(tǒng)技術(shù)。溫室大棚控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，網(wǎng)站優(yōu)化向著

17、越來(lái)越先進(jìn)、功能越來(lái)越完備的方向發(fā)展。由此可見(jiàn)，溫室大棚環(huán)境控制朝著基于作物生長(zhǎng)模型、溫室大棚綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的信息自動(dòng)采集及智能控制趨勢(shì)發(fā)展。 1.2.2 國(guó)外現(xiàn)狀 世界發(fā)達(dá)國(guó)家如荷蘭、美國(guó)、以色列等大力發(fā)展集約化的蔬菜大棚產(chǎn)業(yè)，蔬菜大棚內(nèi)溫度、光照、水、氣、肥實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)調(diào)控，從品種選擇、栽培管理到采收包裝形成了一整套完整的規(guī)范化技術(shù)體系。 美國(guó)是最早發(fā)明計(jì)算機(jī)的國(guó)家，也是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于蔬菜大棚控制和管理最早、最多的國(guó)家之一。美國(guó)有發(fā)達(dá)的設(shè)施栽培技術(shù)，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高。環(huán)境控制計(jì)算機(jī)主要用來(lái)對(duì)蔬菜大棚環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。以蔬菜大棚為例，蔬菜大棚內(nèi)監(jiān)控項(xiàng)目包括室內(nèi)

18、溫度、濕度、相對(duì)空氣濕度、通窗狀況、泵的工作狀況、co2濃度；大棚外監(jiān)控項(xiàng)目包括大氣溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、相對(duì)濕度等。蔬菜大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高了決策水平，減輕了技術(shù)管理工作量，同時(shí)也為種植帶來(lái)了很大方便。以園藝業(yè)著稱(chēng)的荷蘭從20世紀(jì)80年代以來(lái)就開(kāi)始全面開(kāi)發(fā)蔬菜大棚計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并不斷地開(kāi)發(fā)模擬控制軟件。目前，荷蘭自動(dòng)化智能玻璃蔬菜大棚制造水平處于世界先進(jìn)水平，荷蘭開(kāi)發(fā)的蔬菜大棚計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和必要的信息顯示，可繪制出設(shè)定參數(shù)曲線(xiàn)、修正值曲線(xiàn)以及測(cè)量的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，可以從數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)調(diào)出設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)參數(shù)以便于必要的數(shù)據(jù)查

19、詢(xún)，并能直接對(duì)計(jì)算機(jī)串行口進(jìn)行操作，完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信。上位機(jī)軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時(shí)還能夠很好地完成蔬菜灌溉和氣候的控制和管理。此外，國(guó)外蔬菜大棚業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展。遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于蔬菜大棚的管理與控制中?？刂埔竽茉谶h(yuǎn)離蔬菜大棚的計(jì)算機(jī)控制室就能完成，即遠(yuǎn)程控制。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個(gè)通訊平臺(tái)，用戶(hù)可以在遙遠(yuǎn)的地方通過(guò)形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對(duì)話(huà)，就像在現(xiàn)場(chǎng)操作一樣，給人以身臨其境之感。國(guó)外對(duì)蔬菜大棚環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。蔬菜大棚先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記

20、錄和控制。80年代末出現(xiàn)了遍布式控制系統(tǒng)。目前正開(kāi)發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的蔬菜控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在落實(shí)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。 1.2.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀我國(guó)農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，80年代開(kāi)始應(yīng)用于蔬菜控制與管理領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代初期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所和作物花卉研究所，研制開(kāi)發(fā)了蔬菜大棚控制與管理系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)了基于windows操作系統(tǒng)的控制軟件；90年代中后期，江蘇理工大學(xué)毛罕平等人研制開(kāi)發(fā)了蔬菜大棚軟硬件控制系統(tǒng)，能對(duì)溫度、光照、co2 、濕度等進(jìn)行綜合控制，是目前國(guó)產(chǎn)化蔬菜大棚計(jì)算機(jī)控

21、制系統(tǒng)較為典型的研究成果。在此期間，中國(guó)科學(xué)院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海蔬菜生理研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，研究蔬菜大棚設(shè)施的計(jì)算機(jī)控制與管理技術(shù)?！熬盼濉逼陂g，國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè)(設(shè)施農(nóng)業(yè))研究項(xiàng)目，并且在項(xiàng)目中加大了計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究的力度，其中“九五”國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”中，直接設(shè)置了“智能型連棟塑料蔬菜結(jié)構(gòu)及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)施”的專(zhuān)題。20世紀(jì)90年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的閆忠文研制了大棚溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。中科院合肥智能機(jī)械研究所研制了“農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

