戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　The design of control system of the outdoor temperature of electronic equipment</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫度控制系統(tǒng)是日常生活與工業(yè)控制中最重要而普遍的

2、自動控制系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)早已成為電子設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)中首選的控制芯片。本文介紹一種使用STC89C52為核心，以DS18B20為溫度采集設(shè)備，以LCD12864為顯示屏幕，以AT24C02作為掉電存儲設(shè)備設(shè)計而成的戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)。通過對電子器件資料的查閱和實際嘗試，設(shè)計硬件電路。采用溫度傳感器DS18B20使用IIC總線技術(shù)來獲取所在區(qū)域?qū)崟r溫度，STC89C52對多點的溫度進(jìn)行實時巡檢同時從矩陣鍵盤歷史輸入的溫

3、度值進(jìn)行比較，該控制系統(tǒng)通過LCD12864實時輸出溫度信息，超出預(yù)定值自動報警。</p><p>　　明確系統(tǒng)功能后編寫相關(guān)程序語言，通過仿真，對整個溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試與分析。最終實現(xiàn)了實時溫度采集、顯示、控制與記錄等功能。經(jīng)實際制作表明該溫度控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能，具有體積小巧、操作方便、可靠性高、測量精準(zhǔn)高、實時性好等特點，適合戶外電子設(shè)備溫度控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞

4、：溫度控制；STC89C52；DS18B20</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperature control system is one of the most important and universal automatic control system in daily life and industrial c

5、ontrol. With the development of electronic technology, SCM has become the first choice in the development and production of electronic equipment control chip. This paper introduces a kind of outdoor electronic equipment

6、temperature control system, which uses STC89C52 as the core, DS18B20 as temperature acquisition device, LCD12864 as the display screen, and AT24C02 as the </p><p>　　After the system function is clear, the pr

7、ogramming language is written, and the whole temperature control system is debugged and analyzed by simulation. The function of real-time temperature acquisition, display, control and recording is realized. The actual pr

8、oduction shows that the temperature control system can realize required functions and has the characteristics of small volume, convenient operation, high reliability, high precision of measurement, real-time good, suitab

9、le for outdoor ele</p><p>　　Keywords: temperature control; STC89C52; DS18B20目 錄</p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　1 前言1<

10、/b></p><p>　　1.1 電氣自動化相關(guān)技術(shù)1</p><p>　　1.2嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀及技術(shù)2</p><p>　　1.3電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢與意義3</p><p>　　1.4電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)的目的與功能3</p><p>　　2系統(tǒng)的理論分析5</p><

11、;p>　　2.1 自動控制系統(tǒng)概述5</p><p>　　2.3 PID技術(shù)原理5</p><p>　　2.3 PWM控制原理6</p><p>　　3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計8</p><p>　　3.1系統(tǒng)供電電源設(shè)計8</p><p>　　3.2處理器STC89C529</p><p

12、>　　3.3液晶顯示電路10</p><p>　　3.4 USB-TTL通信模塊12</p><p>　　3.5溫度參數(shù)傳感器DS18B2013</p><p>　　2.6掉電存儲電路AT24C0216</p><p>　　2.7看門狗電路17</p><p>　　2.8溫濕度控制電路18</p

13、><p>　　2.8.1 溫度調(diào)節(jié)電路18</p><p>　　2.8.2 濕度調(diào)節(jié)電路18</p><p>　　2.9 聲光報警電路19</p><p>　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計21</p><p>　　3.1 編譯環(huán)境介紹21</p><p>　　3.2 PID控制溫濕度22</

14、p><p>　　3.3 溫濕度傳感器軟件驅(qū)動25</p><p>　　3.4 串口通信27</p><p>　　3.5 PWM調(diào)制29</p><p>　　3.6 軟件流程圖29</p><p>　　4系統(tǒng)調(diào)試與檢測控制效果31</p><p><b>　　5結(jié)論33</

15、b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附 錄36</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 電氣自動化相關(guān)

16、技術(shù)</p><p>　　電氣自動化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一門核心學(xué)科，是信息技術(shù)領(lǐng)域的一門新興學(xué)科，更是當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的重要學(xué)科。正是由于與人們的生活、工作密切相關(guān)，電子技術(shù)發(fā)展迅速，推動了以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息時代的到來，并注定改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睢⑸a(chǎn)工作的模式。</p><p>　　電氣自動化依然成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、航天等領(lǐng)域，在

17、國家經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。其觸角伸向各行各業(yè)，從一盞臺燈的設(shè)計到空間實驗站的制造，皆有它的身影。例如用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，一條設(shè)備要能保證它始終生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，現(xiàn)代工業(yè)不能靠人來操作，而是由設(shè)備自我調(diào)控。啟動設(shè)備，其可以自我穩(wěn)定運行下去。設(shè)備之所以能夠自動運行，就是應(yīng)用了繼電器、傳感器、處理芯片等電氣元件實現(xiàn)順序控制、時間控制的過程。其它如伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，能根據(jù)處理器對外界環(huán)境的變化得到的反饋改變輸出量，達(dá)到穩(wěn)定設(shè)備運行狀態(tài)的目的。

