畢業(yè)設(shè)計(jì)---溫室大棚中溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　溫室大棚中溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　20 11 年 6月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制成為一個(gè)難題。目前應(yīng)用于溫

3、室大棚的溫度檢測(cè)系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A /D及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。</p><p>　　本課題提出一種基于單片機(jī)并采用數(shù)字化單總線(xiàn)技術(shù)的溫度測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大棚的的設(shè)計(jì)方案，該方案是利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控

4、制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度。一旦該溫度值超過(guò)我們預(yù)先設(shè)定的上、下限，單片機(jī)便啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)而對(duì)大棚內(nèi)溫度進(jìn)行控制。這種設(shè)計(jì)方案能對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢，各檢測(cè)單元能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能夠根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行定時(shí)采集，測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機(jī)串行口，通過(guò)RS一485總線(xiàn)及通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集，收集測(cè)

5、量數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果(包括歷史數(shù)據(jù))進(jìn)行整理、顯示和存儲(chǔ)。該測(cè)控系統(tǒng)不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好.</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫、濕度測(cè)控，AT89S52單片機(jī)， PC機(jī)，RS-485通信</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the popularizatio

6、n of greenhouse technology, the amount of greenhouse is larger and larger. However, the temperature control of greenhouse is becoming a difficult Problem. Currently, the temperature control system of greenhouse is mostly

7、 using a transfers system which consists of analog temperature sensors，multiplexing analog switches，A/D conversion units and SCM. This kind of temperature collection System needs a lot of cables which is laid to make th

8、e signal of the sensor be sent to the </p><p>　　This Paper gives a greenhouse temperature control project which 15 based upon the SCM and digital monobus technology. In this project，the change of temperature

9、 in the greenhouse is transformed into the change of electric current and then into the change of voltage by using the temperature sensors.The result is dealt with by SCM. At last the real time temperature in the greenho

10、use is displayed on the monitor under the control of SCM. Once the value of the temperature in the greenhouse exceeds the</p><p>　　Key words: humiture measuring and controlling, AT89S52 MCU, PC, RS-485bus目

11、錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p>　　第一章 引 言1</p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>

12、;　　1.2 現(xiàn)實(shí)狀況及未來(lái)發(fā)展方向2</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3</p><p>　　第二章 溫室大棚測(cè)控方案的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2 溫度的測(cè)量和控制6</p><p>　　2.2.1 溫度傳感器的選擇6<

13、;/p><p>　　2.2.2 DS18B20的介紹6</p><p>　　2.2.3 溫度測(cè)控電路圖9</p><p>　　2.3 濕度的測(cè)量和控制10</p><p>　　2.3.1 濕度傳感器的選擇10</p><p>　　2.3.2 HS1101濕度傳感器介紹11</p><

14、p>　　2.3.3 濕度傳感器測(cè)量電路12</p><p>　　2.4 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)選擇14</p><p>　　2.4.2 AT89S52 簡(jiǎn)介14</p><p>　　2.4.2 AT89S52 基本電路17</p><p>　　2.5顯示系統(tǒng)

15、18</p><p>　　2.5.1 顯示系統(tǒng)選擇18</p><p>　　2.5.2 顯示系統(tǒng)電路19</p><p>　　2.6 通信系統(tǒng)21</p><p>　　2.6.1 通信方式選擇21</p><p>　　2.6.2 通信MAX485電路22</p><p>　

16、　2.7 信號(hào)采集通道的選擇23</p><p>　　2.7.1 采集通道選擇23</p><p>　　2.7.2 CD4051介紹25</p><p>　　2.7.3 采集通道電路圖26</p><p>　　2.8 其他外圍接口電路27</p><p>　　2.8.1 電源系統(tǒng)電路27</

17、p><p>　　2.8.2 報(bào)警系統(tǒng)電路28</p><p>　　2.8.3 繼電器系統(tǒng)29</p><p>　　2.8.4 存儲(chǔ)器系統(tǒng)30</p><p>　　2.8.5 開(kāi)關(guān)系統(tǒng)31</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.1 主程序流程圖3

18、2</p><p>　　3.2 溫度程序流程圖33</p><p>　　3.3 濕度程序流程圖38</p><p>　　3.4 通信程序41</p><p>　　第四章總 結(jié)45</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><

19、b>　　致謝及聲明48</b></p><p><b>　　附 錄49</b></p><p>　　第一章 引 言</p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　在人類(lèi)的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，

20、無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫度有著密切的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎80%的工業(yè)部門(mén)都不得不考慮著溫度的因素。溫度不但對(duì)于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的監(jiān)測(cè)與控制也有著十分重要的意義。我國(guó)人多地少，人均占有耕地面積更少。因此，要改變這種局面，只靠增加耕地面積是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來(lái)提高單位畝產(chǎn)量。溫室大棚技術(shù)就是其中一個(gè)好的方法。溫室大棚

