基于溫室智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1、溫室是一個集建筑結(jié)構(gòu)、機電、生物與環(huán)境而成的綜合系統(tǒng)。這些組件在軟、硬件各方面相互配合的優(yōu)劣決定系統(tǒng)的成敗。溫室系統(tǒng)的研究分成以下幾大部份:內(nèi)部設(shè)施的配置,環(huán)境的控制,作物的栽培及經(jīng)營與管理 。其中,環(huán)境控制為重要的一個環(huán)節(jié),溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計需要研究人員了解系統(tǒng)內(nèi)生物與環(huán)境之間相互關(guān)系,從而創(chuàng)造一合適的環(huán)境以利于生物之生長、繁殖。溫室環(huán)控的重點在協(xié)調(diào)地控制作物生長的小氣候, 使作物能成功地生長與繁殖。環(huán)境控制多為軟硬件的結(jié)合,硬件包括傳感器,傳輸線路,電腦,采集器,繼電器等。硬件組成軟件為控制策略,軟硬件結(jié)合是溫室環(huán)境監(jiān)控的主要內(nèi)容。溫室硬件設(shè)施差異不大,整個系統(tǒng)成敗關(guān)鍵在于監(jiān)控軟件能否

2、有效的運作。軟件與作物栽培種類、氣候、硬件設(shè)施、環(huán)境參數(shù)等信息有關(guān),環(huán)境控制策略為整套系統(tǒng)的核心。本設(shè)計為一溫室控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，由89C51單片機，A/D轉(zhuǎn)換電路，溫度檢測電路，濕度檢測電路、控制系統(tǒng)組成。溫度檢測電路將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成電壓，該模擬電壓經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后，進入89C51單片機，單片機通過比較輸入溫度與設(shè)定溫度來控制風(fēng)扇或電爐驅(qū)動電路，當(dāng)棚內(nèi)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時，單片機不對風(fēng)扇或電爐發(fā)出動作。濕度檢測電路將檢測到的濕度轉(zhuǎn)化成電壓，該模擬電壓經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后，進入89C51單片機，單片機通過比較輸入濕度與設(shè)定溫度來控制噴水電路，當(dāng)棚內(nèi)濕度在設(shè)定范圍內(nèi)時，單片機不對噴水

3、裝置發(fā)出動作。實現(xiàn)了對大棚里植物生長溫度及土壤和空氣濕度的檢測，監(jiān)控，并能對超過正常溫度、濕度范圍的狀況進行實時處理，使大棚環(huán)境得到了良好的控制。該設(shè)計還具有對溫度的實時顯示功能，對棚內(nèi)環(huán)境溫度的預(yù)設(shè)功能。2 課題研究背景隨著社會的進步和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,許多產(chǎn)品對生產(chǎn)和使用環(huán)境的要求越來越嚴,人們對溫度、濕度、光強、二氧化碳濃度、灰塵等環(huán)境因素的影響越來越重視了。為此,本文以農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展為目的開發(fā)了一種智能控制系統(tǒng)。眾所周知,光、溫度、濕度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的因素,所以本設(shè)計將其作為重點數(shù)據(jù)來處理,而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量,而且溫度信息傳遞不及時,精度達不到要求,

4、不利于農(nóng)業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。而濕度傳感器價格昂貴,大多使用進口元件,但事實上,農(nóng)用精度要求并不高,現(xiàn)在國產(chǎn)濕度傳感器完全可以適用。為此,本設(shè)計開發(fā)了一種能夠同時測量多點,并實時性高、精度高,能夠綜合處理多點溫度信息,并能進行光控和濕度控制的測控系統(tǒng)就。2.1溫室控制的現(xiàn)狀隨著全球經(jīng)濟一體化,市場國際化進程日益加快,技術(shù)含量低的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力將越來越弱, 面對未來世紀的嚴峻挑戰(zhàn)和嚴酷競爭, 必須改變農(nóng)業(yè)低效高耗的增長方式,走技術(shù)替代資源的路子,走農(nóng)業(yè)工業(yè)化發(fā)展道路。作為農(nóng)業(yè)擺脫耕地、水、氣候和環(huán)境等資源限制的唯一出路是發(fā)展溫室。4溫室是利用溫室效應(yīng), 通過提高室內(nèi)溫度創(chuàng)造作物

