基于STC89C52單片機(jī)的溫濕度及光照度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于STC89C52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)論文蔬菜大棚智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名: 學(xué)號: 系 部: 專 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:自動化專業(yè):自動化學(xué)號:092039116學(xué)生:指導(dǎo)教師:副教授 專業(yè)負(fù)責(zé)人: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、國防、科研等部門及日常生活中,經(jīng)常需要對環(huán)境溫濕度與光照度進(jìn)行檢測及控制。準(zhǔn)確測量溫濕度以及光照度對于生物制藥、食品加工、等行業(yè)更是至關(guān)重要。在檢測技術(shù)不斷發(fā)展完善的今天,檢測裝置也

2、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,為開發(fā)新一代溫濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件,(2)在檢測系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動溫度補(bǔ)償和自動校準(zhǔn)濕度等幾項(xiàng)新技術(shù)。 本論文是以蔬菜大棚為研究對象來設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的溫濕度、光照度檢測裝置。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和產(chǎn)量,蔬菜的生長都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的,其在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響,其中對蔬菜生長影響最大的是環(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,其對蔬菜生長極為不利。因此必須對環(huán)境的溫

3、度和濕度進(jìn)行監(jiān)測和控制,使其適合蔬菜的生長,來提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。但傳統(tǒng)的人工的測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低,且測試的誤差大,隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的檢測裝置。該論文即是針對這一問題,設(shè)計(jì)出了能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度自動檢測,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裝置。2.主要參考文獻(xiàn) 1鄭爭兵,基于單片機(jī)與AD509的溫度測量報(bào)警系統(tǒng)J,國外電子測量技術(shù),2009,271。 2汪英.基于微機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)的溫濕度及報(bào)警D,長沙,湖南大學(xué),2007。 3 Mt. Prospect,MCS 51 Family of Microcontrollers

4、 Architectural Overview,September 1993。4G.Edward Suh, Charles W.ODonnell,Srinivas Devadas,Aegis:a single-chip secure processor,IEEE Design and Test of Computers.2008,24(6)570-580。 5趙建領(lǐng),5l系列單片機(jī)開發(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)及仿真入門應(yīng)用MI,北京:電子工業(yè)出版社,2002。 7文生平,趙國平,江劍強(qiáng),基于MATLAB的熔體溫度控制設(shè)計(jì)研究,2

5、0076。 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)的氣化爐溫度軟測量系統(tǒng)?200653.史軍勇.冀捐灶.楊寶強(qiáng)?基于AT89C2051的溫濕度控制儀,20041。 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),19991。 10王寶庫,多功能檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),20064-1。 11趙亮.趙國銳,單片機(jī)C語言編程與實(shí)例,2003。 12張志利.蔡偉,基于AD590的溫度測控裝置研制,20012。 13王福瑞,單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全,1998。 14陳衛(wèi)東,陳亞霖,基于Smith-Fuzzy控制器的糧庫溫濕度測控算法,20061。 15朱芳,基于單片機(jī)的數(shù)

6、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進(jìn)度安排 在本論文初期,我對設(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)各階段名稱起 止 日 期1資料搜集、整理分析,提出研究技術(shù)路線(開題報(bào)告)2013.2?2013.3.2方案的比較和論證2013.3?2013.43系統(tǒng)開發(fā)2013.44系統(tǒng)調(diào)試、完善2013.55撰寫開發(fā)報(bào)告、答辯2013.5?2013.6 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),通過對農(nóng)村蔬菜大棚的實(shí)地考察和綜合分析,結(jié)合

7、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,搭建了一個智能數(shù)據(jù)采集平臺,用于檢測蔬菜大棚的溫濕度、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 designfor Vegetable greenhouses Abstract This vegetable greenhouses intelligent data acquisition

8、 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, to build an intellige

9、nt 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 system into practice.Keyword

10、s: Vegetable greenhouses、data acquisition、intelligent collection目錄1 緒論11.1本課題研究背景11.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀11.2.1 國內(nèi)外總體發(fā)展?fàn)顩r11.2.2 國外現(xiàn)狀21.2.3 國內(nèi)現(xiàn)狀31.2.4 我國蔬菜大棚存在的問題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 番茄的生長習(xí)性及特點(diǎn)72.2.2 本系統(tǒng)功能簡介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92.2.4數(shù)字型溫濕度傳感器DHT11簡介92.4 光照傳感器選擇10

