基于單片機的溫室溫度自動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　溫室溫度自動控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　所在院系： </b></p><p><b>　　所學專業(yè)： </b><

2、/p><p><b>　　研究方向： </b></p><p>　　Design Of Greenhouse Temperature Automatic Control System </p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　Name： </b><

3、/p><p><b>　　Tutor： </b></p><p><b>　　College： </b></p><p><b>　　Major： </b></p><p>　　Direction： </p><p><b>　　摘 要</

4、b></p><p>　　隨著自動化水平的不斷提高, 工業(yè)現(xiàn)場對溫度的控制越來越高, 設(shè)計了一種適用于現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場的實時高精度溫度監(jiān)控系統(tǒng); 采用單片機C8051F020 和PC 機相結(jié)合, 具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)存儲等功能, 通過RS485 總線和上位機相連,上位機可以通過軟件對系統(tǒng)進行設(shè)置和控制, 系統(tǒng)同時通過液晶模塊實時顯示監(jiān)測到的溫度和萬年歷; 試驗證明, 本系統(tǒng)具有一定的實時高精度

5、性能, 有著很強的推廣價值。該系統(tǒng)通過對溫室內(nèi)的溫度、光照、空氣濕度、土壤濕度等環(huán)境因子的采集，并根據(jù)上述參數(shù)實現(xiàn)對溫室溫度自動調(diào)節(jié)，控制溫室環(huán)境適合農(nóng)作物的生長，達到了溫室大棚自動控制的目的。</p><p>　　溫度、濕度和CO2濃度等是影響作物生長的重要環(huán)境因子，為有效進行作物生長的環(huán)境控制，針對日光溫室的特點，以模糊控制理論為基礎(chǔ)，計算機控制技術(shù)為平臺，設(shè)計了一個基于模糊控制技術(shù)的計算機溫室控制系統(tǒng)；介紹

6、了MCS—51單片機為核心的溫室分布式測控系統(tǒng)的工作原理及主要功能；詳細闡述了該系統(tǒng)的軟、硬件實現(xiàn)方法?，F(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，以單片機為核心的分布式數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)以其電路結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。在分布式的控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信距離往往在幾千米以上，傳統(tǒng)的RS232芯片已不能滿足要求，因而應(yīng)用RS485實現(xiàn)遠距離通信。</p><p>　　本文對其中涉及到的控制原理、系統(tǒng)構(gòu)成、分布式監(jiān)控等問題

7、進行了論證。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機；DS18B20；溫室；自動控制；仿真</p><p>　　Design Of Greenhouse Temperature </p><p>　　Automatic Control System</p><p><b>　　Abstract</b></p>

8、<p>　　With the continuous improvement of level of automation,industrial on-site control of increasing temperature, design of a modern industrial site for real-time high-precision temperature monitoring system;using

9、 C8051F020 micro controller and the PC, combined with data acquisition,data display,data communications anddata storage functions,through the LCD module to the real-time diaplay for monitoring temperature and calender;te

10、sts proved that this system has certain high-precision real-time perform</p><p>　　Temperature,humidity and control of greenhouse environment for crop growth, reached a greenhouse automatic control.Temperatur

11、e,humidity and CO2 concentration affect the crop growth for effective environmental control for crop growth for the characteristics of solar greenhouse control system; describes the MCS-51 micro controller as the core of

12、 the greenhouse of the working principle of distributed control system and main functions;elaborated on the system software and hardware implementations.Mo</p><p>　　Keywords: Communications network；DS18B20；

13、Greenhouse；Automatic control </p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p>

14、<p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1 溫室的起源與發(fā)展1</p><p>　　1.2國內(nèi)外的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3溫室測控裝置的類型和發(fā)展方向2</p><p>　　1.3.1目前常用的控制裝置3</p><p>　

15、　1.3.2控制裝置的發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.4課題的提出和研究內(nèi)容6</p><p>　　1.4.1課題的提出6</p><p>　　1.4.2研究內(nèi)容7</p><p>　　2.溫室溫度測控方案設(shè)計7</p><p>　　2.1溫室溫度單片機測控裝置的設(shè)計目標7</p><

16、;p>　　2.2溫室溫度測控系統(tǒng)的組成與工作原理7</p><p>　　2.3溫度溫室測控裝置設(shè)計8</p><p>　　2.4單片機（STC89C51）9</p><p>　　2.4.1 STC89C51單片機簡介9</p><p>　　2.5溫度傳感器和測溫電路10</p><p>　　2.5.1溫

17、度傳感器概述10</p><p>　　2.5.2 DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器概述11</p><p>　　2.5.3 DS18B20的性能特點11</p><p>　　2.5.4 DS18B20的引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程12</p><p>　　2.5.5測控系統(tǒng)中的測溫電路14</p><p>　

18、　2.6單片機最小系統(tǒng)原理圖14</p><p>　　2.7人機交互15</p><p>　　2.7.1鍵盤輸入電路16</p><p>　　2.7.2顯示電路16</p><p>　　2.8控制輸出電路19</p><p>　　2.9串口通訊模塊設(shè)計20</p><p>　　2.1

19、0報警模塊22</p><p>　　3.溫度測控的實現(xiàn)23</p><p>　　3.1測控系統(tǒng)的程序設(shè)計23</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)的主程序設(shè)計23</p><p>　　3.1.2數(shù)據(jù)采集模塊子程序設(shè)計24</p><p>　　3.1.3顯示模塊的子程序設(shè)計25</p><p

20、>　　3.1.4按鍵輸入模塊子程序設(shè)計26</p><p>　　3.2系統(tǒng)測試28</p><p><b>　　4.結(jié)論31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><

21、;p><b>　　附 錄35</b></p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　溫室是通過相關(guān)技術(shù)措施，在局部空間調(diào)控溫度、濕度、光照、CO2 濃度、營養(yǎng)液養(yǎng)分等環(huán)境因子，以創(chuàng)造植物生長最適宜的環(huán)境條件。溫室是人類智慧與科技文明的結(jié)晶，它改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，打破了植物生長的地域和時空界限，推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會文

22、明的發(fā)展。目前，現(xiàn)代溫室已越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)藝、現(xiàn)代園藝的蔬菜、花卉的生產(chǎn)，成為現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐。利用溫室種植技術(shù)可以大幅度提高農(nóng)作物產(chǎn)量、增進品質(zhì)，延長作物生長季節(jié)和實行反季節(jié)栽培，獲得更高的經(jīng)濟效益。</p><p>　　然而，目前我國大部分溫室設(shè)施簡單、自動化程度低、系統(tǒng)功能還不完善，溫室技術(shù)與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求還很不適應(yīng)。雖然國外溫室技術(shù)水平較高，但由于其造價高，溫室應(yīng)用環(huán)境與我國地理條件還有較