21、就是建立一個(gè)模擬適合生物生長(zhǎng)的氣候條件，創(chuàng)造一個(gè)人工氣象環(huán)境，來(lái)消除溫度對(duì)生物生長(zhǎng)的約束。而且，溫室大棚能克服環(huán)境對(duì)生物生長(zhǎng)的限制，能使不同的農(nóng)作物在不適合生長(zhǎng)的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)影響不大，部分或完全擺脫了農(nóng)作物對(duì)自然條件的依賴(lài)。由于溫室大棚能帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，所以溫室大棚技術(shù)越來(lái)越普及，并且已成為農(nóng)民增收的主要手段。</p><p>　　隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制

22、便成為一個(gè)十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計(jì)，通過(guò)讀取溫度值來(lái)知道大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫度進(jìn)行比較，看溫度是否過(guò)高或過(guò)低。如果過(guò)高，就對(duì)大棚進(jìn)行降溫處理;如果過(guò)低，就對(duì)大棚進(jìn)行升溫處理。這些操作都是在人工情況下進(jìn)行的，耗費(fèi)了大量的人力物力?，F(xiàn)在，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來(lái)越多，對(duì)于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。大型溫室大

23、棚的建設(shè)對(duì)溫度檢測(cè)技術(shù)也提出了越來(lái)越高的要求。</p><p>　　今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來(lái)越多稱(chēng)之為單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)在溫室大棚中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模糊控制化己成為世界潮流，而這些高性能無(wú)一不是靠單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具

24、有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來(lái)越大的作用。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題?；诖?，本課題圍繞應(yīng)用于溫室大棚的基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)展開(kāi)應(yīng)用研究工作。</p><p&g

25、t;　　1.2 現(xiàn)實(shí)狀況及未來(lái)發(fā)展方向</p><p>　　隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，溫室環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的溫度控制措施。但是，目前應(yīng)用于溫室大棚的溫度檢測(cè)系統(tǒng)大多采用模擬溫度傳感器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送

26、到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時(shí)線(xiàn)路上傳送的是模擬信號(hào)，易受干擾和損耗，測(cè)量誤差也比較大。為了克服這些缺點(diǎn)，文參考了一種基于單片機(jī)并采用數(shù)字化單總線(xiàn)技術(shù)的溫度測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大棚的的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)實(shí)用者提出的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方案。由于數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，這必定成為未來(lái)的主流發(fā)展方向。</p><p>　　數(shù)字化單總線(xiàn)技術(shù)是 將系統(tǒng)的地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、控制線(xiàn)合為一根導(dǎo)線(xiàn)，允許在這根導(dǎo)線(xiàn)上掛接

27、數(shù)百個(gè)控制對(duì)象，形成多點(diǎn)單總線(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)。這些測(cè)控對(duì)象所用的芯片都由該公司提供。采用單總線(xiàn)協(xié)議后，可在檢測(cè)點(diǎn)將模擬信號(hào)數(shù)字化。這樣，在單總線(xiàn)上傳輸?shù)谋闶菙?shù)字信號(hào)。本文介紹的溫度測(cè)控系統(tǒng)就是基于單總線(xiàn)技術(shù)及其器件組建的。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓變化輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，同時(shí)通過(guò)比較，對(duì)大棚內(nèi)的溫度

28、是否超過(guò)溫度限制進(jìn)行分析。如果超過(guò)我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制，溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，并同時(shí)自動(dòng)對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測(cè)量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，性?xún)r(jià)比高，可維護(hù)性好。這種溫度測(cè)控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以便促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和

29、社會(huì)效益。</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　此次設(shè)計(jì)將完成以下的主要內(nèi)容：</p><p><b>　　硬件部分：</b></p><p>　　（1）根據(jù)系統(tǒng)的需要完成傳感器的選型工作。本系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)多路溫濕度，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)展。</p><p

30、>　?。?）主機(jī)與從機(jī)串行通訊接口的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)進(jìn)行通訊。在主機(jī)上能以友好的界面顯示溫室的狀態(tài)，這可大大方便管理人員操作和科研人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。本系統(tǒng)串行通訊接口采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)與上位PC機(jī)進(jìn)行通訊，硬件芯片采用MAX485進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?）顯示功能的設(shè)計(jì)。用LED循環(huán)顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度和濕度值。</p><p>　?。?）越限報(bào)警功

