基于物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 題 目 基于物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄引言1方案設(shè)計(jì)1一方案選擇1二方案確定8三理論分析與方案論證9總體設(shè)計(jì)9單元電路設(shè)計(jì)11一、溫濕度傳感器模塊11二、光敏電阻模塊11三、CO2傳感器模塊11四、鍵盤模塊13五、繼電器及補(bǔ)償模塊14六、24C16外接ROM模塊14七、12864液晶模塊14八、電源模塊14單元電路測(cè)試15整體測(cè)試15結(jié)論17參考文獻(xiàn)：17附錄18附錄一：整體電路圖18附錄二：程序清單19引言溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分,溫室大棚測(cè)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合作物生長(zhǎng)規(guī)律,控制環(huán)境條件,使作物在不適宜生長(zhǎng)的反季節(jié)中,可獲得比

2、室外生長(zhǎng)更優(yōu)的環(huán)境條件,從而使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。本系統(tǒng)主要針對(duì)溫室內(nèi)溫度、濕度，光照強(qiáng)度,以及二氧化碳濃度,設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的溫室大棚測(cè)控系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)。綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟(jì)性要求這三個(gè)方面之后,最終確定下位機(jī)以STC89C516單片機(jī)為控制核心,選用性價(jià)比比較高的傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、二氧化碳濃度的測(cè)量與控制。針對(duì)不同的參數(shù),管理可以通過(guò)鍵盤人為設(shè)定作物所期望的上、下限值。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫濕度、二氧化碳濃度有任何一個(gè)參數(shù)越限時(shí)單片機(jī)通過(guò)控制固態(tài)繼電器打開(kāi)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。為了便于系統(tǒng)的調(diào)試、移植、修改,軟件設(shè)計(jì)以C語(yǔ)言為基礎(chǔ),采用模塊化設(shè)計(jì),主要包括

3、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤顯示模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換處理等模塊。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們參考國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它們主要是采用高精度的傳感器測(cè)量溫室環(huán)境參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其主要問(wèn)題在于價(jià)格較昂貴，一般的農(nóng)民對(duì)于其價(jià)格是難以接受的，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)充分考慮到性價(jià)比,選用價(jià)格低、性能穩(wěn)定的元器件，設(shè)計(jì)出價(jià)格低廉且實(shí)用的溫室大棚環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)。通過(guò)運(yùn)行調(diào)試,試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)期望一致。該測(cè)控系統(tǒng)具有使用簡(jiǎn)單、成本較低和工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),不僅可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)大棚,也可以應(yīng)用在恒溫濕的機(jī)械加工廠、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面,所以具有一定的推廣價(jià)值。方案設(shè)計(jì)一方案選擇方案一：采用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示各環(huán)境參量方式

4、整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)核心單片機(jī)實(shí)時(shí)讀取溫度濕度傳感器、CO2傳感器、光敏電阻的測(cè)量參數(shù)值，并實(shí)時(shí)顯示在LED數(shù)碼管上，顯示當(dāng)前溫室環(huán)境的各個(gè)參數(shù)情況，供溫室管理人員作參考，以決定是否采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。該系統(tǒng)通過(guò)4*4矩陣鍵盤設(shè)定相關(guān)環(huán)境參量的上下限值，當(dāng)測(cè)量參數(shù)超過(guò)所設(shè)定的上下限的值時(shí)，蜂鳴器響，發(fā)出警報(bào)，提示管理人員進(jìn)行補(bǔ)償。硬件框圖：STC89C52單片機(jī)8位數(shù)據(jù)DS18b20溫傳感器ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換芯片光敏電阻CO2傳感器4*4矩陣鍵盤數(shù)碼管顯示溫度、濕度、CO2濃度以及光照的強(qiáng)弱74HC573鎖存器蜂鳴器（報(bào)警）圖1濕敏電阻軟件流程圖：設(shè)置定時(shí)測(cè)量時(shí)間10分鐘，開(kāi)定時(shí)器系統(tǒng)初始化定

5、時(shí)時(shí)間到？保持顯示數(shù)值，等待定時(shí)時(shí)間到測(cè)量實(shí)時(shí)環(huán)境參量值,保存在相應(yīng)的變量中數(shù)碼管顯示測(cè)量的環(huán)境參量值是否超過(guò)上下限蜂鳴器報(bào)警，并控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償YYNN圖2方案二：采用1602液晶顯示方式該方案采用1602液晶顯示的方式顯示環(huán)境參量值，同時(shí)定時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)用外接ROM存儲(chǔ)下來(lái)，大棚管理人員能通過(guò)鍵盤按鍵設(shè)置環(huán)境參量的上下限，設(shè)置溫室大棚環(huán)境補(bǔ)償模式（自動(dòng)補(bǔ)償，定時(shí)補(bǔ)償，手動(dòng)補(bǔ)償），也可控制單片機(jī)讀取外接ROM中存儲(chǔ)的各個(gè)參量在某一時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，并顯示在1602液晶上，便于管理人員統(tǒng)計(jì)該段時(shí)間各個(gè)環(huán)境參量的變化情況，繪制相應(yīng)的曲線。硬件框圖：圖31602顯示溫度、濕度、CO2濃度以及光照的強(qiáng)