23、大的差異，多年的實踐證明，許多從國外引進的溫室大棚大多“水土不服”，不適合在我國大面積推廣使用。因此，研究適合我國國情、高度自動化、控制簡單可靠、建設(shè)和維護成本低廉的現(xiàn)代溫室對早日實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化有著重要的現(xiàn)實意義。下面結(jié)合江蘇農(nóng)林科技示范園溫室大棚設(shè)施的建設(shè)與研究，簡要介紹溫室自動控制系統(tǒng)的設(shè)計思路。</p><p>　　1.1 溫室的起源與發(fā)展</p><p>　　溫室是以透光材料為

24、全部或部分圍護結(jié)構(gòu)材料，可供冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物的建筑的統(tǒng)稱。它通過人工干預的方式來對指定區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度、土壤水分、養(yǎng)分等諸多影響作物生長的因素進行調(diào)控，使之適合所培育作物的生長需要。由于它擺脫了地點、季節(jié)、氣候變化等的影響和限制，能有效的改善農(nóng)業(yè)生態(tài)和生產(chǎn)條件，促進農(nóng)業(yè)資源的科學開發(fā)和合理利用，提高了土地出產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率、社會效益和經(jīng)濟效益，有利于可持續(xù)發(fā)展。因此在世界范圍內(nèi)得到了廣

25、泛的運用。</p><p>　　在我國，溫室的起源是非常早的。早在2200余年前的秦朝就有記載?！豆盼钠嬷尽飞险f；“秦始皇密令人種瓜于驪山石刑谷中溫處，瓜實成，使人上書曰：‘瓜冬有實?！肚皾h書·召信臣傳》說：“自漢世大官園冬種蔥韭菜菇，覆以屋廡，晝夜燃溫火，得溫氣諸菜皆生?！笨梢娗貪h時代已有了溫室園藝的萌芽。到了明代的嘉靖年間，北京的溫室蔬菜栽培已具有相當?shù)募夹g(shù)水平，但由于當時的農(nóng)民秘而不宣，加上受農(nóng)

26、時觀念的影響，人們認為通過反季節(jié)栽培出來的蔬菜，是“不時之物”，食用這種不時之物，可能會對人體有害，從而極大的限制了溫室事業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　在歐洲，公元1世紀羅馬帝國末期已使用一種用云母片裝配的溫床，促成水果早熟和為宮廷生產(chǎn)黃瓜；在差不多同一時期的印度和埃及，也曾利用保護設(shè)施來減輕嚴寒、大風以及酷暑等惡劣氣候?qū)r(nóng)作物的影響。</p><p>　　1.2國內(nèi)外的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)

27、的研究現(xiàn)狀</p><p>　　溫室環(huán)境控制技術(shù)是隨自動化檢測技術(shù)、過程控制技術(shù)、通訊技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。國外對溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，自20世紀70年代起采用模擬式組合儀表，采集現(xiàn)場信息并以相關(guān)的模擬式儀表進行指示、記錄和控制。1978年日本學者首先研制出微型計算機溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制

28、系統(tǒng)。現(xiàn)在，日本、荷蘭、美國、以色列等發(fā)達國家可以根據(jù)溫室作物的要求和特點，對溫室內(nèi)的諸多環(huán)境因子進行調(diào)控。研究的現(xiàn)狀正朝著完全自動化和無人化方向發(fā)展。日本還利用傳感器和計算機技術(shù),進行多因素環(huán)境遠距離控制裝置的開發(fā)。</p><p>　　國內(nèi)對溫室控制技術(shù)研究起步較晚。農(nóng)業(yè)計算機的應(yīng)用開始于20世紀70年代中期，到80年代初期計算機開始應(yīng)用于溫室的管理和控制領(lǐng)域。自20世紀80年代以來，我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)

29、達國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了溫室中溫度、濕度和二氧化碳等單項環(huán)境因子控制技術(shù)的研究。實踐證明，單因子控制技術(shù)在保證作物獲得最佳環(huán)境條件方面有一定的局限性。1982年中國農(nóng)業(yè)科學院建立了全國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的第一個計算機應(yīng)用研究機構(gòu)。90年代，在引進的基礎(chǔ)上,搞了一些研究性質(zhì)的環(huán)境控制系統(tǒng)，可以自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)溫度,濕度等參數(shù)。</p><p>　　近幾年來,我國加大了在溫室結(jié)構(gòu)和溫室控制方面的研究力度。2001

30、年,國家在“十五”攻關(guān)項目中啟動了“溫室環(huán)境智能控制關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”課題;同年,在國家“863”計劃“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)”研究內(nèi)容中包含了研制可控環(huán)境自動控制系統(tǒng)、信息自動采集系統(tǒng)等內(nèi)容。從我國的溫室控制系統(tǒng)和控制技術(shù)現(xiàn)狀來看，溫室設(shè)施計算機應(yīng)用,在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。但是,大部分不夠理想。在技術(shù)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)，在控制算法上

31、，采用的大多是簡單的直接數(shù)字控制方法，即在程序中設(shè)定各環(huán)境因子的上下限，當測定的環(huán)境參數(shù)超過上下限時，啟動環(huán)境控制的硬件系統(tǒng)和機構(gòu)。這種方法尚不能根據(jù)作物對環(huán)境的反應(yīng)進行實時控制。在各個方面與歐美等發(fā)達國家相比,存在較大差距,尚需深入研究。</p><p>　　1.3溫室測控裝置的類型和發(fā)展方向</p><p>　　溫室控制系統(tǒng)從大的角度來講主要可以分為兩個組成部分，即軟件系統(tǒng)和硬件裝置，

32、軟件系統(tǒng)的核心就是控制思想也就是控制算法，硬件裝置一般是指溫室環(huán)境測控設(shè)備的有機組成。本文主要研究中國溫室目前的測控裝置類型，這一問題是科學合理地控制溫室環(huán)境的基礎(chǔ)之一。溫室的初步發(fā)展是在15世紀后的英國、法國和荷蘭。1599年，在荷蘭建成一棟栽培熱帶植物的溫室，這是歐洲最早的溫室之一。直到18世紀晚期19世紀早期，隨著玻璃工業(yè)的出現(xiàn)，才逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代的玻璃溫室。1836─1841年，英國德溫公爵的園丁領(lǐng)班帕克頓在備德貝郡查茲沃斯府邸