18、</p><p>　　從歷史到未來社會總的發(fā)展趨勢為機(jī)械化（應(yīng)用機(jī)器系統(tǒng)），電氣化（加入電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)），自動化（加入自動控制器），計算機(jī)化（應(yīng)用數(shù)字計算機(jī)），網(wǎng)絡(luò)化（實現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)），先進(jìn)自動化（系統(tǒng)、管理），智能化（引入智能），知識化（處理知識）。</p><p>　　1.2嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀及技術(shù)</p><p>　　美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）對嵌入式系統(tǒng)

19、的定義是用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置。嵌入式系統(tǒng)是一種可作為設(shè)備的一部分的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)通常是一個控制程序存儲在只讀存儲器中的嵌入式處理器控制板。日常工作生活中，我們所接觸的所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備如手機(jī)、電磁爐、電視甚至汽車等，都使用了嵌入式系統(tǒng)，部分嵌入式系統(tǒng)還包含了操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是一種由先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)等各種具體技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，是不斷發(fā)展創(chuàng)新的新興集成知識體系。最近幾年，網(wǎng)絡(luò)

20、、通信等技術(shù)的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開辟了廣闊的天地，使嵌入式系統(tǒng)成為繼個人計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后又一個IT界技術(shù)熱點。</p><p>　　二十世紀(jì)后期發(fā)展起來的微型計算機(jī)擁有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低、可靠性好、性價比高等一系列優(yōu)點，得到人們廣泛應(yīng)用而迅速普及。自動控制專業(yè)人士希望將微型計算機(jī)嵌入到某一個對象體系中以實現(xiàn)對對象體系的智能化控制。例如將微型計算機(jī)經(jīng)加固處理同時配置各種外圍接口安裝到大型船舶中構(gòu)成自動駕

21、駛系統(tǒng)和輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣微型計算機(jī)便失去了原來的形態(tài)與通用功能，人們把這種嵌入到對象體系中實現(xiàn)對對象體系智能控制的計算機(jī)稱作嵌入式系統(tǒng)。由此可見嵌入式的本質(zhì)是將一臺計算機(jī)嵌入到一個對象體系中去。 </p><p>　　嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是對對象的智能化控制，技術(shù)發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。最初人們粗糙地將通用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，在大型設(shè)備中生硬的實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。然

22、而對于多數(shù)對象系統(tǒng)如家用電器、儀器儀表等無法嵌入通用計算機(jī)系統(tǒng)，況且通用計算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向完全不同，因此必須獨立地發(fā)展嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)。計算機(jī)進(jìn)入了通用計算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)并行發(fā)展的新時代。</p><p>　　目前嵌入式系統(tǒng)極大多數(shù)是8 位和16 位的嵌入式微控制器(MCU) ,嵌入式系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)的另一種存在形態(tài)，根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀我們將嵌入式系統(tǒng)分成以下幾類:</p>&l

23、t;p>　　1） 嵌入式微處理器(EMPU)將微處理器獨立安裝在設(shè)計好的電路板上,只保留和嵌入式應(yīng)用相關(guān)的母板功能,減小系統(tǒng)體積和功耗消耗的同時在工作允許溫度、抗干擾能力、可靠性等方面做了大幅度的增強。 </p><p>　　2）嵌入式微控制器(MCU）又稱單片機(jī)，是以某種微處理器內(nèi)核為核心,芯片內(nèi)部高度集成了ROM、PEPROM、RAM、總線、定時計數(shù)器、看門狗、串行口、脈寬調(diào)制輸出、DPA、Flas

24、h RAM、EEPROM 等必要功能和外設(shè)。其最大特點是單片化,體積大幅減小并且使功耗和成本下降、可靠性提升。 </p><p>　　3）嵌入式DSP 處理器(EDSP) DSP 處理器適用于執(zhí)行DSP 算法,效率高,執(zhí)行速度高。在數(shù)字濾波、譜分析等方面廣泛使用了DSP系統(tǒng)。 </p><p>　　4） 嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip)隨著EDI 的推廣、VLSI 設(shè)

25、計的普及化、半導(dǎo)體制造工藝迅猛發(fā)展,在一個硅片上實現(xiàn)更為復(fù)雜的系統(tǒng)時代來臨, 這就是System On Chip。整個嵌入式系統(tǒng)的極大部分都可以高度集成到一塊或幾塊芯片中,應(yīng)用系統(tǒng)電路板極其簡潔,具有體積小，集成度高，可靠性好等優(yōu)點。</p><p>　　1.3電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢與意義</p><p>　　二十一世紀(jì)電子技術(shù)飛速發(fā)展，人口勞動力成本不斷上升，由此帶來現(xiàn)代裝備的普及