31、能的設(shè)計(jì)。當(dāng)某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度或濕度值超過(guò)限定值時(shí)，啟動(dòng)聲音報(bào)警裝置報(bào)警。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　溫度檢測(cè)范圍 ： 20℃~30℃</p><p>　　測(cè)量精度 ： 0.5℃</p><p>　　濕度檢測(cè)范圍 ： 65%~85%RH </p><p>　　檢測(cè)精度 ： 1%RH</p>&

32、lt;p>　　顯示方式 ： 溫度、濕度分時(shí)顯示，四位顯示</p><p>　　報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警</p><p><b>　　軟件部分：</b></p><p>　　本系統(tǒng)軟件采用 C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，并采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。</p><p>　　通常，符合上述功能的溫

33、濕度監(jiān)控程序由主程序、溫濕度采集子程序,報(bào)警子程序，通信子程序組成。</p><p>　　第二章 溫室大棚測(cè)控方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì)</p><p>　　溫室控制系統(tǒng)是依據(jù)溫室內(nèi)外傳感器所檢測(cè)到的環(huán)境狀態(tài)值，進(jìn)行一定的控制決策，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境氣候進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到滿(mǎn)足作物的生長(zhǎng)發(fā)育需要。我國(guó)現(xiàn)有的溫室系統(tǒng)一次性投

34、資大，生產(chǎn)成本高，使得溫室的推廣和普及存在很大困難。因此，在開(kāi)發(fā)溫室測(cè)控中要力求經(jīng)濟(jì)性、通用性和可擴(kuò)展性。 </p><p>　　由于溫室占地面積大、被控對(duì)象多且分散，導(dǎo)致溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需要使用大量的傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而且它們分布在非常廣的范圍內(nèi)，通訊距離遠(yuǎn)。針對(duì)這些特點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用智能型溫度傳感器 DS18B20，從而可以利用單總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約成本，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。 系統(tǒng)原理框圖

35、見(jiàn)圖 2-1 所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)原理總框圖</p><p>　　2.2 溫度的測(cè)量和控制</p><p>　　2.2.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　溫度傳感器的選擇測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器。</p><p>　　方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的

36、特性制成的測(cè)溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。</p><p>　　方案二：采用DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20是由Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。一線(xiàn)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)潔且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可使用戶(hù)輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念，現(xiàn)場(chǎng)溫度可直接通過(guò)“一線(xiàn)總線(xiàn)”以數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。&

37、lt;/p><p>　　以上兩個(gè)方案來(lái)看，方案二更適合此電路要求。國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，方案二也更符合發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　2.2.2 DS18B20的介紹</p><p>　　DS18B20是繼DS1820之后最新推出的一種數(shù)字化單總線(xiàn)器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏

38、電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從 DSl8B20讀出的信息或?qū)懭隓Sl8B20的信息僅需要一根口線(xiàn)(單線(xiàn)接口)讀寫(xiě)，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)本身也可以向所掛接的 DS1SB2O供電，而無(wú)需額外電源。因而使用 DS1SB2O可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。同時(shí)其“一線(xiàn)總線(xiàn)”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)

39、，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。DS18B20“一線(xiàn)總線(xiàn)”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，測(cè)量溫度范圍為一55℃～+25℃，在—10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。</p><p>　　DS18BZO采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝。其管腳排列如圖

40、2一2所示：</p><p>　　圖2-2 DS18B20的管腳排列</p><p>　　DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件 ：</p><p>　?。?）光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開(kāi)始8位 （28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面5

41、6位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 （2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。 </p><p>　　bit7 bit6 bit5 bit4 bit

42、3 bit2 bit1 bit0</p><p>　　bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8</p><p>　　表1 DS18B20溫度值格式 </p><p>　　這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大

43、于0， 這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FE6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。</p><p>　?。?）DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包

44、括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。</p><p>　　（4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：</p><p>　　表2 配置寄存器結(jié)構(gòu)　</p><p>　　低五位一直都是"1"，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出

45、廠(chǎng)時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率 。</p><p>　　DSl8B20工作過(guò)程中的協(xié)議如下： </p><p>　　初始化：ROM操作命令；存儲(chǔ)器操作命令；處理數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　初始化:</b></p><p>　　單總線(xiàn)上的所有處理均從初始化開(kāi)始。 </p>

46、<p><b>　　ROM操作命令: </b></p><p>　　總線(xiàn)主機(jī)檢測(cè)到DSl820的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令之一，這些命令如 </p><p>　　指令 代碼 </p><p>　　Read ROM(讀ROM) [33H] <

47、;/p><p>　　Match ROM(匹配ROM) [55H] </p><p>　　Skip ROM(跳過(guò)ROM] [CCH] </p><p>　　Search ROM(搜索ROM) [F0H] </p><p>　　Alarm search(告警搜索)