6、弱E2PROMSTC89C55片機(jī)通過(guò)單總線方式DHT21溫濕度傳感器ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換光敏電阻CO2傳感器ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償4*4矩陣鍵盤DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片軟件流程圖：系統(tǒng)初始化按鍵有無(wú)？設(shè)置環(huán)境參量補(bǔ)償模式讀取傳感器數(shù)值1602顯示界面是否超過(guò)上下限？控制繼電器，使相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償YNYN圖4方案三：采用無(wú)線模塊傳輸數(shù)據(jù)，PC機(jī)接收數(shù)據(jù)顯示動(dòng)態(tài)曲線該方案突出特點(diǎn)是采用了無(wú)線方式傳輸所測(cè)參量值給PC機(jī)，PC機(jī)接收數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制出各個(gè)測(cè)量參量隨時(shí)間變化的曲線圖，便于大棚管理人員觀察該段時(shí)間內(nèi)各個(gè)參量的變化情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，且根據(jù)曲

7、線規(guī)律來(lái)設(shè)置參量的補(bǔ)償方式，如定時(shí)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)溫室大棚的環(huán)境始終處于最優(yōu)的環(huán)境條件，使作物達(dá)到高產(chǎn)、高效的目的。硬件框圖：無(wú)線發(fā)射模塊RF4332STC89C52單片機(jī)（1）通過(guò)單總線方式DHT21溫濕度傳感器ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換光敏電阻CO2傳感器ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn) 換無(wú)線接收模塊RF4332STC89C52單片機(jī)（2）串口PC機(jī)繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償圖5流程框圖：定時(shí)讀取各個(gè)傳感器所測(cè)參量值系統(tǒng)初始化是否超出上下限收到單片機(jī)（2）請(qǐng)求？發(fā)送響應(yīng)，并將各參量數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)（2）控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償YNYN初始化單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，通過(guò)串口發(fā)送給PC機(jī)接收到單片機(jī)（1）的響應(yīng)？PC

8、機(jī)接收數(shù)據(jù)并繪制相應(yīng)的曲線，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存。單片機(jī)（2）接收PC機(jī)通過(guò)串口發(fā)送的數(shù)據(jù)，并控制無(wú)線模塊向單片機(jī)（1）發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求？YNYN單片機(jī)(1)流程圖單片機(jī)(2)流程圖圖6方案四：采用12864液晶顯示，查看參量隨時(shí)間變化曲線圖本方案中采取了在12864液晶屏實(shí)時(shí)顯示各個(gè)參量值，同時(shí)通過(guò)按鍵和現(xiàn)實(shí)模塊設(shè)置相關(guān)參量的范圍，補(bǔ)償模式，讀取記錄，查看參量隨時(shí)間的曲線圖。而在按鍵過(guò)程中液晶為菜單顯示模式，界面友好直觀，交互性好，還可通過(guò)按鍵設(shè)置查看24C16中的記錄的數(shù)據(jù)，來(lái)繪制某一參量隨時(shí)間變化的曲線圖。STC89C516單片機(jī)24C16串行E2PROM中斷74LS21四輸入與

9、門4個(gè)按鈕的鍵盤繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償12864液晶菜單模式顯示DHT21溫濕度傳感器2組2個(gè)光敏電阻并聯(lián)ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換CO2傳感器單總線數(shù)據(jù)傳輸DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片圖7流程框圖：系統(tǒng)初始化讀取實(shí)時(shí)環(huán)境參量值保存數(shù)據(jù)在外接ROM中超出上下限？控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償按鍵？顯示環(huán)境參量值，通過(guò)菜單設(shè)置環(huán)境參量上下限，補(bǔ)償模式，查看參量曲線圖12864模塊睡眠YNYN圖8二方案確定綜合前面四種方案，方案一采用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參量值，較直觀，能遠(yuǎn)距離觀察各個(gè)參量值，能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，廉價(jià)，但該方案對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)不具備保存功能，不能查看以前的參量值的數(shù)據(jù)記錄，且補(bǔ)償模式單

10、一。方案二則具備液晶顯示參量值，保存數(shù)據(jù)和補(bǔ)償模式設(shè)置功能，該方案通過(guò)1602液晶查看以往的參量數(shù)據(jù)，但參看方式只能是文字方式，不直觀，同時(shí)不具備查看各個(gè)參量隨時(shí)間變化曲線圖的功能。方案三中單片機(jī)測(cè)量環(huán)境參量值，進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，通過(guò)無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，通過(guò)電腦繪制曲線圖查看量某段時(shí)間的變化情況。該方案不足之處在于價(jià)格高，且無(wú)線方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)易出現(xiàn)錯(cuò)誤，不能在大棚實(shí)地查看相關(guān)環(huán)境參量值。方案四則綜合了方案二、三的優(yōu)點(diǎn)并作了一些改進(jìn)，在大棚處用12864液晶顯示環(huán)境參量值，單片機(jī)通過(guò)記錄時(shí)鐘芯片提供的時(shí)間值，可在12864液晶上畫出一定時(shí)間內(nèi)的環(huán)境參量隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線圖，同時(shí)還能設(shè)置補(bǔ)償

