基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計

基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計-III-目錄TOC\o"1-3"\h\u29955摘要 I16049Abstract II24370目錄 III22912第1章緒論 166121.1智能溫室系統(tǒng)的研究意義及發(fā)展方向 1171691.2智能溫室系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及科研成果 2248011.2.1智能溫室系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀 2292601.2.2智能溫室系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀 259301.2.3智能溫室系統(tǒng)一些科研成果 441291.3課題的選題背景 6219481.4課題的研究內(nèi)容和所做工作 632220第2章各個元器件的比較和選擇 7151942.1單片機的比較與選擇 7161782.2溫度傳感器的比較與選擇 894382.3濕度傳感器的比較與選擇 10280762.4光照傳感器的選擇 11321242.5顯示模塊的選擇 12185122.6按鍵模塊的選擇 1336412.7本章小結 1318879第3章系統(tǒng)總體與各個模塊的具體設計 14118053.1系統(tǒng)總框圖 14164193.2硬件電路的組成 152273.3各個模塊具體設計 15321563.3.1信號采集模塊 1582443.3.2信號分析模塊 18115393.3.3控制和顯示模塊 20111853.3.4執(zhí)行模塊 23303593.3.5電源模塊 29241513.4本章小結 2914255結論 3031751參考文獻 3130545致謝 3316431附錄A總電路圖 3414928附錄B溫度濕度采集模塊程序 3532494附錄C英文文獻及翻譯 48基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第3頁?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第3頁。PAGE48-第1章緒論1.1智能溫室系統(tǒng)的研究意義及發(fā)展方向智能溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重要組成部分，溫室產(chǎn)業(yè)在我國農(nóng)業(yè)比重不斷增加，加快了我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展速度。目前，我國溫室面積遙遙領先世界各國，但是這些溫室普遍智能化程度不高，缺少技術和設備，應對自然災害能力很差，技術含量不高，對于環(huán)境的調(diào)控能力弱。造成這樣的根本原因在于缺少高效智能的現(xiàn)代控制系統(tǒng)，如果進口外國的控制系統(tǒng)和配套設備，那么生產(chǎn)成本極高，對于操作人員的要求也很高，同時在技術上收到知識產(chǎn)權和技術使用費用的不平等剝削。同時，國外的溫室應用環(huán)境與我國地理條件還有較大差異，實踐證明許多原樣引進溫室大多“水土不服”，不適合我國國情。因此，開發(fā)具有自主產(chǎn)權的，適用于我國農(nóng)業(yè)國情和特點的同時控制簡單可靠、建設和維護成本低廉的智能溫室控制系統(tǒng)就有著重要的理論意義和現(xiàn)實意義。影響作物生長的溫室環(huán)境因子很多，其中溫度、濕度、CO2濃度、光強度等是作物生長最基本要素。要創(chuàng)造適宜作物生長的人工環(huán)境，就要將溫室系統(tǒng)的溫度、濕度、CO2濃度、光照強度等參數(shù)控制在合適的范圍[1]?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第4頁。智能溫室采用先進的科學技術進行設計，是集計算機科學、信息處理、工程科學、農(nóng)業(yè)生物學、環(huán)境科學等于一體的多元綜合技術。它能夠為種植的作物提供生長必須的良好環(huán)境，并且能夠控制和調(diào)節(jié)溫室的小氣候，使得作物生長不再受限于溫度、濕度、光照等外部因素。智能溫室能有效的改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件、促進農(nóng)業(yè)資源的科學開發(fā)和合理利用，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的科學發(fā)展。同樣，如果溫室控制系統(tǒng)要為作物創(chuàng)造合適的生長環(huán)境，光照、溫度、濕度、CO2濃度等條件都要調(diào)控在適當?shù)姆秶?，因此就要定制靈活多樣的控制決策和管理策略，要適應作物種類的多樣化需求，適應市場環(huán)境的多變，真正做到低投入、高產(chǎn)出、高質(zhì)量的目標，體現(xiàn)出高科技溫室的智能性和優(yōu)越性。如今，溫室環(huán)境中的受控對象的不確定行和需求的多樣性，使得溫室控制比一般的工業(yè)控制更加復雜。如果采用常規(guī)的控制方法來處理這種多輸入、多輸出、非線性的控制過程就很難獲得理想的結果。因此我們要從系統(tǒng)的控制算法和控制結構上進行徹底的改進。比如農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)：它是基于神經(jīng)網(wǎng)絡、PID控制基礎上提出的，在集合了眾多控制算法的優(yōu)點并結合了溫室特點建立的。將神經(jīng)網(wǎng)絡的智能控制方法運用到溫室環(huán)境控制中，提高了控制的運動化和智能化，真正意義上實現(xiàn)了溫室控制的高效化、自動化和節(jié)約能源，指明了溫室產(chǎn)業(yè)的一個發(fā)展方向。溫室產(chǎn)業(yè)的另一個重要的發(fā)展方向是農(nóng)業(yè)裝備自動化。溫室環(huán)境自動化監(jiān)測作為多個溫室大棚同時管理的有效措施，不僅是實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)身纏自動化和高效化的關鍵環(huán)節(jié)之一，同樣是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑之一[2]?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第4頁。目前，單片機和計算機市場價格較低，如果儀器設計從應用的實際情況出發(fā)，最大限度滿足客戶的要求，溫室控制儀器的研制與生產(chǎn)就會有較大發(fā)展前景。1.2智能溫室系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及科研成果1.2.1智能溫室系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀國外的溫室栽培歷史可以追溯到公元前三年，從上個世紀七十年代開始，西方的發(fā)達國家投入了大量的研究力量和資金補貼發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，其中荷蘭，美國，以色列，日本，加拿大等國家的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術十分發(fā)達，居于世界領先地位。國外發(fā)達國家在溫室環(huán)境的智能控制技術方面進行了大量的研究，取得了很多重要的研究成果。這些國家溫室種植規(guī)模大、自動化程度高、生產(chǎn)效率高，實現(xiàn)了溫室內(nèi)水分、溫度、光照、CO2濃度等智能化控制。例如，以色列的智能溫室控制根據(jù)作物的需求不同，利用計算機對溫室環(huán)境進行自動監(jiān)測和調(diào)控，實現(xiàn)了作物全天候、周年性的高效生產(chǎn)；美國和日本等國家也采用了全智能化的控制生產(chǎn)體系，利用人工補充光照，視頻監(jiān)控、遠程監(jiān)控和控制、智能機器手等先進的技術，大大提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品產(chǎn)出率。