5、生長的適宜環(huán)境來達到作物反節(jié)生產(chǎn)和提高作物產(chǎn)的目的。但隨著科學(xué)技術(shù)的進步, 溫室生產(chǎn)已遠遠超過“溫室效應(yīng)”的概念。目前,利用高新技術(shù)可以對溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子,進行自動控制和調(diào)節(jié),部分地、 或甚至完全擺脫自然環(huán)境的約束,人為創(chuàng)造適宜作物生長的最佳環(huán)境,生產(chǎn)出高品質(zhì)、高產(chǎn)量的產(chǎn)品。2.2溫室控制發(fā)展趨勢智能儀表與分布式控制傳感器的設(shè)計和選型是至關(guān)重要的,今后,傳感器發(fā)展向著智能化方向發(fā)展: 大規(guī)模集成電路和嵌入式系統(tǒng)將功能模塊CPU、存儲器、A/ D轉(zhuǎn)換和輸入輸出等都集成在一塊芯片上,形成一種功能完整的智能儀表,可以完成信號轉(zhuǎn)換與處理,按預(yù)定控制策略完成運算,處理和信息交換等多項任務(wù),在劇烈變化

6、的環(huán)境下,仍能穩(wěn)定輸出信息,或能自我補償;當(dāng)傳感器自身或系統(tǒng)的某一部分出故障時,能自動檢測和報警,即使在上位機故障或失效的情況下, 各智能單元仍可獨立運行并執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的任務(wù) 。自動控制+專家系統(tǒng)=智能控制環(huán)境控制有單因子控制和多因子控制。單因子控制比較簡單, 沒有考慮影響作物生長諸多環(huán)境因素之間相互制約的關(guān)系。而綜合環(huán)境控制,即多因子環(huán)境控制,要根據(jù)作物對各個環(huán)境要素相互協(xié)調(diào)的關(guān)系; 當(dāng)某一要素發(fā)生變化時,其它要素自動做出改變和調(diào)整,能更好地優(yōu)化組合環(huán)境條件, 這是溫室環(huán)境控制技術(shù)的主要發(fā)展方向,也稱之為溫室環(huán)境智能控制技術(shù)。近年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中得到重

7、視并逐步發(fā)展, 其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在溫室環(huán)境控制模型與作物模型的研究中得到了不同程度的應(yīng)用。溫室生產(chǎn)系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的非線性系統(tǒng),企圖研究其輸入與輸出的定量關(guān)系是十分困難的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用黑箱方法, 能把復(fù)雜的系統(tǒng)通過有限的參數(shù)進行表達。目前的自動控制加上溫室生產(chǎn)專家系統(tǒng)成為當(dāng)前溫室智能控制的主要發(fā)展方向, 也是溫室智能控制重點和難點。2.3本設(shè)計的市場前景上述幾點不難看出,雖然我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)有了很大的進步。但是我們和發(fā)達國家還是有一定的差距,現(xiàn)在的設(shè)施農(nóng)業(yè)缺乏科學(xué)性的指導(dǎo)和科學(xué)化的設(shè)備。經(jīng)過市場調(diào)查發(fā)現(xiàn),市場上不缺乏好的設(shè)備?？墒窍鄬Φ恼f,我們的顧客只能對這些設(shè)備望而止步,價格太貴難以承受。因此,