11、模式，如定時(shí)補(bǔ)償，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?，方便了大棚管理人員對(duì)大棚環(huán)境的管理。故我們選擇方案四。三理論分析與方案論證理論分析：溫室環(huán)境復(fù)雜多樣影響的條件因素多，但是影響生產(chǎn)的主要因素是：溫度、濕度、CO2濃度以及光照強(qiáng)度，其他的條件對(duì)溫室作物的生長(zhǎng)影響極小。因此，只要控制好這幾個(gè)主要的環(huán)境條件就能有效提高溫室的生產(chǎn)效率?？刂频那疤崾怯行У谋O(jiān)測(cè)，因此,設(shè)計(jì)的主體是傳感器，本系統(tǒng)采用“溫濕傳感器、CO2傳感器、光強(qiáng)傳感器”3個(gè)傳感器模塊能夠有效測(cè)量“溫度、濕度、CO2濃度以及光照強(qiáng)度”這幾個(gè)主要環(huán)境參數(shù)。采用單片機(jī)作為核心處理器完全可以實(shí)現(xiàn)采集術(shù)、處理數(shù)據(jù)并做出調(diào)整。綜合考慮，本系統(tǒng)完全具有可行性。方案論證：

12、溫濕生產(chǎn)現(xiàn)在越來(lái)越來(lái)普遍，但是對(duì)于溫濕環(huán)境的控制基本上處于憑經(jīng)驗(yàn)判斷的狀態(tài)，對(duì)于溫室內(nèi)環(huán)境的主要參數(shù)：“溫度、濕度、CO2濃度和光強(qiáng)”，除了溫度外都沒(méi)有一個(gè)具體的科學(xué)的定量分析。這大大降低了溫室的生產(chǎn)效率，而且浪費(fèi)人力。而市面上出現(xiàn)的一些專業(yè)的測(cè)量裝置或者智能溫室管理設(shè)計(jì)，不僅價(jià)格昂貴，而且操作復(fù)雜，無(wú)法推廣。因此，非常有必要設(shè)計(jì)一款經(jīng)濟(jì)適用、操作簡(jiǎn)單且有效的測(cè)控設(shè)備?？傮w設(shè)計(jì)一、 硬件實(shí)現(xiàn)：本系統(tǒng)基于STC89C516單片機(jī)，采集4路信息并做出處理，整個(gè)系統(tǒng)具有一定的智能化。首先，采集數(shù)據(jù)：本系統(tǒng)采集“溫度，濕度，CO2濃度，光照強(qiáng)度”4路信息；綜合考慮采用3個(gè)傳感器：溫濕傳感器、CO2傳感

13、器、光強(qiáng)傳感器。其次，良好的人機(jī)交互平臺(tái)，這部分功能由“12864+鍵盤”實(shí)現(xiàn)；12864界面采用“漢字+圖形”的菜單模式，鍵盤采用四個(gè)獨(dú)立按鈕，由中斷模式讀取按鍵，多層讀取按鍵操作菜單。再次，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清晰明了、一目了然，采用“字符+波形”的顯示模式；溫室環(huán)境瞬時(shí)變化極小，需要采用一定長(zhǎng)的時(shí)間里持續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)菜單設(shè)置掉電保存，系統(tǒng)使用一片E2PROM芯片記錄菜單設(shè)置模式和測(cè)量數(shù)據(jù)；再次，為了使歷史記錄具有可讀性，測(cè)量數(shù)據(jù)與測(cè)量時(shí)刻必須一一對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)采用一片DS1302時(shí)鐘芯片，記錄時(shí)間。最后，數(shù)據(jù)處理及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整功能：自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置繼電器，控制自動(dòng)調(diào)整裝置；數(shù)據(jù)處理參考下面的軟

14、件支持。系統(tǒng)總的硬件框圖：STC89C516單片機(jī)24C16串行E2PROM中斷74LS21四輸入與門4個(gè)按鈕的鍵盤繼電器控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償12864液晶菜單模式顯示DHT21溫濕度傳感器2組2個(gè)光敏電阻并聯(lián)ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換CO2傳感器單總線數(shù)據(jù)傳輸DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片圖9關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)：1、為節(jié)省單片機(jī)的引腳資源，我們采用了DHT21基于單總線方式的溫濕度傳感器，該傳感器將實(shí)時(shí)溫度、濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一條數(shù)據(jù)線傳輸給單片機(jī)。2、為可查看參量數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化情況，我們采用了DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片來(lái)產(chǎn)生時(shí)間數(shù)據(jù)，同時(shí)將所測(cè)實(shí)時(shí)參量數(shù)據(jù)保存在24C16中，單片機(jī)通過(guò)