如今，國外的智能溫室產(chǎn)業(yè)有一下發(fā)展趨勢：溫室的面積繼續(xù)呈現(xiàn)擴大的趨勢，在農(nóng)業(yè)技術發(fā)達的國家，每棟智能溫室的面積都在0.5hm2以上，這樣便于機械化作業(yè)和立體栽培；建筑材料多樣化和多功能方向發(fā)展，氣溫較低的北歐國家采用玻璃覆蓋，法國等南歐國家采用塑料；無土栽培技術迅速發(fā)展，融入機械化、工程化、自動化，多因素自動態(tài)控制取代了單一因素控制；溫室管理向智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展；溫室生產(chǎn)向節(jié)能化、環(huán)保等方向發(fā)展；智能溫室大多采用了微噴滴灌等技術進行作物灌溉，研究作物需水的專家知識庫，以此為依據(jù)建立智能灌溉監(jiān)控系統(tǒng)。1.2.2智能溫室系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第5頁。我國的只能溫室產(chǎn)業(yè)起步較晚，農(nóng)業(yè)計算機的應用開始于20世紀70年代中期，到80年代初期計算機開始應用于溫室的管理和控制領域。但發(fā)展很快，特別是日光溫室蔬菜生產(chǎn)是我國農(nóng)業(yè)種植中效益最大的產(chǎn)業(yè)。截止到2010年，我國日光溫室建筑面積超過480萬畝，塑料大棚建筑面積突破930萬畝，均已居于世界首位[3]。我國的日光溫室在建筑結構、環(huán)境調(diào)控和無土栽培等方面的不斷改進，形成了節(jié)能型日光溫室。我國的日光溫室大多數(shù)以塑料為覆蓋材料，逐漸向大型化和多樣化發(fā)展方向發(fā)展。各地紛紛建立了現(xiàn)代化高效的農(nóng)業(yè)示范園。我國的溫室雖然很大，但是智能化程度普遍不高，具有智能控制的溫室僅僅占總面積的0.01%左右?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第5頁。我國在“十”和“十一五”期間，在科技部的領導和組織下，實施了“工廠化高效農(nóng)業(yè)研究示范項目”，引進了現(xiàn)代化的溫室設備和技術，通過借鑒和技術創(chuàng)新，進行了品種選育、無土栽培、溫度濕度等環(huán)境因素的綜合控制技術的研究和攻關，取得了一系列的科技成果，有效的推動了我國智能溫室的發(fā)展。有關的科研單位在溫室控制系統(tǒng)方面進行了很多的探索和研究，取得了可喜的成果。同時結合我國的具體氣候和農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，形成了具有自主特色的現(xiàn)代溫室控制技術。節(jié)能型日光溫室控制系統(tǒng)就是其中典型的技術創(chuàng)新，它能夠在不同的地區(qū)、不同的氣候下實現(xiàn)溫室的智能化和現(xiàn)代化控制。在溫室的環(huán)境監(jiān)控和決策的研究方面，我國的相關部門也取得了開拓性的進展。在溫室控制和作物栽培技術方面，中國農(nóng)業(yè)大學進行了卓有成效的研究。這些研究不僅推動了我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，構建了溫室控制的理論基礎，同時填補了我國智能溫室控制方面的空白。但是這些控制系統(tǒng)都對多輸入—多輸出的多因子控制缺乏有效的控制，所以很難大面積推廣。我國溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還存在以下幾個問題：科學技術含量較低。中國的溫室種植無論在設備本身還是在栽培管理和控制方面，大多數(shù)的設施簡陋，栽培管理以傳統(tǒng)經(jīng)驗為主，控制手段采用人工方式，效率低，效果差。在技術上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與歐美等發(fā)達國家相比，存在較大差距，尚需深入研究[4]。國內(nèi)的溫室控制系統(tǒng)與國外的相比較存在相當大的差距，而且國內(nèi)現(xiàn)有的一些的研究成果很難真正懂得推廣和應用。環(huán)境調(diào)控技術和設備落后，缺乏理論基礎與量化指標。由于大多數(shù)的溫室設備簡單、類型落后，因此環(huán)境的可調(diào)節(jié)程度和控制技術都比較有限，塑料溫室往往收到自然災害的影響而無法生產(chǎn)。即使在正常條件下，大多數(shù)的日光溫室可以進行的環(huán)境調(diào)控手段也僅有通風和避風等，對于溫度過高、日光太強或太弱都無法進行調(diào)節(jié)。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第6頁。缺少優(yōu)秀的溫室控制軟件。我國智能化程度較高的溫室大多引進國外的控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的使用費用很高，自行研制的溫室控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和有效性有待提高，多數(shù)采用單因子開關量進行調(diào)節(jié)，溫室中溫度、濕度、濕度光照、CO2濃度等因素彼此存在著關聯(lián)，環(huán)境因素的時間變化和空間變化很復雜，當改變某一環(huán)境因子時經(jīng)常會影響到其他的環(huán)境因子，使溫室的調(diào)控呈現(xiàn)出動態(tài)的波動，很難達到合適的程度。因此，結合溫室結構模型、作物生長的模型和溫室生產(chǎn)的經(jīng)濟模型，開發(fā)出適應我國溫室發(fā)展現(xiàn)狀的優(yōu)化控制軟件很有必要。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第6頁。1.2.3智能溫室系統(tǒng)一些科研成果目前溫室系統(tǒng)按照控制方法分類可分為基于單片機控制，基于PLC控制，基于網(wǎng)絡控制，基于總線控制，基于工控技術等[2]。1．基于遠程控制技術的溫室系統(tǒng)。溫室遠程控制技術屬于網(wǎng)絡控制技術的一種典型代表。溫室遠程控制技術是在溫室控制技術與網(wǎng)絡技術結合基礎上發(fā)展起來的，綜合多種高新技術，將溫室智能控制技術與互聯(lián)網(wǎng)相結合利用互聯(lián)網(wǎng)延伸被控對象的距離，打破了地域和空間的限制。通過遠程控制系統(tǒng)，控制人員可以在互聯(lián)網(wǎng)的任意節(jié)點上總覽溫室現(xiàn)場控制信息和作物生長狀況，實現(xiàn)對分散在各地的溫室進行狀態(tài)監(jiān)測、遠程控制及實時的在線幫助。典型產(chǎn)品如中農(nóng)環(huán)球溫控控制科技有限公司設計的DX-KE科研型控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PC主機為上位機，以少于100的若干個溫室內(nèi)的DX-KE控制器為下位機，期間以RS-485通訊線路相連接。該系統(tǒng)有以下幾個部分組成：(1).主機：它是監(jiān)控系統(tǒng)的頭腦和心臟，具有發(fā)布監(jiān)控命令，顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)以及完成環(huán)境內(nèi)監(jiān)控數(shù)據(jù)檢索、統(tǒng)計分析和報表打印等主要功能。(2).氣候參數(shù)采集模塊：由土壤溫度傳感器，葉面濕度傳感器，空氣溫濕度一體化傳感器，光照度傳感器，CO2傳感器，它們是監(jiān)控系統(tǒng)的信息來源。(3).伺服機構：具體執(zhí)行著，包括通風機，加熱器，噴淋水泵，光照調(diào)節(jié)裝置，施放機構等設備。(4).DX-KE控制器：它是該系統(tǒng)下位機，其核心是Atmel公司生產(chǎn)的高速單片機。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第7頁。2．基于CAN總線的溫室控制系統(tǒng)。CAN線是一種有效地支持分布式控制和實時控制的串行通訊網(wǎng)絡。作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網(wǎng)絡通訊控制方式，CAN總線已廣泛應用于各個自動化控制系統(tǒng)中[5]。為提高溫室控制系統(tǒng)的性能，將CAN總線應用于溫室控制中，建立基于CAN總線的智能控制系統(tǒng)。