22、det系列軟件”和智能蔬菜自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠有效地提高作物產(chǎn)量、縮短生長(zhǎng)期、減小人工操作的盲目性。北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功“wjg-1”蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，采用了分布式控制系統(tǒng)。河南省農(nóng)科院自動(dòng)化控制中心研制了“gcsi型智能化蔬菜大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)”，采用上位機(jī)加plc的集散式控制方法，軟件采用智能化模糊算法。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研制的“山東省濟(jì)寧大型育苗蔬菜大棚計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)分布式控制。1.2.4 我國(guó)蔬菜大棚存在的問(wèn)題 (1)科技含量和總體發(fā)展水平較低。我國(guó)設(shè)施栽培起步晚、基礎(chǔ)差，沒(méi)有將其作為整體工程問(wèn)題研究。從設(shè)施裝備到栽培技術(shù)的生產(chǎn)管理不配套，生產(chǎn)不規(guī)范，難以

23、形成大規(guī)模商品生產(chǎn)。 (2)我國(guó)現(xiàn)有的蔬菜控制系統(tǒng)仍以控制一個(gè)蔬菜為主，沒(méi)有基于蔬菜群的控制系統(tǒng)。這樣降低了生產(chǎn)管理的效率。 (3)蔬菜測(cè)控系統(tǒng)的通信仍然采用有線(xiàn)方式。我國(guó)蔬菜測(cè)控系統(tǒng)的通信主要有485總線(xiàn)以及can總線(xiàn)等有線(xiàn)方式。這些有線(xiàn)通信方式不僅使得蔬菜內(nèi)的信號(hào)線(xiàn)和動(dòng)力線(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜，而且導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，安裝維護(hù)工作量變大，同時(shí)也不利于農(nóng)業(yè)機(jī)器人等移動(dòng)設(shè)備的作業(yè)，難以達(dá)到蔬菜生產(chǎn)的“工廠化農(nóng)業(yè)”水平。(4)缺少基于農(nóng)業(yè)專(zhuān)家知識(shí)的上位機(jī)管理系統(tǒng)。我國(guó)目前的蔬菜控制系統(tǒng)中，一些上位機(jī)只限于存儲(chǔ)采集的歷史數(shù)據(jù)，沒(méi)有根據(jù)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家知識(shí)的實(shí)時(shí)控制管理系統(tǒng)。(5) 設(shè)施水平低，抵御自然災(zāi)害的能力差。

24、我國(guó)目前部分蔬菜的建筑材料主要是鋼材和玻璃。但沒(méi)有形成國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和工廠系列的產(chǎn)品，且應(yīng)用率僅占設(shè)施栽培面積的10，而絕大部分由農(nóng)民自行建造的塑料日光蔬菜也只能起到一定的保溫作用，根本不能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、光照等環(huán)境因子的調(diào)控。(6)機(jī)械化水平低，調(diào)控能力差，作業(yè)主要依靠人力。生產(chǎn)管理主要靠經(jīng)驗(yàn)和單因子定性調(diào)控。1.3 本課題任務(wù)針對(duì)我國(guó)蔬菜大棚存在的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查分析，確定了設(shè)計(jì)任務(wù)。本系統(tǒng)要能對(duì)溫濕度、光照度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采集到的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)中，通過(guò)單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理過(guò)的數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)接口送達(dá)顯示模塊顯示，當(dāng)數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，要能通過(guò)按鍵調(diào)整報(bào)

25、警上限值。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路本課題研究的是蔬菜大棚智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以必須先對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)進(jìn)行了解，眾所周知，蔬菜的生長(zhǎng)三要素是溫度、濕度、光照度，在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)前必須對(duì)三要素進(jìn)行了解，因此我對(duì)三要素進(jìn)行了初步研究，了解了他們對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響。 （1）光照與溫度對(duì)蔬菜的影響光照和溫度對(duì)作物的的影響最大，在光照的條件下，蔬菜體才能把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機(jī)物和氧，同時(shí)將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能在大棚生產(chǎn)的過(guò)程中，光照和溫度缺一不可，溫度的控制至關(guān)重要，低溫和高溫都會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響持續(xù)的低溫很不利于蔬菜的生長(zhǎng)和發(fā)育，它會(huì)降低光合作用的速度，使礦物質(zhì)的吸收遲緩，使得蔬菜的器官代謝活動(dòng)收