26、與發(fā)展，戶外電子設(shè)備的數(shù)量急劇增多。部分電子設(shè)備工作在戶外，在惡劣的工作環(huán)境下，設(shè)備溫度極易受到外界環(huán)境如光照，颶風(fēng)，暴雨的影響因此對設(shè)備溫度的檢測與控制成為一個擺在人們眼前的問題。溫度是表示物體冷熱程度的物理量，從微觀角度講是物體內(nèi)部分子熱運動的劇烈程度，因此溫度只能通過物體隨溫度變化而變化的某種特性來間接測量。人工儀表是傳統(tǒng)的對溫度進(jìn)行控制的方法，其工作強度高、重復(fù)性差，難以保障精確度，存在各種不足。所以我們對傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)改造

27、，使用微型計算機(jī)代替常規(guī)儀表控制使人們能實時查閱被測物溫度變化的第一手資料，還可以提示溫度變化情況，協(xié)助人們及時調(diào)整，并具備溫度報警功能，這已經(jīng)成為溫度控制系統(tǒng)發(fā)展新趨勢。目前適用于電子設(shè)備的溫度控制系統(tǒng)大多采用模擬量傳感器，A-D轉(zhuǎn)換以及單片機(jī)組成。利用單片機(jī)控制溫度是單片機(jī)控制的一個簡單應(yīng)用，配合采用合適的技術(shù)和元器件，將模擬的溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并不難，如此即可開發(fā)出一種實時性好、精度高的溫度控制系統(tǒng)。</p>&

28、lt;p>　　1.4電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)的目的與功能</p><p>　　本設(shè)計提出一種基于數(shù)字化的溫度控制系統(tǒng)。通過DS18B20檢測環(huán)境實時溫度，STC89C52進(jìn)行信號處理配合液晶LCD12864、蜂鳴器輸出信號。通過控制加熱器、制冷片，可以有效的控制戶外電子設(shè)備的溫度。</p><p>　　通過本次設(shè)計的產(chǎn)品，能夠為戶外電子設(shè)備管理人員提供實時、可靠的溫度參數(shù)。為管理者或設(shè)備

29、自動調(diào)節(jié)提供可靠數(shù)據(jù)信息。同時在對本溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計中，考慮到電源的節(jié)能環(huán)保問題以及各個模塊的成本問題，在足以滿足系統(tǒng)要求的大前提下，減少系統(tǒng)成本，有利于本溫度控制系統(tǒng)的大范圍推廣。</p><p>　　本戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計要求是：</p><p>　?。?）制作完成戶外電子設(shè)備溫度檢測系統(tǒng)（溫度傳感器選用DS18B20）。</p><p>　　（2）

30、溫度測量精度為1攝氏度。</p><p>　　（3）溫度能控制在一定區(qū)間內(nèi)，超出事先設(shè)定范圍立即報警。</p><p><b>　　（4）設(shè)計系統(tǒng)電路</b></p><p>　?。?）在KEIL中編譯、調(diào)試程序，并使用protuse進(jìn)行仿真。</p><p>　　為了使系統(tǒng)更加人性化、智能化，采用了DS12C887作為

31、時鐘模塊、AT24C02作為存儲器模塊，選擇LCD12864作為液晶顯示模塊。在液晶顯示器上可以顯示時間、溫度數(shù)據(jù)和AT24C02存儲的歷史數(shù)據(jù)。</p><p>　　其溫度控制系統(tǒng)硬件框圖如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 溫度控制系統(tǒng)硬件電路圖</p><p>　　本戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)軟件采用KEIL474編寫。系統(tǒng)軟件的編寫可分為：</

32、p><p>　　系統(tǒng)主程序、單片機(jī)外設(shè)的控制程序、定時器的控制、串口發(fā)送與接收數(shù)據(jù)、讀取傳感器數(shù)據(jù)以及編寫時鐘芯片DS12C887、掉電存儲模塊、液晶顯示LCD12864模塊的驅(qū)動程序。</p><p>　　在系統(tǒng)軟硬件設(shè)計均宣告完成后，選擇合適的實驗場地，對本系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試同時分析系統(tǒng)的運行效果。</p><p><b>　　2系統(tǒng)的理論分析</b>

33、;</p><p>　　2.1 自動控制系統(tǒng)概述</p><p>　　自動控制系統(tǒng)是指在無人參與情況下，能夠讓生產(chǎn)過程或其他過程按照人們期望的規(guī)律或著預(yù)定的程序運行的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段，其簡稱自控系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)主要由控制器、被控對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變送器等四個環(huán)節(jié)組成。按照控制原理的不同分類，自動控制系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。按照給定信號的不同分

34、類，自動控制系統(tǒng)又可以分為恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)以及程序控制系統(tǒng)。經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展和應(yīng)用之后，在空間技術(shù)、軍事科學(xué)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和工業(yè)控制等各個領(lǐng)域都獲得了極為顯著的成效。</p><p>　　2.3 PID技術(shù)原理</p><p>　　在實際工程控制中，應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)控制規(guī)律就是比例（P）、積分(I)、微分(D)控制，簡稱為PID控制。PID控制器已有70