33、建了一具大型溫室，在鐵、木框架上共鑲有7000多平方米的玻璃。1851年，在英國舉辦世界上首次萬國博覽會時，帕克斯頓以他建造的溫室為藍本，為博覽會的主展館設(shè)計了著名的“水晶宮”。</p><p>　　進入20世紀后，玻璃、鋼鐵、機械等工業(yè)發(fā)展迅速，溫室的結(jié)構(gòu)與設(shè)備不斷完善。近幾年來，塑料工業(yè)的發(fā)展日新月異，隨之出現(xiàn)了一大批塑料薄膜溫室和塑料大棚，從而迅速擴大了溫室園藝生產(chǎn)的規(guī)模與范圍，使它成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中一個重要的

34、組成部分。</p><p>　　1.3.1目前常用的控制裝置</p><p><b>　　1．單片機控制系統(tǒng)</b></p><p>　　目前，溫室控制器的結(jié)構(gòu)主要是以單片機為主控板的控制系統(tǒng)。一般以MCS51系列為基礎(chǔ)，采用8位CPU，從數(shù)據(jù)采樣到算法控制都是由單片機完成的。其拓撲結(jié)構(gòu)為集中式控制方式?？偟膩碚f該類控制方式的優(yōu)點是能夠全局管理

35、，操作簡單，價格低廉，缺點是布線復雜，可靠性差，故障率高；且信號的輸入、輸出一般為模擬量或開關(guān)量，自動化程度低。由于溫室控制環(huán)境噪聲大、環(huán)境惡劣,單一的CPU控制系統(tǒng)難以達到預期的控制效果?，F(xiàn)在已很少采用這種控制方式，如圖1-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　2．基于IPC的溫室控制系統(tǒng)</p><p>　　基于工業(yè)控制機（IPC）的溫室控制系統(tǒng)是由工控機、各種傳感器及執(zhí)行機構(gòu)組成的多輸

36、入、多輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)。由工控機組成的溫室控制系統(tǒng)框圖如圖1-2。如北京建立的自動化溫室就是以工控機為核心的控制系統(tǒng)。主機選擇了研華生產(chǎn)的控制機配備了各種接口板,采集、控制和通信功能都由工控機完成,能對溫室各參數(shù)和變量進有效控制,采用噴霧系統(tǒng)能使室溫下降7℃。</p><p>　　圖1-2工控機組成溫室控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3．基于PLC的溫室控制系統(tǒng)</p>

37、<p>　　基于PLC（可編程邏輯控制器）的溫室控制系統(tǒng)是由上位機、PLC、數(shù)據(jù)采集單元及執(zhí)行機構(gòu)組成。PLC主要用于動態(tài)、實時監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境因子的變化。根據(jù)作物生的要求對參數(shù)進行匹配，同時完成與上位機的通信。PLC是一種通用的自動控制裝置它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強、操靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點，非常適合高效溫室的控制要求。</p><p>　

38、　4.集散型溫室控制系統(tǒng)</p><p>　　集散型溫室控制系統(tǒng)（DCS）即分布式控制系統(tǒng),它是相對于集中式控制而言的新型計算機控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大。但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。集中式控制系統(tǒng)只需一臺計算機以及有關(guān)的I/O設(shè)備和CRT、鍵盤、打印機等外部設(shè)備即可完成系統(tǒng)功能，而DCS則一般有四個基本部分組成，即系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制站、操作員站和工程師站。在DCS中，這四

39、個站由獨立的計算機組成，它們分別完成數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)視、報警、記錄、系統(tǒng)管理等功能。這些完成特定功能的計算機被稱為“節(jié)點”，這些節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，組成一個完整的系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)分散控制、集中管理、集中監(jiān)視的目標。這種控制模式成本太高，成套的DCS系統(tǒng)需要10萬元左右，農(nóng)業(yè)用戶難以接受。為此開發(fā)部門在原來分布式控制系統(tǒng)的框架下，用廉價的單片機作為現(xiàn)場控制器，工程師站和操作員站用一臺PC機代替,從而大大降低了成本。其結(jié)構(gòu)圖如圖1-3

40、。</p><p>　　圖1-3 溫室DCS系統(tǒng)控制</p><p>　　1.3.2控制裝置的發(fā)展趨勢</p><p>　　1．嵌入式Linux系統(tǒng)</p><p>　　嵌入式Linux系統(tǒng)目前在溫室控制系統(tǒng)中尚不多見。采用嵌入式Linux旨在提高溫室系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支持、并發(fā)處理及功能升級能力，降低系統(tǒng)開發(fā)難度，滿足溫室計算機控制系統(tǒng)日益復雜化的需

41、要，該方法是可行的。溫室計算機控制系統(tǒng)需要長時間連續(xù)運行,大部分節(jié)點分布在不同的地方，要求功耗低、體積小，抗干擾能力高。采用PC系列模塊能滿足上述要求，易于擴展升級。軟件平臺采用Linux系統(tǒng)，Linux系統(tǒng)所有源代碼對外開放，使整體開發(fā)及維護費用降低。隨著溫室計算機控制系統(tǒng)日益復雜化、網(wǎng)絡(luò)化,該系統(tǒng)有較好的應(yīng)用前景。</p><p>　　2．基于RS－485的溫室現(xiàn)場總線控制模式</p><

42、p>　　RS－485總線屬于BITBUS總線，傳輸距離約為1200m，傳輸速度達76.8 kbps,多達36個節(jié)點并行連網(wǎng)。采用RS－485總線做現(xiàn)場總線，可通過RS－485總線與遠端的氣象站通訊，來獲得室內(nèi)外溫度、濕度及室外光照、雨量、風速、風向等參量,還可與其他控制器及上位機進行通訊，構(gòu)成更大范圍的溫室環(huán)境自動控制系統(tǒng)。RS－485是主從節(jié)點工作方式,各個現(xiàn)場控制器之間的通訊靠單主機完成,難以實現(xiàn)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換。而且RS

43、－485總線是半雙工的，在實時性要求較高的場合和多主機通信時有一定難度。但溫室控制系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，采樣時間較長，對實時性要求不是非常嚴格。因此采用RS－485組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是可行的，而且RS-－485價格低廉，維護方便，便于普及。</p><p>　　3．基于CAN等現(xiàn)場總線的溫室現(xiàn)場總線控制模式</p><p>　　目前CAN總線在工業(yè)控制中已得到廣泛應(yīng)用，如工業(yè)自動化、環(huán)境