11、2.4.1 光照傳感器介紹102.4.2 光照傳感器分類112.4.3光照傳感器BH1750fvi簡介112.5 單片機(jī)的選擇142.5.1 單片機(jī)簡介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串行通信說明(單線雙向)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)警電路243.7 按鍵設(shè)置電路253.8 232串

12、口電路253.10 總結(jié)264 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)274.1開發(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)功能測試325.2.1 采集及顯示功能測試335.2.2 報(bào)警功能測試335.2.3 按鍵設(shè)置功能測試34總結(jié)35致謝37附錄381 緒論1.1本課題研究背景 根據(jù)我國第二次農(nóng)業(yè)普查的數(shù)據(jù)顯示,截止到2008年,我國農(nóng)業(yè)所培養(yǎng)的蔬菜面積81千公頃"在這一個大基數(shù)的培養(yǎng)面積中,大棚的面積465千

13、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。 對于蔬菜大棚來說,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和產(chǎn)量,蔬菜的生長都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的,其在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響,其中對蔬菜生長影響最大的是環(huán)境中的溫濕度及光照度。

14、環(huán)境中晝夜的溫濕度、光照度變化大,其對蔬菜生長極為不利。因此必須對環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測和控制,使其適合蔬菜的生長,來提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。但傳統(tǒng)的人工的測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低,且測試的誤差大,隨機(jī)性大。因此,研究一種低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的檢測裝置是非常有必要的,本課題就是以太原市為背景,以番茄為研究對象設(shè)計(jì)的一款智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)外總體發(fā)展?fàn)顩r 從國內(nèi)外蔬菜大棚控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看,控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個發(fā)展階段 :手動控制,自動化控制,智能化控制。 手動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)并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。種植者既是

15、溫室大棚環(huán)境的傳感器,北京利康搬家公司又是對作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu),他們是環(huán)境控制的核心。通過對溫室大棚內(nèi)外的氣候狀況和對作物生長狀況的觀測,憑借長期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測及判斷,手動調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動控制方式,對于作物生長狀況的反應(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,而且對種植者的素質(zhì)要求較高。 (2)自動控制 這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(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)境因子的控制過程,控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等動作。計(jì)

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

17、來越先進(jìn)、功能越來越完備的方向發(fā)展。由此可見,溫室大棚環(huán)境控制朝著基于作物生長模型、溫室大棚綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的信息自動采集及智能控制趨勢發(fā)展。 1.2.2 國外現(xiàn)狀世界發(fā)達(dá)國家如荷蘭、美國、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。美國是最早發(fā)明計(jì)算機(jī)的國家,也是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于蔬菜大棚控制和管理最早、最多的國家之一。美國有發(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)主要用來對蔬菜大棚環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和控制。以蔬菜大棚為例,蔬菜大棚內(nèi)監(jiān)控項(xiàng)目包括室內(nèi)溫度、

18、濕度、相對空氣濕度、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、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、相對濕度等。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)也為種植帶來了很大方便。 以園藝業(yè)著稱的荷蘭從20世紀(jì)80年代以來就開始全面開發(fā)蔬菜大棚計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng),并不斷地開發(fā)模擬控制軟件。目前,荷蘭自動化智能玻璃蔬菜大棚制造水平處于世界先進(jìn)水平,荷蘭開發(fā)的蔬菜大棚計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是通過人機(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、修正值曲線以及測量的數(shù)據(jù)曲線,可以從數(shù)據(jù)庫內(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)查詢,

19、并能直接對計(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,國外蔬菜大棚業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展。遙測技術(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)還連接有幾個通訊平臺,用戶可以在遙遠(yuǎn)的地方通過形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對話,就像在現(xiàn)場操作一樣,給人以身臨其境之感。 國外對蔬菜大棚環(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)在世界各國的蔬菜控制技術(shù)發(fā)展很快,一些國家在落實(shí)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。 1.2.3 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代,80年代開始應(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,研制開發(fā)了蔬菜大棚控制與管理系統(tǒng),并開發(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)毛罕平等人研制開發(fā)了蔬菜大棚軟硬件控制系統(tǒng),能對溫度、光照、CO2 、濕度等進(jìn)行綜合控制,是目前國產(chǎn)化蔬菜大棚計(jì)算機(jī)

21、控制系統(tǒng)較為典型的研究成果。在此期間,中國科學(xué)院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(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)。“九五”期間,國家科技攻關(guān)項(xiàng)目和國家自然科學(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量系統(tǒng),能對大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與控制。中科院合肥智能機(jī)械研究所研制了“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)