基于CAN總線建立的溫室控制系統(tǒng)將環(huán)境參數(shù)變量的采集以及對執(zhí)行設備進行控制的功能分散到各個CAN網(wǎng)絡終端上l2J，這些CAN網(wǎng)絡終端稱為智能節(jié)點。另外，測控系統(tǒng)還應該具有使用戶可以隨時察看測控系統(tǒng)中的各個環(huán)境參數(shù)的狀態(tài)、監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)、顯示當前時間、一定范圍內(nèi)改變環(huán)境參數(shù)以及對整個控制系統(tǒng)進行選程操作等功能，這些功能由組成測控系統(tǒng)的另一重要部分—智能控制器實現(xiàn)，它主要提供友好的人機界面(鍵盤、顯示)、實時時鐘與上位機的通信接口等功能，用來方便用戶的操作和實現(xiàn)對整個控制統(tǒng)中各個智能節(jié)點動作的協(xié)調(diào)。以CAN總線作為底層網(wǎng)絡的智能溫室控制系統(tǒng)，使用智能節(jié)點采集傳感器信號和控制外部設備動作，實現(xiàn)了多傳感器的實時監(jiān)控與分布式處理。采用專家系統(tǒng)和多輸入多輸出的模糊控制策略實現(xiàn)了溫室環(huán)境參數(shù)的智能控制。基于CAN總線的智能溫室控制系統(tǒng)具有布線簡單、系統(tǒng)控制器穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等特點，滿足溫室環(huán)境的要求，代表了溫室控制系統(tǒng)的一種發(fā)展方向[6]?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第7頁。3．基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的溫室控制系統(tǒng)。PID控制要取得較好的控制效果，就必須通過一定的參數(shù)整定方法得到比例、積分、微分環(huán)節(jié)的系數(shù)，形成控制量既相互配合又相互制約的關系。這種關系并非簡單的線性組合，而是從無數(shù)非線性組合中找出的一組使PID算法控制效果最佳的組合。傳統(tǒng)的數(shù)字PID控制器參數(shù)的選擇方法有兩種：是理論計算法整定，這種方法計算麻煩，計算出的數(shù)據(jù)未必能直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改；二是工程整定法，主要依賴工程設計在現(xiàn)場調(diào)試時最后確定。這些方法都依賴于現(xiàn)場調(diào)試，整定過程繁雜，付出的代價較高。因此，利用神經(jīng)網(wǎng)絡所具有的任意非線性表達能力，將最優(yōu)參數(shù)選擇任務交給BP網(wǎng)絡完成，建立參數(shù)自學習的PID控制器?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制算法是采用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡來實現(xiàn)參數(shù)整定的一種最優(yōu)選擇算法。一般來說，BP神經(jīng)網(wǎng)絡包含3層，即輸入層、隱含層和輸出層。從仿真結果可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡利用其本身較強的自學習能力，能夠很好地解決PID控制中的參數(shù)在線整定[7]。4．基于ZigBee無線網(wǎng)絡的溫室控制系統(tǒng)。ZigBee技術是基于IEEE802.15.4無線標準的通信技術，是2001年成立的ZigBee聯(lián)盟開發(fā)并推出的。此技術受到藍牙技術和傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡的影響和啟發(fā)。2005年ZigBee聯(lián)盟發(fā)布了ZigBee規(guī)范V1.0，定義了在IEEE802.15.4-2003物理層PHY與標準媒體控制層MAC上的網(wǎng)絡層及支持的服務應用。然后ZigBee聯(lián)盟對ZigBee標準進行升級，并于2006年推出了ZigBee2006。又在2007年推出了ZigBee2007/PRO規(guī)范協(xié)議。ZigBee技術是一種低數(shù)據(jù)傳輸率、低成本、近距離數(shù)據(jù)傳輸以及低復雜程度的無線網(wǎng)絡，該技術可用于醫(yī)療設備、家庭電子、工業(yè)監(jiān)測及傳感器檢測與控制等領域。相較于傳統(tǒng)大型的無線傳感網(wǎng)絡，ZigBee技術主要有一下特點：網(wǎng)絡容量大，容納節(jié)點多。功耗小，節(jié)省電能。通信距離短。安全性能好。數(shù)據(jù)傳輸速率低。成本低，適用范圍廣?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第8頁。針對溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在的不足，則有了基于ZigBee無線網(wǎng)絡的智能溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)由ZigBee無線傳感器節(jié)點、無線路由器節(jié)點、無線網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器和監(jiān)控主機四部分組成。ZigBee無線傳感器節(jié)點用于采集環(huán)境信息，無線路由節(jié)點接收傳感器送來的環(huán)境數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器轉送到監(jiān)控主機處理。監(jiān)控主機發(fā)出控制命令，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的自動控制。監(jiān)控主機還可以連接到Internet互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制?；谄涮攸c，ZigBee無線智能網(wǎng)絡可以在溫室監(jiān)控系統(tǒng)中可以代替有限網(wǎng)絡，通過無線方式構建系統(tǒng)，無線傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)，造價低，施工靈活簡單，傳感器可自由移動，解決了智能溫室存在的問題，具有廣闊的市場前景和應用價值[12]?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第8頁。1.3課題的選題背景傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)溫室測量通常采用一些簡單設備如酒精溫度計，毛發(fā)濕度表等等，通過定時或不定時人工監(jiān)控和測量然后在采取相應措施。這種辦法雖然成本低，操作簡單，但是較占用人力資源，效率較低，而且測量誤差、隨機性和隨意性較大。為了讓農(nóng)作物獲得較好和較穩(wěn)定的生長環(huán)境，同時不給農(nóng)民添加負擔，非常有必要研發(fā)一種簡單實用的智能溫室控制系統(tǒng)。本課題的意義即在此。通過有效的對溫室內(nèi)環(huán)境因素如溫度濕度光照等的檢測，將檢測到的信號傳遞給單片機，然后再通過單片機發(fā)出指令控制灌溉設備、排氣扇、噴霧設備以及遮陽幕等設備進行工作，使溫室內(nèi)各個環(huán)境參數(shù)始終維持在一定范圍內(nèi)。1.4課題的研究內(nèi)容和所做工作本課題的主要控制對象為溫室大棚內(nèi)溫度，濕度，光照強度等環(huán)境因子，以STC89C52單片機為核心，通過控制各個傳感器來采集信號，控制各個繼電器電路使得溫室內(nèi)環(huán)境因子維持在一定合理范圍內(nèi)，然后將其實時地顯示在液晶顯示屏上，并且各種設置或顯示均可通過按鍵進行操作。具體所做研究和工作如下：1．分析國內(nèi)外溫室系統(tǒng)研究現(xiàn)狀并對較為先進的技術進行一定了解。2．對電路所需要的元器件如傳感器等進行比較和選擇。3．給出系統(tǒng)總框圖和各個模塊程序流程圖。4．對各個模塊電路進行具體設計和繪制?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第9頁。