44、控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑等領(lǐng)域。CAN總線是德國Bosch公司從20世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。由于CAN總線具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價格比高等諸多特點，其應(yīng)用開發(fā)迅速。而CAN在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用還比較少。溫室是一個復雜的控制系統(tǒng),以前的控制模

45、式是集中方式,要完成復雜的控制算法運算及實時控制,有一定的難度。而CAN總線的出現(xiàn)恰好解決了這個問題。CAN總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)的總線，基本的CAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)方案如下圖。其特點如下：CAN為多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需占地址等節(jié)點信息。利用這一特點可方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng)。CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級,可滿足不同

46、的實時要求，因此基于CAN總線技術(shù)的控制系統(tǒng)是使溫室向智能化</p><p>　　4．基于互連網(wǎng)(指Internet)網(wǎng)絡(luò)的遠程控制</p><p>　　隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的溫室控制系統(tǒng)是必然的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不再限于單純的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而包括數(shù)據(jù)、語音、圖像的多媒體業(yè)務(wù)?？梢詫⒂嬎銠C和溫室控制網(wǎng)組成有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以將多臺計算機進行集中管理，

47、通過Internet可對溫室環(huán)境因子進行監(jiān)測，使有關(guān)人員及時了解溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的情況，及時做出決策，可以組織國內(nèi)外專家對小氣候環(huán)境因子進行遠程精確會診，提出最適宜溫室植物生長的環(huán)境。對于溫室數(shù)量多、地點分散的大農(nóng)場可以使用專用配線形成設(shè)施農(nóng)業(yè)專用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行集中管理，也以用電話、電腦等設(shè)備進行異地管理。由于有線網(wǎng)絡(luò)布線復雜租用專線成本昂貴，無線網(wǎng)絡(luò)恰好彌補了有線網(wǎng)絡(luò)的不足?？梢岳霉P記本、手機等隨時隨地對溫室的管理系統(tǒng)進行控制。<

48、;/p><p>　　1.4課題的提出和研究內(nèi)容</p><p>　　1.4.1課題的提出</p><p>　　要實現(xiàn)溫室的智能化，它的環(huán)境控制將會是關(guān)鍵，溫室環(huán)境控制技術(shù)的應(yīng)用是建立農(nóng)業(yè)工廠化生產(chǎn)的最有效的手段。但溫室環(huán)境控制是所有室內(nèi)環(huán)境控制中最困難的。一般建筑物的環(huán)境控制幾乎不受陽光影響，而溫室則不然，室外環(huán)境狀況對溫室環(huán)境控制有著決定性的影響。一般的環(huán)境控制多只針

49、對氣溫及濕度等，溫室環(huán)境控制則還需兼顧光照、氣流、植物保護、二氧化碳濃度、水量、水溫、pH值、溶氧量、營養(yǎng)液系統(tǒng)等。而且溫室環(huán)境控制的對象種類繁多，都是在生長的生物，不同種類、不同品種的需求大不一樣，即便是同一品種，在不同生長階段的需求也不同，再加上受能源、資金、勞動力、生產(chǎn)資料等資源的限制及市場與天氣變化的影響，溫室環(huán)境控制必須在極有效率的狀態(tài)下進行。</p><p>　　我國的農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)、高效

50、、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。在前面的論述中，作者結(jié)合相關(guān)資料和實際應(yīng)用情況，綜合比較了幾種測控系統(tǒng)的模式，提出了溫室測控裝置的發(fā)展方向。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實際，從溫室控制裝置的四個發(fā)展趨勢中選擇基于單片機和RS－485的溫室現(xiàn)場總線控制模式作為論文的主要研究方向。</p><p><b>　　1.4.2研究內(nèi)容</b></p><p>　　基于單片機的控制系

51、統(tǒng)，通過RS232接口，與單片機實時通訊，通過DS18B20溫度傳感器把溫度送到用74HC573顯示驅(qū)動器控制的LED顯示器，讀出溫度值。并根據(jù)溫度的高低做出相應(yīng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.溫室溫度測控方案設(shè)計</p><p>　　2.1溫室溫度單片機測控裝置的設(shè)計目標</p><p>　　在緒論中我們已經(jīng)講述了目前我國溫室測控系統(tǒng)大部分仍依靠進口，不僅引進設(shè)備

52、的花費高，而且很大一部分在實際使用中并不適合我國當?shù)氐膰?，使用一段時間后閑置不用或僅部分使用的情況比比皆是，如杭州蔬菜研究所引進的以色列溫室測控設(shè)備在使用一年后，由于設(shè)備運行成本高和操作不便等原因，基本上己不用了。所以在考慮到上述的情況下，發(fā)展符合國情的現(xiàn)代化溫室測控系統(tǒng)非常必要。</p><p>　　在溫室環(huán)境單片機測控系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)努力實現(xiàn)以下幾個目標：</p><p>　　1．實

53、時采集與顯示溫室內(nèi)環(huán)境溫度參數(shù)。</p><p>　　本裝置能實時采集與顯示的溫室環(huán)境溫度參數(shù)的變化。</p><p>　　2．根據(jù)用戶需要在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。</p><p>　　本系統(tǒng)能夠自動控制溫室內(nèi)的所有環(huán)境調(diào)節(jié)機構(gòu)，將溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)到操作人員設(shè)定的參數(shù)值或作物最適宜的生長參數(shù)范圍內(nèi)。</p><p>　　3．

54、能夠根據(jù)季節(jié)、地區(qū)和作物的不同，設(shè)置不同的控制參數(shù)。</p><p>　　管理人員可以根據(jù)不同的季節(jié)、地區(qū)和作物，來設(shè)置不同的控制參數(shù)。</p><p>　　4．與上位機進行通訊。</p><p>　　本系統(tǒng)可以實現(xiàn)與上位機進行通訊，這可以方便的實現(xiàn)溫室的遠距離控制。在上位機上能以友好的界面顯示溫室的狀態(tài)，這大大方便管理人員操作和科研人員進行數(shù)據(jù)分析。</p&

55、gt;<p>　　2.2溫室溫度測控系統(tǒng)的組成與工作原理</p><p>　　考慮到溫室環(huán)境的控制要求及生產(chǎn)管理需要，我們對溫室控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、控制特點、控制策略和控制對象進行了研究，并對其自動控制系統(tǒng)進行了的設(shè)計。整個系統(tǒng)的控制功能由上位機和下位機來實現(xiàn)。上位機可以是工控計算機或個人PC 機，其主要功能是：設(shè)定下位機的控制參數(shù)；實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)測；通過串行通訊口，接收下位機傳送的歷史數(shù)據(jù)；完