15、讀取時(shí)間24C16中的相關(guān)數(shù)據(jù)，在12864液晶上以時(shí)間數(shù)據(jù)為橫軸，參量數(shù)據(jù)為縱軸，繪制出相應(yīng)曲線。3、12864液晶的操作界面，采用“文字+圖形”的方式，采用菜單模式界面，界面友好直觀，十分適合用戶操作。二、軟件支持：首先，實(shí)現(xiàn)菜單功能：采用編碼模式，每個(gè)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)編碼，由按鍵改變編碼實(shí)現(xiàn)菜單操作。其次，數(shù)據(jù)采集及處理：主程序調(diào)用模塊函數(shù)采集信號(hào)并通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)將信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成實(shí)際的參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整處理。單元電路設(shè)計(jì)一、溫濕度傳感器模塊選用DHT21數(shù)字溫濕度傳感器。DHT21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。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫

16、元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。測(cè)量精度達(dá)到：溫度±0.5，濕度±0.5RH。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷，超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。由于DHT21數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線輸出，方便連線，但軟件比較麻煩。串行數(shù)據(jù)讀取由高電平的持續(xù)時(shí)間區(qū)分串行的“0”、“1”位，因此在程序中需

17、要測(cè)試高電平的持續(xù)時(shí)間，需嚴(yán)格的時(shí)間延時(shí)。二、光敏電阻模塊溫室環(huán)境對(duì)光強(qiáng)靈敏度要求不高，圖10因此選擇光敏二極管將光強(qiáng)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后用ADC0832 采集電信號(hào)。光敏二極管的電阻 隨光強(qiáng)變化，光強(qiáng)越強(qiáng)電阻值越 低。因此，將光敏二極管與一定 值電阻串聯(lián)就能得到隨光強(qiáng)變化 的電信號(hào)。本模塊采用4個(gè)光敏 二極管（增加采集面），采集兩路 信號(hào)，每?jī)蓚€(gè)光敏二極管并聯(lián)采 集一路信號(hào)，取強(qiáng)信號(hào)為光強(qiáng)信號(hào)。我們將所測(cè)光強(qiáng)數(shù)值自定義分為1-10級(jí)，分別表示不同強(qiáng)度的光照。模塊電路圖如右圖10所示。三、CO2傳感器模塊 1.二氧化碳傳感器原理:外電源(6±0.1V)加熱元件，當(dāng)其表面溫度達(dá)到足

18、夠高時(shí),元件相當(dāng)一個(gè)電池，在其信號(hào)腳兩端輸出電壓(0.2-0.5V)信號(hào)(與能斯特方程符合較好)。連線如圖11。圖112.測(cè)量條件:二氧化碳傳感器對(duì)測(cè)量條件要求較高,電源6±0.1V,信號(hào)采集電流控制在1PA以下.因此,要求測(cè)量阻抗達(dá)到200G-1000G.3.采集電路:實(shí)際應(yīng)用如下圖所示.采用高輸入阻抗的運(yùn)放OP07(輸入阻抗達(dá)200G以上)做前級(jí)電壓跟隨器OP07的共模輸入阻抗達(dá)到120G,因此兩端各采用一個(gè)電壓跟隨器,從而使測(cè)量電阻達(dá)到200G的要求.電壓跟隨器后面接一個(gè)差分放大器INA128U,將信號(hào)電壓放大10倍,然后用ADC0832進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換采集信號(hào).4.電路說(shuō)明:經(jīng)

19、過(guò)測(cè)試OP07與INA128U構(gòu)成的前級(jí)電路完全能滿足要求,放大后的信號(hào)電壓誤差在1%以內(nèi).ADC0832為8位雙通道串行A/D轉(zhuǎn)換芯片,可以采集0-5V的信號(hào),256級(jí)電壓精度.直接測(cè)量顯然精度不夠,將信號(hào)放大10倍后,精度達(dá)到預(yù)期要求(面對(duì)溫室環(huán)境測(cè)量,其對(duì)于CO2精度精度要求不高,而且傳感器響應(yīng)靈敏度足夠高(1/10000). 電路連線圖如圖12：圖12四、鍵盤模塊本系統(tǒng)用到了4個(gè)按鍵，而每一次按鍵都產(chǎn)生一個(gè)中斷，故我們選取了74LS21芯片4輸入與門，4個(gè)按鍵連接輸入信號(hào)，輸出連接外部中斷1的引腳，則每次按鍵，與門輸出就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，再結(jié)合鍵值，就能準(zhǔn)確判斷出按鍵。硬件電路圖如圖

