蔬菜大棚溫濕度的控制系統(tǒng)設計(共31頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘要摘要隨著大棚技術的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，對于蔬菜大棚來說，最重要的一個管理因素是溫濕度控制。溫濕度太低，蔬菜就會被凍死或則停止生長，所以要將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內部懸掛溫度計，工人依據(jù)讀取的溫度值來調節(jié)大棚內的溫度。如果僅靠人工控制既耗人力，又容易發(fā)生差錯。現(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高，對于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局性。為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有溫濕度自動控制系統(tǒng)，以控制蔬菜大棚溫度，適應生產(chǎn)需要。 本論文主要闡述了基于 AT89C51 單片機的西紅柿大棚溫濕度控制

2、系統(tǒng)設計原理，主要電路設計及軟件設計等。該系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機作為控制器，SHT10 作為溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可對執(zhí)行機構發(fā)出指令實現(xiàn)大棚溫濕度參數(shù)調節(jié)，具有上下位機直接設置溫濕度范圍，溫濕度實時顯示等功能。上位機采用 Delphi 軟件進行編寫，用戶界面友好，操作簡單，可以根據(jù)大棚西紅柿生長情況繪制成簡明直觀的作物生長走勢圖，從而容易得出最適合作物生長的溫濕度值。關鍵詞關鍵詞：AT89C51；SHT10；蔬菜大棚；溫濕度；控制系統(tǒng)；傳感器精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)AbstractWith the popularization of trellis technolo

3、gy, greenhouse trellis an ever-growing number, for vegetable shed speaking, one of the most important management factor is the temperature and humidity control. Temperature is too low, the vegetables will freeze to death or stop growing, so will always control temperature and humidity in a suitable

4、vegetable growth range. Traditional temperature control is in greenhouse trellis internal hanging a thermometer, workers according to regulate the temperature reading the temperature inside the shelter. If only by artificial control both consumption manpower, and easy to place regular orders. Now, w

5、ith the improvement of agricultural industry scale, for larger quantity of trellis, traditional temperature control measures will show great bureau sex. Therefore, in modern vegetable shed management zhongtong often temperature and humidity automatic control system, in order to control the temperatu

6、re, adapt to the trellis vegetable production needs.This thesis mainly elaborated based on AT89C51 tomatoes canopy temperature and humidity control system design principle, main circuit design and software design, etc. This system USES AT89C51 single chip microcomputer as controller, SHT10 as temper

7、ature and humidity data acquisition system, may to the actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustment, has the upper and lower level computer directly set temperature range, temperature and humidity real-time display, and other functions. PC using Delphi software

8、to compile, user friendly interface, easy 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)operation, can according to shed tomato growth situation blazoned with simple, direct simulations of crop growth, thus easy to draw the most suitable for crop growth of temperature and humidity value.Key words：AT89C51; SHT10;vegetable sh

9、ed; Temperature and humidity; Control System; sensor 目錄目錄精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 系統(tǒng)設計背景系統(tǒng)設計背景植物的生長都是在一定的環(huán)境中進行的，其在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對植物生長影響最大的是環(huán)境中的溫度和濕度。環(huán)境中晝夜的溫度和濕度變化大，其對植物生長極為不利。因此必須對環(huán)境的溫度和濕度進行監(jiān)測和控制，使其適合植物的生長，提高其產(chǎn)量和質量。本系統(tǒng)就是利用價格便宜的一般電子器件來設計一個參數(shù)精度高，控制操作方便，性價比高的

10、應用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的西紅柿大棚溫濕度測控系統(tǒng)。西紅柿屬于喜溫作物，但不喜高溫。據(jù)實驗：白天 27，夜晚 17，溫差保持在 10情況下，番茄生長最快。進入開花期，應加大通風量。上午棚內溫度升到 20，要逐漸打開通風口，降溫排濕。從開花至澆催果水之前，棚溫不要超過 28。下午當棚溫降至 20時將通風口關閉。本系統(tǒng)主要完成對西紅柿大棚內溫度和濕度等參數(shù)的采集、存儲，并具有向監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)以及執(zhí)行監(jiān)控中心的指令等功能。本系統(tǒng)溫濕度的監(jiān)控包括以下步驟：感應環(huán)境溫濕度；判斷感應到的溫濕度是否異常；若感應到的溫濕度異常，判斷異常是否超過預設時間；若異常超過預設時間，則輸出異常信號至主控機；異常報警；判斷異