48、 [ECH] </p><p><b>　　存儲(chǔ)器操作命令: </b></p><p>　　指令 代碼 </p><p>　　Write Scratchpad(寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器) [4EH] </p><p>　　Read Scratchpad(讀

49、暫存存儲(chǔ)器) [BEH] </p><p>　　Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器) [48H] </p><p>　　Convert Temperature(溫度變換) [44H] </p><p>　　Recall EPROM(重新調(diào)出) [B8H] </p><p>　

50、　Read Power supply(讀電源) [B4H] </p><p>　　2.2.3 溫度測(cè)控電路圖</p><p>　　圖2-3 溫控電路圖</p><p>　　該溫度測(cè)控系統(tǒng)的電路十分簡(jiǎn)單，DS18B20為三端口元件，VCC為接電源端口，GND為接地端，DQ為信號(hào)輸出端，當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線(xiàn)上

51、必須有強(qiáng)的上拉，所以接入4.7k上拉電阻，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。。其工作原理就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程和單片機(jī)編程，使智能溫度傳感器 DS18B20 正常工作，去檢測(cè)大棚內(nèi)實(shí)際的溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當(dāng)時(shí)的溫度值。如果采集的溫度值高于上限報(bào)警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起動(dòng)制冷設(shè)備，把溫度降下來(lái)，當(dāng)溫度降到一定的程.度，即低于上限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制冷設(shè)備，使制冷設(shè)備停止工作。當(dāng)采集的溫度值低于下限報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)又發(fā)出報(bào)警，并同

52、時(shí)起動(dòng)制熱設(shè)備，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，使制熱設(shè)備停止工作，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。</p><p>　　2.3 濕度的測(cè)量和控制</p><p>　　2.3.1 濕度傳感器的選擇</p><p>　　測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘蚧瘜W(xué)性

53、質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸?。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。</p><p>　　方案一：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測(cè)量濕度范圍為0～100%RH，工作溫度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時(shí)為1MΩ

54、。這種傳感器原是用于開(kāi)關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線(xiàn)性，可有效地利用其線(xiàn)性特性。</p><p>　　方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響

55、應(yīng)時(shí)間，專(zhuān)利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線(xiàn)上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。相對(duì)濕度在1%～100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢?jiàn)精度是較高的。</p><p>　　方案三：采用數(shù)字濕度傳感器（如DHT11等

56、）。數(shù)字濕度傳感器將傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線(xiàn)接口全部集成于一個(gè)芯片中。應(yīng)用該方案不需外接A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以大大簡(jiǎn)化硬件電路，并能提高電路的可靠性。</p><p>　　綜合比較，方案一雖然滿(mǎn)足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)才具有良好的線(xiàn)性，而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度-30～50℃的要求；方案二，不是數(shù)字式傳感器，與單片機(jī)的接口需要外接A/D轉(zhuǎn)換器件或C-F轉(zhuǎn)換器件

57、，但是性?xún)r(jià)比高，而且性能穩(wěn)定。本系統(tǒng)中，我們選擇方案二作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。</p><p>　　2.3.2 HS1101濕度傳感器介紹</p><p>　　本系統(tǒng)選用HS1101濕度傳感器來(lái)測(cè)量濕度，HS1101是法國(guó)Humirel公司推出的一款電容式相對(duì)濕度傳感器，該傳感器廣泛應(yīng)用于辦公室、家庭、汽車(chē)駕駛室和工業(yè)控制系統(tǒng)等，對(duì)空氣濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。與其它濕度傳感器相比，它有著顯著的優(yōu)點(diǎn)

58、：</p><p>　?、?無(wú)須校驗(yàn)的完全互換性</p><p>　　② 長(zhǎng)期飽和狀態(tài)，瞬間脫濕</p><p>　　③ 適應(yīng)自動(dòng)裝配過(guò)程，包括波峰、焊接、回流焊等</p><p>　?、?具有高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性</p><p>　?、?特有的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)</p><p><b>

59、　?、?響應(yīng)時(shí)間快</b></p><p>　?、?適用于現(xiàn)行電壓輸出和線(xiàn)形頻率輸出兩種電路</p><p>　　HS1101濕度傳感器在電路構(gòu)成上等效于一個(gè)電容器件，采用側(cè)面開(kāi)放式封裝，只有兩個(gè)引腳，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大，但不允許直流方式供電，HS1101濕度傳感器外形如圖2-4示。</p><p>　　圖2-4 HS1101濕度傳感器

60、</p><p>　　將HS1101的電容量的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)易接受的信號(hào)的方法，常用有兩種：一種是將HS1101置于運(yùn)放與電容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大，再由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)處理；另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，共單片機(jī)直接采集和處理。</p><p>　　2.3.3 濕度傳