26、到抑制，導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育緩慢，甚至在葉面上出現(xiàn)壞死現(xiàn)象，所以大多數(shù)蔬菜都有一個(gè)臨界溫度，如果低于這個(gè)溫度，蔬菜就會(huì)受到損壞同理，溫度過(guò)高同樣對(duì)溫度有著致命的影響，特別是在開(kāi)花的時(shí)候在高溫的驅(qū)使下，蔬菜的光合作用減弱，呼吸作用增強(qiáng)，過(guò)分的高溫使得蔬菜的兩個(gè)過(guò)程產(chǎn)生嚴(yán)重紊亂，使得蔬菜的生長(zhǎng)速度加快，增加了體內(nèi)蛋白質(zhì)的凝聚水平，長(zhǎng)時(shí)間的高溫亦可加速蔬菜的死亡。 （2）濕度影響 濕度對(duì)蔬菜的影響同樣不可忽視，及時(shí)的給蔬菜的體內(nèi)供應(yīng)更多的養(yǎng)分，加快蔬菜體內(nèi)水分和無(wú)機(jī)鹽的運(yùn)輸，保證根莖葉花等各個(gè)器官順利生長(zhǎng)，作用十分重要。蒸騰作用的目的就是通過(guò)把水分從蔬菜的葉子中蒸發(fā)出來(lái)，蒸騰在蒸騰的過(guò)程中，能增加空氣的濕度

27、，所以植被繁茂的地方一般來(lái)說(shuō)對(duì)氣候和空氣起著積極的調(diào)節(jié)作用，但是反過(guò)來(lái)，空氣的濕度同樣影響著蔬菜蒸騰作用是否能順利進(jìn)行，濕度過(guò)高，使得蒸騰作用減弱，蔬菜體內(nèi)養(yǎng)分供給不足，蔬菜體會(huì)變得發(fā)黃脆弱，缺乏營(yíng)養(yǎng)。同理，蒸騰作用越大，使得作物的水分和礦物質(zhì)蒸發(fā)過(guò)快，蔬菜易出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，不僅如此，光、溫度、風(fēng)、c02濃度同樣會(huì)對(duì)作物起著不同程度的影響。2.2 系統(tǒng)性能分析該系統(tǒng)是以太原為地理背景，以番茄的生長(zhǎng)環(huán)境為設(shè)計(jì)背景來(lái)設(shè)計(jì)的一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),所以系統(tǒng)的性能必須符合番茄的生長(zhǎng)習(xí)性。2.2.1 番茄的生長(zhǎng)習(xí)性及特點(diǎn) 番茄，別名西紅柿、洋柿子、柿子、番柿，起源于南美洲的安第斯山的秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞等地

28、。（1） 對(duì)溫度的要求 番茄是喜溫性蔬菜，在正常條件下，同化作用最適宜的溫度為2025，溫度低于15，不能開(kāi)花或授粉受精不良，導(dǎo)致落花等生殖生長(zhǎng)障礙。溫度降至10時(shí)，植株停止生長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間5以下的低溫能引起低溫危害。溫度上升到30時(shí)，同化作用顯著降低，升高至35以上時(shí)，生殖生長(zhǎng)受到干擾與破壞，即使是短時(shí)間的35的高溫，也會(huì)產(chǎn)生生理性干擾，導(dǎo)致落花落果或果實(shí)不發(fā)育。不同生育時(shí)期對(duì)溫度的要求及反應(yīng)是有差別的。種子發(fā)芽的適宜溫度為2530，最低12。幼苗期的適宜溫度為2025，開(kāi)花期對(duì)溫度比較敏感，白天適溫為2030，過(guò)低（15以下）或過(guò)高（35以上）都不利于花器官的正常發(fā)育。結(jié)果期適溫為2528，溫