20、：圖13五、繼電器及補(bǔ)償模塊繼電器：繼電器模塊十分簡(jiǎn)單，原理就不多介紹了.本系統(tǒng)使用了兩個(gè)繼電器，在電路設(shè)計(jì)上直接使用三極管提供驅(qū)動(dòng)（繼電器多的話可以使用74HC573或達(dá)林管UN2003等驅(qū)動(dòng)）。在實(shí)際電路中要注意在繼電器的電源端一定要反接一個(gè)二極管；同時(shí)；最好在靠近繼電器的電源端接入1000uF以上的電容，以增強(qiáng)電路的穩(wěn)定性。補(bǔ)償模塊：采用風(fēng)扇和照明燈模擬，風(fēng)扇提供通風(fēng)使CO2濃度和濕度恢復(fù)正常值，照明燈提供光照和溫度補(bǔ)償。六、24C16外接ROM模塊24C16串行E2PROM總?cè)萘繛?K字節(jié)，內(nèi)部分成8個(gè)2K比特的地址區(qū)域，通過(guò)改變“a、b、c”三個(gè)尋址位尋址不同的地址區(qū)間。每個(gè)區(qū)間內(nèi)部

21、的尋址由10位地址碼尋址每一個(gè)地址，對(duì)其數(shù)據(jù)的寫入寫出操作采用“地址+數(shù)據(jù)”的模式。七、12864液晶模塊128*64點(diǎn)陣的漢字圖形模塊內(nèi)置8192個(gè)中文漢字、128個(gè)字符及64*256點(diǎn)陣顯示RAM，串并（8位并行）兩種界面與微機(jī)連接。本系統(tǒng)采用串行通信模式，即“數(shù)據(jù)線+時(shí)鐘線”模式。串行通信的優(yōu)點(diǎn)有很多：首先，減少線路連接，不僅僅減少工作量，而且節(jié)約硬件成本；其次，節(jié)約微機(jī)I/O口；最后，有利于硬件維護(hù)。經(jīng)測(cè)試在寫入速度上影響不大，對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)完全夠用。12864液晶模塊顯示曲線圖形及實(shí)現(xiàn)反白的時(shí)候,要注意入寫數(shù)據(jù)的算法.圖形模式下Y軸是按位尋址,但X軸按雙字節(jié)尋址,奇數(shù)字節(jié)沒(méi)有獨(dú)立的地址

22、。八、電源模塊220V電源輸入，正負(fù)電源輸出。220V電源接5w變壓器降壓到15伏，通過(guò)由4個(gè)二極管構(gòu)成的橋式整流器整流得到±18V, 后面接78系列(7815、7915、7805)和LM317集成穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。具體電路圖如下圖14：圖14單元電路測(cè)試本系統(tǒng)各單元模塊在接入系統(tǒng)前都經(jīng)過(guò)獨(dú)立測(cè)試并通過(guò)，傳感器模塊無(wú)法提供真，對(duì)其都采用實(shí)物測(cè)試。24C16、DS1302、12864液晶模塊均仿真通過(guò)。溫濕模塊測(cè)試數(shù)據(jù)：表1測(cè)量次數(shù)物理量08:0009:4012:4014:3015:20溫度（）17.419.620.721.325.3濕度（%RH）32.235.334.333.53

23、3.7CO2模塊測(cè)量數(shù)據(jù)：表2CO2（ppm）325340356350370輸出電壓(V)0.4010.3880.3670.3570.346光強(qiáng)測(cè)量：表3光強(qiáng)等級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)輸出電壓(V)2.02.53.03.54.0整體測(cè)試在分別對(duì)傳感器，鍵盤，繼電器，12864液晶模塊進(jìn)行測(cè)試后，我們進(jìn)行整體單元電路的測(cè)試。1、顯示實(shí)時(shí)環(huán)境參量數(shù)據(jù)，12864液晶上顯示實(shí)時(shí)環(huán)境參量數(shù)值：濕度：40.3%RH 溫度 ：19.8 CO2濃度 ：330ppm 光照強(qiáng)度：5級(jí)相應(yīng)的時(shí)間：17:46:30 星期三2、按鍵進(jìn)行參數(shù)范圍設(shè)置，補(bǔ)償模式，設(shè)置測(cè)量時(shí)間間隔，12864液晶采用菜單模式顯示。菜單模式結(jié)

24、構(gòu)如下表2：(主界面)歡迎使用德州學(xué)院 17:46:30 星期三濕度：40.3%RH 溫度 ：19.8 CO2濃度 ：330ppm 光照強(qiáng)度： 40ppm 功能設(shè)置參數(shù)設(shè)置測(cè)量間隔（10分鐘60分鐘）時(shí)間設(shè)置溫度設(shè)置濕度設(shè)置CO2濃度設(shè)置光強(qiáng)范圍模式設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償手動(dòng)補(bǔ)償定時(shí)補(bǔ)償記錄處理上次記錄作圖濕度作圖溫度作圖CO2濃度作圖光強(qiáng)作圖復(fù)位將系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài) 表43、在菜單中選擇作圖，則單片機(jī)讀取外接ROM的24C16中的數(shù)據(jù)，以參量值為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，得到相應(yīng)的橫縱坐標(biāo)值，通過(guò)鍵盤選擇，可在液晶屏上繪制相關(guān)參量隨時(shí)間變化的曲線。4、設(shè)置過(guò)程中，若超過(guò)1分鐘沒(méi)有按鍵，液晶屏關(guān)閉背景燈，減