61、感器測(cè)量電路</p><p>　　HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算

62、機(jī)所采集。</p><p>　　頻率輸出的555測(cè)量振蕩電路如圖2-5成定時(shí)器555芯片外接電阻R1、R3與濕敏電容C(HS1101)，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R21是防止輸出短路的保護(hù)電阻。</p><p>　　圖2-5輸出的555測(cè)量振蕩電路<

63、;/p><p>　　該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源VCC通過(guò)R1、R3向HS1101充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67VCC，此時(shí)輸出引腳7端由高電平突降為低電平，然后通過(guò)R3放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳7端又由低電平突升為高電平，如此翻來(lái)覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為</p><p&

64、gt;　　充電 t =C（R1+R3）Ln2</p><p>　　放電 t =C* R3* Ln2</p><p>　　因而，輸出的方波頻率為：</p><p>　　f=1/(t放電+t充電)=1/[C（R1+2R3）Ln2]</p><p>　　可見(jiàn)，空氣濕度通過(guò)555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)。</p><p

65、>　　根據(jù)HS1101使用手冊(cè)，該振蕩電路輸出的方波頻率范圍是6033～7351Hz,所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為100～0%R。</p><p>　　表3對(duì)濕度與電壓頻率的典型值</p><p>　　2.4 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)選擇</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，又稱(chēng)微控制器，嵌入式微控制器

66、等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國(guó)際上逐漸采用微控制器(MCU)代替片微型計(jì)算機(jī)(SCM)這一名稱(chēng)?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱(chēng)已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱(chēng)。</p

67、><p>　　在本課題設(shè)計(jì)的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)中，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。在單片機(jī)選用方面，由于A(yíng)T89S系列單片機(jī)增加了很多功能，但價(jià)格基本不變，甚至比80C51系列更低，因此本系統(tǒng)中，我們采用美國(guó)ATMEL（愛(ài)特梅爾）公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為主控芯片。</p><p>　　2.4.2 AT89S52 簡(jiǎn)介</p><p>　　AT89S52 單片機(jī)是一種低功耗、

68、高性能CMOS 8位微控制器，具有8KB的Flash可編程存儲(chǔ)器，支持在線(xiàn)可編程（ISP）。ISP的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)用戶(hù)需要修改片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中的程序時(shí)，不需要把89S從工作現(xiàn)場(chǎng)中分離出去。而80C5l則不行，要想修改程序，必須將80C51芯片從控制現(xiàn)場(chǎng)中取出，放到編程器上進(jìn)行編程。AT89S使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。&l

69、t;/p><p>　　AT89S52主要有以下性能特點(diǎn)：</p><p>　　(1)擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash</p><p>　　(2)晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）</p><p>　　(3)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）為 8KB</p><p>　　(4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM

70、）為 256字節(jié)</p><p>　　(5)32 個(gè)可編程I/O 口線(xiàn)</p><p>　　(6)8 個(gè)中斷向量源</p><p>　　(7)三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　(8)三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器</p><p>　　(9)全雙工UART串行通道</p><p>　　AT89

71、S52各引腳功能介紹：</p><p>　　圖2—6 AT89S52管腳圖</p><p>　　.PORT0（P0.0～P0.7）：</p><p>　　端口0是一個(gè)8位寬的開(kāi)路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類(lèi)推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)

72、做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。</p><p>　　PORT1（P1.0～P1.7）：</p><p>　　端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。 </p><p>　　PORT2（P2.0～P2.7）：</p><p>　　

73、端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。</p><p>　　PORT3（P3.0～P3.7）：</p><p>　　端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容

74、的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。如P3.0：RXD，串行通信輸入，P3.1：TXD，串行通信輸出，P3.2：INT0，外部中斷0輸入……</p><p><b>　　RST：復(fù)位輸入。</b></p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信

75、號(hào)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。</p><p><b>　　VSS：電源地端。</b></p><p>　　XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放

76、大器輸入端。</p><p>　　XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端</p><p>　　2.4.2 AT89S52 基本電路</p><p>　　圖2-7 AT89S52 基本電路</p><p>　　AT89S52單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩器。XTAL1為振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端，XTAL2為振

77、蕩器反相放大器的輸出端。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元器件，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。本系統(tǒng)采用的定時(shí)元器件為石英晶體（晶振）和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率為12MHz，電容大小為30pF，電容的大小可以起到頻率微調(diào)的作用。時(shí)鐘電路如圖2-7所示。</p><p>　　當(dāng)上電時(shí)，C3相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位；在正常工作時(shí)，按下開(kāi)關(guān)使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路的C3可以選為100μF，R6為1000歐姆

