基于ATC單片機(jī)的設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚多點(diǎn)溫度采集監(jiān)控報(bào)警硬件設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘要我國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，大棚種植已成為我國農(nóng)村的重要支柱型產(chǎn)業(yè)，精確地來控制大棚中的溫度在一定程度上可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，所以，對大棚內(nèi)溫度的檢測和監(jiān)控就顯得至關(guān)重要。目前農(nóng)業(yè)大棚的測溫普遍都使用單個(gè)DS18B20溫度傳感器來檢測大棚溫度。盡管相對于傳統(tǒng)的溫度檢測有了很大程度的提升，但是仍然存在著很多的不足?；诖?，本文提出農(nóng)業(yè)大棚多點(diǎn)溫度采集設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)方案主要由控制電路、檢測電路、顯示電路和報(bào)警電路構(gòu)成。通過檢測電路的實(shí)時(shí)監(jiān)測，把溫度上下限值和運(yùn)算后得到的平均值送入顯示器顯示。如果大棚溫度超過設(shè)置范圍，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警。文中對系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的論述說明，對軟件部分的仿真調(diào)試也有簡單的介紹。文中給出了完整的設(shè)計(jì)原理圖和電路PCB圖，并在Proteus平臺上完成了仿真。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度傳感器；大棚溫度監(jiān)控AbstractAsalargeagriculturalcountry,greenhousecultivationhasbecomeanimportantpillarofChina'sruralindustries,topreciselycontrolthegreenhousetemperaturecanbeincreasedtosomeextent,cropyields,sothetemperatureofthegreenhousedetectionandmonitoringbecomescrucialimportant.CurrentlyagriculturalgreenhousetemperaturegenerallyuseasingleDS18B20temperaturesensortodetectgreenhousetemperature.Althoughcomparedtoconventionaltemperaturedetectionhasbeengreatlyimproved,buttherearestillmanydeficiencies.Basedonthis,thispaperproposesmulti-pointtemperatureacquisitionofagriculturalgreenhousedesign.Thedesignofthemaincontrolcircuit,adetectioncircuit,displaycircuitandalarmcircuit.Throughreal-timemonitoringdetectioncircuit,theaveragetemperatureoftheupperandlowerlimitsandgetintoaftertheoperationdisplay.Ifthegreenhousetemperatureexceedsthesetrange,thesystemwillautomaticallystartthealarmmoduleforalarm.Paper,thehardwaredesignofthesystemwerediscussedindetaildescription,simulationdebuggingsoftwaresectionalsohasabriefintroduction.ThepapergivesacompletecircuitdesignschematicsandPCBplans,andcompletedthesimulationinProteusplatform.Keywords:microcontroller;temperaturesensor;greenhousetemperaturemonitoring目錄7603引言 引言大棚的環(huán)境為農(nóng)作物的良好生長和提高產(chǎn)量提供了必要的保證。