35、余年歷史，由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)良表現(xiàn)成為現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)或參數(shù)不能夠完全的掌握，或著無法獲得精確數(shù)學(xué)模型時，應(yīng)用PID控制技術(shù)就成為了最為方便的控制技術(shù)。PID控制在實際運用中也有僅使用PI或者PD控制的。PID控制的原理是根據(jù)系統(tǒng)的誤差（e），利用比例、 積分、微分計算出控制量進(jìn)而進(jìn)行控制。</p><p>　　比例（P）控制是最簡單的一種控制方式，

36、其控制器的輸入與輸出誤差信號成比例關(guān)系。因此如果僅有比例控制時，系統(tǒng)輸出會存在穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　積分（I）控制使得控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對于一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后依然存在穩(wěn)態(tài)誤差，那么稱這個控制系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。為了消除這個穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須加入“積分項”。隨著時間的推移，積分項會逐漸增大。這樣，即便誤差極小，積分項也會隨時間的增加而加大，它促使控制器的輸出增大

37、使得穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到近似為零。因此，比例加積分（PI）控制器，可以使控制系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后幾乎沒有穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　微分（D）控制可使控制器的輸出與輸入誤差信號的微分成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。而增加了“微分項”，它能預(yù)測出誤差變化的趨勢，這樣，具有比例加微分的控制器，就能提前使得抑制誤差的控制作用等于零，甚至可以為負(fù)值，從而避免被控量的超調(diào)。所以對有

38、較大慣性或滯后的被控對象，比例加微分控制器能夠改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。</p><p>　　PID控制器的參數(shù)整定是設(shè)計控制系統(tǒng)的核心工作。對于一般的溫度控制系統(tǒng)：P（%）可取20--60，I（分）可取3--10，D（分）可取0.5--3</p><p>　　2.3 PWM控制原理</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM)是指利用處理器的數(shù)字輸出信號對模擬

39、電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)手段，廣泛的應(yīng)用于從測量、通信到功率控制等眾多領(lǐng)域之中。脈沖寬度調(diào)制技術(shù)由于其控制簡單，靈活并且動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，成為目前電力電子技術(shù)領(lǐng)域最為廣泛的控制方式。其控制原理是根據(jù)相應(yīng)載荷的變化進(jìn)而調(diào)制晶體管基極（或MOS管柵極）偏置，以實現(xiàn)晶體管（或MOS管）導(dǎo)通時間的變化，實現(xiàn)了開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。因此，這種技術(shù)是利用處理器的數(shù)字信號對模擬電路進(jìn)行控制的一種極其有效的技術(shù)手段。</p>&

40、lt;p>　　隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，出現(xiàn)了眾多的PWM控制技術(shù)，其包括：相電壓控制PWM法、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM法、SPWM法、線電壓控制PWM法脈寬調(diào)制（PWM）。</p><p>　　PWM技術(shù)的基本原理：對逆變電路的開關(guān)器件通斷進(jìn)行操控，使得輸出端得到一組幅值相等的信號脈沖，用這些脈沖來取代正弦波或著需求波形。PWM技術(shù)的優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是以數(shù)字信號傳輸?shù)?，避免了?shù)-模信號轉(zhuǎn)換，將

41、噪聲影響降到最低。原因是噪聲只有強到足夠?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?或著將邏輯0改變?yōu)檫壿?時，才能對數(shù)字信號產(chǎn)生改變。其另外一個優(yōu)點是對噪聲抵抗能力的顯著增強，這也是將PWM技術(shù)應(yīng)用于通信的重要原因。把模擬信號轉(zhuǎn)為PWM數(shù)字信號能夠極大地延長通信距離。 </p><p>　　綜上所述，PWM技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強等眾多優(yōu)點，是一種值得廣泛推廣的有效技術(shù)。</p><p><

42、;b>　　3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)供電電源設(shè)計</p><p>　　由于本系統(tǒng)主要應(yīng)用于戶外，我選擇了220V交流轉(zhuǎn)直流的方式對本系統(tǒng)供電。將220V交流電壓經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)?6V交流電再利用由四個二極管組成的全波整流橋，將交流電轉(zhuǎn)換為具有一定諧波的直流電，通過電容濾波后使紋波減小，再送入線性直流穩(wěn)壓芯片LM7812中，在輸出端再次經(jīng)電容

43、濾波輸出穩(wěn)定的12V電壓，送入系統(tǒng)中。因為本系統(tǒng)中繼電器需要12V直流電，其他的器件需要5V的直流電。然后再將12V通過開關(guān)穩(wěn)壓模塊（LM7805)轉(zhuǎn)換為5V。</p><p>　　圖3-1為220V轉(zhuǎn)12V電路圖,圖3-2為直流12V轉(zhuǎn)直流5V電路圖。</p><p>　　圖3-1 交流220V轉(zhuǎn)直流12V電路</p><p>　　圖3-2 直流12V轉(zhuǎn)直流5V電

44、路</p><p>　　3.2處理器STC89C52</p><p>　　在控制領(lǐng)域中各種控制器按照種類分有單片機(jī)、DSP、PLC、FPGA等。按照總線形式分，有哈弗總線、有馮諾伊曼總線的。按照總線的位數(shù)分，有8位、16位、32位乃至64位的。按照生產(chǎn)廠家，有ST、飛思卡爾、臺灣宏晶的等。</p><p>　　單片機(jī)是通過超大規(guī)模集成電路技術(shù)制造而成的集成電路芯片。