56、成數(shù)據(jù)管理、歷史資料統(tǒng)計及分析任務(wù)，同時還可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、編輯、存儲、打印輸出等。下位機是控制系統(tǒng)的核心。下位機可以選用單片機（本系統(tǒng)選用89C51型單片機），其主要功能是實現(xiàn)對溫室溫度因子的數(shù)據(jù)采集、預處理和控制任務(wù)。下位機通過傳感器采集有關(guān)環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)暫時儲存起來，然后與設(shè)定值進行比較，通過判斷行程位置開關(guān)以及其它有關(guān)開關(guān)狀態(tài)、系統(tǒng)的輸出命令，確定控制設(shè)備運行狀態(tài)，如冷熱風機是否開啟，經(jīng)過模糊控制等人工智能控制算

57、法，給出相應(yīng)的控制信號，控制相關(guān)設(shè)備來實現(xiàn)對環(huán)境要素的調(diào)控；同時將環(huán)境數(shù)據(jù)儲存在備有后備電源的RAM 中，在一定的條件下經(jīng)過串行通訊口將數(shù)據(jù)傳輸至上位機。通過溫度傳感器、濕度傳感器等組成的傳感檢測系統(tǒng)，下位單片機、A/D 轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動</p><p>　　在溫室環(huán)境單片機測控裝置的設(shè)計中，應(yīng)考慮以下幾方面的內(nèi)容：</p><p>　　1．考慮我國不同區(qū)域的氣候特點，結(jié)合不同地區(qū)的溫室結(jié)構(gòu)

58、，設(shè)計出能切實適合當?shù)厍闆r的實用型溫室測控系統(tǒng)；</p><p>　　2．運用測控方面的成熟技術(shù)和控制算法，以及成熟的器件、傳感器和測控電路，防止一味求新求全；</p><p>　　3．體現(xiàn)優(yōu)越的性價比，即在總體技術(shù)不落后于國外溫室測控設(shè)備的前提下，明顯表現(xiàn)出成本上的優(yōu)勢；</p><p>　　4．溫室測控系統(tǒng)應(yīng)操作簡便，維護方便，故障率低，易維修；</p&g

59、t;<p>　　5．溫室的測控系統(tǒng)不應(yīng)完全照搬工業(yè)上的測控應(yīng)用，應(yīng)與溫室所處的地理環(huán)境、氣候環(huán)境，溫室結(jié)構(gòu)，植物生理和栽培技術(shù)等相配合。</p><p>　　2.3溫度溫室測控裝置設(shè)計</p><p>　　溫室測控系統(tǒng)的總體設(shè)計在第二章中已經(jīng)做了交代。為了檢驗我們的設(shè)計的可行性，我們以溫度測控為例進行驗證。其中的設(shè)計框架基本符合前面的總體設(shè)計，在總體不變的情況下，局部結(jié)合溫度

60、測控的實際情況做了改進。主要體現(xiàn)在傳感器和A/D轉(zhuǎn)換部分，采用數(shù)字式傳感器，去掉了A/D轉(zhuǎn)換。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3。</p><p>　　圖2-3溫室測控結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.4單片機（STC89C51）</p><p>　　單片機(Micro Controller Unit)，又稱為微控制器。是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、程

61、序存儲器ROM、定時器/計數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行I/0接口等部件，構(gòu)成一個完整的微型計算機。目前，新型單片機內(nèi)還有A/D,D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入輸出部件、DMA通道、浮點運算等特殊功能部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場合。單片機是整個溫室模型溫度測控裝置的核心部分。</p><p>　　2.4.1 STC89C51單片機簡介</p><

62、;p>　　STC89C51單片機加密性強，無法解密，具有超強抗干擾能力。它可以高抗靜電，輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾，它具有寬電壓不怕電源抖動。它的寬溫度范圍從-40℃到85℃。此芯片的I/O口是經(jīng)過特殊處理的，此外單片機內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)，時鐘電路，復位電路，看門狗電路都是經(jīng)過特殊處理。在系統(tǒng)可編程時，無需編程器，無需仿真器，可送STC-ISP下載編程器。其芯片如圖2-4。</p><p>　　圖2-

63、4 STC89C51引腳圖及實物圖</p><p>　　2.5溫度傳感器和測溫電路</p><p>　　2.5.1溫度傳感器概述</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的狀態(tài)量，是現(xiàn)代科學技術(shù)中最基本、最重要的物理量。與溫度變化有關(guān)的物質(zhì)屬性很多，因而溫度檢測的方法也是多種多樣的。在長期實踐中一些經(jīng)常用到的較為精確方便的測溫原理與方法可以歸納為3類：</p

64、><p>　　1．利用物體的電參數(shù)如電勢、電阻等隨溫度而變化的特性來檢測溫度，如常用的熱電偶、熱電阻等。</p><p>　　2．是利用物體受熱膨脹的原理來檢測溫度，如水銀溫度計、壓力式溫度計等。</p><p>　　3．是利用物體表面熱輻射強度與溫度的關(guān)系來檢測溫度，如輻射溫度計、光學高溫計等。</p><p>　　常用的溫度傳感器有熱電阻、熱

65、電偶、PN結(jié)溫度傳感器、集成溫度傳感器等。</p><p>　　1熱電阻：利用半導體的電阻隨著溫度變化而顯著變化的特性制成的半導體測溫元件。目前使用的多為陶瓷熱敏電阻。它的優(yōu)點是靈敏度高，工作溫度范圍寬，穩(wěn)定好，過載能力強，體積小。但它的不足之處在于非線性和互換性差。</p><p>　　2熱電偶：利用物理學中的金屬熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。測量精度高，熱電動勢與溫度在小范圍內(nèi)基本呈單值、

66、線性關(guān)系，穩(wěn)定性和復現(xiàn)性較好，響應(yīng)時間較快;測溫范圍寬，高溫熱電偶測溫上限可達2800℃；</p><p>　　3．PN結(jié)溫度傳感器：實質(zhì)是一種半導體集成電路，利用晶體二極管、三極管的PN結(jié)電壓隨著溫度變化而變化的原理制成。線性度好，熱慣性小，靈敏度高。</p><p>　　4．集成溫度傳感器：是將測溫元件、放大電路、偏置電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。相對其它傳感器有較好的