但是，大棚對農(nóng)作物影響的環(huán)境因素很多，也很復(fù)雜，比如說溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照等。目前農(nóng)業(yè)大棚的測溫普遍都使用單個(gè)DS18B20溫度傳感器來檢測大棚溫度。盡管相對于傳統(tǒng)的溫度檢測有了很大程度的提升，但仍然存在著很多的不足。首先，大棚的空間很大（通常有一畝地左右），棚內(nèi)溫度分布不均勻，單點(diǎn)測溫不能夠準(zhǔn)確地反映大棚內(nèi)的實(shí)際環(huán)境溫度。比如說陰面和陽面的溫度，大棚入口和室內(nèi)的溫度，都相差很大。再者，單點(diǎn)測溫僅僅使用一個(gè)溫度傳感器，一旦損壞的話，系統(tǒng)就不能正常的工作。單點(diǎn)測溫的測量距離也有限，而農(nóng)業(yè)大棚的長度一般都有一百米左右，遠(yuǎn)距離測量，信號會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重衰減。這些問題都會(huì)導(dǎo)致對大棚環(huán)境溫度的誤判，輕者會(huì)影響農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)，重者會(huì)造成農(nóng)作物的死亡。因此，針對于單點(diǎn)測溫系統(tǒng)的瓶頸問題，本文提出農(nóng)業(yè)大棚多點(diǎn)溫度采集設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)利用5個(gè)DS18B20溫度傳感器來對大棚進(jìn)行溫度檢測，分別布設(shè)在大棚的四個(gè)角落和中間，并將采集到的各點(diǎn)溫度求和取平均值作為大棚的溫度，這樣可以有效地解決了大棚室溫不均衡的問題。另外，在多點(diǎn)測溫的情況下，如果其中的某個(gè)傳感器損壞了，也不會(huì)影響到測溫的正常進(jìn)行。由于市場上沒有標(biāo)準(zhǔn)的DS18B20溫度傳感器總線，此設(shè)計(jì)采用以太網(wǎng)雙絞線通過RJ45接口和三通連接件將5個(gè)DS18B20溫度傳感器連接起來。而且，這樣連接為日后的檢修更換維護(hù)帶來了方便。除此之外，采用以太網(wǎng)雙絞線作為傳輸總線，測溫距離會(huì)大大提高，可靠性更高，完全能夠滿足大棚內(nèi)多點(diǎn)測量溫度的需求[3]。課題背景與意義1.1溫室大棚溫室是用來栽培植物的設(shè)施，能夠?yàn)檗r(nóng)作物提供良好的生長環(huán)境。溫室的種類繁多，一般分為玻璃溫室、塑料溫室、日光溫室、塑料大棚、單體溫室等。溫室不僅密封保溫，而且便于通風(fēng)降溫?，F(xiàn)代化的溫室具有控制大棚溫濕度、光照強(qiáng)弱等條件的設(shè)備，可以通過自動(dòng)化控制來調(diào)節(jié)環(huán)境因子以達(dá)到植物所需的最佳環(huán)境條件。溫室內(nèi)包括栽種槽、供水系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、輔助照明系統(tǒng)及濕度控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的集合是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的體現(xiàn)，使溫室成為傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)測量控制區(qū)。采用不同模擬量的傳感器，來測量大棚內(nèi)的溫度、濕度、以及光照強(qiáng)度等，之后通過模型分析，自動(dòng)調(diào)整溫室環(huán)境，從而可以獲得適宜農(nóng)作物生長的最佳環(huán)境。1.2DS18B20溫度傳感器DS18B20是美國MAXIM半導(dǎo)體器件公司的全資子公司Dallas生產(chǎn)的一種單數(shù)據(jù)總線數(shù)字輸出型全集成式智能溫度傳感器。DS18B20是DS1820的升級產(chǎn)品，它在DS1820的基礎(chǔ)上優(yōu)化了部分功能，提高了測量精度，并提供了更多的外形封裝式樣，使用十分方便。這種智能溫度傳感器可以單只獨(dú)立使用，也可以多只級聯(lián)使用。正是因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用DS18B20來對大棚進(jìn)行多點(diǎn)溫度檢測。DS18B20智能傳感器的測溫敏感元件及其A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算處理、邏輯控制、ROM和RAM單元、I/O端口等電路模塊全部集成在一塊極小的半導(dǎo)體芯片上。它的封裝外殼如同普通小功率塑料三極管或小型三端子集成電路外形。