78、。該復(fù)位電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，是所有單片機(jī)復(fù)位電路里使用最多的一種，適合在干擾不是很?chē)?yán)重的情況下使用。其缺點(diǎn)是當(dāng)干擾較大時(shí)，干擾易串入復(fù)位端，在大多數(shù)條件下，不會(huì)造成單片機(jī)復(fù)位錯(cuò)誤，但可能會(huì)引起某些寄存器復(fù)位錯(cuò)誤。可以在RESET端加一個(gè)去耦電容來(lái)解決。</p><p><b>　　2.5顯示系統(tǒng)</b></p><p>　　2.5.1 顯示系統(tǒng)選擇</p&

79、gt;<p><b>　　1.顯示系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　顯示系統(tǒng)涉及到信號(hào)的編碼，解碼，驅(qū)動(dòng)顯示等一系列問(wèn)題。是此設(shè)計(jì)中比較復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)，首先由單片機(jī)發(fā)出四位BCD碼，然后傳送給譯碼器，將其譯碼后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器的電流電壓放大，將信號(hào)傳送給顯示器進(jìn)行顯示。</p><p>　　2.顯示器及顯示方式選擇</p><p>

80、　　方案一：采用LCD液晶顯示器顯示。它可視面積大，畫(huà)面好，抗干擾能力強(qiáng)，可以節(jié)省軟件中斷資源，其缺點(diǎn)是顯示內(nèi)容需要存儲(chǔ)字摸信息，需要一定存儲(chǔ)空間。</p><p>　　方案二：采用LED數(shù)碼管顯示。用發(fā)光二極管（簡(jiǎn)稱(chēng)LED）組成的字形來(lái)顯示數(shù)字，七個(gè)條形發(fā)光二極管排列成七段組合字型，便構(gòu)成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼光分共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)采用了共陰極

81、數(shù)碼管顯示，即七個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接地。當(dāng)共陰極數(shù)碼管的某一陽(yáng)極接高電平時(shí)，相應(yīng)的二極管發(fā)光，根據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陰極數(shù)碼管需要輸出高電平有效的譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)?；谝陨纤?，本設(shè)計(jì)采用方案二。在數(shù)碼管顯示上有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)態(tài)顯示時(shí)，需要運(yùn)用到鎖存器，增加成本，而且增大了成品的體積，因此我們選用動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p><b>　　3.譯碼器選擇</b&g

82、t;</p><p>　　方案一：采用 HD7279芯片。 HD7279是一片具有串行接口的，可驅(qū)動(dòng)八位共陰極LED顯示器（或64只獨(dú)立的LED）的顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣。HD7279內(nèi)部設(shè)有譯碼器，可將BCD碼或二進(jìn)制碼直接譯成七段碼，并且芯片具有消隱、閃爍、左移、右移及段尋址等多種控制指令。</p><p>　　方案二：采用74LS48芯片。74LS48一片

83、具有串行接口的，可驅(qū)動(dòng)七位共陰極LED顯示器的顯示驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部設(shè)有譯碼器，可將BCD碼或二進(jìn)制碼直接譯成七段碼，是專(zhuān)用的數(shù)碼管七段譯碼器。</p><p>　　在兩個(gè)方案中，方案一HD7279為八段譯碼器，與電路選擇相符，但是HD7279接口眾多，價(jià)格昂貴，電路較復(fù)雜因此，編程也比較復(fù)雜，因此我們選用74LS48芯片。只需將小數(shù)點(diǎn)dp端單獨(dú)控制即可。</p><p>　　2.5.2 顯

84、示系統(tǒng)電路</p><p>　　圖2-8 顯示系統(tǒng)電路圖</p><p>　　單片機(jī)的P1.0---P1.3端口接到74LS48的A.B.C.D四個(gè)端口向其傳輸信號(hào)，右74LS48進(jìn)行解碼，由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有限，所以要加MC1413來(lái)進(jìn)行輔助MC1413是摩托羅拉公司出品的高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列反向驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。由于74LS48只能解出七段數(shù)碼管顯示，所以第八段dp可直接連接

85、在單片機(jī)引腳上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)要求的精度測(cè)量精度：0.5℃，檢測(cè)精度：1%RH。所以四個(gè)數(shù)碼管從左至右，第一個(gè)數(shù)碼管表示顯示是溫度還是濕度，當(dāng)顯示‘‘E’’表示顯示濕度，第二三個(gè)數(shù)碼管顯示濕度值，第四個(gè)數(shù)碼管不用，當(dāng)顯示‘‘F’’表示顯示溫度，第二三四個(gè)數(shù)碼管顯示溫度值，同時(shí)第三個(gè)dp段單片機(jī)接口輸入高電平，小數(shù)點(diǎn)亮起。本設(shè)計(jì)運(yùn)用動(dòng)態(tài)掃描，所以數(shù)碼管的公共端接到單片機(jī)的接口上，這樣需要那個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)只需將其引腳口輸出高電平即可。<