5．給出結論。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第9頁。第2章各個元器件的比較和選擇確定所使用的元器件，需要考慮的因素有很多。首先，元器件一定要在功能方面滿足本課題的要求，但是不一定功能越復雜越強大越好。對于傳感器來說，溫室在線控制系統(tǒng)的設計不僅要符合國家相關標準及規(guī)定|，而且要充分了解不同傳感器的工作原理及組合方式，從而選擇合適的傳感器及控制器。同時，溫室環(huán)境在線控制系統(tǒng)需要優(yōu)化傳感器在溫室內(nèi)的位置，提高所獲得信息的準確性，更準確地反映溫室內(nèi)的作物生長狀況，提高溫室環(huán)境的控制效果和減少調(diào)控所需的能源消耗。其次，所選擇的元器件在測量精度上要滿足要求。再次，要考慮實際因素，如成本問題，所選元器件價格不要過高，再如操作難度問題，不宜選擇軟件控制或者硬件控制過為復雜的電路。最后，還要抱著研究和學習的態(tài)度，盡量選擇能讓自己多學到東西的元器件，能夠在實際中應用較為廣泛的元器件。畢業(yè)設計不僅僅是為了完成任務，更需要在完成任務的過程中學到有用的知識。2.1單片機的比較與選擇方案1：本課題選用STC89C52單片機，STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。方案2：也可以選擇PIC系列單片。PIC單片機是一種用來可開發(fā)的去控制外圍設備的可編程集成電路，由美國Microchip公司推出的PIC單片機系列產(chǎn)品，首先采用了RISC結構的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅動能力和低價位OPT技術等都體現(xiàn)出單片機產(chǎn)業(yè)的新趨勢。其I/O接口具有20mA的驅動能力；具有8路、10位A/D轉換；I2C，SPI，USART，USB，CAN接口；看門狗定時器；內(nèi)置EEROM；3路定時器；多種中斷源并支持休眠的低功耗模式；內(nèi)置LCD控制器等等。PIC系列單片機還有一個顯著地優(yōu)勢：其指令系統(tǒng)僅有35條指令，常用約有20余條，較MCS-51系列單片機簡單易用。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第10頁。綜合分析和比較以上兩個方案，PIC系列單片機片內(nèi)自帶A/D轉換功能，而我們抱著學習和研究的態(tài)度更應該熟悉單片機典型電路的搭建、程序的編寫和單片機片外擴展，所以STC89C52這款單片機是更好的選擇?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第10頁。2.2溫度傳感器的比較與選擇方案1：可選擇2451型袖珍式溫度傳感器，此種類型傳感器精度較高，量程較大（-55~90℃），但是需要接加法電路及A/D轉換電路，后續(xù)電路較為復雜[8]。方案2：可選擇A/D590。AD590是美國ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1μA/K。AD590的測溫范圍為-55℃~+150℃，電壓范圍為4~30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；精度高，非線性誤差僅為0.3℃。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，使它成為許多溫度測量應用的一種很有吸引力的備選方案。應用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結補償。但是與方案1相似的是，A/D590同樣需要復雜的后續(xù)電路，如A/D轉換與放大環(huán)節(jié)，而且比較占用單片機資源。方案3：采用DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器。DS18B20是美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，而且是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，全部傳感元件及轉換電路集成在一支形如三極管的集成電路內(nèi)。該芯片僅有三個管腳：Vcc、GND、I/O口，可直接與單片機連接實行雙向通訊，在使用過程中不需使用任何外圍元件。測溫范圍-55℃~+125℃，固有測溫誤差為0.5℃；工作電壓為3-5V/DC；測量結果以9~12位數(shù)字量的方式串行傳送[9]DS18B20的主要特性如下：適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0~5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫范圍－55℃~＋125℃，在-10~+85℃時精度為±0.5℃?？删幊痰姆直媛蕿?~12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫。在9位分辨率是最多在973.75ms內(nèi)把溫度轉化為數(shù)字量，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度轉化為數(shù)字量，速度更快。測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第11頁。負載特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但是不會正常工作?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第11頁。綜合分析和比較以上幾個方案，選擇方案3更為合適，因為方案1和方案2都需要接后續(xù)的放大模塊和A/D轉換模塊，其后續(xù)電路較為復雜，相應的增加了成本和復雜性。而DS18B20可直接與單片機相連實行雙向通訊，且價格較為便宜，批量采購價格在10元左右。DS18B20的溫度格式表如表2-1所示。表2-1DS18B20溫度格式表（12位)低字節(jié)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT1232221202-12-22-32-4高字節(jié)BIT15BIT14BIT13BIT12BIT11BIT10BIT9BIT8SSSSS262524這是12位轉化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘以0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625即可得到實際溫度。其溫度與數(shù)據(jù)關系如表2—2所示。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第12頁。表2-2DS18B20溫度與數(shù)據(jù)關系（12位）基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第12頁。溫度℃數(shù)據(jù)輸出（二進制）數(shù)據(jù)輸出（十六進制）+125000001111101000007D0+8500000101010100000550+25.062500000001100100010191+10.125000000001010001000A2+1/200000000000010000008000000000000000000000-1/21111111111111000FFF8-10.1251111111101011110FF5E-25.06251111111001101111FE6F-551111110010010000FC90DS18B20最大轉換速率分辨率有關，具體關系如表2-3所示。表2-3溫度分辨率設置表R1R0分辨率溫度最大