由于獨(dú)有的單總線結(jié)構(gòu)和數(shù)字協(xié)議操控方式，使得DS18B20在使用上十分方便，可直接輸出數(shù)字溫度信號和接受指令操控。圖1-1給出了DS18B20的實(shí)物圖和管腳圖。（1）DS18B20實(shí)物圖（2）引腳排列圖1—1DS18B20的實(shí)物圖和引腳排列（3）DS18B20引腳功能描述如表1-1。表1-1引腳功能描述引腳功能描述GND地信號I/O數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DS18B20芯片內(nèi)部采用了PTAT式半導(dǎo)體PN結(jié)傳感器的測溫原理。通過芯片內(nèi)部溫度傳感器模塊中相關(guān)半導(dǎo)體元件的PN結(jié)，將外界的溫度信息轉(zhuǎn)化為正比于絕對溫度值的相應(yīng)PN結(jié)組件的正向電壓之差值VT；并將這個(gè)VT電壓值作為所測溫度值的模擬信號電壓使用。DS18B20芯片內(nèi)部設(shè)有A/D變換模塊，可以將模擬溫度信號電壓VT轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號，保存在芯片內(nèi)部的溫度寄存器中，并可以通過單總線（DQ）端子直接串行輸出9～12位的數(shù)字量溫度信號。每一個(gè)DS18B20出廠時(shí)都被賦予了一個(gè)唯一的64位序列號，保存在每個(gè)DS18B20內(nèi)部的固定ROM中。因此在同一條單總線上可以掛接多個(gè)DS18B20傳感器，進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)測溫?？梢酝ㄟ^ROM搜索命令對每個(gè)在線的DS18B20進(jìn)行識別和定位，并可以對每個(gè)傳感器分別進(jìn)行設(shè)置操控和讀取數(shù)據(jù)。DS18B20還可以由用戶設(shè)定超溫報(bào)警的門限溫度值（上、下限值），并可以通過警報(bào)搜索命令定位找到發(fā)生超溫報(bào)警的一個(gè)DS18B20傳感器件。這些特點(diǎn)使DS18B20在多傳感器組網(wǎng)應(yīng)用和多點(diǎn)溫度巡檢系統(tǒng)中使用起來尤為方便[9]。1.3本文主要設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)主要在以下幾個(gè)方面展開研究工作：第一章溫室大棚、傳感器的介紹第二章系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)本章首先大體描述了硬件的構(gòu)成，然后，依次詳細(xì)的介紹了各部分電路的組成以及功能等。然后具體描述了PCB電路板的制作過程。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第四章實(shí)物的制作與調(diào)試最后，對兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行總結(jié)，分析設(shè)計(jì)過程中遇到的問題和困難以及解決途徑，對整體工作進(jìn)行簡單的評價(jià)以及需要提高的不足之處。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)思路本課題總體設(shè)計(jì)思路為：系統(tǒng)主要由控制電路、檢測電路和顯示電路構(gòu)成。控制電路主要是基于AT89C51單片機(jī)來完成的，把DS18B20溫度傳感器檢測到的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的運(yùn)算處理送入顯示器LCD1602顯示?？梢岳猛庵面I盤來設(shè)定大棚溫度的監(jiān)控范圍，如果環(huán)境溫度高于或是低于設(shè)置溫度，報(bào)警電路會(huì)自動(dòng)會(huì)發(fā)出警報(bào)告知操作員。該設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了對大棚溫度的實(shí)時(shí)測量、顯示和監(jiān)控。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，測量精度高，安裝方便簡單，易于維護(hù)?？蓱?yīng)用于溫室大棚，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)控制，是一種相對比較智能而且經(jīng)濟(jì)的方案，適合推廣，以便帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。系統(tǒng)的主要工作如下：（1）可以測量出大棚內(nèi)的平均溫度值。