86、/p><p>　　以下是顯示系統(tǒng)中 MC1413以及74LS48簡(jiǎn)單介紹：</p><p>　　MC1413運(yùn)用到得是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列反向驅(qū)動(dòng)器，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。MC1413的每一對(duì)達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。MC1413工作電壓高，工作電流大，灌電流可以達(dá)到50

87、0mA,并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。</p><p>　　圖2-9 MC1413結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　74LS48是專(zhuān)用的數(shù)碼管七段譯碼器。</p><p>　　圖2-10 74LS48引腳圖</p><p>　　Ya－Yg 可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極 VLED</p><p&

88、gt;　　A0－A3譯碼地址輸入端</p><p>　?。撸撸?＿＿＿＿ ＿</p><p>　　BI/RBI 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）</p><p>　　/LT 燈測(cè)試輸入端（低電平有效） </p><p>　　/RBI 脈沖消隱輸入(低電平有效)</p><p>

89、;<b>　　2.6 通信系統(tǒng)</b></p><p>　　2.6.1 通信方式選擇</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用異步串行通信。在設(shè)計(jì)通信接口時(shí)，必須根據(jù)需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口，并考慮傳輸介質(zhì)、電平轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。采用標(biāo)準(zhǔn)接口后，能夠方便地把單片機(jī)和外設(shè)、測(cè)量?jī)x器有機(jī)地連接起來(lái)，從而構(gòu)成一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)。目前的異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)有RS一232、RS一4

90、22、RS一485標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　RS一232是PC機(jī)與通信工業(yè)中使用最早的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。RS一232被定義為一種在低速率串行通中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS一232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2v至3v左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線(xiàn)上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS一

91、232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備)通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3~7kΩ。所以RS一232適合本地設(shè)備之間的通信。 </p><p>　　RS-422四線(xiàn)接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對(duì)單獨(dú)的雙絞線(xiàn)）。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線(xiàn)的

92、長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在 100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線(xiàn)上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。S-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。</p><p>　　針對(duì)RS一232、RS一422的不足，于是出現(xiàn)了一些新的接口

93、通信標(biāo)準(zhǔn)，了實(shí)現(xiàn)RS一一485就是其中之一。RS一485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是RS一422的變型，它屬于七層 OSI(Open　System　Interconneetion，開(kāi)放系統(tǒng)互連)模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)容易，RS一485總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.6.2 通信MAX485電路</p><p>　　MAX485接口芯片是

94、Maxim公司的一種RS－485半雙工通信芯片。采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－485電平的功能。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2-12示。</p><p>　　圖2-11 MAX485引腳圖</p><p>　　從圖中我們可以看出，MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單，內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器

95、的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收

96、和發(fā)送即可。</p><p>　　圖2-12 MAX485通信電路圖</p><p>　　通信接口芯片采用MAX485，光電隔離采用光電耦合器。在接口芯片與單片機(jī)的通信引腳上接入光電耦合器，可有效阻止干擾進(jìn)入系統(tǒng)并有保護(hù)CPU的作用，但不能保護(hù)接口芯片。工作原理：當(dāng)在線(xiàn)路中串入較高電平的干擾信號(hào)時(shí)，此信號(hào)可能將接口芯片損壞，但在接口芯片與CPU之間已加入光電隔離。它們之間的信號(hào)傳遞為光信號(hào)

97、，高電平的干擾脈沖信號(hào)是不能到達(dá)CPU引腳的，所以能起到保護(hù)CPU的作用。</p><p>　　2.7 信號(hào)采集通道的選擇</p><p>　　2.7.1 采集通道選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為多路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。</p><p>　　方案1、采用多路并行輸入通道</p><p&

98、gt;　　這種結(jié)構(gòu)的通道特點(diǎn)為：</p><p>　　(1) 可以根據(jù)各輸入量測(cè)量的要求選擇不同性能檔次的器件。</p><p>　　(2) 硬件復(fù)雜，故障率高。</p><p>　　(3) 軟件簡(jiǎn)單，各通道可以獨(dú)立編程。</p><p>　　方案2、采用多路分時(shí)輸入通道</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)通道特點(diǎn)為：<

99、;/p><p>　　(1) 對(duì)信號(hào)保持和A/D轉(zhuǎn)換器要求較高。</p><p>　　(2) 處理速度慢。</p><p>　　(3) 硬件簡(jiǎn)單，成本低。</p><p>　　(4) 軟件比較復(fù)雜。</p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡(jiǎn)單的