29、度低，果實(shí)生長(zhǎng)速度慢，日溫增高到3035時(shí)，果實(shí)生長(zhǎng)速度較快，但著果少，夜溫過(guò)高不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，果實(shí)發(fā)育不良。2628以上的高溫能抑制番茄茄紅素及其它色素的形成，影響果實(shí)正常轉(zhuǎn)色。由此可得結(jié)論：番茄最是生長(zhǎng)溫度為2030。上下限分別為35和15。 （2）對(duì)光照的要求 番茄是喜光性作物，在一定范圍內(nèi)，光照越強(qiáng)，光合作用越旺盛。 番茄不同生育期對(duì)光照的要求不同。發(fā)芽期不需要光照，有光反而抑制種子發(fā)芽，降低種子的發(fā)芽率，延長(zhǎng)種子發(fā)芽時(shí)間。幼苗期既是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，又是花芽分化和發(fā)育期，光照應(yīng)保持在20000lx52000lx之間，光照不足，光合作用降低，植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)不良，將使花芽分化延遲，著花節(jié)位上

30、升，花數(shù)減少，花的素質(zhì)下降，子房變小，心室數(shù)減少，影響果實(shí)發(fā)育。開(kāi)花期光照不足，容易落花落果。結(jié)果期在強(qiáng)光下坐果多，單果大，產(chǎn)量高。反之在弱光下坐果率降低，單果重下降，產(chǎn)量低，還容易產(chǎn)生空洞果和筋腐果。所以可得結(jié)論番茄最適生長(zhǎng)光照度為20000lx52000lx。上、下限值分別為55000lx和2000lx。 （3）對(duì)濕度的要求 番茄地上部莖葉繁茂，蒸騰作用比較強(qiáng)烈，但番茄根系比較發(fā)達(dá)，吸水力較強(qiáng)，對(duì)水分的要求屬于半耐旱蔬菜。不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水分需求不同。番茄第一花序開(kāi)花結(jié)實(shí)期，為使開(kāi)花整齊，不落花，確保前期的產(chǎn)量，要控制植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)好秧與果之間的關(guān)系。一方面要降低棚溫，白天棚溫保持在2

31、025，夜間1315較為適宜。此時(shí)空氣相對(duì)濕度控制在4555，盛果期大棚內(nèi)空氣濕度保持在4555最適宜，棚內(nèi)濕度過(guò)大，易發(fā)生各種病害，尤其在每次澆水后或陰雨天，必須加大通風(fēng)量，以降低棚內(nèi)濕度。當(dāng)外界夜溫不低于15時(shí)，可晝夜通風(fēng)，棚溫過(guò)高還會(huì)使番茄紅素氧化分解，影響果實(shí)著色?？梢?jiàn)，對(duì)番茄而已，最適宜濕度為45%55%之間。上、下限值分別為%3265%。2.2.2 本系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以符合番茄的生長(zhǎng)習(xí)性為原則，針對(duì)小型蔬菜大棚而設(shè)計(jì)的，大棚規(guī)格為667，每個(gè)大棚內(nèi)放置5個(gè)本設(shè)計(jì)成品，根據(jù)番茄的生長(zhǎng)需要，每個(gè)成品都要能實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）能在番茄最適生長(zhǎng)環(huán)境范圍內(nèi)工作。（2）實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚內(nèi)

32、溫濕度、光照度的采集。（3）實(shí)現(xiàn)采集到的溫濕度、光照的進(jìn)行顯示。（4）實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。（4）實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警上下限值的設(shè)置功能。2.3 溫濕度傳感器的選擇2.3.1溫濕度傳感器介紹溫濕度傳感器就是能夠感知和測(cè)量環(huán)境中某點(diǎn)溫度和濕度的一種敏感元器件，它將環(huán)境中的溫度、濕度或者與其相關(guān)的參量的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱便可獲得被監(jiān)測(cè)點(diǎn)在環(huán)境中的溫度、濕度信息從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警系統(tǒng)。2.3.1 溫濕度傳感器分類(lèi)根據(jù)輸出信號(hào)的模式，溫濕度傳感器可以分為以下三類(lèi)：（1）模擬輸出型溫濕度傳感器 該類(lèi)型傳感器是輸出模擬信號(hào)的傳感器，他們的輸出