（2）可以改變溫度監(jiān)控范圍，如果大棚內(nèi)的平均溫度值超出所設(shè)定的范圍，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。（3）溫度監(jiān)控范圍和平均值可以在顯示器上顯示出來。（4）系統(tǒng)性能1）溫度測量范圍：5℃到35℃之間。2）測量點(diǎn)個(gè)數(shù)：5個(gè)3）測量距離：<=500m硬件框圖如2-1所示。圖2-1系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計(jì)電路原理圖如圖2-2所示。圖2-2電路原理圖2.2各部分設(shè)計(jì)方案2.2.1控制電路51系列單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)本課題既定功能，我們選用的型號是AT89C51，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠，應(yīng)用簡單[1]。AT89C51內(nèi)部包含中央處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。圖2-3AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖AT89C51單片機(jī)采用40PIN封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，其引腳配置如圖2-4所示。圖2-4AT89C51外部引腳配置圖40個(gè)引腳中，正電源和地線2個(gè)引腳，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線2個(gè)引腳，4組8位共32個(gè)I/O口（中斷口線與P3口線復(fù)用），控制引腳4個(gè)。管腳使用說明：P1.0接報(bào)警電路，INT0和INT1接鍵盤3和4，P0腳和P2.0、P2.1、P2.2和LCD1602相連，P2.5接RJ45的2腳（DS18B20數(shù)據(jù)線），P2.3接LED2（報(bào)警指示燈）。2.2.2電源電路（1）硬件電源接口選擇的型號是DC-0005，實(shí)物圖及相應(yīng)參數(shù)如圖2-5所示。圖2-5硬件電源接口（2）電路原理如圖2-6所示。圖2-6電源電路原理圖其中1、2腳是接地和接電源，3腳是固定腳。電路中加有二極管和按鍵開關(guān)是為了更好的判斷電源電路是否接通。電路中的電容起到濾波穩(wěn)壓的作用（平峰填谷）。2.2.3復(fù)位電路本設(shè)計(jì)所用單片機(jī)的RST引腳是高電平有效。其復(fù)位電路有兩種，上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。如果是上電復(fù)位，上電瞬間，電壓VCC短時(shí)間內(nèi)從0V上升到5V，這一瞬間5V的電壓全部加在1K電阻上，這時(shí)RST的電平為高電平，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能。外接按鍵是為了手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)按鍵按下時(shí)，電容兩端構(gòu)成回路并放電，使RST端重新變?yōu)楦唠娖剑存I彈起時(shí)電容又充電使RST變回低電平。在這里，我們采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位相結(jié)合的設(shè)計(jì)。其電路原理圖如圖2-7所示。圖2-7復(fù)位電路原理圖2.2.4晶振電路8051單片機(jī)的時(shí)鐘有兩種方式：一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體（2MHz～12MHz）和振蕩電容，振蕩電容的值一般取30pF；另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將18腳接地，外部時(shí)鐘信號從19腳腳輸入。對于80C51單片機(jī)，外引脈沖信號需從18引腳注入，而19引腳懸空。本設(shè)計(jì)采用片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式。如圖2-8所示為其原理圖。晶振電路的兩端只能接在單片機(jī)的18、19兩個(gè)引腳上，選用的晶振是JY11.0592MHz，它可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的波特率。晶振電路中電容是振蕩回路交聯(lián)電容，與晶振構(gòu)成振蕩回路，如果沒這兩個(gè)電容的話,振蕩部分會(huì)因?yàn)闆]有回路而停振，電路不能正常工作。在對PCB板布線時(shí)，要注意電容C3、C4到晶振的距離要保持相等，否則會(huì)影響晶振的振蕩穩(wěn)定性。