轉換時間009位93.75ms0110位187.75ms1011位375ms1112位750ms2.3濕度傳感器的比較與選擇方案1：選用SHT10或STH11傳感器。SHT系列單芯片傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。這是全面版本的回流焊接溫度和濕度傳感器系列并且具有競爭力的價格和結合較高的精度[10]，此系列傳感器應用專利的工業(yè)COMS過程微加工技術確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件并與一個14位的A/D轉換器以及串行接口電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應抗干擾能、力強、性價比高等優(yōu)點。方案2：選擇HS1101濕度傳感器。HS1101濕度傳感器是法國HUMIREL公司生產(chǎn)的濕度傳感器。它是基于獨特工藝設計的電容元件，這種相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)，可以應用于辦公室自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。HS1101具有以下幾個顯著的特點：全互換性，在標準環(huán)境下不需校正長時間飽和下快速脫濕可以自動化焊接，包括波峰或水浸高可靠性與長時間穩(wěn)定性專利的固態(tài)聚合物結構可用于線性電壓或頻率輸出回路快速反應時間在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。涉及如何將電容的變化量準確地轉變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號時，常用兩種方法：一是將HS1101置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉換為數(shù)字信號；另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第13頁。綜合分析和比較方案1與方案2，方案1成本較高，而且SHT10屬于溫度濕度均可測量的復合型傳感器。抱著學習與研究的態(tài)度，選擇HS1101是更為合適的。HS1101的常用參數(shù)如表2-4所示[11]?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第13頁。表2-4HS1101常用參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)值單位工作溫度Ta-40~100℃儲存溫度TSgt-40~125℃供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0~100%RH濕度—電容響應曲線如圖2-1所示。圖2-1濕度—電容相應曲線2.4光照傳感器的選擇方案1：采用光照度傳感器BH1710。照度傳感器BH1710具有與人的視覺靈敏度相似的優(yōu)良光譜靈敏度特性，可以測量從黑暗到日光直射環(huán)境的寬范圍的照度，測量照度范圍為1~65535勒克斯。BH1710為16位串行數(shù)字輸出型環(huán)境光傳感器，采用I2C總線接口，可以便捷的與單片機系統(tǒng)進行通信。另外，BH1710內(nèi)置有待機功能，待機電流只有0.01μA，有助于便攜式電子機器朝著低電流化方向更進一步發(fā)展?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第14頁。方案2：采用光敏電阻。光敏電阻當有光線照射時候，電阻會減小，且光照強度與電阻上電流或者電壓信號成正比，通過A/D轉換即可與單片機相連接?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第14頁。綜合分析比較方案1與方案2，方案1精度較高且可以直接連接單片機，不需要A/D轉換外圍電路但是成本較高而且軟件編程復雜；方案2性價比較高，需要接入A/D轉換模塊，但是測量精度不如方案1。綜上，由于光敏電阻的測量精度已經(jīng)滿足本課題需求，而且為了研究和學習A/D轉換原理及接口電路，最終選擇方案2。2.5顯示模塊的選擇方案1：選擇LED七段數(shù)碼管顯示。采用共陰極或者共陽極七段LED數(shù)碼管顯示，電路比較可靠，成本很低。方案2：選擇LCD1602顯示模塊。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16*2，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊。它由若干個5*7或者5*11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的特點，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：GND為電源地第2腳：Vcc接5V電源正極

第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）

第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器

第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端，高電平(1)時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令

第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)端

第15~16腳：空腳或背燈電源。15腳為背光正極，16腳為背光負極?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第15頁。綜合分析和比較方案1與方案2，方案1雖然可靠，成本較低，但是需要多個LED顯示器，功耗較大，后續(xù)連接電路和軟件編程較為復雜，顯然LCD1602更為合適。LCD1602主要技術參數(shù)如表2-5所示?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第15頁。表2-51602主要技術參數(shù)顯示容量16*2個字符芯片工作電壓4.5~5.5V工作電流2.0mA（5.0V）模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95*4.35（WXH）mm2.6按鍵模塊的選擇方案1：采用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤是單片機外部設備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組。在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就可以構成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣鍵盤控制較為方便，但是編程比較復雜。方案2：采用獨立鍵盤。四個按鍵的獨立鍵盤通過一定的設置方式是可以滿足設計要求的，同時節(jié)省成本。綜合分析和比較方案1與方案2，選擇方案2更合適。 2.7本章小結基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第16頁。元器件的選擇是要經(jīng)過嚴謹分析和仔細推敲的。本章簡單介紹了可能適合本課題的一些候選的元器件，并且從各個角度進行了分析和比較，選擇出了適合本課題的各個元器件。對于所選擇的芯片和元器件，給出了常用的參數(shù)或者引腳功能?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第16頁。第3章系統(tǒng)總體與各個模塊的具體設計 本章先給出系統(tǒng)的總框圖。系統(tǒng)總框圖是本課題的綱領，是各個模塊之間的有機結合體。接下來在系統(tǒng)總框圖和第二章基礎上，對具體模塊進行電路的設計與搭建，并給出相應的程序流程圖。3.1系統(tǒng)總框圖系統(tǒng)總框圖如圖3-1所示。3-1系統(tǒng)總框圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第17頁。通過溫度傳感器、濕度傳感器以及光照傳感器將采集的信號實時傳遞給單片機，顯示在LCD液晶顯示模塊上。并將傳感器采集到的信號與設定值進行對比，若是在設定范圍之外，通過繼電器控制電路啟動遮陽幕、灌溉設備等進行工作一段時間。通過對獨立鍵盤進行操作，可在LCD液晶顯示模塊上實現(xiàn)溫度、濕度、光照強度的顯示切換?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第17頁。3.2硬件電路的組成硬件電路部分由五個模塊組成，分別為信號采集模塊、信號分析模塊、控制和顯示模塊、執(zhí)行模塊以及電源模塊。1．信號采集模塊：由各個傳感器及A/D轉換芯片組成。