11、常是否處理完畢；以及若異常處理完畢，解除報警。并可以利用控制器和主控機來達到機房溫濕度的遠程控制，從而實現(xiàn)環(huán)境溫濕度管理的實時性和有效性。為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有溫濕度自動控制系統(tǒng)，以控制蔬菜大棚溫度，適應生產(chǎn)需要。它以先進的技術和現(xiàn)代化設施，人為控制作物生長的環(huán)境條件，使作物生長不受自然氣候的影響，做到常年工廠化，進行高效率，高產(chǎn)值和高效益的生產(chǎn)。1.21.2 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能、優(yōu)勢及特點、優(yōu)勢及特點該檢測系統(tǒng)充分利用AT89C51單片機的軟、硬件資源,輔以相應的測量電路和SHT10數(shù)字式集成溫濕度傳感器等智能儀器,能實現(xiàn)多任務、多通道的檢測和輸出。并且通過RS232接口實現(xiàn)與上

12、位PC機的連接,進行數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲及打印輸出等。它具有測量范圍廣、測量精度高等特點,前端測量用的傳感器類型可在該基礎上修改為其他非電量參數(shù)的測量系統(tǒng)。溫濕度檢測系統(tǒng)采用SHT10為溫濕度測量元件。系統(tǒng)在硬件設計上充分考慮了可擴展性,經(jīng)過一定的添加或改造,很容易增加功能。根據(jù)溫室大棚內的溫濕度、土壤水分、土壤溫度等傳感器采集到的信息，利用RS485 總線將傳感器信息送給485 轉232 的轉換器，接到上位計算機上進行顯示，報警，查詢。監(jiān)控中心將收到的采樣數(shù)據(jù)以精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)表格形式顯示和存儲，然后將其與設定的報警值相比較，若實測值超出設定范圍，則通過屏幕顯示報

13、警或語音報警，并打印記錄。與此同時，監(jiān)控中心可向現(xiàn)場控制器發(fā)出控制指令，監(jiān)測儀根據(jù)指令控制風機、水泵、等設備進行降溫除濕，以保證大棚內作物的生長環(huán)境。監(jiān)控中心也可以通過報警指令來啟動現(xiàn)場監(jiān)測儀上的聲光報警裝置，通知大棚管理人員采取相應措施來確保大棚內的環(huán)境正常。1.2.11.2.1 系統(tǒng)功能及優(yōu)勢系統(tǒng)功能及優(yōu)勢1.系統(tǒng)優(yōu)越性： 系統(tǒng)結構清晰，高度集成化，安裝、操作簡單，適用于各類使用環(huán)境，操作界面充分考慮客戶個性化需求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性好。 2.自動記錄: 實時更新并自動記錄溫濕值，所有溫濕度歷史記錄及相關數(shù)據(jù)真實可靠，存儲方式專用 3.易于查詢: 查詢任何該蔬菜溫室內的固定測點及移動測點的溫濕

14、度歷史數(shù)據(jù)記錄、溫濕度歷史曲線、溫濕度預警信息、溫濕度超限信息、超限處理措施及整改提示、監(jiān)測點環(huán)境情況評估、監(jiān)測點故障、監(jiān)測點地理位置等信息。4.完整精確且靈活記錄打印 :將預訂的時間點自動記錄所有測點的溫濕度值及報警信息，形成可查詢、打印的歷史記錄、歷史曲線、報表。 5.靈活的報警功能: 報警方式有電腦聲光報警、就地測點聲光報警、預設地點（值班室）聲光報警、手機短信報警、電子郵件報警等。6.傳感器在線標定: 需要標定系統(tǒng)測試精度時無須拆卸傳感器，只需通過軟件設定即可。7.系統(tǒng)可擴充性強: 測點可在一定范圍內任意增加。8.安裝簡單: 接線方便可靠。 9.低功耗設計：獨有的自備電源管理方案，配有

15、小容量 UPS 電源。1.2.21.2.2 系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點1.遠距離 : 識別的最遠距離是 80m （正常的距離是 0 50 米，5080米的距離要另外配置天線），識別距離可調。2.防沖突性 : 先進的防碰撞技術，可同時識別 200 個 / 秒以上標識。 3.高速度 : 最高識別速度可達 200 公里 / 小時。4.安全性 : 加密算法與認證，確保數(shù)據(jù)安全，防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解。5.方向性 : 可實現(xiàn)有方向性和無方向性的識別。 6.高可靠 : -40 -85 ，防沖擊。7.成本性 : 全部采用 0.18uM 的芯片，成本更低。 8.功耗性 : 超低功耗，更健康、更安全。9.傳輸性 : 全球