8、需要一種價格便宜而效果相對又不錯的濕溫控制系統(tǒng)成了他們所希望的,本產(chǎn)品造價一般,而且簡單方便?？梢栽龃笫褂萌巳旱耐茝V。在設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展中,人類對其需求量越來越大。特別是溫室的反季節(jié)蔬菜收到很多人的追捧。因此,溫室智能控制系統(tǒng)的前景會很廣闊。3 方案總體設(shè)計3.1 實施方案及分析實現(xiàn)以上功能有三種方案，每一種方案分析如下：3.1.1方案一：AD590溫度檢測電路濕度檢測電路電流電壓變換電路 噴水裝置比較電路1比較電路2放大電路電路加溫裝置可控硅電路放大電路可控硅電路圖1 方案一流程圖工作原理：當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時，AD590溫度傳感器輸出電流經(jīng)電流電壓變換及放大電路觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，使電爐加溫裝

9、置工作，當(dāng)溫度回到正常溫度范圍內(nèi)時，AD590輸出的電流轉(zhuǎn)換成電壓不足以使可控硅電路1導(dǎo)通，電爐加溫裝置停止加溫。濕度檢測電路工作原理類似。方案二:熱敏電阻濕敏電阻KC100運算放大器噴水裝置風(fēng)扇晶體管9013驅(qū)動電路1KC100運算放大器晶體管9013驅(qū)動電路2圖2 方案二流程圖工作原理:KC-100的第一腳為信號輸入端,外接溫度濕度傳感器.當(dāng)大棚內(nèi)溫度上升到設(shè)定溫度時，KC-100自動識別使第三腳自動輸出高電位，使VT9013導(dǎo)通，驅(qū)動電路驅(qū)動降溫裝置風(fēng)扇開啟，達到降溫效果。溫敏電阻時刻檢測棚內(nèi)溫度，當(dāng)溫度恢復(fù)到設(shè)定溫度時，KC-100輸出低電位，VT9013截止，通風(fēng)裝置關(guān)閉。濕敏電路工

10、作原理類似。3.方案三：溫度檢測放大電路濕度檢測放大電路ADC0809轉(zhuǎn)換電路噴水裝置驅(qū)動電路風(fēng)扇或電爐驅(qū)動電路89C51單片機控制電路ADC0809轉(zhuǎn)換電路MAX7219顯示電路圖3 方案三流程圖工作原理：溫度檢測電路將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成電壓，該模擬電壓經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后，由INT0中斷口進入89C51單片機，單片機通過比較輸入溫度與設(shè)定溫度來控制風(fēng)扇或電爐驅(qū)動電路，并將室溫送顯。當(dāng)棚內(nèi)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時，單片機僅實時顯示溫度。濕度控制類似。方案比較與方案選擇： 方案一與方案二完全由全硬件實現(xiàn)，能實現(xiàn)對某一恒定溫度點溫度上下變動的自動控制，但可調(diào)溫度范圍窄。方案三為軟硬件綜合電路，單片機

11、能實時監(jiān)控溫度、濕度，并能對相應(yīng)的變化作出適當(dāng)?shù)目刂普{(diào)整，還能對溫度濕度進行顯示。 所以我們選擇方案三。4 方案實體設(shè)計4.1AT89C51重要引腳功能說明P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時,被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。1P3口除了作為一般的IO口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表1所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使

12、單片機復(fù)位。ALEPROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的l6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要可通過對特殊功能寄存器區(qū)中的8EH單元的DO 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。23端口引腳第二功能RXD(串行輸入

13、口)TXD(串行輸出口)(外部中斷0)(外部中斷1)T0(定時計數(shù)0外部輸入)T1(定時計數(shù)1外部輸入)(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)表1 P3口第二功能PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號出現(xiàn)。EAVPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平

14、（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。表2AT89C51的極限工作參數(shù)4工作溫度55 to +125儲藏溫度55 to +125任一腳對地電壓最高工作電壓直流輸出電流5.0 mA4.2溫度采集模塊AD590是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。由于AD590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1A/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的輸入