22、境?DET系列軟件”和智能蔬菜自動控制系統(tǒng),能夠有效地提高作物產(chǎn)量、縮短生長期、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)科院自動化控制中心研制了“GCS?I型智能化蔬菜大棚自動控制系統(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 我國蔬菜大棚存在的問題 1科技含量和總體發(fā)展水平較低。我國設(shè)施栽培起步晚、基礎(chǔ)差,沒有將其作為整體工程問題研究。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

23、以形成大規(guī)模商品生產(chǎn)。 2我國現(xiàn)有的蔬菜控制系統(tǒng)仍以控制一個蔬菜為主,沒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蔬菜測控系統(tǒng)的通信仍然采用有線方式。我國蔬菜測控系統(tǒng)的通信主要有485總線以及CAN總線等有線方式。這些有線通信方式不僅使得蔬菜內(nèi)的信號線和動力線錯綜復(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)專家知識的上位機(jī)管理系統(tǒng)。我國目前的蔬菜控制系統(tǒng)中,一些上位機(jī)只限于存儲采集的歷史數(shù)據(jù),沒有根據(jù)農(nóng)業(yè)專家知識的實(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。我國目前部

24、分蔬菜的建筑材料主要是鋼材和玻璃。但沒有形成國家統(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) 針對我國蔬菜大棚存在的問題,通過調(diào)查分析,確定了設(shè)計(jì)任務(wù)。本系統(tǒng)要能對溫濕度、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,通過單片機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,處理過的數(shù)據(jù)通過單片機(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)會進(jìn)行報(bào)警,要能通過按鍵調(diào)整報(bào)警上限

25、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),所以必須先對蔬菜的生長進(jìn)行了解,眾所周知,蔬菜的生長三要素是溫度、濕度、光照度,在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)前必須對三要素進(jìn)行了解,因此我對三要素進(jìn)行了初步研究,了解了他們對蔬菜生長的影響。 (1)光照與溫度對蔬菜的影響 光照和溫度對作物的的影響最大,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,低溫和高溫都會帶來負(fù)面影響"持續(xù)的低溫很不利于蔬菜的生長和發(fā)育,它會降低光合作用的速度,使礦物質(zhì)的吸收遲緩,

26、使得蔬菜的器官代謝活動收到抑制,導(dǎo)致生長發(fā)育緩慢,甚至在葉面上出現(xiàn)壞死現(xiàn)象,所以大多數(shù)蔬菜都有一個臨界溫度,如果低于這個溫度,蔬菜就會受到損壞"同理,溫度過高同樣對溫度有著致命的影響,特別是在開花的時(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),過分的高溫使得蔬菜的兩個過程產(chǎn)生嚴(yán)重紊亂,使得蔬菜的生長速度加快,增加了體內(nèi)蛋白質(zhì)的凝聚水平,長時(shí)間的高溫亦可加速蔬菜的死亡。 (2)濕度影響 濕度對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)水分和無機(jī)鹽的運(yùn)輸,保證根莖葉花等各個器官順利生長,作用十分重要。蒸騰作用的目的就是通過把水分從蔬菜的葉子

27、中蒸發(fā)出來,蒸騰在蒸騰的過程中,能增加空氣的濕度,所以植被繁茂的地方一般來說對氣候和空氣起著積極的調(diào)節(jié)作用,但是反過來,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,蔬菜體會變得發(fā)黃脆弱,缺乏營養(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濃度同樣會對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,以番茄的生長環(huán)境為設(shè)計(jì)背景來設(shè)計(jì)的一個數(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習(xí)性。2.2.1 番茄的生長習(xí)性及特點(diǎn) 番茄,別名西紅柿、洋柿子、柿子、番柿,起

28、源于南美洲的安第斯山的秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞等地。 對溫度的要求 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,不能開花或授粉受精不良,導(dǎo)致落花等生殖生長障礙。溫度降至10時(shí),植株停止生長,長時(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),生殖生長受到干擾與破壞,即使是短時(shí)間的35的高溫,也會產(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,開花期對溫度比較敏感,白天適溫為2030,過低(15以下)或過高(35以上)都不

29、利于花器官的正常發(fā)育。結(jié)果期適溫為2528,溫度低,果實(shí)生長速度慢,日溫增高到3035時(shí),果實(shí)生長速度較快,但著果少,夜溫過高不利于營養(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:番茄最是生長溫度為2030。上下限分別為35和15。 (2)對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,延長種子發(fā)芽時(shí)間。幼苗期既是營養(yǎng)生長期,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