25、少耗電。5、當(dāng)環(huán)境的光強(qiáng)較低或溫度較低時(shí)，單片機(jī)控制照明燈亮，進(jìn)行補(bǔ)償;當(dāng)濕度值超過(guò)下限或CO2濃度超出范圍時(shí)，單片機(jī)通過(guò)繼電器控制風(fēng)扇工作，進(jìn)行補(bǔ)償。結(jié)論基于單片機(jī)的溫室測(cè)控系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況較好，系統(tǒng)設(shè)在種植植物的大棚內(nèi)，數(shù)據(jù)采集模塊中的溫濕度傳感器，CO2傳感器，光敏電阻，可以將環(huán)境中的溫濕度等非電量的信號(hào)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電量信號(hào)，再將這些信號(hào)進(jìn)行處理后送至單片機(jī)，并在24C16中保存，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)，通過(guò)12864液晶實(shí)時(shí)顯示，但由于人們對(duì)光照強(qiáng)度的概念較模糊，我們對(duì)光強(qiáng)設(shè)置了十個(gè)等級(jí)，較直觀地表示光強(qiáng)。用戶可以通過(guò)鍵盤及液晶顯示模塊輸入溫度、濕度、CO2濃度的上下

26、限值和預(yù)置值，可在菜單中的記錄處理項(xiàng)查看上次記錄，繪制相關(guān)參量曲線。可預(yù)置補(bǔ)償模式，定時(shí)補(bǔ)償，自動(dòng)補(bǔ)償，手動(dòng)補(bǔ)償。在自動(dòng)補(bǔ)償模式下，單片機(jī)將所測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與原先內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比較處理；單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果對(duì)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，并通過(guò)繼電器的控制對(duì)相應(yīng)的設(shè)備如照明燈，風(fēng)扇等進(jìn)行操作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度，CO2，和光照狀態(tài)，直到它們的狀態(tài)處于上下限值以內(nèi)為止。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，本系統(tǒng)緊密結(jié)合溫室大棚的實(shí)際情況，綜合目前市面上相關(guān)產(chǎn)品的特點(diǎn)，我們采用了直觀友好的操作界面，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)顯現(xiàn)可以通過(guò)文字方式，還可繪制相應(yīng)曲線，使用戶方便查看，查詢和設(shè)置。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，高效率，運(yùn)行可

27、靠性好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了我們預(yù)期的所有目標(biāo)，但由于時(shí)間緊，我們對(duì)一些目標(biāo)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。如果時(shí)間充足，我們可以改進(jìn)本系統(tǒng)的一個(gè)不足之處：不能保存較長(zhǎng)一段時(shí)間的各個(gè)參量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。我們的改進(jìn)設(shè)想是將參量值數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)的串口傳輸給PC機(jī)，由PC機(jī)保存各個(gè)參量長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)。如在24C16中的數(shù)據(jù)存滿時(shí)，則單片機(jī)將24C16中的數(shù)據(jù)全部傳輸給PC機(jī)，PC機(jī)收到數(shù)據(jù)后，保存在特定的文檔里，同時(shí)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的軟件處理可在PC機(jī)上繪制各個(gè)參量該段時(shí)間的變化曲線。參考文獻(xiàn)：【1】新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)/張毅剛編著.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.3，180-192頁(yè)?！?】電子工程

28、師制圖與制版技術(shù)Protel 99SE應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，2004，8-100頁(yè)?！?】譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).北京: 清華大學(xué)出版社, 2005（2007年重印）, 第三版,156-166頁(yè),204-214頁(yè)?！?】無(wú)線電雜志10年第一期（53-61頁(yè)）、第二期（52-57頁(yè)） 數(shù)字示波器DIY魏坤?！?】單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例詳解.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.10，15-38頁(yè)。附錄附錄一：整體電路圖圖15附錄二：程序清單#include<reg52.h>/"頭文件"#include<12864.h>#include<cat24c.h&

29、gt;#include<ds1302.h>#include<0832.h>#include<wenshi.h> #include<image.h>sfr AUXR=0x8e;sfr AUXR1=0xa2;/"key記錄鍵值；k自動(dòng)控制標(biāo)志；i、b用于顯示"unsigned char key=0,k=0,i=0,b=0,m=0,j=0,l=0,g=10,s=0; /"m、l、j、g用于計(jì)時(shí)"unsigned char xdata show8;/"用于顯示轉(zhuǎn)換"unsigned char x

30、data wet6; /"濕度0:1、溫度2:3、CO24、光強(qiáng)5"unsigned char xdata max6=0;unsigned char xdata min6=0;unsigned char xdata t0ime8=1,2,3,5,6,7,8,9;/*-*/"比較參量0,時(shí)間0:1、濕度2:3、溫度4:5、CO26、光強(qiáng)7"unsigned char xdata t1ime8=1,2,3,5,6,7,8,9;/*-*/"比較參量1,時(shí)間0:1、濕度2:3、溫度4:5、CO26、光強(qiáng)7"unsigned char addr