圖2-8晶振電路原理圖2.2.5報(bào)警電路本課題所設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，P1.0引腳經(jīng)過NPN9013三極管驅(qū)動(dòng)一個(gè)無源蜂鳴器，構(gòu)成一個(gè)簡單的報(bào)警電路，原理圖如圖2-9所示[14]。圖2-9報(bào)警電路原理圖2.2.6檢測電路DS18B20使用單一線總線（DQ）雙向傳輸數(shù)字信息，單一總線的結(jié)構(gòu)可以有效地提高數(shù)字信號傳輸過程中的抗干擾能力，提高可靠性，更易于適應(yīng)各種不利條件下的現(xiàn)場測溫工作。大棚內(nèi)傳度器傳感布局可參考圖2-10。圖2-10大棚內(nèi)傳感器布線參考圖DS18B20可以設(shè)置成兩種供電方式，即總線供電方式和外部供電方式，采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導(dǎo)線，但完成測量溫度的時(shí)間較長，本設(shè)計(jì)采取外部供電方式，雖然多用一根導(dǎo)線但測量速度較快。DS18B20溫度傳感器輸出的測溫信號是用攝氏溫度（℃）標(biāo)定的，測溫范圍為-55～+125℃。在—10～+85℃范圍內(nèi)，測溫精度為±0.5℃。每一片DS18B20在其ROM中都有唯一的序列號，單總線最多可級聯(lián)8個(gè)傳感器。由于設(shè)計(jì)此課題的目的是盡可能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)大棚現(xiàn)場，數(shù)據(jù)的傳輸距離非常重要，DS18B20在普通線纜上傳輸距離只有50m,但在屏蔽雙絞線上傳輸可達(dá)500m,我們選擇屏蔽雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，接口確定為使用最廣泛的RJ45接口（如圖2-11所示）。DS18B20有三個(gè)引腳，我們選用網(wǎng)線中的第1、2、3根線分別與DS18B20的VDD、I/O，GND三個(gè)引腳相連，將多個(gè)DS18B20通過RJ45三通插座（如圖2-12所示）級聯(lián)進(jìn)行多點(diǎn)溫度測量。圖2-11RJ45接口圖2-12RJ45插座如圖2-13所示，RJ45的I/O端口處接有阻值為4.7K的上拉電阻，因?yàn)镈S18B20是單總線溫度傳感器，數(shù)據(jù)線是漏極開路，接電源后，上拉電阻可使系統(tǒng)穩(wěn)定的工作。同時(shí)若溫度傳感器開路或沒接時(shí)，能起到上拉作用，使之為高電平，使后續(xù)電路得到保護(hù)。圖2-13檢測電路原理圖2.2.7顯示電路本設(shè)計(jì)中采用LCD1602液晶顯示屏（如圖2-14所示）顯示數(shù)據(jù)。此顯示屏具有微功耗、體積小、重量輕、顯示質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，常用在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中。1602能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符（16列2行）,可顯示字母、數(shù)字以及一些專用符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。圖2-141602液晶顯示屏（一）1602LCD的實(shí)物規(guī)格1602液晶顯示屏有兩種規(guī)格，分別為帶背光和不帶背光的，兩種規(guī)格的液晶顯示器內(nèi)部沒有明顯差別，只是在外觀上有些許差別。二者的尺寸如圖2-15所示。圖2-15兩種液晶屏尺寸對比（二）1602LCD主要參數(shù)表2-1LCD1602主要參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)顯示容量16×2個(gè)字符芯片工作電壓4.5—5.5V工作電流2.0mA（5.0V）最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95×4.35（W×H）mm（三)引腳說明顯示模塊電路原理圖設(shè)計(jì)如圖2-16所示。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，各引腳接法說明如下：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VLED為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“重影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器來調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。