15、要求是電壓量，所以在AD590的負極接出一個10 k的電阻R1和一個100的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0832。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。AD590溫度與電流的關(guān)系如表3所示：攝氏溫度AD590電流經(jīng)10K電壓0A10A2.832 V20A2.932 V30A3.032 V40A3.132 V50A3.232 V60A3.332 V100A3.732 V表3 溫度與電流的關(guān)系A(chǔ)D590引腳圖：圖4 AD590的引腳圖由于AD590的溫度變化范圍在55150之間，經(jīng)過10K之后采樣到的電壓變化在2.182V4.232V之間，不

16、超過5V電壓所表示的范圍，因此參考電壓取電源電壓VCC，（實測VCC4.70V）。由此可計算出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后的攝氏溫度顯示的數(shù)據(jù)為：如果（D*2350/128）2732，則顯示的溫度值為（2732（D*2350/128） 如果（D*2350/128）2732，則顯示的溫度值為（D*2350/128）2732）4.3 D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)分辨率分辨率是指D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出所能產(chǎn)生的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比。對于一個n位的D/A轉(zhuǎn)換器，分辨率可表示為:分辨率與D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，能夠分辨的最小輸出電壓變化量就越小。 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指D/A轉(zhuǎn)換器實際輸出的模擬電壓

17、與理論輸出模擬電壓的最大誤差。通常要求D/A轉(zhuǎn)換器的誤差小于ULSB/2 。轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間是指D/A轉(zhuǎn)換器在輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換，到輸出的模擬電壓達到穩(wěn)定值所需的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，工作速度就越高。5.具體電路設(shè)計5.1 單片機晶振電路AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反響放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體或者陶瓷諧振器及電容C1,C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1,C2雖然沒有嚴格要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的

18、穩(wěn)定性，起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性！本設(shè)計的晶振頻率采用12MHZ，C1，C2取33pF。晶振電路如圖5圖5 晶振電路5.2 單片機復(fù)位電路51系列單片機與其它微處理器一樣，在啟動時都需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。51系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)部的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如RST引腳上有一個高電平并維持兩個機器周期（由于一個機器周期包含6個狀態(tài)，每個狀態(tài)是2個振蕩周期，所以也就是24個振蕩周期），則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。假如采用12MHZ的晶振，那么復(fù)位時間大約是12S。復(fù)位電路的基本功能是：

19、系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖6所示的手動復(fù)位電路可以實現(xiàn)上述基本功能，C51單片機復(fù)位信號高電平有效。圖6 單片機復(fù)位電路5.3溫度檢測電路本設(shè)計以單片機為核心，采用的AD590是一種低溫傳感器。它的主要特性如下：1、AD590的測溫范圍為: -55+150。2、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。3、精度高。A

20、D590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±。圖2.3為電平轉(zhuǎn)換模擬電路的結(jié)果，測量溫度從0100，轉(zhuǎn)換電壓范圍在13.5V之間，在此電壓范圍之內(nèi)可以確保測量的精度，減少誤差。圖7 溫度轉(zhuǎn)換電路模擬結(jié)果溫度傳感器獲得溫度的值，經(jīng)溫度檢測及變換電路來調(diào)節(jié)電壓的大小，經(jīng)過電壓變換以及反向濾波電路使之輸出的模擬電壓能夠直接可以輸入到ADC0832中。溫度檢測及變換電路如圖8所示。AD590將檢測到的信號通過可調(diào)電阻以電壓形式接至精密運放LM234的反向輸入端。AD590的正極接+5V電壓，設(shè)通過2接口和電阻R27的電流分別為I1和I2則AD5