31、ess=0x10; /"RAM地址"sbit key1=P17; /"按鍵1" sbit key2=P01;/"2" sbit key3=P02;/"3" sbit key4=P00;/"4" sbit led=P03;/"12864背燈"sbit co2=P37; /"CO2加熱"sbit mo=P20;/"電機(jī)"sbit li=P21; /"加熱燈"void menu();void welcome() /&quo

32、t;歡迎界面"chn_disp(0x92,4,"歡迎使用");chn_disp(0x98,8,"德州學(xué)院");void readall() /"讀取時(shí)間、濕、溫、CO2、光強(qiáng)"Read_RTC();RH(wet);wet4=Adc0832(1);wet5=Adc0832(1);void change(unsigned char n)/"數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換"unsigned char k;unsigned int g;switch(n)case 0:for(k=0;k<3;k+)show6-3*k=set_

33、rtc_codek/16+'0'show7-3*k=set_rtc_codek%16+'0'show5=show2=':'break;case 1:show0=set_rtc_code6/16+'0'show1=set_rtc_code6%16+'0'show4=set_rtc_code4/16+'0'show5=set_rtc_code4%16+'0'show6=set_rtc_code3/16+'0'show7=set_rtc_code3%16+'0

34、9;break;case 2:show0=t0ime1/16+'0'show1=t0ime1%16+'0'show3=show2='-'show4=t0ime0/16+'0'show5=t0ime0%16+'0'break;case 3:show0=t1ime1/16+'0'show1=t1ime1%16+'0'show3=show2='-'show4=t1ime0/16+'0'show5=t1ime0%16+'0'break; cas

35、e 4:g=wet0*0x100+wet1;show0=g/100+'0'show1=(g/10)%10+'0'show2='.'show3=g%10+'0'show4='%'break; case 5:g=wet2*0x100+wet3;show0=g/100+'0'show1=(g/10)%10+'0'show2='.'show3=g%10+'0'break; case 6:g=CO2_deal(wet4);show0=g/1000+'0&

36、#39;show1=(g/100)%10+'0'show2=(g/10)%10+'0'show3=g%10+'0'show4='p'show5='p'show6='m'break; case 7:show0=wet5/16+'0'show1=wet5%16+'0'show2='p'show3='p'show4='m'break;void clean()/"清屏"wr_lcd(comm,0x30);wr

37、_lcd(comm,0x01);lat_disp(0,0);delay1(100);void z() /"制作"clean();chn_disp(0x80,2,"制作");chn_disp(0x92,2, "物理系");chn_disp(0x8a,3,"電科 ");chn_disp(0x9a,3," 李旋");void showall(char a) /"12864顯示所有"switch(a)case 0:readall(); wr_lcd(comm,0x0c);clean(

38、);change(0);chn_disp(0x80,4,show);chn_disp(0x85,2,"星期");show0=set_rtc_code5+'0'chn_disp_1(0x87,0,1,show);change(4);chn_disp_1(0x90,0,5,show);change(5);chn_disp_1(0x95,0,5,show);chn_disp_1(0x97,0,2,"");change(6);chn_disp_1(0x88,0,7,show);change(7);chn_disp_1(0x8d,0,5,show)

39、;chn_disp(0x98,4,"功能設(shè)置");break;case 1:chn_disp(0x80,4,"參量設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"模式設(shè)置");chn_disp(0x88,4,"記錄處理");chn_disp(0x98,2,"復(fù)位");break;case 2: chn_disp(0x82,4,"參量設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"測(cè)量間隔");chn_disp(0x88,4,"時(shí)間設(shè)置");ch

40、n_disp(0x98,4,"濕度范圍");break;case 9:chn_disp(0x82,4,"參量設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"溫度范圍");chn_disp_1(0x88,0,4,"CO2");chn_disp(0x8a,2,"濃度");chn_disp(0x98,4,"光強(qiáng)范圍");break;case 3:chn_disp(0x82,4,"測(cè)量間隔");show0=s/10+'0'show1=s%10+'

41、;0'chn_disp_1(0x91,0,2,show);chn_disp(0x92,2,"分鐘");show0='/'chn_disp_1(0x94,0,1,show);chn_disp(0x95,1,"次");chn_disp(0x98,2,"確定");break;case 4:chn_disp(0x82,4,"時(shí)間設(shè)置");change(1);chn_disp(0x92,4,show);chn_disp(0x91,3,show);chn_disp(0x92,1,"年"

42、;);chn_disp(0x94,1,"月");chn_disp(0x96,1,"日");change(0);chn_disp(0x8a,4,show);show5=show4;show4=show3;chn_disp(0x89,3,show);chn_disp(0x8a,1,"時(shí)");chn_disp(0x8c,1,"分");chn_disp(0x8e,1,"秒");chn_disp(0x9a,2,"星期");show0=set_rtc_code5+'0'c