2．信號分析模塊：由STC89C52及其必要外圍電路組成。3．控制和顯示模塊：由獨立鍵盤以及1602液晶顯示組成。4．執(zhí)行模塊：由繼電器開關控制電路組成。5．電源模塊：由變壓器、橋式整流電路、7805穩(wěn)壓模塊以及電容等組成。3.3各個模塊具體設計通過查閱芯片手冊和其PDF文檔，對各個模塊進行電路的設計和搭建。3.3.1信號采集模塊1．溫度采集模塊。溫度采集模塊的電路如圖3-2所示。圖3-2溫度采集電路基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第18頁。DS18B20有三種供電方式：寄生電源供電方式、寄生電源強上拉供電方式以及外部電源供電方式。本課題采用外部電源供電方式。本電路圖是DS18B20外部電源供電方式典型電路，DS18B20只有3個引腳，其中一個引腳接Vcc，一個引腳接地，其I/O口引腳直接與單片機相連，需要上拉4.7千歐的電阻[12]。在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由Vcc引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85℃。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。開發(fā)中使用外部電源供電方式，只比寄生電源方式只多接一根Vcc引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓Vcc降到3V時，依然能夠保證溫度量精度?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第18頁。2．濕度采集模塊。濕度采集電路如圖3-3所示。圖3-3濕度采集電路基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第19頁。涉及如何將電容的變化量準確地轉變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號時，常用兩種方法：一是將HS1101置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉換為數(shù)字信號；另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集[13]。本課題采用第二種方法。此圖為其典型電路，輸出端需要接1K電阻限流。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第19頁。3．光照強度采集模塊。光照采集電路如圖3-4所示。圖3-4光照強度采集電路基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第20頁。光敏電阻在不同光照下有不同的阻值，電路參數(shù)確定后，可得光照強度與電阻上的輸出的電壓信號成正比。將所得的電壓信號送入A/D轉換芯片后再送入單片機即可。其中RD等控制信號引腳與單片機相連，VREF/2需要接1/2Vcc。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第20頁。3.3.2信號分析模塊1．單片機STC89C52本體。單片機本體電路圖如圖3-5所示。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第21頁。圖3-5單片機STC89C52基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第21頁。2．晶振電路和復位電路。如圖3-6所示，單片機時鐘信號采用外部時鐘方式，在XTAL1和XTAL2引腳外接晶振即可，其中電容C2和C3的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，典型值。震蕩頻率為11.0592MHz[14]。MCS-51系列單片機的復位是由外部的復位電路實現(xiàn)的。復位電路的目的是產(chǎn)生不小于2個機器周期的高電平，即當80C51的RST引腳加高電平復位信號兵保持2個以上機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作。在單片機工作過程中，由于某種原因使單片機陷入“死機”狀態(tài)，或者根據(jù)需要采用手段是程序重新執(zhí)行，則需采用如圖3-7所示的上電與按鍵均有效的復位電路[15]。圖3—6晶振電路圖3-7復位電路基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第22頁。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第22頁。3.3.3控制和顯示模塊1．獨立鍵盤程序流程圖。獨立鍵盤程序流程圖如圖3-8所示?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第23頁。圖3-8獨立鍵盤程序流程圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第23頁。2．獨立鍵盤電路圖。獨立鍵盤的電路圖如圖3-9所示。圖3-9獨立鍵盤電路圖采用4個獨立按鍵即可實現(xiàn)所有需要的操作。判斷是否有鍵按下，當確定真的有鍵按下時，判斷按下的是哪個鍵，若是S1被按下，則進入設置模式，按照S1按下的次數(shù)為1次、2次、3次分別設置溫度、濕度、光照強度，按S2所設置的參數(shù)加1，按S3所設置的參數(shù)減1。若是S4鍵被按下，則按照S4鍵被按下的次數(shù)為1次、2次、3次分別顯示當前溫度、濕度、光照強度。3．液晶顯示模塊電路圖。液晶顯示模塊電路圖如3-10所示。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第24頁?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第24頁。圖3-10液晶顯示模塊電路基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第25頁。此電路為LCD1602典型電路[16]，7-14引腳為8位雙向數(shù)據(jù)端，通過上拉電阻直接與單片機相連直接實行數(shù)據(jù)傳遞，其它管腳接法如圖3-10所示。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第25頁。3.3.4執(zhí)行模塊1．溫度執(zhí)行模塊。溫度執(zhí)行模塊的程序流程圖3-11所示：基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第26頁。圖3-11溫度執(zhí)行模塊的程序流程圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第26頁。溫度執(zhí)行模塊的繼電器控制電路如圖3-12所示。圖3-12溫度執(zhí)行模塊基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第27頁。通過判斷采集到的溫度信號是否在設定的范圍內(nèi)，若是在此范圍內(nèi)，單片機維持原有狀態(tài)，繼電器開關維持原有狀態(tài)；若是溫度信號不在設定范圍內(nèi)，單片機發(fā)出指令，使得繼電器開關打開或者關斷一段時間，相應的設備工作或者停止工作一段時間，最終達到溫室內(nèi)溫度始終維持在一定的范圍?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第27頁。2．濕度執(zhí)行模塊。濕度執(zhí)行模塊的程序流程圖如圖3-13所示?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第28頁。圖3-13濕度執(zhí)行模塊程序流程圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第28頁。濕度執(zhí)行模塊繼電器控制電路圖如圖3-14所示。圖3-14溫度執(zhí)行模塊繼電器控制電路圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第29頁。通過判斷采集到的濕度信號是否在設定的范圍內(nèi)，若是在此范圍內(nèi)，單片機維持原有狀態(tài)，繼電器開關維持原有狀態(tài)；若是濕度信號不在設定范圍內(nèi)，單片機發(fā)出指令，使得繼電器開關打開或者關斷一段時間，相應的設備工作或者停止工作一段時間，最終達到溫室內(nèi)濕度始終維持在一定的范圍?