45、它把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲器（RAM）、多路IO接口、定時器與計數(shù)器電路、中斷系統(tǒng)等集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個小巧卻完善的微型計算機(jī)電路芯片。目前單片機(jī)正朝著高精度、精簡指令、高速高效率、低功耗的方向飛速發(fā)展，其廣泛地應(yīng)用于工業(yè)過程控制，智能儀表等技術(shù)領(lǐng)域。</p><p>　　在本設(shè)計中選用STC89C52作為控制器，它是由臺灣宏晶公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的8位微控制器。STC89C52使用了

46、經(jīng)典MCS-51內(nèi)核，具備以下功能： 8k字節(jié)Flash存儲器、512字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲空間、 32 位I/O 接口、看門狗、內(nèi)置的4KB EEPROM、復(fù)位電路、3個16 位定時器/計數(shù)器、4個外部中斷。此外 STC89C52 還可進(jìn)入節(jié)電模式降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作。在空閑模式情景下，CPU 將停止工作，卻允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位方式有兩種，一是在上電

47、瞬間，C1相當(dāng)于通路，RST接到高電平上，單片機(jī)復(fù)位，這種方式叫冷復(fù)位。另一種方式是，當(dāng)單片機(jī)在工作狀況下需要復(fù)位，按下按鍵KEY單片機(jī)就會手動復(fù)位，這種方式稱為熱復(fù)位。</p><p>　　圖3-3是STC89C52的最小系統(tǒng)電路</p><p>　　圖3-3 STC89C52最小系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　3.3液晶顯示電路</b&g

48、t;</p><p>　　液晶，即液態(tài)晶體,因其具有特殊的理化與光電特性，它體積小、功耗低、操作簡單被廣泛應(yīng)用于輕薄型的顯示器件上。</p><p>　　在本戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)中采用LCD12864作為顯示模塊，在上面可以直接讀取采集到的實時溫度、時間和歷史數(shù)據(jù)。</p><p>　　LCD12864與單片機(jī)STC89C52的連接關(guān)系如圖3-4所示：</

49、p><p>　　圖3-4 LCD12864與STC89C52連接電路圖</p><p>　　LCD12864的管腳號</p><p>　　LCD12864既可以用串行接法，也可以用并行接法，串行接法能夠節(jié)省線路寬度而且調(diào)試容易但數(shù)據(jù)傳送速度較慢，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤。并行接法的優(yōu)點是速度比較快，缺點是總線寬并且占用較多的IO端口。經(jīng)比較，本系統(tǒng)采用并行接線方法。</p

50、><p>　　3.4 USB-TTL通信模塊 </p><p>　　單片機(jī)與PC間需要相互通信，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)下載，調(diào)試，傳送等方面。</p><p>　　在PC上我們一般使用USB接口，正12V與負(fù)12V分別代表了邏輯信號上的0與1，USB接口為4線制，其中有兩根電源線和兩根信號線,常用的USB2.0速度可達(dá)到480Mbps。能夠滿足基本工業(yè)生產(chǎn)與民用需要。</p&

51、gt;<p>　　線路分配為：黑：GND ;</p><p><b>　　紅：VCC ; </b></p><p><b>　　綠：Data+ ;</b></p><p><b>　　白：Data- .</b></p><p>　　但在單片機(jī)的系統(tǒng)中，我們一般采用

52、TTL電平/CMOS電平。例如在本系統(tǒng)中采用的單片機(jī)STC89C52使用的就是TTL電平，因為兩者工作機(jī)制不一樣，所以需要某種轉(zhuǎn)換芯片把TTL電平和USB電平之間聯(lián)系起來。TTL一種常用的邏輯門電路，正5V等同于邏輯“1”，0V等同于邏輯“0”，所以這就被稱做晶體管-晶體管邏輯信號系統(tǒng)。</p><p>　　本戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)使用了PL2302作為轉(zhuǎn)換芯片，其電路圖如3-5所示：</p>&

53、lt;p>　　圖3-5 PL2303的轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　3.5溫度參數(shù)傳感器DS18B20</p><p>　　溫度傳感器指能夠感受到溫度的變化并轉(zhuǎn)換為可識別的輸出信號的傳感器。溫度測量儀表的關(guān)鍵部件就是溫度傳感器，其品種繁多。通常，按照測量方式可以分為接觸式與非接觸式等兩大類，而按照傳感器材料和電子元件的特性又可以分為熱電阻與熱電偶等兩大類。</p>&

54、lt;p>　　如今我們更常采用數(shù)字式溫度傳感器，它能把溫度物理量通過對溫度敏感的元器件以及相對應(yīng)的電路轉(zhuǎn)換為能夠方便微型計算機(jī)、智能儀表等可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的裝置直接讀取的數(shù)字式傳感器。這些數(shù)字傳感器具有代表性的有：DS18B20，DS1722以及MAX6635等等。</p><p>　　本次設(shè)計采用了DS18B20傳感器，它是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線元器件，是DS1820的增強型傳感器，在測量精度，