30、株?duì)I養(yǎng)生長不良,將使花芽分化延遲,著花節(jié)位上升,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)論番茄最適生長光照度為20000lx52000lx。上、下限值分別為55000lx和2000lx。(3)對濕度的要求 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),對水分的要求屬于半耐旱蔬菜。不同生長時(shí)期對水分需求不同。番茄第一花序開花結(jié)實(shí)期,為使開花整齊,不落花,確保前期的產(chǎn)量,要控制植株的營養(yǎng)生長,調(diào)節(jié)好秧與果之間

31、的關(guān)系。一方面要降低棚溫,白天棚溫保持在2025,夜間1315較為適宜。此時(shí)空氣相對濕度控制在45%55%,盛果期大棚內(nèi)空氣濕度保持在45%55%最適宜,棚內(nèi)濕度過大,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),棚溫過高還會使番茄紅素氧化分解,影響果實(shí)著色。可見,對番茄而已,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)功能簡介 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以符合番茄的生長習(xí)性為原則,針對小型蔬菜大棚而設(shè)計(jì)的,大棚規(guī)格為667?,每個大棚內(nèi)放置5個本設(shè)計(jì)成品,根據(jù)番茄的生長需要,每個成品都要能實(shí)現(xiàn)以下功能: (

32、1)能在番茄最適生長環(huán)境范圍內(nèi)工作。 (2)實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚內(nèi)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,根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱便可獲得被監(jiān)測點(diǎn)在環(huán)境中的溫度、濕度信息從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警;還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動檢測、監(jiān)控、報(bào)警系統(tǒng)。2.3.1 溫濕度傳感器分類根據(jù)輸出信號的模式,溫濕度傳感器可以分為以下三類:(1)模擬

33、輸出型溫濕度傳感器 該類型傳感器是輸出模擬信號的傳感器,他們的輸出信號是微弱的電信號,在一些溫濕度范圍內(nèi)線性不好,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。該類傳感器適用于通訊機(jī)房、辦公室、倉庫、醫(yī)院、檔案館良好環(huán)境的溫濕度測量。(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。LM56、6501-6504、6509/6510是其典型代表。該類傳感器主要應(yīng)用在并不需要嚴(yán)格測量溫度值,只關(guān)心溫度是否超出了一個設(shè)定范圍,的測很難場合。(3

34、)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出的信號直接就是數(shù)字信號,他的特點(diǎn)是:無需A/D轉(zhuǎn)換,坑干擾能力強(qiáng),無需外部放大電路,外圍電路簡單。例如:DHT11、HTG383X系列、SHTII等,該類溫濕度傳感器應(yīng)用范圍較廣,車行業(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)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(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期穩(wěn)定性。傳感

35、器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件并與一個高性能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、長期穩(wěn)定、相對濕度和溫度測量、品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、超長的信號傳輸距離、數(shù)字信號輸出、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:濕度測量范圍:20-90%RH濕度測量精度:±5%RH溫度測量范圍:0-50溫度測量精度:±2工作電壓:DC5V/3.3V數(shù)字信號輸出數(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量環(huán)境中某點(diǎn)光照強(qiáng)

36、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,根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱便可獲得被監(jiān)測點(diǎn)在環(huán)境中的光照度信息從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警;還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動檢測、監(jiān)控、報(bào)警系統(tǒng)。2.4.2 光照傳感器分類 從硬件方面分類光照傳感器分為光敏電阻和集成光照傳感器兩種。 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),由于電阻的改變會使輸出端電壓/電流也發(fā)生改變,從而可以輸出信號去控制電路。例如:5mm光敏電阻CDS光電開關(guān)5516、5528、5537、5539、5549 等,該類原件一般應(yīng)用在光控音樂、光控?zé)?、電子玩具、光控開關(guān)。

37、 集成光照傳感器 集成光照傳感器可以根據(jù)光線強(qiáng)度來調(diào)整亮度,分辨率較高,測量范圍大。該類傳感器在使用中無需設(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 可見光照度傳感器 。該類傳感器廣泛應(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簡介(1)產(chǎn)品介紹 BH1750fvi是一種用于兩線式串行總線接口的數(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. 接近視覺靈敏度的光譜靈敏度