67、線性度和一致性，且體積小，使用方便。溫室內(nèi)環(huán)境溫度的變化范圍一般為0－40℃，在華北地區(qū)室外溫度的變化的最大可能范圍為－20～50℃。溫室是一個有較大慣性的被控對象，溫度的變化速度較慢，因而不需要傳感器的反應(yīng)速度太高；但要求傳感器有優(yōu)良的物理及化學穩(wěn)定性。用的較多的是以鉑電阻為代表的模擬傳感器和以DS18B20為代表的數(shù)字傳感器?？紤]到鉑電阻需要信號調(diào)理電路，將電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能被單片機接受，信號調(diào)理電路的相對

68、復雜，抗干擾性比較差，而且價格較高，而DS18B20不僅價格便宜——僅7元一只——而且使用方便測溫準確，精度較高。為了節(jié)省成本，提高效率，方便測控系統(tǒng)以后的進一步擴展和完善，本溫室測控模型采用DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器。</p><p>　　2.5.2 DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器概述</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字式溫度計芯片，它

69、具有結(jié)構(gòu)簡單，不需外接元件，采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報警界限等特點。能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出?？蓮V泛用于食品庫、冷庫、糧庫、溫室等需要控制溫度的地方。DS18B20是DS1820的改進型產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有比DS1820更好的性能，目前，該產(chǎn)品已成為DS1820的替代品而在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。單總線是DALLAS公司的一項專有技術(shù)。它采用單根信號線既傳輸時鐘又傳輸數(shù)據(jù)，

70、而且數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的。它具有節(jié)省I/O口線資源，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，便于總線擴展和維護等優(yōu)點，適用于單個主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個測控點。</p><p>　　2.5.3 DS18B20的性能特點</p><p>　　DS18B20主要具有以下的性能特點：</p><p>　　1．DS18B20提供9～12位的溫度測量精度（包括一位符號位），并可由編程決定具體位

71、數(shù)；</p><p>　　2．DS18B20具有較寬的溫度測量范圍，為－55℃～+125℃，在－10℃～+85℃范圍內(nèi)DS18B20具有±0.5℃的精度，增量值最小為0.0625℃；</p><p>　　3．DS18B20響應(yīng)迅速，信號轉(zhuǎn)換時間短。</p><p>　　4．DS18B20可以采用單獨的電源供電，供電范圍為3.5V～5.5V，也可以采用信號線

72、寄生供電，這時就無需額外的電源供電；每個DS18B20具有唯一的64位序列碼，可使多個DS18B20在單個總線上工作；</p><p>　　5．DS18B20抗干擾能力強，使用時無需標定或調(diào)試。</p><p>　　2.5.4 DS18B20的引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程</p><p>　　1．DS18B20的引腳</p><p>　　DS18

73、B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC封裝。3腳TO-92封裝形式和器件圖如</p><p><b>　　圖2-5所示。</b></p><p>　　圖2-5 DS18B20</p><p><b>　　其圖中:</b></p><p><b>　　GND——接地；</b>

74、</p><p>　　DQ——數(shù)據(jù)輸入輸出。漏極開路單線接口。也在寄生電源模式時給設(shè)備提供電源；</p><p>　　VDD——可選的電源電壓腳。VDD在寄生電源模式時必須接地。</p><p>　　2．內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作說明</p><p>　　DS18B20的64位ROM保存了設(shè)備的惟一序列碼。高速閃存（scratchpad）包含2字節(jié)的溫度

75、寄存器，保存了溫度傳感器的數(shù)字輸出。該閃存還提供了對上限（TH）和下限（TL）超標報警寄存器、配置寄存器（各1字節(jié)）的訪問。TH、TL和配置寄存器是非易失性（EEPROM），系統(tǒng)掉電時它們會保存數(shù)據(jù)。</p><p>　　DS18B20利用Dallas的單總線控制協(xié)議，實現(xiàn)了利用單線控制信號在總線上進行通信。由于所有的設(shè)備通過漏極開路端（即DS18B20的DQ腳）連在總線上，控制線需要一個上拉電阻（大約5K）。在

76、這一總線系統(tǒng)中，微控制器（測控系統(tǒng)中的單片機）通過惟一的64位序列碼識別和訪問總線上的器件。由于每一設(shè)備有惟一的編碼，連在一條總線上可被訪問的器件數(shù)實際上是無限的。</p><p>　　DS18B20的另一個特點是在沒有外部電源下操作的能力。電源由總線為高電平時DQ腳上的上拉電阻提供（寄生供電模式），此時VDD腳接地。</p><p>　　3．DS18B20的測溫原理</p>

77、<p>　　DS18B20通過使用在板（on-board）溫度測量專利技術(shù)來測量溫度。首先用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)得到溫度值，計數(shù)器預置對應(yīng)于－55℃的基數(shù)，如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前計數(shù)器達到0，那么溫度寄存器（它也被預置到－55℃）的數(shù)值將增加，表明溫度將大于－55℃。同時計數(shù)器將被復位到一個值，這個值由斜坡累加器電路所決定，斜坡累加器電路用來補

78、償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復這一過程。DS18B20內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供0.5℃的分辨力。</p><p>　　4．DS18B20的工作過程及常用指令</p><p>　　DSl8B20工作過程中的協(xié)議如下：</p><p><b>　　初始化；</b></p><p&

79、gt;<b>　　ROM操作命令;</b></p><p><b>　　存儲器操作命令;</b></p><p><b>　　處理數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　每一次訪問DS18B20時必須遵循這一順序，如果其中的任何一步缺少或打亂它們的順序，DS18B20將不會響應(yīng)。</p>&

80、lt;p><b>　?。?）初始化</b></p><p>　　單總線上的所有處理均從初始化開始。所有與DS18B20的通信首先必須初始化：控制器發(fā)出復位脈沖，DS18B20以存在脈沖響應(yīng)。當DS18B20發(fā)出存在脈沖對復位響應(yīng)時，它指示控制器該DS18B20已經(jīng)在總線上并準備好操作。</p><p>　?。?）ROM操作命令</p><p&

81、gt;　　總線主機檢測到DSl8B20的存在便可以發(fā)出ROM操作命令，這些命令如指令代碼：</p><p>　　Read ROM(讀ROM)[33H]；</p><p>　　Match ROM(匹配ROM)[55H]；</p><p>　　Skip ROM(跳過ROM][CCH]</p><p>　　Search ROM(搜索ROM)[F0H

82、]；</p><p>　　Alarm search(告警搜索)[ECH]；</p><p>　　（3）存儲器操作命令</p><p>　　這里常用的指令代碼有：</p><p>　　Write Scratchpad(寫暫存存儲器)[4EH]；</p><p>　　Read Scratchpad(讀暫存存儲器)[BEH]