圖2-16顯示模塊電路圖2.2.8按鍵電路本系統(tǒng)配有四個(gè)按鍵，第一個(gè)和第二個(gè)按鍵是用來復(fù)位和控制電源的，其他兩個(gè)按鍵用來控制溫度傳感器的上下限值。所選鍵盤為四腳鍵盤，這樣的鍵盤穩(wěn)定不易損壞。原理圖如圖2-17所示。實(shí)物圖如圖2-18所示。圖2-17按鍵電路原理圖圖2-18按鍵實(shí)物圖2.3電路板設(shè)計(jì)與制作AltiumDesigner是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案。目前最高版本為：AltiumDesigner14。本設(shè)計(jì)所用版本為AutiumDesigner10。2.3.1元器件封裝的制作因?yàn)樵骷炖餂]有需要的器件，比如說本設(shè)計(jì)中的LCD1602和排阻，所以需要自己新建元器件庫，根據(jù)器件實(shí)物的尺寸大小添加元器件的封裝。首先新建SchematicLibrary，畫好元器件原理圖后。再新建PCBLibrary，畫好元器件封裝圖后（這些操作是在TopOverlay層完成的），當(dāng)然也可以自動(dòng)生成。畫封裝圖的時(shí)候，管腳要和器件原理圖管腳一一對應(yīng)。新建IntegratedLibrary元件庫，以上三個(gè)文件可以自己重新命名。然后，把前兩個(gè)文件添加到新建的庫里（可以直接拖進(jìn)去），添加完以后返回到器件原理圖界面，點(diǎn)擊如圖2-19所示的圖標(biāo)，進(jìn)行元器件的封裝。圖2-19元器件的封裝點(diǎn)擊之后，進(jìn)行如圖2-20所示的操作。圖2-20元器件的封裝在左邊選定器件，單擊AddFootprint，然后點(diǎn)Browse選中對應(yīng)的封裝圖，點(diǎn)擊OK，之后，點(diǎn)擊元件庫文件，右鍵選擇ComplileIntegrated...。這樣就完成了一個(gè)元器件封裝的制作。接下來，返回器件原理圖界面，點(diǎn)擊Tools，選擇NewComponent來添加新的元器件原理圖，同樣的操作，在PCBLibrary界面也新建新的元器件封裝圖，然后重復(fù)之前的步驟，就可以把新的元器件封裝添加到在你的元器件庫里。2.3.2PCB板的制作做好以上工作以后，畫出完整的電路原理圖，新建PCB和PCBProject。把原理圖和PCB添加到PCBProject(可以直接拖放進(jìn)去）。返回到原理界面，點(diǎn)擊Design，選擇UpdatePCBDocument...。出現(xiàn)如圖2-21所示的畫面。圖2-21PCB板的制作單擊ValidateChanges，無誤后單擊ExecuteChanges，就會(huì)出現(xiàn)圖2-22所示的畫面。圖2-22PCB板的制作完成以上操作后，我們接著完成后續(xù)的工作。執(zhí)行Design/Rules命令，設(shè)置布局約束參數(shù)。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置符合電路的約束參數(shù)。接下來我們分成幾步執(zhí)行。（1）PCB元器件的布局。（2）在機(jī)械層繪制電路板尺寸。（3）放置焊盤（焊盤大小依實(shí)際情況而定，本設(shè)計(jì)選用內(nèi)徑3mm，外徑6mm的焊盤）。（4）布線。可以手動(dòng)布線和自動(dòng)布線，本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)布線。（5）鋪地膜。執(zhí)行如圖2-23所示操作，單擊OK，然后沿著電路板畫一個(gè)矩形，生成一個(gè)矩形區(qū)域，這樣就完成了鋪地。相同的方法在底層也同樣鋪一次地膜[15]。圖2-23PCB板的制作（6）電氣規(guī)則檢測。執(zhí)行Tools/DesignRuleCheek,如圖2-24所示。圖2-24PCB板的制作也可以根據(jù)實(shí)際情況改變檢測標(biāo)準(zhǔn)，如圖2-25所示。圖2-25PCB板的制作檢測結(jié)果如圖2-26。圖2-26PCB板制作完成以上工作以后，還可以放置電路板尺寸標(biāo)注（在TopOverlay層完成），最后的板圖如圖2-27所示。圖2-27PCB板制作2.3.3元器件清單如表2-2所示。表2-2元器件清單CommentDesignatorValueSpeakerBeepCC1C2C3C4C5C630pF30pF10uF100nF10uF100nFNPN9013Q1SWK1K2K3K4LEDLED1LED23mmDC-0005P1RR1R2R3R4R5R6R7R81001K4K10K10K2204.7K1KRJ45RJ45RPRP10K×9RVRV10KAT89C51U1LCD1602U2XTALX1系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)所用軟件為KeiluVision和Proteus。