33、信號(hào)是微弱的電信號(hào)，在一些溫濕度范圍內(nèi)線(xiàn)性不好，需要進(jìn)行各種補(bǔ)償，還有熱慣性大，響應(yīng)時(shí)間慢。例如：模擬型溫濕度傳感器htg3515ch以及jwsl-3系列溫濕度傳感器。該類(lèi)傳感器適用于通訊機(jī)房、辦公室、倉(cāng)庫(kù)、醫(yī)院、檔案館良好環(huán)境的溫濕度測(cè)量。（2）邏輯輸出型溫濕度傳感器 邏輯輸出型溫濕度傳感器判斷溫度、濕度是否超出了一個(gè)設(shè)定范圍，一旦溫濕度超出所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。lm56、max6501-max6504、max6509/6510是其典型代表。該類(lèi)傳感器主要應(yīng)用在并不需要嚴(yán)格測(cè)量溫度值，只關(guān)心溫度是否超出了一個(gè)設(shè)定范圍，的測(cè)很難場(chǎng)合。（3）數(shù)字輸出型溫濕度傳感器數(shù)字輸出型溫濕度傳感器輸

34、出的信號(hào)直接就是數(shù)字信號(hào)，他的特點(diǎn)是：無(wú)需/轉(zhuǎn)換，坑干擾能力強(qiáng)，無(wú)需外部放大電路，外圍電路簡(jiǎn)單。例如：dht11、htg383x系列、shtii等，該類(lèi)溫濕度傳感器應(yīng)用范圍較廣，車(chē)行業(yè)、樓宇控制、暖通空調(diào)、電力機(jī)房、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合考慮，本課題采用數(shù)字輸出型溫濕度傳感器dht11采集溫濕度。 2.2.4數(shù)字型溫濕度傳感器dht11簡(jiǎn)介 (1）產(chǎn)品概述 dht11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)ntc 測(cè)溫元件并與

35、一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。 圖3.1 bhtii實(shí)物圖（2）產(chǎn)品亮點(diǎn)成本低、長(zhǎng)期穩(wěn)定、相對(duì)濕度和溫度測(cè)量、品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離、數(shù)字信號(hào)輸出、精確校準(zhǔn)。（3）外形尺寸（單位：mm） 圖3.2 bht11外形尺寸（4）產(chǎn)品特性：濕度測(cè)量范圍：20-90%rh濕度測(cè)量精度：5%rh溫度測(cè)量范圍：0-50溫度測(cè)量精度：2工作電壓：dc5v/3.3v數(shù)字信號(hào)輸出數(shù)據(jù)端口帶上拉電阻帶3mm固定螺絲孔，方便安裝2.4 光照傳感器選擇2.4.1 光照傳感器介紹光照傳感器就是能夠感知和測(cè)量環(huán)境中某點(diǎn)光照強(qiáng)度的一種敏感元器件，它將環(huán)境中的光照或者與其相關(guān)的參量的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

36、，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱便可獲得被監(jiān)測(cè)點(diǎn)在環(huán)境中的光照度信息從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警系統(tǒng)。2.4.2 光照傳感器分類(lèi)從硬件方面分類(lèi)光照傳感器分為光敏電阻和集成光照傳感器兩種。（1） 光敏電阻 光敏電阻就是在遇到光照時(shí)電阻變化，通常是遇光時(shí)電阻變小，當(dāng)有光照時(shí)，由于電阻的改變會(huì)使輸出端電壓/電流也發(fā)生改變，從而可以輸出信號(hào)去控制電路。例如：5mm光敏電阻cds光電開(kāi)關(guān)5516、5528、5537、5539、5549 等，該類(lèi)原件一般應(yīng)用在光控音樂(lè)、光控?zé)?、電子玩具、光控開(kāi)關(guān)。（2） 集成光照傳感器集成光照傳感器可以根據(jù)光線(xiàn)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整亮度，分辨

37、率較高，測(cè)量范圍大。該類(lèi)傳感器在使用中無(wú)需設(shè)計(jì)復(fù)雜的外部電路，使用方便。例如：bh1750fvi數(shù)字輸出型光照傳感器、(ajl4) po188 smd 可見(jiàn)光照度傳感器 。該類(lèi)傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、辦公等領(lǐng)域。2.4.3光照傳感器bh1750fvi簡(jiǎn)介（1）產(chǎn)品介紹 bh1750fvi是一種用于兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。利用它的高分辨率可以探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化。 圖3.4 bh1750fvi實(shí)物圖（2）產(chǎn)品特點(diǎn) 1.支持ic bus接口(f/s mode support)。 2. 接近視覺(jué)靈敏度的光譜靈敏度特性(峰值靈敏度波長(zhǎng)典型值:560nm)。 3.輸出對(duì)應(yīng)