21、90的電流表達式為I=I0+I1，電壓增益A1，只要在0度以下調(diào)整R27使I0等于AD590在該溫度下的工作電流值（此時I1=0，I=I0），I0就為恒定值。圖8 電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計5.4風(fēng)扇、電爐控制電路：圖9 風(fēng)扇、電爐控制電路圖9是電爐加溫原理圖。工作原理如下：單片機P1.7口輸出，使三極管導(dǎo)通，光耦4N35工作將直流地與市網(wǎng)交流地隔離，可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通電爐回路。加熱裝置開始工作。風(fēng)扇降溫裝置與電爐加溫裝置原理類似，不同之處在于可控硅被繼電器代替。5.5 LED動態(tài)顯示該模塊主要由LED數(shù)碼管組成。其接口電路是把所有的LED顯示器的8個筆畫段AG，DP的同名端連在一起，而每一個數(shù)碼管的公

22、共端COM是各自獨立的接受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字型碼時，所有顯示器接受到相同的字型碼，但究竟是哪個顯示器亮取決于COM端，而這一端是由I/O口控制的可以自行決定何時顯示哪一位。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描的過程中，每位顯示管的點亮?xí)r間是極為短暫的，約1ms左右，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。由于位控線的驅(qū)動電流較大，8段全亮?xí)r大約是4060mA，因此單片機的P2.5，P2.6，P2

23、.7的輸出口加74LS06進行反相和提高驅(qū)動能力，然后在接LED顯示器的位控端。段控線的負載電流約為8mA，為了增加亮度，外加74LS244進行段控輸出驅(qū)動，和單片機的P0口相接。具體連線見圖10：圖10 數(shù)碼管連接圖本設(shè)計顯示部分采用共陰極LED顯示 ，數(shù)碼管的引腳圖以及接線圖見圖11圖11 數(shù)碼管接線圖5.6 濕度檢測電路：圖12 濕度控制電路圖HM1500±±.5%RH,即25MV/RH, 溫度系數(shù)(1050) 是±0.1%RH/，響應(yīng)時間為0s,采用電源（允許4.755.25），工作電流為0.4MA(典型值)，漏電流小于300uA,工作溫度是-30+60之

24、間電容-濕度曲線圖13 電容溫度曲線圖57 鍵盤控制電路：圖14 鍵盤電路圖鍵盤功能簡介鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計，低電平有效。按鍵ASN1，AN2，AN3，AN4的功能定義如表一所示。按鍵AN2與-INT0相連，采用外部中斷方式，并且優(yōu)先級定為最高，按鍵AN3和AN4分別與p1.6和p1.5相連，采用軟件查詢方式，AN1為硬件復(fù)位鍵，與R，C構(gòu)成復(fù)位電路。按鍵鍵名功能AN1轉(zhuǎn)換鍵溫濕度轉(zhuǎn)換AN4功能轉(zhuǎn)換鍵按鍵按下（燈亮）時，顯示溫度設(shè)定值。按鍵升起時（燈滅）時，顯示當(dāng)前溫度值A(chǔ)N2加1鍵設(shè)定溫度漸次加1AN3減1鍵設(shè)定溫度漸次減1AN5復(fù)位鍵使系統(tǒng)恢復(fù)表4 按鍵功能58 模

25、/數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊圖15 ADC引腳圖ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前己經(jīng)有很高的普及率。ADC0832具有以下特點:·8位分辨率·雙通道A/D轉(zhuǎn)換·輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容·5V電源供電時輸入電壓在0-5V之間·工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S·一般功耗僅為15mW ·8P, 14P-DIP(雙列直插)、PICC多種封裝·商用級芯片溫度為0-70，工業(yè)級芯片溫度為一40-85芯片接口說

26、明:/CS 片選使能，低電平芯片使能。CH0 模擬輸入通道0。CH1 模擬輸入通道1。GND 芯片參考0電位(地)。D0 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。D1 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK 芯片時鐘輸入。VCC 電源輸入及參考電壓輸入(復(fù)用)。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32µS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出.可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以

27、輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。單片機對ADC0832的控制過程:正常情況下ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是/CS, CLK, DO, DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以在電路設(shè)計時將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其/CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將/CS使能端置于低電平并且保持低電平自到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前D