16、開放的 ISM 微波頻段，無須申請和付費。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)10.高抗干擾性 : 對現(xiàn)場各種干擾源無特殊要求高抗干擾性 。11.溫度特性：0.1（如果要求的溫度范圍更寬，則要特殊定）。 12.濕度特性：2%H（如果要求的濕度范圍更寬，則要特殊定制）。13.測量時間間隔：至少需要 1.5S（如果需要更快，則要特殊定制開發(fā)）。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第第 2 2 章章 設計內容設計內容 2.12.1 總體方案的設計總體方案的設計2.1.12.1.1 設計思想設計思想系統(tǒng)的一大特點是用戶可以通過下位機中的鍵盤輸入溫濕度的上下限值和預置值，也可以通過上位機對溫

17、濕度的上下限值和預置值進行輸入，從而實現(xiàn)上位機對大棚內作物生長的遠程控制。系統(tǒng)下位機設在種植植物的大棚內，下位機中的溫濕度傳感器可以將環(huán)境中的溫濕度非電量參數(shù)轉化成電量信號，再將這些信號進行處理后送至下位機中的單片機，單片機讀取數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)內，通過LED數(shù)碼管進行實時顯示。同時與原先內部設定的參數(shù)值進行比較處理；單片機可以根據(jù)比較的結果對執(zhí)行機構發(fā)出相應的信號，并通過繼電器的控制對相應的設備如噴水器、吹風機、加熱器、降溫泵等進行操作，調節(jié)大棚內溫濕度狀態(tài)。用戶直接通過鍵盤對溫濕度的上下限值和預置值進行設置后，如果環(huán)境的實時參數(shù)超越上下限值，系統(tǒng)自動啟動執(zhí)行機構調節(jié)大棚內濕度和溫度狀態(tài)

18、，直到溫濕度狀態(tài)處于上下限值以內為止。如果有預置初值，且與當前狀態(tài)不相等時，系統(tǒng)也會啟動執(zhí)行機構動態(tài)調節(jié)溫濕度狀態(tài)，直到所處的平衡狀態(tài)與預置值相等為止。上位機是用DELPHI軟件編寫的一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理系統(tǒng)，有著友好直觀的用戶界面，可直接設置溫濕度的上下限值和讀取下位機的數(shù)據(jù)，也可以直接對溫室大棚內下位機的噴水器、吹風機、加熱器、降溫泵等進行操作，調節(jié)大棚內溫濕度狀態(tài)。由于上位機DELPHI軟件有強大的數(shù)據(jù)庫存儲和處理功能，我們可以對下位機傳送上來的各種環(huán)境中的數(shù)據(jù)參數(shù)進行處理，形成作物生長的走勢圖，從而通過生長走勢圖得出適合各種作物生長的最佳環(huán)境參數(shù)條件，為今后的溫室種植提供參考。上下位機之

19、間通過符合串行總線RS一232標準的通信通道以事先約定的協(xié)議進行通信。單片機作為控制器，可以接收溫度和溫度傳感器從大棚中獲取的溫濕度信息，將這些信息與預置的溫濕度范圍值進行比較，然后通過繼電器控制執(zhí)行機構，對大棚進行相關的操作以保證大棚的溫濕度范圍能夠在預置的范圍內。下位機鍵盤顯示部分可以直接對溫濕度值進行預設，并可實現(xiàn)溫濕度值的實時顯示。上位機可通過通信接口模塊接收下位機傳送過來的溫濕度值，形成作物生長的圖表，也可以直接設置溫濕度值和控制執(zhí)行機構對大棚進行相關操作。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2.1.22.1.2 系統(tǒng)組成及框圖系統(tǒng)組成及框圖系統(tǒng)由電源電路、溫濕度傳感器 SHT