83、；</p><p>　　Copy Scratchpad(復制暫存存儲器)[48H]；</p><p>　　Convert Temperature(溫度變換)[44H]；</p><p>　　Recall EPROM(重新調(diào)出)[B8H]；</p><p>　　Read Power supply(讀電源)[B4H]；</p>&l

84、t;p>　　2.5.5測控系統(tǒng)中的測溫電路</p><p>　　在前面的討論DS18B20的特性的時候，說明了DS18B20有兩種供電方式：寄生電源和外接電源方式。當溫度較高時，由于DS18B20的漏電流比較大，可能會導致數(shù)據(jù)傳輸無法進行。所以本設(shè)計中采用外接電源法。同時，數(shù)據(jù)輸入輸出腳與單片機89C51 I/O口的P3.7即第17腳相連，進行數(shù)據(jù)和時鐘的傳輸。具體電路圖如圖2-6。</p>

85、<p><b>　　圖2-6測溫電路圖</b></p><p>　　2.6單片機最小系統(tǒng)原理圖</p><p>　　STC89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTALI和XTALZ分別為此放大器的輸人端和輸出端，其頻率范圍為1.2一12MHz。該放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器(簡稱晶振)一起構(gòu)成自激振蕩器。89C52單片機雖

86、然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，這種方式稱為內(nèi)部時鐘方式。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小多少會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)。定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。如果振蕩器已起振，則在XTALZ引腳上輸出3V左右的正弦波。振蕩頻率fosC取決于晶振的頻率。常用的晶振頻率有6MHZ、12M凡和一1.0592MHz。電容C1和C2主要作用是幫助起振(諧振)

87、，稱其為諧振電容，其值的大小對振蕩頻率也有影響。因此常用調(diào)節(jié)偏C1或C2的容量大小對頻率進行微調(diào)，電容容量一般在20一100pF之間選擇，當時鐘頻率為12MHz時典型值為30pF。外接陶瓷諧振器時，C1和C2的典型值約為47PF。。</p><p>　　在單片機系統(tǒng)中，復位電路是非常關(guān)鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位。MCS-5l 系列單片機的復位引腳RST（ 第9 管腳） 出現(xiàn)

88、2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。復位操作通常有兩種基本形式：上電自動復位和開關(guān)復位。圖2 中所示的復位電路就包括了這兩種復位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒

89、有被按下的時候電路實現(xiàn)上電復位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達到手動復位的效果。一般來說，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機有效的復位。圖中所示的復位電阻和電容為經(jīng)典值，實際制作是可以用同一數(shù)量級的電阻和電容代替，讀者也可自行計算RC 充電時間或在工作環(huán)境實際測量，以確保單片機的復位電路可靠。最小系統(tǒng)原理圖如圖2-7。</p><p>　　圖2-7單片機的最小系統(tǒng)電

90、路</p><p><b>　　2.7人機交互</b></p><p>　　一個測控系統(tǒng)必定需要擁有一個人機交互的模塊。本系統(tǒng)設(shè)計的人機交互由兩部分組成，即鍵盤輸入電路和顯示電路。</p><p>　　2.7.1鍵盤輸入電路</p><p>　　本系統(tǒng)中采用獨立式鍵盤，本鍵盤完成的功能為輸入控制系統(tǒng)的設(shè)定值，以便與測控系

91、統(tǒng)的采用值進行比較，供系統(tǒng)的控制程序調(diào)用。該鍵盤輸入電路由四個按鈕組成，由于數(shù)目較少，就不再使用鍵盤擴展芯片。簡化了設(shè)計，提高了設(shè)計效率，減少了干擾。其電路如圖2-8。</p><p>　　圖2-8鍵盤輸入電路</p><p>　　第一個鍵用來表示復位的。若沒有按下則表示的是室溫。按下則轉(zhuǎn)入鍵盤處理子程序。用第二個鍵用來表示加操作的，按一下則加一。第三個按鍵表示減操作按一下則減一，第四個按

92、鍵表示確定。</p><p><b>　　2.7.2顯示電路</b></p><p>　　1．LED顯示器簡介</p><p>　　在單片機顯示系統(tǒng)中，使用的顯示器件主要有LED發(fā)光二極管，LCD液晶顯示器，近年來也有使用簡易形式的CRT接口，其中LED顯示器最為常見，具有成本低廉、配置靈活、與單片機的接口簡單方便、易于編程等特點，在低端領(lǐng)域使

93、用廣泛，而LCD液晶顯示器多用于高端場合。在本系統(tǒng)設(shè)計中，采用LED顯示器。LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段促成的器件，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，這種顯示器分共陰極和共陽極兩種。其結(jié)構(gòu)圖如圖2-9。</p><p>　　圖2-9 LED數(shù)碼管</p><p>　　共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極接地，當發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極LED數(shù)碼管的發(fā)

94、光二極管的陽極接+5V電源。</p><p>　　LED顯示器有兩種顯示方式——靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。在靜態(tài)工作方式下，共陰極接地或者共陽極接＋5V，每一位的段選線（a~g，dp）與一個8位的并行I/O口相連。在動態(tài)工作方式中，要將所有位的段選線并接在一個I/O口上，共陰極或共陽極分別由相應(yīng)的I/O口線控制。由于每一位的段選線都接在一個I/O口上，所以每送一個段選碼，各位顯示器都顯示同一個字符，這樣的顯示器

95、是不能用的，解決方法是利用人的視覺滯留，從段選線I/O口上按位次分別送顯示字符的段選碼，在位選控制口也按相應(yīng)的次序分別選通相應(yīng)的顯示位（共陰極送低電平，共陽極送高電平），選通位就顯示相應(yīng)字符，并保持幾毫秒的延時，未選通位不顯示字符（熄滅），這樣對各位的顯示就是一個循環(huán)的過程。由于人的視覺滯留，這種動態(tài)變化是觀察不到的，從效果看，各位顯示器能連續(xù)而穩(wěn)定的顯示不同字符。</p><p><b>　　2．顯示

96、電路</b></p><p>　　本測控系統(tǒng)設(shè)計中采用74HC573芯片驅(qū)動四個LED數(shù)碼管，顯示電路采用四個四位七段共陰極LED顯示數(shù)碼管，顯示范圍0～100。</p><p>　　圖2-10 74HC573引腳圖實物圖 </p><p>　　3．74HC573原理說明：</p><p>　　74HC573的八個鎖存器都是透明的