55、分辨率，轉(zhuǎn)換時間等方面有極大改進(jìn)。具有體積小巧，線路簡單，成本低，抗干擾性好，精度高等顯著特點。所以采用它來組建一個溫度采集系統(tǒng)可在一條通信線路上面掛上多路DS18B20溫度傳感器，十分靈活方便。</p><p>　　DS18B20傳感器只有DS1820體積的一半，在接線時需要面對著元件扁平面，左負(fù)右正接線。</p><p>　　DS18B20的特性有：</p><p&

56、gt;　　一：直接采用數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍3.0V到5.5V區(qū)間</p><p>　　二： 測溫范圍為負(fù)55到正125攝氏度區(qū)間,其中在負(fù)10到正85攝氏度區(qū)間時精確度為正負(fù)0.5攝氏度。</p><p>　　三：傳感器編程分辨率在9到12位之間,分別對應(yīng)精確度為0.5攝氏度、0.25攝氏度、0.125攝氏度和0.0625攝氏度;</p><p>　　四：在12位分

57、辨率時，最多可在750ms時間內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，顯然速度較快。</p><p>　　五：當(dāng)電源極性接反時,傳感器不會燒毀,僅僅是不可正常工作。</p><p>　　其引腳和封裝方式見下圖所示：</p><p>　　圖3-6 ds18b20管腳封裝</p><p>　　DS18B20溫度傳感器內(nèi)含四個主要部件，詳見圖3-7：</p&

58、gt;<p>　　其一， 64位激光光刻ROM。從高位到低位依次由8位的CRC和48位的序列號以及8位的家族代碼(28H)組成。</p><p>　　其二， 溫度靈敏元件即溫度傳感器。</p><p>　　其三， 非易失性溫度報警觸發(fā)器TH與TL，它們可通過軟件寫入用戶所需報警的上下限值。</p><p>　　其四， 配置寄存器。DS18B20在工作時

59、將按照此寄存器中數(shù)據(jù)信息把溫度轉(zhuǎn)換成相互對應(yīng)的精度數(shù)值,其各位定義如下表所示。</p><p>　　TM：測試標(biāo)志位,出廠即被寫入0,不可更改;</p><p>　　R0、R1：分辨率得設(shè)置位,出廠時R0、R1置為設(shè)置缺省值：R0=1且R1=1（12位分辨率）,用戶能夠根據(jù)需要而改寫配置寄存器即可獲得理想的分辨率。</p><p>　　MSB 

60、 LSB</p><p>　　配置分辨率關(guān)系表格：</p><p>　　圖3-7 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　測溫原理：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(jìn)行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于-55攝氏度的一個

61、值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0,則溫度寄存器（同樣初始化到-55攝氏度）的值增加，表明所測溫度大于-55攝氏度。</p><p>　　（1。溫度系數(shù)振蕩器是指一種振蕩器，它的振蕩頻率與溫度之間有一個特定的關(guān)系，即不同的溫度對應(yīng)不同的振蕩頻率。反之，測量出振蕩器的輸出頻率，就可測量出溫度值。</p><p>　　2.高溫度系數(shù)振蕩器：它的振蕩頻率受溫度的影響很大，溫度稍有變化，頻率就會變

62、化很多，即對溫度敏感，多用于溫度傳感器。</p><p>　　3.低溫度系數(shù)振蕩器：它的振蕩頻率受溫度的影響很小，即使溫度變化很大，它的頻率也基本不變。 </p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　圖3-8 DS18B20的測溫原理</p><p>　　2.6掉電存儲電路AT24C02</p&g

63、t;<p>　　本系統(tǒng)使用AT24C02作為掉電存儲設(shè)備。電能測量裝置不同于其他的控制系統(tǒng)，需要在掉電的情況下，將最后測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，否則，數(shù)據(jù)就沒有任何的參考價值。</p><p>　　AT24C02是具有IIC接口的EEPROM產(chǎn)品。采用這種芯片可以在掉電的情況下，存儲數(shù)據(jù)。其中的數(shù)據(jù)可以存儲100年，可以擦寫10萬次，本系統(tǒng)中，使用AT24C02電路如圖2-7所示：</p>

64、<p>　　圖2-7 AT24C02 電路原理圖</p><p>　　AT24C02有常見的兩種封裝，一種是直插DIP8，一種是貼片SO-8兩種，但無論是哪種，他的管腳順序和功能都是一樣的。1、2、3，是可編程地址輸入端。4腳是電源地，7腳是WP，寫保護(hù)輸入端，用于硬件數(shù)據(jù)的保護(hù)。當(dāng)這個腳是高電平的時候，具有寫保護(hù)的功能，但讀的功能不受影響。當(dāng)這個腳是低電平的時候，可以對整個存儲器進(jìn)行正常的讀寫操作。8