20、10、數(shù)據(jù)通訊轉換部分 (RS232)、上位機管理軟件和控制模塊（ AT89C51）組成。 1、溫濕度傳感器：負責檢測并采集各控制點溫濕度數(shù)據(jù)。 2、數(shù)據(jù)通訊轉換器：負責溫濕度數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的信號轉換。 3、軟件部分：軟件部分負責對所有數(shù)據(jù)進行讀取分析，并執(zhí)行各項管理功能。 4、控制部分（即溫濕度調節(jié)系統(tǒng)）：執(zhí)行遠程控制指令。 控制部分連接增濕裝置、干燥裝置、溫度的控制裝置等。其系統(tǒng)原理圖如圖 2-1 所示：復位電路復位電路溫濕度檢測電路溫濕度檢測電路AT89C51電源電源顯示電路顯示電路鍵盤，報警電路鍵盤，報警電路溫濕度調節(jié)系統(tǒng)溫濕度調節(jié)系統(tǒng)圖2-1 蔬菜大棚溫濕度控制原理框圖2.22.2 系

21、統(tǒng)主要電路的設計系統(tǒng)主要電路的設計2.2.12.2.1 主要芯片主要芯片 89C5189C51 的功能及引腳圖的功能及引腳圖芯片89C51共有40個引腳，其中電源引腳有4個，控制引腳有4個，并行的I/O接口有32個，其引腳圖如圖2-2所示：輸入按鍵輸入按鍵精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖2-2 89C51引腳 （1）電源及時鐘引腳（4個）Vcc:電源接入引腳；Vss:接地引腳；XTAL1:晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）；XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）。（2）控制線引腳（4個）RST/VpD:復位信

22、號輸入引腳/備用電源輸入引腳；ALE/PROG:地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳(低電平有效）；EA/Vpp:內外存儲器選擇引腳（低電平有效）/片內EPROM（或FlashROM）編程電壓輸入引腳；精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)PSEN:外部存儲器選通信號輸出引腳（低電平有效）。(3)并行I/O引腳（32個，分成4個8位口）P0.0P0.7:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳；P1.0P1.7:一般I/O引腳；P2.0P2.7:一般I/O引腳或高位地址總線引腳；P3.0P3.7:一般I/O引腳或第二功能引腳。2.2.22.2.2 溫濕度檢測電路的設計溫濕度檢測電路

23、的設計本系統(tǒng)選擇的溫濕度傳感器是由 瑞士 Sensirion 公司推出了 SHT10 單片數(shù)字溫濕度集成傳感器，采用 CMOS 過程微加工專利技術（CMOSens technology） ，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。該傳感器包括一個電容性聚合體濕度敏感元件、一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上，與 l4 位的 AD 轉換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進行標定，以鏡面冷凝式濕度計為參照。校準系數(shù)以程序形式存儲在 OTP 內存中，在校正的過程中使用。兩線制的串行接口，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。微小的體積、極低的功耗，使其成為

24、各類應用的首選。如圖 2-3 所示，傳感器 SHT10 的原理圖 D ACalibration MemeryDigitalinter-faceRH SensorTempSensorSCKDATAGNDVDD圖2-3 傳感器 SHT10的原理圖如圖 2-4 所示，傳感器 SHT10 的電路連接圖精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 圖2-4 SHT10傳感器電路圖（1）數(shù)字集成溫濕度傳感器 SHT10 的主要特點a.相對濕度和溫度的測量兼有露點輸出；b.全部校準，數(shù)字輸出；c.接口簡單（2-wire）,響應速度快；d.超低功耗，自動休眠；e.出色的長期穩(wěn)定性；f.超小體積（表面貼裝） ；g

25、.測濕精度45%RH，測溫精度0.5（25） 。（2)引腳說明a.電源引腳（VDD、GND） 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)SHT10的供電電壓為2.4V5.5V。傳感器上電后，要等待11ms，從“休眠”狀態(tài)恢復。在此期間不發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD 和 GND）之間可增加1個100nF 的電容器，用于去耦濾波。b.串行接口 SHT10的兩線串行接口（bidirectional 2-wire）在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優(yōu)化處理，其總線類似 I2C 總線但并不兼容 I2C 總線。 串行時鐘輸入（SCK） 。SCK 引腳是 MCU 與 SHTIO 之問通信的同步時鐘，由于