38、亮度的數(shù)字值。 4.對(duì)應(yīng)廣泛的輸入光范圍(相當(dāng)于1-65535lx)。 5.通過(guò)降低功率功能，實(shí)現(xiàn)低電流化。 6.通過(guò)50hz/60hz除光噪音功能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)定 7.支持1.8v邏輯輸入接口。 8.無(wú)需其他外部件。 9.光源依賴(lài)性弱（白熾燈，熒光燈，鹵素?zé)簦坠鈒ed，日光燈）。 10.有兩種可選的iic slave地址。 11.可調(diào)的測(cè)量結(jié)果影響較大的因素為光入口大小。 12.使用這種功能能計(jì)算1.1 lx到100000 lx馬克斯/分鐘的范圍。 13.最小誤差變動(dòng)在20%。 14.受紅外線(xiàn)影響很小。 （3）最大額定參數(shù) 表二3.1 bh1750fvi額定參數(shù)參數(shù)符號(hào)額定值單位電源電壓vm

39、ax4.5v運(yùn)行溫度topr-405儲(chǔ)存溫度tstg40100反向電流imax7ma功率損耗pd260mw（4）bh1750fvi框圖 圖3.5 bh1750fvi框圖（5）框圖描述pd 接近人眼反應(yīng)的光敏二極管。（photo diode with approximately human eye response.） amp 集成運(yùn)算放大器：將pd電流轉(zhuǎn)換為pd電壓。 adc 模數(shù)轉(zhuǎn)換獲取16位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 osc 內(nèi)部振蕩器（時(shí)鐘頻率典型值：320khz）。該時(shí)鐘為內(nèi)部邏輯時(shí)鐘。 （6） 測(cè)量程序步驟 bh1750fvi的測(cè)量程序步驟如下圖所示：vcc和dvi供應(yīng)后初始狀態(tài)是電源斷電模式自動(dòng)變

40、為電源斷電模式狀態(tài) 提供電源斷電通電測(cè)量指令連續(xù)測(cè)量一次測(cè)量 通過(guò)iic寫(xiě)指令 自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換 圖3.6 bh1750fvi測(cè)量程序步驟2.5 單片機(jī)的選擇2.5.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介inter公司研制成功世界上第一塊4位微處理芯片intel4004，標(biāo)志著第一代微處理器問(wèn)世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開(kāi)始。80年代初，intel公司推出了mcs-51系列8位高檔單片機(jī)。mcs-51系列單片機(jī)不僅提高了單片機(jī)內(nèi)ram容量，i/o口功能，而且系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了極大的提高。單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：cpu、

41、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線(xiàn)系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著intel i960系列特別是后來(lái)的arm系列的廣泛

42、應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300mhz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的windows和linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊

43、芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如cpu，內(nèi)存，并行總線(xiàn)，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可.用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、vcd等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線(xiàn)式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線(xiàn)式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線(xiàn)式計(jì)算機(jī)的（

44、比如家用pc）的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的cd4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話(huà)，電路一定是一塊大pcb板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很

45、多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的cpu，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十k的尺寸！對(duì)于家用pc的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用pc上來(lái)運(yùn)行，家用pc的也是承受不了的?？梢哉f(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)pc機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等

46、組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱(chēng)微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究

47、其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 單片機(jī)的硬件特性：1、 單片機(jī)集成度高；2、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；3、 單片機(jī)可靠性高，可長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障工作4、 處理功能強(qiáng)，速度快。2.5.2 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的種類(lèi)有很多，針對(duì)本課題，初步提出了三套方案，具體如下：方案一：采用以avr系列為核心的微控制器完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集，由于采用avr單片機(jī)受單片機(jī)指令運(yùn)行速度的影響，影響到數(shù)據(jù)采集精度，而且不具有低功耗狀態(tài)。方案二：以高速數(shù)字信號(hào)處理器（dsp）tms320f240為中央處理單元，配以極少的外圍電路 構(gòu)成檢測(cè)器的核心控制部件。本方案的優(yōu)點(diǎn)是：（1） 速度快，執(zhí)行