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第29頁。3．光照執(zhí)行模塊。光照執(zhí)行模塊程序流程圖如3-15所示。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第30頁。圖3-15光照執(zhí)行模塊程序流程圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第30頁。光照執(zhí)行模塊繼電器控制電路圖如圖3-16所示。圖3-16光照執(zhí)行模塊繼電器控制電路圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第31頁。通過判斷采集到的光照強度信號是否在設定的范圍內(nèi)，若是在此范圍內(nèi)，單片機維持原有狀態(tài)，繼電器開關維持原有狀態(tài)；若是光照強度信號不在設定范圍內(nèi)，單片機發(fā)出指令，使得繼電器開關打開或者關斷一段時間，相應的設備工作或者停止工作一段時間，最終達到溫室內(nèi)光照強度始終維持在一定的范圍?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第31頁。3.3.5電源模塊利用三端固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓器可以很方便地構成固定輸出穩(wěn)壓電源[17]。首先利用變壓器將220V市電調(diào)低，接下來通過橋式整流電路得到脈動的直流電，通過7805集成穩(wěn)壓模塊即可得到5V電源。其原理圖如圖3-17所示。圖3-17電源模塊原理圖3.4本章小結基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第32頁。本章首先給出了系統(tǒng)的總框圖，在總框圖的基礎上，對各個模塊進行具體的設計和電路搭接，即使Visio軟件繪制具體的程序流程圖，使用ProtelDXP2004軟件繪制具體的電路，然后對其具體實現(xiàn)的功能進行簡要的闡述?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第32頁。結論溫度，濕度，光照強度是農(nóng)業(yè)溫室內(nèi)重要的環(huán)境因子，也是影響作物生長的重要因素。將這些因素控制在合理范圍內(nèi)，對作物生長是非常有利的，本課題即是在此背景下提出的。本文首先分析了溫室控制系統(tǒng)的研究意義和發(fā)展方向，介紹了國內(nèi)外溫室發(fā)展的現(xiàn)狀及一些較為有影響力的科研成果；其次，通過分析和比較，選出了適合本課題的電子電路元器件和芯片；然后，通過查閱一定的參考資料如芯片的PDF資料等搭接和設計了各個模塊的電路，給出了程序框圖；最后，將各個模塊電路搭建成總電路圖，完成設計，最終給出了一種操作簡單，可靠，成本低廉的智能溫室控制系統(tǒng)。設計的過程也是不斷學習的過程，在此期間，學到了許多新的而又實用的知識，對以后的學習和工作都有很大的幫助。同時，本次設計同樣暴露出許多的不足：首先，溫室內(nèi)各個環(huán)境因子是相互制約的，已經(jīng)有實驗證明：一種因子的改變往往會導致其它因子相應的變化，僅憑對單一因子進行監(jiān)測和反饋調(diào)節(jié)是具有一定局限性的，不能完全解決問題。其次，未能對溫室內(nèi)各種氣體成分和比例進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)；最后，智能溫室控制系統(tǒng)是一個多變量、大慣性、非線性、強耦合的時變系統(tǒng)，在該類控制系統(tǒng)中，需要控制的環(huán)境因子往往有多個，雖然溫度、濕度和光照強度是較為重要的環(huán)境因子，但是如土壤內(nèi)營養(yǎng)液濃度、PH值和EC值等也是不可或缺的條件。解決以上問題需要更為先進的傳感器和處理器。而且還需要引進更為先進的算法和控制理論，調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的各環(huán)境因子的設備也要更為先進。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第33頁。

參考文獻基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第33頁。Ji-hongZhou,Yong-meiZuo.ApplicationofComputerControlSystemintheGreenhouseEnvironmentalManagement[C].2009InternationalConferenceonFutureBioMedicalInformationEngineering,2009：204-205.吳小偉，史志中，鐘志堂等．國內(nèi)溫室環(huán)境在線控制系統(tǒng)的研究進展[J].農(nóng)業(yè)化研究，2013,35（4）:1-2.孔德志.自適應模糊控制技術在智能溫室控制中的應用分析[J].輕工科技，2012，（10）:69-70.鄭文剛，趙春江，王紀華.溫室智能控制的研究進展[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息，2004，（2）:8-10.侯建華.基于CAN總線的智能溫室控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電工技術，2007，（3）:42.牟淑杰.基于CAN總線的智能溫室控制系統(tǒng)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2008,36(30):13466-13467.彭燕.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制在溫室控制系統(tǒng)中的應用[J].農(nóng)業(yè)化研究，2011，（6）:163-167.張洪潤，傅瑾新，呂泉等.傳感器技術大全[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007：1027.ZhangQian.DesignofDigitalThermometerBasedonAT89C52SingleChipMicrocontroller[C].2010InternationalConferenceonElectricalandControlEngineering,2010:726-727.[10].DuXiao-dong,WangJunandJiPingetc.DesignandImplementofWirelessMeasureandControlSystemforGreenhouse[C].Proceedingsofthe30thChineseControlConference,Yantai,China,2011．欒學德.基于ZigBee無線網(wǎng)絡的智能溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計[D].中國海洋大學碩士學位論文.2012:8-32.姚有峰，找江東.基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)[J].微型機與應用，2010,29（23）:96-97.李全利.單片機原理及接口技術[M].第二版.北京：高等教育出版社，2009:24-25.段晨東，張文革，李斌等.單片機原理及接口技術[M].北京：清華大學出版社，2008:44-45.基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第34頁。.基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第34頁?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第35頁。王增福，李昶，魏永明.新編線性直流穩(wěn)壓電源[M].北京，電子工業(yè)出版社，2004:301-302.基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第35頁。致謝首先要衷心感謝我的指導教師周美蘭教授。本論文是在周老師的悉心指導下完成的。在整個課題的研究過程中，得到了周老師給予我的長期的鼓勵和支持。在論文的寫作過程中，周老師多次詢問論文進度，提出寶貴的意見和建議，督促我要認真完成論文。周老師有著淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和平易近人的高尚品格，使我不僅在知識方面有很大收獲，在做人方面的收獲也獲益匪淺。其次，感謝在此期間幫助過的同學們。同學之間無私的關懷和幫助幫我解決了一個個難題，學到了很多知識，也體會到了同學之間相互幫助的溫暖。再次，感謝父母和家人在生活中給予我的支持和鼓勵，他們的支持是我強有力的后盾。最后，謹向論文評閱人以及各位專家評委表示最衷心的感謝！基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第36頁。