26、接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒有最小時鐘頻率。即微控制器可以以任意慢的速度與 SHT10 通信。串行數(shù)據(jù)（DATA） 。DATA三態(tài)引腳是內部的數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入引腳。DATA在SCK時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在SCK時鐘的上升沿有效。即微控制器可以在SCK的高電平段讀取有效數(shù)據(jù)。在微控制器向SHT10傳輸數(shù)據(jù)的過程中，必須保證數(shù)據(jù)線在時鐘線的高電平段內穩(wěn)定。為了避免信號沖突，微控制器僅將數(shù)據(jù)線拉低，在需要輸出高電平的時候，微控制器將引腳置為高阻態(tài)，由外部的上拉電阻(例如：lOk)將信號拉至高電平。為避免數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，MCU 應該驅動 DATA 使其處于低電平狀態(tài)，而外部接1個上拉電阻

27、將信號拉至高電平。（3）命令與時序SHT10命令如表2-1所列。表2-1 SHT10的命令a.命令時序 發(fā)送一組“傳輸啟動”序列進行數(shù)據(jù)傳輸初始化，如圖2-5所示。其時序為：當 SCK 為高電平時 DT 翻轉保持低電平，緊接著 SCK 產(chǎn)生1個發(fā)脈沖，隨后在SCK 為高電平時 DATA 翻轉保持高電平。命令代碼保留0000X測量溫度00011測量濕度00101讀狀態(tài)寄存器00111寫狀態(tài)寄存器00110保留0101X1110X軟件復位，復位接口、清楚狀態(tài)寄存器為默認值，下一個命令前等待至少11ms11110精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)DATASCK圖2-5 命令時序緊接著的命令包

28、括3個地址位（僅支持“000” ）和5個命令位。SHT10指示正確接收命令的時序為：在第8個 SCK 時鐘的下降沿之后將 DATA 拉為低電平（ACK位）,在第9個 SCK 時鐘的下降沿之后釋放 DATA（此時為高電平） 。 b.測量時序（RH 和 T）“000 00101”為相對濕度（RH）量， “000 00101”為溫度（）測量。發(fā)送一組測量命令后控制器要等待測量結束，這個過程大約需要20/80/320ms 對應其8/12/14位的測量。測量時間隨內部晶振的速度而變化，最多能夠縮短30%。SHT10下拉 DATA 至低電平而使其進入空閑模式。重新啟動 SCK 時鐘讀出數(shù)據(jù)之前，控制器必須

29、等待這個“數(shù)據(jù)準備好”信號。接下來傳輸2個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1個字節(jié)的 CRC 校驗。MCU 必須通過拉低DATA 來確認每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)都從 MSB 開始，至 LSB 有效。例如對于12位數(shù)據(jù)，第5個 SCK 時鐘時的數(shù)值作為 MSB 位；而對于8位數(shù)據(jù)，第1個字節(jié)（高8位）數(shù)據(jù)無意義。確認 CRC 數(shù)據(jù)位之后，通信結束。如果不使用 CRC-8校驗，控制器可以在測量數(shù)據(jù) LSB 位之后，通過保持 ACK 位為高電平來結束本次通信。測量和通信結束后，SHT10自動進入休眠狀態(tài)模式。c.復位時序如果與 SHT10的通信發(fā)生中斷，可以通過隨后的信號序列來復位串口，如圖2-6所示。保持 DATA

30、為高電平，觸發(fā) SCK 時鐘9次或更多，接著在執(zhí)行下次命令之前必須發(fā)送一組“傳輸啟動”序列。這些序列僅僅復位串口，狀態(tài)寄存器的內容仍然保留。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)DATASCK傳輸開始傳輸開始121314 4- -8 891圖2-6 復位時序（4）傳感器 SHT10與 AT89C51的接口電路如圖2-7所示，傳感器 SHT10將采集的溫濕度值與鍵盤設定溫濕度值進行比較，并將信息送給89C51進行處理，89C51將信息送給顯示模塊進行顯示，用戶需要對系統(tǒng)進行相應的溫濕度調節(jié)。圖2-7 傳感器接口電路圖精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2.2.32.2.3 復位電路的設

31、計復位電路的設計本系統(tǒng)采用 RC 復位電路，RC 復位電路實質是一階充放電電路。如圖2-9所示。該電路提供有效的復位信號 RST（高電平)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復位信號（低電平） 。從理論上說51系列單片機復位引腳只要外加兩個機器周期的有效信號即可復位，設 t 為保持高電平的時間，只要保證 t=RC2M（M 為機器周期）即可。但在實際設計過程中，通常 C1取10uF 以上，R1通常取10K 左右。時間發(fā)現(xiàn)，如果 R1取值太小，如 R1取1K.則會導致 RST 信號驅動能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復位。另外實驗證明，圖中的虛線所接的續(xù)流二極管 D1對于改善復位性能起到了至關重要的作用，它的作用是在電