KeiluVision是德國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語言的語法來開發(fā)，可以大大地提高工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期.Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。3.1DS18B20序列號檢測程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，五個(gè)DS18B20溫度傳感器都掛在單片機(jī)的P2.5口上，因此需要對傳感器進(jìn)行識別。而每只DS18B20都有唯一一個(gè)64位ROM序列號，因此可用該序列號對DS18B20進(jìn)行識別。DS18B20序列號自動(dòng)檢測難度太大，因此，本設(shè)計(jì)采用的是，先測單只傳感器的序列號，再將得到的五個(gè)序列號預(yù)先放到數(shù)組中，讀取溫度時(shí)再進(jìn)行序列號匹配。序列號檢測流程圖如圖3-1所示。先對LCD和DS18B20初始化，初始化后再讀取序列號送LCD顯示。圖3-1DS18B20序列號檢測流程圖3.2溫度采集監(jiān)控報(bào)警程序設(shè)計(jì)3.2.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖3-2所示。圖3-2主程序流程圖系統(tǒng)初始化后，由單片機(jī)統(tǒng)一發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，溫度轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行DS18B20的序列號匹配，分別讀取溫度，對溫度值進(jìn)行處理。取五個(gè)傳感器的平均溫度作為環(huán)境的溫度并顯示，這樣溫度可靠性更高。若平均溫度高于所設(shè)溫度上限值，或者低于所設(shè)溫度下限值則蜂鳴器響，LED閃爍。溫度上下限的閾值通過接在單片機(jī)外部中斷口上的兩個(gè)按鍵設(shè)定。若在處理時(shí)序時(shí)進(jìn)入中斷，則程序可能會(huì)飛掉，所以在傳感器采集轉(zhuǎn)換溫度時(shí)關(guān)中斷。送顯示的是溫度上下限值和環(huán)境溫度。3.2.2顯示模塊系統(tǒng)上電會(huì)先顯示“WELCOME”表示LCD初始化成功。LCD第一行顯示溫度上下限閾值，第二行顯示五個(gè)傳感器的平均溫度。考慮到實(shí)際環(huán)境條件，溫度值為兩位正數(shù)。LCD初始化流程圖如圖3-3所示。圖3-3LCD1602初始化流程圖3.2.3溫度讀取溫度讀取流程圖如圖3-4所示。單片機(jī)一個(gè)I/O口掛5只DS18B20，所以可先由單片機(jī)統(tǒng)一發(fā)出初始化命令，DS18B20初始化后，需跳過ROM，再由單片機(jī)統(tǒng)一發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，所有傳感器同時(shí)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，溫度轉(zhuǎn)換后，延時(shí)1S（溫度轉(zhuǎn)換速度太快），再次對所有DS18B20初始化。溫度的讀取只能分別進(jìn)行，所以需先對DS18B20進(jìn)行序列號匹配，再分別讀取相應(yīng)傳感器的溫度。圖3-4溫度讀取流程圖3.2.4溫度處理模塊溫度閾值設(shè)置采用外部中斷方式，但若程序正在處理時(shí)序，進(jìn)入中斷后，程序可能就飛了。所以在進(jìn)行溫度讀取轉(zhuǎn)換操作時(shí)，應(yīng)關(guān)中斷，溫度讀取轉(zhuǎn)換后再開中斷，這樣程序才能有序進(jìn)行。本系統(tǒng)有五個(gè)傳感器，采用循環(huán)進(jìn)行溫度讀取，轉(zhuǎn)換，比較的方式。若五個(gè)傳感器采集到的溫度平均值高于所設(shè)溫度上限值，或者低于所設(shè)溫度下限值則報(bào)警。考慮到實(shí)際環(huán)境條件，平均溫度值應(yīng)為正值且不會(huì)超過一百度，故沒有設(shè)符號位，溫度值取兩位整數(shù)。對溫度值的整數(shù)部分和小數(shù)部分進(jìn)行處理，將平均溫度值處理結(jié)果送顯示。3.2.5報(bào)警模塊報(bào)警模塊流程圖如圖3-5所示。溫度讀取轉(zhuǎn)換后，將得到的五個(gè)溫度值取平均，若平均值高于上限值或低于下限值，則通過對端口的設(shè)置發(fā)出響聲，即報(bào)警。 