38、特性峰值靈敏度波長典型值:560nm。 3.輸出對應(yīng)亮度的數(shù)字值。 4.對應(yīng)廣泛的輸入光范圍相當(dāng)于1-65535lx。 5.通過降低功率功能,實(shí)現(xiàn)低電流化。 6.通過50Hz/60Hz除光噪音功能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測定 7.支持1.8V邏輯輸入接口。 8.無需其他外部件。 9.光源依賴性弱(白熾燈,熒光燈,鹵素?zé)?白光LED,日光燈)。 10.有兩種可選的IIC slave地址。 11.可調(diào)的測量結(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.最小誤差變動在±20%。 14.受紅外線影響很小。 (3)最大額定參數(shù)表二3.1

39、 BH1750fvi額定參數(shù)參數(shù)符號額定值單位電源電壓V4.5V運(yùn)行溫度Topr-405儲存溫度Tstg40100反向電流I7mA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) 測量程序步驟BH1750fvi的測量程序步驟如下圖所示: 通過IIC

40、寫指令 自動狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3.6 BH1750fvi測量程序步驟2.5 單片機(jī)的選擇2.5.1 單片機(jī)簡介 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世,微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。 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,但是它具有一個完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件:CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng),目前大部分還會具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接

41、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)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。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,開始出現(xiàn)了16位單片機(jī),但因?yàn)樾詢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系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(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

42、。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300MHz,性能直追90年代中期的專用處理器,而普通的型號出廠價(jià)格跌落至1美元,最高端的型號也只有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)境下開發(fā)和使用,大量專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用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講:一塊芯片就成了一臺計(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

43、和開發(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似的模塊,比如CPU,內(nèi)存,并行總線,還有和硬盤作用相同的存儲器件,不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多,不過價(jià)錢也是低的,一般不超過10元即可用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(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。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī),在線式就是現(xiàn)場控制,需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力,較低的成本,這也是和離線式計(jì)算機(jī)的(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

44、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。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列,或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話,電路一定是一塊大PCB板!但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī),結(jié)果就會有天壤之別!只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能,高效率,以及高可靠性! 由于單片機(jī)對成本是敏感的,所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言,它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了,既然這么低級為什么還要用呢?很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢?原因很簡單,

45、就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU,也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕,也會達(dá)到幾十K的尺寸!對于家用PC的硬盤來講沒什么,可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。 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上來運(yùn)行,家用PC的也是承受不了的。 可以說,二十世紀(jì)跨越了三個“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,這種電腦,通常是指個人計(jì)算機(jī),簡稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(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

46、能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)(亦稱微控制器)。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。它在整個裝置中,起著有如人類頭腦的作用,它出了毛病,整個裝置就癱瘓了。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)品升級換代的功效,常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞?“智能型”,如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品,不是電路太復(fù)雜,就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因,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。

47、單片機(jī)的硬件特性: 單片機(jī)集成度高; 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,實(shí)現(xiàn)模塊化; 單片機(jī)可靠性高,可長時(shí)間無故障工作 處理功能強(qiáng),速度快。2.5.2 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的種類有很多,針對本課題,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)成檢測器的核心控制部件。本方案的優(yōu)點(diǎn)是: 速度快,執(zhí)行速度達(dá)到20MIPS,這么高的性能很適合實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。 硬件結(jié)構(gòu)簡單,具有防

48、腐的可編程多路復(fù)用I/O引腳,可以實(shí)現(xiàn)對傳感器、打印接口的變成功能。 軟件編程很靈活,可采用C語言與匯編語言混合編程。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8位I/O口,含3個高電流P1口,可直接驅(qū)動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)計(jì)中選用STC89C52單片機(jī)。2.6 顯示模塊的選擇 針對本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),初步擬定兩套方案,具體方案如下:

49、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)是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件,引線已在內(nèi)部連接完成,只需引出它們的各個筆劃,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兩類,了解LED的這些特性,對編程是很重要的,因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管,除了它們的硬件電路有差異外,編程方法

50、也是不同的。共陰和共陽極數(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)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼,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)動方式的不同,可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。方案二:采用LCD1602顯示器顯示 1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線。如圖2.3所示)圖2.3 LCD 1602 LCD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)

51、是顯示內(nèi)容需要存儲字摸信息,需要一定存儲空間,而且程序的編寫也稍微復(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,通過查閱資料及比較,對系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的硬件進(jìn)行了選則,所選擇的器件型號均符合設(shè)計(jì)要求,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 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),通過傳感器對蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,檢測到的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)中,通過單片機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,處理過的數(shù)據(jù)通過單片機(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)中一個或者多個數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警值時(shí),系統(tǒng)