43、hn_disp_1(0x9c,0,1,show);break;case 5: chn_disp(0x82,4,"濕度范圍");wet0=t0ime2;wet1=t0ime3;change(4);chn_disp_1(0x95,0,5,show);wet0=t1ime2;wet1=t1ime3;change(4);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);break;case 6: chn_disp(0x82,4,"溫度范圍");wet2=t0ime4;wet3=t0ime5;change(5);chn_disp_1(0x95,0,5,show)

44、;wet2=t1ime4;wet3=t1ime5;change(5);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);chn_disp_1(0x8f,0,2,"");break;case 7: chn_disp_1(0x81,0,3,"CO2");chn_disp(0x83,4,"濃度范圍");wet4=t0ime6;change(6);chn_disp_1(0x95,0,5,show);wet4=t1ime6;change(6);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);break;case 8: chn_disp(0

45、x82,4,"光強(qiáng)范圍");wet5=t0ime7;change(7);chn_disp_1(0x95,0,5,show);wet5=t1ime7;change(7);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);break;case 12:chn_disp(0x82,4,"模式設(shè)置");chn_disp(0x90,4,"自動(dòng)補(bǔ)償");chn_disp(0x88,4,"手動(dòng)補(bǔ)償");chn_disp(0x98,4,"定時(shí)補(bǔ)償");break;case 11: chn_disp(0x82,4

46、,"定時(shí)補(bǔ)償");chn_disp(0x90,1,"從");change(2);chn_disp(0x95,3,show);chn_disp(0x88,1,"到");change(3);chn_disp(0x8d,3,show);chn_disp(0x98,2,"確定");break;case 22:chn_disp(0x82,4,"記錄處理");chn_disp(0x90,4,"上次記錄");chn_disp(0x88,2,"作圖");chn_disp(

47、0x98,2,"確定");break;case 23:chn_disp(0x82,4,"上次記錄");change(0);chn_disp(0x90,4,show);change(4);chn_disp_1(0x88,0,5,show);change(5);chn_disp_1(0x8d,0,5,show);change(6);chn_disp_1(0x98,0,7,show);change(7);chn_disp_1(0x9d,0,5,show);break;case 24:chn_disp(0x80,4,"濕度作圖");chn_d

48、isp(0x90,4,"溫度作圖");chn_disp_1(0x88,0,3,"CO2");chn_disp(0x8a,2,"濃度");chn_disp(0x98,4,"光強(qiáng)作圖");break;case 32:chn_disp(0x80,5,"確定將系統(tǒng)");chn_disp(0x91,6,"恢復(fù)初始狀態(tài)");chn_disp_1(0x97,0,1,"?");chn_disp(0x98,2,"確定");break;case 46:cl

49、ean();chn_disp(0x92,5,"設(shè)置已保存");break;if(4<a)&&(a<9)chn_disp(0x90,2,"最高");chn_disp(0x88,2,"最低");chn_disp(0x98,2,"確定");if(a%23)chn_disp(0x9e,4,"返回");void choose(unsigned char a,unsigned char w) /"反白"w=(0xff)*w;switch(a)case 0:co

50、n_disp(w,w,0x80,0x80,4,16);/"第一行前4個(gè)字反白"break;case 1:con_disp(w,w,0x80,0x90,4,16);/"第二行前4個(gè)字反白"break;case 2:con_disp(w,w,0x88,0x80,4,16);/"第三行前4個(gè)字反白"break;case 3:con_disp(w,w,0x88,0x90,4,16);/"第四行前4個(gè)字反白"break; case 11:con_disp(w,w,0x85,0x90,3,16);/"第二行后3個(gè)字反

51、白"break;case 12:con_disp(w,w,0x8d,0x80,3,16);/"第三行后3個(gè)字反白"break;case 100:con_disp(w,w,0x81,0x90,1,16);/"第二行第2個(gè)字反白"break;case 101:con_disp(w,w,0x83,0x90,1,16);/"第二行第4個(gè)字反白"break;case 102:con_disp(w,w,0x85,0x90,1,16);/"第二行第6個(gè)字反白"break;case 103:con_disp(w,w,0x

52、87,0x90,1,16);/"第二行第8個(gè)字反白"break;case 104:con_disp(w,w,0x89,0x80,1,16);/"第二行第2個(gè)字反白"break;case 105:con_disp(w,w,0x8b,0x80,1,16);/"第三行第4個(gè)字反白"break; case 106:con_disp(w,w,0x8d,0x80,1,16);/"第三行第6個(gè)字反白"break;case 107:con_disp(w,w,0x8f,0x80,1,16);/"第三行第8個(gè)字反白"

53、;break;case 108:con_disp(w,w,0x8c,0x90,1,16);/"第四行第5個(gè)字反白"break;void send() /"數(shù)據(jù)從串口送入計(jì)算機(jī)" /*-*/void writeall() /"數(shù)據(jù)寫入RAM"Writepage(set_rtc_code,address,4);Writepage(wet,address+0x04,6); /"記錄數(shù)據(jù)"address+=0x0a;if(address>0xf5)send();/"寫滿送入串口"address=0x10;void record()/"將參量寫入RAM"Writepage(t0ime,0,8);Writepage(t1ime,8,8);void ok()/"顯示