48、速度達(dá)到20mips，這么高的性能很適合實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。（2） 硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有防腐的可編程多路復(fù)用i/o引腳，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器、打印接口的變成功能。（3） 軟件編程很靈活，可采用c語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程。 但由于其價(jià)格昂貴，雖然功能強(qiáng)大，用在此處是大材小用。 方案三：選用單片機(jī)stc89c52，本方案具有上述方案所無(wú)法取代的優(yōu)點(diǎn)： 1）集成度高、體積小、可靠性好而且易于擴(kuò)展。 2）具有較強(qiáng)的中斷處理能力。 3）效率高、功能強(qiáng)、豐富的指令系統(tǒng)、 4）低功耗模式、低電壓。 5) 串口編程 6）4個(gè)8位i/o口，含3個(gè)高電流p1口，可直接驅(qū)動(dòng)led 基于低功耗、功能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)

49、計(jì)中選用單片機(jī)。2.6 顯示模塊的選擇 針對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，初步擬定兩套方案，具體方案如下： 方案一：采用led數(shù)碼管顯示 led數(shù)碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅， 黃，藍(lán)，綠，白，七彩效果。led數(shù)碼管可均勻排布形成大面積顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字。圖2.2 四位led數(shù)碼管半導(dǎo)體數(shù)碼光分共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。led數(shù)碼管（led segment displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線(xiàn)已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)，了解le

50、d的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已，顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，而且根據(jù)led數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。 方案二：采用lcd1602顯示器顯示1602字符型lcd通常有14條引腳線(xiàn)或16條引腳線(xiàn)的lcd，多出來(lái)的2條線(xiàn)是背光電源線(xiàn)。(如圖2.3所示） 圖2.3 lcd 1602lcd顯示器都是數(shù)字式的，恒定發(fā)光，不需要刷新新亮點(diǎn)，顯示器顯示質(zhì)量高且

51、不閃爍，抗干擾能力強(qiáng)，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口比較可靠，可以節(jié)省軟件中斷資源，顯示信息豐富，其缺點(diǎn)是顯示內(nèi)容需要存儲(chǔ)字摸信息，需要一定存儲(chǔ)空間，而且程序的編寫(xiě)也稍微復(fù)雜。雖然led數(shù)碼管能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，高頻特性好，單色性好，亮度高等特點(diǎn)，而且其程序的編寫(xiě)較容易，但是其顯示信息有限，只能顯示數(shù)字信息，若采用led數(shù)碼管顯示則需要兩片四位的led數(shù)碼管，從而需要更多的i/o口來(lái)進(jìn)行控制。綜合考慮方案一和方案二，本設(shè)計(jì)決定采用方案二。2.7 總結(jié) 本章內(nèi)容主要包括：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，功能分析以及硬件的選型，通過(guò)查閱資料及比較，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的硬件進(jìn)行了選則，所選擇的器件型號(hào)均符合設(shè)計(jì)要求，

52、可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的功能。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)方案顯示及報(bào)警本系統(tǒng)是基于單片機(jī)與傳感器的蔬菜大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)傳感器對(duì)蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)中，通過(guò)單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理過(guò)的數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)接口送達(dá)顯示模塊，在顯示模塊上顯示出當(dāng)前蔬菜大棚內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)中一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，蜂鳴器響，同時(shí)要能通過(guò)按鍵調(diào)整包括溫度、濕度、光照度的上限值。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的原理框圖如圖2.1所示：光照度傳感器溫濕度傳感器mcu 按鍵，調(diào)整報(bào)警上下限值 圖3.1 系統(tǒng)總體方框圖3.2 溫濕度采集電路3.2

53、.1 dht11串行通信說(shuō)明（單線(xiàn)雙向）（1）單總線(xiàn)說(shuō)明dht11器件采用簡(jiǎn)化的單總線(xiàn)通信。單總線(xiàn)即只有一根數(shù)據(jù)線(xiàn)，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線(xiàn)完成。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線(xiàn)，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線(xiàn)，而讓其它設(shè)備使用總線(xiàn)；單總線(xiàn)通常要求外接一個(gè)約 5.1k的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線(xiàn)閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪(fǎng)問(wèn)器件都必須嚴(yán)格遵循單總線(xiàn)序列，如果出現(xiàn)序列混亂，器件將不響應(yīng)主機(jī)。（2）單總線(xiàn)傳送數(shù)據(jù)位定義data用于微處理器與dht11之間的通訊和同步，采用單總線(xiàn)數(shù)據(jù)格式，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)位。（3）校驗(yàn)