附錄A總電路圖基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第36頁。本章以前三章為基礎，將前三章所設計和搭建的各個模塊組合在一起，通過ProtelDXP2004搭建出完整的電路圖。信號采集模塊，信號處理模塊，控制和顯示模塊，執(zhí)行模塊有機的組合成為一個完整的控制系統(tǒng)，控制溫室內(nèi)溫度，濕度，光照強度等環(huán)境因子維持在一定范圍?？傠娐穲D如圖所示。基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第37頁?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第37頁。附錄B溫度濕度采集模塊程序/***************************************************************程序功能： 將DS18B20所采集到的溫度實時顯示到1602上。****************************************************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitRS=P3^5;sbitLCDEN=P3^3;voiddelayUs(){_nop_();}voiddelayMs(uinta){uinti,j;for(i=a;i>0;i--)for(j=100;j>0;j--);}voidwriteComm(ucharcomm){RS=0;P0=comm;LCDEN=1;delayUs();LCDEN=0;基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第38頁。delayMs(1);基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第38頁。}//寫數(shù)據(jù):RS=1,WR=0;voidwriteData(uchardat){RS=1;P0=dat;LCDEN=1;delayUs();LCDEN=0;delayMs(1);}voidinit(){writeComm(0x38);writeComm(0x0c);writeComm(0x06);writeComm(0x01);}voidwriteString(uchar*str,ucharlength){uchari;for(i=0;i<length;i++){writeData(str[i]);}}/*****************************DS18B20**************************/sbitds=P2^2;voiddsInit(){unsignedinti;ds=0;i=100;基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第39頁。while(i>0)i--;基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第39頁。ds=1;i=4;while(i>0)i--;}voiddsWait(){unsignedinti;while(ds);while(~ds);i=4;while(i>0)i--;}bitreadBit(){unsignedinti;bitb;ds=0;i++;ds=1;i++;i++;b=ds;i=8;while(i>0)i--;returnb;}unsignedcharreadByte(){unsignedinti;unsignedcharj,dat;dat=0;for(i=0;i<8;i++){j=readBit();基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第40頁。dat=(j<<7)|(dat>>1);基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第40頁。}returndat;}voidwriteByte(unsignedchardat){unsignedinti;unsignedcharj;bitb;for(j=0;j<8;j++){b=dat&0x01;dat>>=1;if(b){ds=0;i++;i++;ds=1;i=8;while(i>0)i--;}else{ds=0;i=8;while(i>0)i--;ds=1;i++;i++;}}}voidsendChangeCmd(){基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第41頁。dsInit();基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第41頁。dsWait();delayMs(1);writeByte(0xcc);writeByte(0x44);}voidsendReadCmd(){dsInit();dsWait();delayMs(1);writeByte(0xcc);writeByte(0xbe);}intgetTmpValue(){unsignedinttmpvalue;intvalue;floatt;unsignedcharlow,high;sendReadCmd();low=readByte();high=readByte();tmpvalue=high;tmpvalue<<=8;tmpvalue|=low;value=tmpvalue;t=value*0.0625;value=t*100+(value>0?0.5:-0.5);//大于0加0.5,小于0減0.5returnvalue;}基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第42頁?；趩纹瑱C的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第42頁。voiddisplay(intv){unsignedcharcount;unsignedchardatas[]={0,0,0,0,0};unsignedinttmp=abs(v);datas[0]=tmp/10000;datas[1]=tmp%10000/1000;datas[2]=tmp%1000/100;datas[3]=tmp%100/10;datas[4]=tmp%10;writeComm(0xc0+3);if(v<0){writeString("-",2);}else{writeString("+",2);}if(datas[0]!=0){writeData('0'+datas[0]);}for(count=1;count!=5;count++){writeData('0'+datas[count]);if(count==2){writeData('.');}}}/*****************************DS18B20**************************/voidmain(){uchartable[]="dangqianwendu:";基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第43頁。sendChangeCmd();基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)設計全文共51頁，當前為第43頁。init();writeComm(0x80);writeString(table,16);while(1){delayMs(1000);//溫度轉換時間需要750ms以上writeComm(0xc0);display(getTmpValue());sendChangeCmd();