65、腳是電源正極，接在5V電源上。5腳SDA，是IIC總線的數(shù)據(jù)輸入輸出端。6腳是SCL，是IIC總線的時鐘輸入端</p><p><b>　　2.7看門狗電路</b></p><p>　　看門狗是一種常常用于單片機(jī)內(nèi)部的監(jiān)視機(jī)制。他有一個不變的定時時間，一旦定時時間到了，就會給CPU產(chǎn)生一個復(fù)位的信號，或者中斷信號，以防止系統(tǒng)出現(xiàn)毀滅性的事故。在處理器正常運行的時間內(nèi)，

66、在看門狗定時器溢出之前，周期性的喂狗，看門狗內(nèi)部定時器處于周期性不斷的重復(fù)定時過程，就不會產(chǎn)生復(fù)位信號或者中斷信號。相反的，如果在某一段時間內(nèi)，程序因為某種干擾而跑飛,單片機(jī)不能刷新定時器，就會產(chǎn)生復(fù)位或者中斷信號，使得程序從初始位置開始運行，恢復(fù)到正常狀態(tài)。</p><p>　　如今，很多單片機(jī)都已經(jīng)內(nèi)部設(shè)置看門狗電路通過軟件控制，寫入相應(yīng)的程序，就可以啟動、配置或停止看門狗。</p><p

67、>　　在一些非低功耗的系統(tǒng)中，可以用uP監(jiān)視器設(shè)計硬件看門狗電路，本系統(tǒng)中選擇MAX706P做為看門狗，其原理圖如2-8所示。</p><p>　　圖2-8 看門狗電路原理圖</p><p>　　看門狗工作原理：MAX706的內(nèi)部看門狗定時器為1.6s，如果在1.6s內(nèi)，看門狗的輸入角WDI保持為規(guī)定電平，看門狗輸出端WDO變?yōu)榈碗娖剑O管D導(dǎo)通，使低電平加到復(fù)位端MR，MAX7

68、06產(chǎn)生復(fù)位信號RESET使得單片機(jī)復(fù)位，直到復(fù)位后看門狗被清零，WDO才能變?yōu)楦唠娖?，?dāng)WDI有一個跳變沿，看門狗定時器本清零。將WDI與單片機(jī)一個IO輸出端相連，程序只要在小于1.6s內(nèi)將該IO端取反一次，使定時器清零而重新計數(shù)，不產(chǎn)生超時溢出，程序正常運行。當(dāng)程序跑飛時候，不能執(zhí)行產(chǎn)生跳變指令，到1.6s時，WDO因超時溢出而變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生復(fù)位信號使得單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　2.8溫濕度控制電路

69、</p><p>　　2.8.1 溫度調(diào)節(jié)電路</p><p>　　溫度調(diào)節(jié)電路如圖2-9所示。由于加熱管需要220V供電，所以不能直接使用單片機(jī)的PWM控制，雙向可控硅用隔離器件可以實現(xiàn)控制端與負(fù)載端的隔離。有雙向可控硅和光電耦合器構(gòu)成加熱管的驅(qū)動電路，是一種理想的交流開關(guān)原件。</p><p>　　圖2-9 溫度控制電路</p><p>

70、　　2.8.2 濕度調(diào)節(jié)電路</p><p>　　濕度調(diào)節(jié)器使用風(fēng)機(jī)和加濕器配合來控制，如果風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速快，加濕器開口小，則會使得室內(nèi)干燥程度上升，如果風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速滿，加濕器開口大，則室內(nèi)干燥程度降低。這兩種均使用PWM來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其原理圖如下圖所示：</p><p>　　圖2-10 濕度控制電路</p><p>　　2.9 聲光報警電路</p><

71、;p>　　聲光報警電路主要包括三部分，分別是LED、蜂鳴器和按鍵。</p><p>　　LED可以用來顯示光信號。在溫或者濕度度超過上限值或者低于下限值的時候，會發(fā)出報警，報警信號為1s頻率的閃爍。</p><p>　　LED的連接電路如下圖2-11所示。</p><p><b>　　圖2-11按鍵電路</b></p>&l

72、t;p>　　按鍵總共有三個，分別連接在P20、P21、P22三個引腳。使用軟件查詢的方法來讀取按鍵值。按鍵引腳使用上拉電阻，在沒有按鍵按下的時候，管腳一直處于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下的時候，根據(jù)線與的邏輯原則，檢測到低電平。</p><p>　　加入三個LED燈，此LED燈有兩個作用，第一個作用是在編寫程序的時候，可以用來對一些函數(shù)是否進(jìn)入進(jìn)行跟蹤，另一作用是當(dāng)溫度或濕度出現(xiàn)大于上限值或低于下限值的時候，通

73、過有規(guī)律的閃燈，來提示使用者。以免產(chǎn)生更大的損失。LED模塊電路如下圖2-12所示。</p><p>　　所有LED的正極接在電源上，經(jīng)過LED，然后串聯(lián)一個電阻到單片機(jī)的管腳。因為51單片機(jī)在初始化后，所有的管腳均處于高組態(tài)，所以在初始化小燈不會亮起來。當(dāng)需要LED亮的時候，只需要將相應(yīng)管腳拉低即可。</p><p>　　圖2-12 LED電路</p><p>　