97、D型鎖存器，當使能（LE）為高時，輸出Q將隨隨如入數(shù)據(jù)的（D）的變化而變化。當使能為低時，輸出將鎖存在已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當輸出被關(guān)閉時，新的書數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負載，可以直接與系統(tǒng)總線皆空相連接并驅(qū)動總線，特別適用于緩沖寄存器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。</p><p>　　74HC573的特點：1、三態(tài)總線驅(qū)動輸

98、出。2、數(shù)去并行存取。3、緩沖控制輸入。4、使能輸入有改善抗擾度的滯后作用。</p><p>　　把單片機STC89C51與74HC573及四個LED連接成一個顯示電路，如圖2.7.4。</p><p>　　圖2-11顯示電路圖</p><p><b>　　2.8控制輸出電路</b></p><p>　　測控系統(tǒng)的加熱采

99、用熱風機，在溫室模型中，使用普通的吹風機即可，本次選用的是功率為五百瓦的吹風機；考慮到模型的特殊性，參考電腦主機箱的降溫設(shè)施，降溫使用兩個直徑為12厘米的風扇，一進一出，形成對流，進行降溫。測控電路中采用了晶體管驅(qū)動的直流電磁繼電器，由于風扇使用的是12V電壓，而吹風機使用的是220V電源，故而使用了不同規(guī)格的繼電器用于控制。當P2.2或P2.3為低電平時，繼電器R1、R2吸合；當P2.2或P2.3為低電平時，繼電器R1、R2釋放。采用

100、這種邏輯控制可以使繼電器在上電復位或單片機受控復位時不吸合。繼電器有晶體管三極管2N222提供所需的驅(qū)動電流，電路圖如圖2-12。</p><p>　　圖2-12控制輸出電路</p><p>　　2.9串口通訊模塊設(shè)計</p><p>　　在智能溫室的設(shè)計中，通信是各個模塊相互溝通和信息交換的橋梁，如果沒有通信模塊，整個溫室就沒有統(tǒng)一協(xié)作運行的可能。在溫室運行之時，

101、各類干擾較多，要保證通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行極為重要。對通信系統(tǒng)的抗干擾能力、傳輸距離等要求較高，所以，通信技術(shù)是智能溫室的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　我們詳細的分析了溫室控制裝置的發(fā)展方向，結(jié)合實際情況決定采用基于RS485總線的溫室控制模式。因此在通訊模塊的設(shè)計是基于RS485總線進行的。RS485通信方式可以滿足支持多點連接，允許創(chuàng)建多達32個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)（某些驅(qū)動器模塊可增加至128個，如MAX487等）

102、，具有傳播距離遠，最大傳輸距離能達到1.2km，完全可以滿足大型溫室遠距離信號采集的要求，再加上其成本低廉、可靠性高及分布范圍較大，是完全滿足我們要求的。同時考慮到我們溫室模型的實際情況，無需進行遠距離通信，目前也還沒有達到模擬測控多個溫室環(huán)境的水平。相比之下，RS232通訊模式比較簡單實用一些。因此為了兼顧兩方面的要求，我們在實驗用的溫室模型測控裝置的電路設(shè)計中使用RS232總線，同時配備RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)接卡，以滿足不同情形

103、下的需要。</p><p>　　RS232的通訊設(shè)計采用MAX232芯片，來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。這部分電路如圖2-13。</p><p>　　圖2-13 RS232通信模塊電路</p><p>　　而如果設(shè)計和通訊中由于距離較遠或者要用到多機通訊的話（如有多個測控點、多個溫室環(huán)境的監(jiān)控等）則可以使用RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)接卡。相關(guān)性能說明如下：</p>

104、<p>　?、偶嫒軷S-232、RS-485 TIA/EIA標準；</p><p>　?、谱詣影l(fā)送/接收數(shù)據(jù)，無需外部的流量控制信號(RTS)；</p><p>　　⑶通信速率：300BPS-115.2KBPS；</p><p>　?、饶軌蜻B接32個RS-485或RS-422接口設(shè)備；</p><p>　?、赏ㄓ嵕嚯x：5，000米（

105、9，600BPS）；</p><p>　?、孰娫醇皵?shù)據(jù)流量指示燈，可檢測故障點；</p><p>　　⑺工作方式：異步半雙工（RS-485）或異步全雙工(RS－422)通用，無需跳線設(shè)置；</p><p>　　⑻光電隔離型（隔離電壓2.5KVrms/500VDC絕緣），RS－485/422提供每線600W的防雷保護和防止共地干擾；</p><p&

106、gt;　?、碗姎饨涌冢篋B9孔型到DB9針型連接器；</p><p>　　⑽傳輸介質(zhì)：雙絞線或屏蔽線；</p><p>　?、线m用于一切所使用的通訊軟件，隨插即用；</p><p>　?、兄С諨OS/WIN95/WIN98/WIN2000/NT/XP Linux等.</p><p><b>　　產(chǎn)品如圖:</b><

107、/p><p><b>　　圖2-14轉(zhuǎn)接卡</b></p><p><b>　　2.10報警模塊</b></p><p>　　報警模塊具備兩項功能，即為報警燈和聲音報警.當用戶輸入溫度的上下限值后，系統(tǒng)進行實時的采樣，并判斷出當前溫度與用戶輸入溫度之間的差異，如果當前溫度高于或低于用戶輸入的下限溫度值，則說明當前溫度過高或低，

108、系統(tǒng)自動啟動警報燈，此時警報燈亮起并發(fā)出紅光。蜂鳴器報警鳴叫。當溫度恢復在規(guī)定范圍值內(nèi)時警報燈熄滅。</p><p>　　圖2-15 報警模塊電路</p><p><b>　　3.溫度測控的實現(xiàn)</b></p><p>　　3.1測控系統(tǒng)的程序設(shè)計</p><p>　　如果說一個測控系統(tǒng)，硬件裝置是他的骨架的話，那么系統(tǒng)

109、的程序就是他的靈魂。由于本測控系統(tǒng)的參數(shù)控制算法和控制程序由其他同學完成，因此，本論文在軟件方面主要完成該系統(tǒng)的外圍模塊的程序設(shè)計，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、按鍵輸入模塊，三大子程序的設(shè)計。</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)的主程序設(shè)計</p><p>　　本論文主要是設(shè)計硬件裝置，但是，任何一個系統(tǒng)，把軟硬件人為的割裂開來的做法是不合適的。軟硬件相輔相成才能構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。鑒