100、突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。</p><p>　　圖2-13 多路并行輸入通道</p><p>　　圖2-14 多路分時(shí)的輸入通道</p><p>　　2.7.2 CD4051介紹</p><p>　　CD4051/CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至

101、20V的模擬信號(hào)。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，則0～5V的數(shù)字信號(hào)可控制-13.5～4.5V的模擬信號(hào)。這些開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)INH輸入端＝“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。    </p><p>

102、　　圖2-15 CD4051電路圖</p><p><b>　　引腳功能如下：</b></p><p>　　通道線(xiàn)X0---X7：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。</p><p>　　OUT/IN(XCOM)：該引腳作為輸出時(shí)，則為公共輸出端；作為輸入時(shí)，則為輸入端，簡(jiǎn)化用X表示。</p>&

103、lt;p>　　A、B、C：地址控制引腳。</p><p>　　INH：禁止輸入引腳。若INH為高電平，則為禁止各通道和輸出端OUT/IN接通；若INH為低電平，則允許各通道和輸出段OUT/IN（X）接通。</p><p>　　VCC ：為正電源輸入端，極限值為17V。</p><p>　　VSS ：為負(fù)電源輸入端，極限值為－17V。</p>&l

104、t;p>　　VEE ：電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V或－5V。</p><p>　　2.7.3 采集通道電路圖</p><p>　　圖2-16 溫度傳感器多通道電路圖</p><p>　　圖2-17 濕度傳感器多通道電路圖</p><p>　　CD4051使用時(shí)INH接地即可，即允許通道選擇，其右半部分位X0---X7八條數(shù)據(jù)選擇

105、通道,在制作過(guò)程中，可以將接口做成電話(huà)線(xiàn)路一樣，進(jìn)行插拔。右面的傳感器可以做成一個(gè)一個(gè)接頭，根據(jù)大棚的面積選擇傳感器的數(shù)量。這樣可以擁有很強(qiáng)的通用性能，最多可以完成八路溫度傳感器和八路濕度傳感器的檢測(cè)。左端VCC接＋5數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行運(yùn)算。A.B.C三端為輸入端，直接連接單片機(jī)，根據(jù)A.B.C接收到得信號(hào)選擇8個(gè)輸入端X0—X7與X相通，進(jìn)而完成通道選擇。</p><p>　　2.8 其他外圍接口電路&l

106、t;/p><p>　　2.8.1 電源系統(tǒng)電路</p><p>　　圖2-18 7805芯片</p><p>　　電源電路是整個(gè)系統(tǒng)工作的必備條件，因此電源電路的設(shè)計(jì)也是必不可少的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)中主要用到直流5V電源。圖2-20為電源電路。其中的電壓調(diào)節(jié)器選擇的是線(xiàn)性電源7805。220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器后變?yōu)?V交流電，再接入整流橋整流為直流電，然后接入7805芯片

107、輸出5V直流電壓。此電路線(xiàn)性電源電路簡(jiǎn)單，外圍器件很少輸出精度高有很好的負(fù)載曲線(xiàn)工作在低頻狀態(tài)不會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)干擾。為了確保電路的穩(wěn)定性，輸出端接入了電容來(lái)濾除高頻干擾。工作時(shí)LED亮起，可以起到更好提示作用。</p><p>　　圖2-19 電源電路圖</p><p>　　2.8.2 報(bào)警系統(tǒng)電路</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)

108、警系統(tǒng)，以便提醒操作人Ｖ電源，Ｘ端為輸出端，直接與單片機(jī)相連接，將傳感器的員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果超出限值則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行正常工作。 </p><p>　　圖2-20 報(bào)警電路圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買(mǎi)市售的壓電式蜂鳴器，

109、然后通過(guò)單片機(jī)的1根口線(xiàn)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)，如圖3-18所示。在圖中，P2.4接晶體管基極輸入端。當(dāng)P2.4輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P2.4輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　2.8.3 繼電器系統(tǒng)</p><p>　　溫、濕度的控制是通過(guò)空

110、調(diào)器與加濕機(jī)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)條件適合時(shí)，打開(kāi)進(jìn)出口的風(fēng)機(jī)，在溫室內(nèi)形成通風(fēng)氣流；如果風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)達(dá)不到控制要求，則使用空調(diào)進(jìn)行降溫與排濕。濕度的調(diào)整還可配合加濕機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖2-21 繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　空調(diào)器與加濕機(jī)等的控制石油單片機(jī)和三級(jí)管完成的。其驅(qū)動(dòng)電路如圖3-17所示。圖中，發(fā)光二極管是用來(lái)指示設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的。當(dāng)單片機(jī)輸出端口為低電平時(shí)，電壓加載到