32、源電壓瞬間下降時，電容迅速放電，因此一定寬度的電源毛刺也可使系統(tǒng)可靠復位。 RST Vcc C1 22uF R1 D1 10K 4148 圖2-9 RC 復位電路2.2.42.2.4 溫濕度調節(jié)系統(tǒng)的設計溫濕度調節(jié)系統(tǒng)的設計溫濕度調節(jié)系統(tǒng)包括加濕模塊除濕模塊、加溫模塊和制冷模塊。它是由單片機的IO 口控制的，有效控制電平為+5V，執(zhí)行機構的各種設備都是在市電下正常工作的，必須采用IO口控制繼電器的導通和切斷來控制市電的通斷，也即控制執(zhí)行設備的工作狀態(tài)。由于單片機的IO不能提供足夠的電流，不能直接驅動繼電器導通，因此，我們采用達林頓管，將進行兩級放大，提供了足夠大的驅動電流，讓繼電器中的電感線圈

33、產(chǎn)生足夠大的磁力，將開關吸合。用戶預先輸入溫濕度報警值到程序中，該值作為系統(tǒng)閾值。溫濕度傳感器監(jiān)測值傳輸給單片機，當單片機比較監(jiān)測到的數(shù)值超出所設定閾值時，驅動蜂鳴器報警，并為溫濕度調節(jié)系統(tǒng)提供控制信號，實現(xiàn)自動控制。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2.2.52.2.5 SHT10SHT10 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序如圖 2-10 所示，SHT10 數(shù)據(jù)采集過程。圖2-10 SHT10數(shù)據(jù)采集流程圖溫濕度傳感器SHTl0完成一次測量的工作順序一般為：設置傳感器分辨率發(fā)送“啟動傳輸”命令發(fā)送測量命令讀輸出的測量值將輸出測量值轉換為物理量。微控制器首先發(fā)布一個啟動傳輸時序，接著調用寫時序

34、發(fā)布溫度或濕度(取決于人口參數(shù))的測量命令，之后等待測量的完成，在測量完成后，調用讀時序讀回測量結果。需要注意的一點是，僅當通信錯誤標志error為0時，才說明通信正確，讀回的結果有效。在主程序中若檢測到通信錯誤標志error非零，需要使用復位時序，來復位串行端口，然后重新進行測量SHTlO數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖2.10所示：SHT10讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：DATA在SCK時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在SCK精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)時鐘的上升沿有效。從微控制器向SHT10寫數(shù)據(jù)的角度來看，可以理解為上升沿將觸發(fā)SHT10鎖存數(shù)據(jù)，即微控制器在下降沿輸出數(shù)據(jù)，再給出上升沿觸發(fā)SHT

35、10鎖存數(shù)據(jù)。下降沿和上升沿之間的時間間隔需要滿足SHT10的數(shù)據(jù)建立時間1 (最小值為lOOns)，上升沿之后數(shù)據(jù)也需要保持一段時間，這段時間用于滿足SHT1 0的數(shù)據(jù)保持時間TH(典型值為lOns)。 當 SHT10 完成測量后，微控制器需要發(fā)布讀時序將測量結果讀回。實現(xiàn)讀時序首先需要實現(xiàn) 8 個數(shù)據(jù)位的讀取。SHT10 讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：DATA 在SCK 時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在 SCK 時鐘的上升沿有效。從微控制器讀數(shù)據(jù)的角度理解，時鐘線的下降沿將觸發(fā) SHT10 接口內的鎖存器輸出數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)在時鐘線上升沿之后達到穩(wěn)定，下降沿和上升沿之間的時間間隔要大于SHT10 的輸出數(shù)

36、據(jù)有效時間 Tv(典型值為 250ns)，即微控制器需要先給出下降沿，延時一段時間待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù)。此外，微處理器需要在第 9 個時鐘給出應答位，這屬于寫時序，寫時序可參考前文的論述。讀時序的 C 語言程序代碼如下，程序的人口參數(shù)為 0 或 1，0 代表給出應答位，繼續(xù)接收后續(xù)數(shù)據(jù)；1 表示終止通信。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第第 3 3 章章 系統(tǒng)軟件的設計系統(tǒng)軟件的設計3.13.1 上位機軟件設計上位機軟件設計上位機軟件采用Borland Delphi編寫。Delphi是強大，靈活的基于Windows的可視化應用程序開發(fā)工具。它將可視化技術與ObjectPascal語