28、I端必須是高電平，表示啟始信號。在第2, 3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。在本系統(tǒng)中由于只需要一路信號的轉(zhuǎn)換，所以通道0和通道1并聯(lián)在一起。VCC用5V電壓源供電，同時也是A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓。此部分電路的具體連接見附錄。ADC0832 的時序圖如圖16所示：圖16 時序圖5.9 噴壺控制電路:圖17 濕度控制電路圖圖17是噴壺噴水原理圖。工作原理如下：單片機P1.7口輸出，使繼電器開關(guān)閉合，噴壺裝置開始工作,如果濕度太小,噴壺就開始噴水,對濕度進行調(diào)節(jié),直到濕度在規(guī)定的范圍內(nèi)結(jié)束。注:此燈泡代替噴壺系統(tǒng)6. 單片機硬軟件調(diào)試6.1硬件調(diào)試  根據(jù)設(shè)計的原理電路

29、做好實驗樣機，便進入硬件調(diào)試階段。調(diào)試工作的主要任務(wù)是排除樣機故障，其中包括設(shè)計錯誤和工藝性故障。1.脫機檢查：用萬能表或邏輯測試筆逐步按照邏輯圖檢查機中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等。2.調(diào)試：暫時排除目標板的CPU和EPROM，將樣機接上仿真機的40芯仿真插頭進行調(diào)試，調(diào)試各部分接口電路是否滿足設(shè)計要求。這部分工作是一種經(jīng)驗性很強的工作，一般來說，設(shè)計制作的樣機不可能一次性完好，總是需要調(diào)試的。6.2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試根據(jù)開發(fā)的設(shè)備情況可以有以下方法：1交叉匯編：用IBM PC/XT機對MCS51系列單片機程序進行交叉匯編時，可借

30、助IBM PC/XT機的行編輯和屏幕編輯功能，將源程序按規(guī)定的格式輸入到PC機，生成MCS51 HEX目標代碼和LIST文件。 2用匯編語言：現(xiàn)在有些單片STD工業(yè)控制機或者開發(fā)系統(tǒng)，可直接使用匯編語言，借助CRT進行匯編語言調(diào)試。3手工匯編：這種方法是最原始，但又是一種最簡捷的調(diào)試方法，且不必增加調(diào)試設(shè)備。這種方法的實質(zhì)就是對照MCS51指令編碼表，將源程序指令逐條地譯成機器碼，然后輸入到RAM重新進行調(diào)試。在進行手工匯編時，要特別注意轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令、查表指令。必須準確無誤地計算出操作碼、轉(zhuǎn)移地址和相對偏移量，以免出錯。6.3硬件、軟件仿真調(diào)試 經(jīng)過硬件、軟件單獨調(diào)試后，即可進

31、入硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試。實驗室調(diào)試工作完成以后，即可組裝成機器，移至現(xiàn)場進行運行和進一步調(diào)試，并根據(jù)運行及調(diào)試中的問題反復(fù)進行修改。結(jié) 論本設(shè)計為一以單片機為核心的溫室控制系統(tǒng)，課題所涉及的知識比較廣泛，用到的元器件比較多且復(fù)雜。主要控制部分都采用ATMEL公司的AT89C51芯片，AT89C51是最常見的單片機，運用起來比較方便，雖然內(nèi)部資源比較少，但是在這里足夠使用了。溫度傳感器采用AD590，而模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADC0809，單片機通過比較輸入溫度與設(shè)定溫度來控制風(fēng)扇或電爐驅(qū)動電路，當(dāng)棚內(nèi)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時，單片機不對風(fēng)扇或電爐發(fā)出動作。實現(xiàn)了對大棚里植物生長溫度及土壤和空氣濕度的檢測，監(jiān)控，并能對超過正常溫度、濕度范圍的狀況進行實時處理，使大棚環(huán)境得到了良好的控制。該設(shè)計還具有對溫度的實時顯示功能，對棚內(nèi)