圖3-5報(bào)警模塊流程圖3.2.6鍵盤中斷處理模塊本系統(tǒng)對按鍵設(shè)置溫度上限值部分采用中斷方式。兩個(gè)按鍵K3，K4分別接在單片機(jī)外部中斷口P3.2，P3.3上。流程圖如圖3-6所示。處中斷時(shí)不允許中斷，所以進(jìn)入中斷后要先關(guān)中斷，處理完再開中斷，最后中斷返回。系統(tǒng)內(nèi)部分別預(yù)設(shè)一個(gè)溫度上限值（25）和一個(gè)下限值（15），當(dāng)K1鍵按下時(shí)，在當(dāng)前溫度上限值基礎(chǔ)上進(jìn)行加一操作，再將當(dāng)前上限溫度值送顯示；K2鍵按下時(shí)，在當(dāng)前上限溫度值的基礎(chǔ)上進(jìn)行減一操作，并顯示當(dāng)前溫度下限值?？紤]實(shí)際環(huán)境因素，上限溫度值的設(shè)置范圍為25～35，超過35時(shí)將當(dāng)前值置25再進(jìn)行加一操作，如此循環(huán)。下限溫度值的設(shè)置范圍為5～15，操作同上限值[20]。圖3-6中斷子程序流程圖3.3軟件仿真在Proteus平臺上加載程序以后，仿真結(jié)果如圖3-7所示。圖3-7仿真圖實(shí)物的制作與調(diào)試廠家做好PCB板以后，購買所需的器件，進(jìn)行實(shí)物的焊接。焊接好以后，在單片機(jī)中燒好程序，進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的過程中，一開始沒有讀到每一個(gè)溫度傳感器的序列號，因此系統(tǒng)不能正常工作。隨后，依次對每一個(gè)傳感器進(jìn)行序列號的采集存儲，系統(tǒng)可以正常工作，達(dá)到預(yù)期目的。在PCB板設(shè)計(jì)的過程中有一點(diǎn)錯(cuò)誤，所以導(dǎo)致電源開關(guān)失效。于是，采用跳線的方法，斷開電路板上面的電源接線，才使得電源開關(guān)正常工作。實(shí)物圖如圖4-1所示。圖4-1實(shí)物圖結(jié)論隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，傳感器在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越明顯。不久的將來可以說是物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，那么，傳感器的使用將會(huì)是在我們的方方面面，點(diǎn)點(diǎn)滴滴。在兩個(gè)多月的研究中，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作是基于AT89C51單片機(jī)的設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚多點(diǎn)溫度采集監(jiān)控報(bào)警的硬件設(shè)計(jì)。通過DS18B20溫度傳感器的檢測，可以實(shí)時(shí)地對大棚內(nèi)的溫度變化進(jìn)行監(jiān)控。論文的主要工作和結(jié)論如下：（1）系統(tǒng)可以自動(dòng)采集大棚內(nèi)多點(diǎn)的溫度。（2）系統(tǒng)可以通過按鍵設(shè)置大棚溫度的監(jiān)控范圍（3）如果大棚溫度不適宜農(nóng)作物，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，告知操作員?？偟膩碚f，本設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)生活中具有一定的實(shí)用價(jià)值，可以為大棚農(nóng)作物的種植和統(tǒng)一管理提供便利。不僅可以減少人力和物力，而且科學(xué)有效。但是，基于本人能力有限，設(shè)計(jì)中還是存在著許多的不足。不足的地方如下：（1）功能單一，只能檢測溫度。（2）由于時(shí)序原因，調(diào)節(jié)溫度上下限會(huì)有延時(shí)。參考文獻(xiàn)[1]劉建清，尋立波.從零開始學(xué)單片機(jī)c語言.國防工業(yè)出版社.2008[2]彭建英，郭杰榮.單片機(jī)多點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的仿真與設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化.2013,3：36—39[3]莊濤.基于Proteus的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真.科技向?qū)?2011.NO.24[4]李宇山.低溫環(huán)境下溫度傳感器的使用性能分析[J].農(nóng)機(jī)化研究.2004（6