37、言完美結合，具有良好的數(shù)據(jù)庫訪問能力，是一個非常強大的應用程序開發(fā)組件的集合。上位機軟件主窗口如圖2所示，它是系統(tǒng)啟 窗口等待用戶操作。主窗口包括四大部分，即溫動后顯示在用戶面前的第一個窗口，系統(tǒng)將在此 度實時監(jiān)測圖形，濕度實時監(jiān)測圖形，當日環(huán)境參數(shù)表以及其他窗口的彈出按鈕。系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)是上位機每隔15分鐘向下位機發(fā)出命令采集的，時間間隔合理，能達到實時監(jiān)測的目地。系統(tǒng)軟件本著方便用戶使用的原則，采用人機交互方式、彈出式窗口、錯誤屏蔽、友情提示等技術，最大限度地方便用戶操作。系統(tǒng)窗口簡潔明了，數(shù)據(jù)顯示采用表格或圖形的形式，使得用戶更方便地查看、查詢數(shù)據(jù)。溫濕度數(shù)據(jù)接收軟件界面圖如圖3-1

38、所示：圖3-1 溫度、濕度數(shù)據(jù)接收軟件界面圖如圖3-2所示，上位機軟件主要由實時監(jiān)測模塊、大棚信息模塊、智能控制模塊、環(huán)境參數(shù)設置模塊、作物長勢記錄模塊和直接控制模塊6大模塊組成，用戶可以通過具體界面來了解下位機所在的大棚內作物的生長情況，通過界面內作物生長的走勢圖可以得出最適合作物生長的環(huán)境條件。上位機軟件控制界面友好，操作簡單明了，十分適合用戶操作。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 圖 3-2 上位機軟件流程3.23.2 通信模塊軟硬件設計通信模塊軟硬件設計3.2.13.2.1 通信硬件設計通信硬件設計89C51單片機與PC系列微機是兩種不同類型的機種，硬件結構不同，電氣特性也不

39、一樣，因此它們之間不能用導線直接連接，而要通過電平轉換電路。本系統(tǒng)采用的串行通信的接口標準RS一232C。（1）RS一232C電氣特性RS一232C采用負邏輯在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=一515V邏輯0(SPACE)=+5+15VRS一232C的主要電氣特性為：帶37k歐姆負載時驅動器的輸出電平：邏輯“1”：一5 一12V；邏輯“0“：+5 +12V。不帶負載時驅動器的輸出電平： 一25+25V。驅動器轉換速率：30V，L 。接收器輸入阻抗：37K歐姆之間。接收器輸入電壓的允許范圍：一25 +25V。最大負載電容：2500PF。（2）RS一232C的電平轉換RS一232C是用正負電

40、壓來表示邏輯狀態(tài)，與1vrL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。為了能夠同計算機接口或終端的1vrL器件連接，必須在EIARS一232C與1vrL電路之間進行電平和邏輯關系的變換。實現(xiàn)變換的方法目前較為廣泛地使用集成電路轉換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成1vrL電平到EIA系統(tǒng)啟動主窗口等待操作退出程序直接控制實時監(jiān)控大棚信息作物長勢智能控制環(huán)境參數(shù)設置精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電平的轉換，而MC1489、SN75 154可實現(xiàn)EIA電平到1vrL電平的轉換，MAX232芯片可完成1vrL一IA雙向電平轉換。MAX232芯片的轉換口，包含兩路驅動器和接收器的RS一

41、232轉換芯片。芯片內部有一個電壓轉換器，可以把輸入的+5V電壓轉換為RS一232接口所需的10V電壓，最大的好處是工作電壓為+5V，不需要額外電源。3.2.23.2.2 通信軟件設計通信軟件設計系統(tǒng)的設計中，考慮到下位機位于溫室大棚內，離上位機即計算機的控制有一定距離，而且系統(tǒng)對于傳送速度的要求也不是很高，且考慮到傳輸?shù)男畔⒘坎粫浅４螅慕档统杀镜慕嵌瘸霭l(fā)，所以采用異步串行通信的方式。（1）異步通訊方式異步通訊方式既不需要同步字符SYNC，也不要求保持數(shù)據(jù)流的連續(xù)性，它規(guī)定傳輸格式，每個數(shù)據(jù)均以相同的幀格式發(fā)送。每幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位組成，幀與幀之間用高電平隔開。（

42、2）通信程序的編寫由于匯編語言程序結構緊湊、靈活，匯編成目標程序效率高、占用存儲器空間少、運行速度快和實時性強等特點，適合實時測控等領域，所以本系統(tǒng)通信程序采用了匯編語言進行編寫。在異步串行通信中，要保證通信成功，通信雙方必需對數(shù)據(jù)傳送方式有一系列的約定，比如：作為發(fā)送方，必須知道什么時候發(fā)送信息、發(fā)什么、對方是否收到、收到的內容有沒有錯、要不要重發(fā)、怎樣通知對方結束等；作為接收方，必須知道對方是否發(fā)送了信息、發(fā)的是什么、收到的信息是否有錯、如果錯了怎樣通知對方重發(fā)、怎樣判斷結束等。這種約定稱為通信協(xié)議，它必須在編程之前就確定下來，只有雙方都正確地識別并遵守這些規(guī)定才能順利地進行通信。本設計的

43、通信協(xié)議格式設置為：我們選定常用的波特率2400位 ，串行通信工作于方式1，SMOD = 1，晶體震蕩頻率為12MHz。由于定時計數(shù)器1的溢出率= For,c12* (2 一N)次 ，而串行通信方式1的波特率為： (定時計數(shù)器1溢出率)*2SMOD32，因此可以得出下式：2400= (2SMOD32)*Fosc12* (2 一N)可求得N =F3H，因此TH =F3H，TL=F3H。*波特率設置：選用定時計數(shù)器1定時模式，工作方式1，計數(shù)常數(shù)F3H，SMOD=1，波特率2400bps，*串行通訊設置：異步通訊方式1，允許接收；*1位起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心

44、-專注-專業(yè)3.33.3 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序本系統(tǒng)的智能核心是 AT89C51，其監(jiān)控程序和應用軟件全部固化在 EPROM內。他的工作過程是：當系統(tǒng)接通電源后， AT89C51 單片機進入監(jiān)控狀態(tài)，同時完成對各個端口的初始化工作，當有按鍵按下時，產(chǎn)生申請中斷，進入響應的中斷程序，完成鍵盤處理工作。當沒有外部控制信息的輸入時，系統(tǒng)會自動采集溫濕度傳感器的電壓值，最終數(shù)據(jù)在 LED 顯示屏上顯示，如圖 3.3 所示。圖中系統(tǒng)功能的主程序包括初始化程序、自檢程序等。終端服務程序包括鍵盤掃描、查表、顯示等。系統(tǒng)軟件主要完成以下功能：（1）溫濕度傳感器測量數(shù)據(jù)的采集；（2）BCD 碼和二進制碼的相互轉

45、換；（3）超濕報警和溫濕度值的 LED 顯示。 Y N Y N Y N開始初始化端口調用濕度檢測函數(shù)測量濕度值溫度值大于70%？溫度值小于45%？有鍵按下？顯示報警報警調延程序精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3-3 主程序流程圖結束語結束語本設計從溫度檢測電路、輸出控制電路、鍵盤及 LED 顯示電路的設計等幾個方面出發(fā)，詳細研究和設計了基于單片機的溫室大棚測控系統(tǒng)的各個部分內容，設計了單片機及其外圍電路，并結合一套完整的程序算法。給出了一套溫室大棚測控系統(tǒng)軟硬件解決方案。系統(tǒng)通過溫度檢測電路感知西紅柿大棚溫度變化，通過模數(shù)轉換送給單片機處理，通過鍵盤設定上限溫度和下限溫度，當溫室大棚溫度低于設定的溫度下限值時，啟動點暖風機給溫室加溫，當溫室大棚溫度高于設定的溫度上限值時，停止加熱，實現(xiàn)了溫室大棚測控的自動化。采用的 SHT10 測量元件大大簡化了軟硬件的設計，系統(tǒng)結構簡單調試方便，性價比高。而且由于 SHT10 的極好性能特點，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精密度。通過這次設計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力。使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的