74、　系統(tǒng)加入了蜂鳴器作為報警電路，報警電路如下圖2-13所示。</p><p>　　圖2-13 蜂鳴器報警電路</p><p><b>　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)中軟件主要包括單片機(jī)外設(shè)的控制，如單片機(jī)控制管腳輸出高低電平。串口發(fā)送數(shù)據(jù)。定時器的配置與定時器中斷服務(wù)程序。模擬相關(guān)的總線。包括驅(qū)動溫濕度創(chuàng)拿起SHT15的

75、IIC總線。驅(qū)動AT24C02的IIC總線。由于管腳夠用，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這些總線并不串聯(lián)使用。通過編寫軟件驅(qū)動各種溫室環(huán)境檢測傳感器，驅(qū)動時鐘芯片DS12C887、液晶LCD12864、掉電存儲器AT24C02、看門狗喂狗等。編寫串口程序，將這些采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)串口上。制定數(shù)據(jù)傳送格式，實現(xiàn)與上一級系統(tǒng)的級聯(lián)設(shè)計。</p><p>　　3.1 編譯環(huán)境介紹</p><p>　　

76、Keil uVision4源自德國KEIL公司。在全球Keil uVision4被超過10萬的嵌入式開發(fā)工程師應(yīng)用。Keil uVision4集成了業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)，支持ARM7，ARM9和最新的CM3內(nèi)核處理器，自動配置啟動代碼，集成FLASH燒寫模塊。</p><p>　　國內(nèi)大多數(shù)單片機(jī)工程師都接觸和使用過KEIL，非常簡單而且容易上手。</p><p>　　Keil uVision

77、4的編譯界面窗口如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 軟件編程界面</p><p>　　所有的軟件內(nèi)容，均使用C51語言進(jìn)行編寫。C語言是一種非常方便的編程語言，目前很多硬件都用C語言進(jìn)行編程開發(fā)。</p><p>　　3.2 PID控制溫濕度</p><p>　　在溫室應(yīng)用中，常常將溫度濕度控制在一定的范圍內(nèi)，這樣有利于農(nóng)作物的

78、生長。本系統(tǒng)將溫度濕度假設(shè)在一個確定值。可以容忍上下的浮動為1度。</p><p>　　在下文中，以溫度參數(shù)為例，闡述本系統(tǒng)中，使用PID控制溫濕度的方法。</p><p>　　首先在系統(tǒng)初始化結(jié)束后，將脈寬設(shè)置為最大值，也就是以最大的速度使溫度上升到需要的溫度范圍內(nèi)。</p><p>　　在上升的過程中，需要設(shè)計一個上升到最大溫度時候的標(biāo)志。設(shè)計一個bit位，來標(biāo)

79、志溫度在最大上升速度工程中達(dá)到設(shè)定值。此標(biāo)志用tempmax來表示。將tempmax初始化設(shè)置為1，在溫度快速上升的時候，不斷讀取tempmax，同時通過DS18B20讀取溫度值，在溫度第一次超過設(shè)置的溫度的最大值的時候，將tempmax置為0。</p><p>　　在tempmax為1的時候，不啟動PID調(diào)節(jié)，在tempmax為0的時候，啟動PID調(diào)節(jié)。</p><p>　　在PID調(diào)節(jié)

80、的過程中，首先要設(shè)計P、I、D對應(yīng)的參數(shù)，然后對溫度差值的當(dāng)前值、積分值和變換速度進(jìn)行分別控制。</p><p>　　使用按鍵，可以分別設(shè)定溫度的上限值，下限值和期望值。并且會在液晶上進(jìn)行顯示。其中按鍵1為功能按鍵。把按動次數(shù)除以3取余數(shù)，當(dāng)余數(shù)為0的時候，修改溫度的上限值，當(dāng)余數(shù)為1的時候，修改溫度的下限值，當(dāng)余數(shù)為2的時候，修改溫度的期望值。</p><p>　　以控制溫度為例，進(jìn)行詳

81、細(xì)的PID介紹。</p><p>　　本系統(tǒng)中，使用PWM調(diào)節(jié)加熱器，使用溫度傳感器來測量溫度，使用PID對系統(tǒng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，最常用的調(diào)節(jié)器就是PID控制。其系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。</p><p>　　積分環(huán)節(jié)是對積分誤差的糾正，通過積分調(diào)節(jié)，可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，在軟件中，實現(xiàn)積分的思想是，在每個采樣時刻，將系統(tǒng)的誤差有符號

82、的累加，然后手動設(shè)置一個積分的控制量：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　圖3-2 PID控制框圖</p><p>　　在設(shè)置積分的時候，往往先給一個非常小的值，因為積分是一個不斷累加的過程，如果系統(tǒng)尚不完美，積分作用會讓這個系統(tǒng)崩潰。所以在PID整定的過程中，也一般是最后加入積分環(huán)節(jié)，且積分環(huán)節(jié)是一個滯后的過

83、程。</p><p>　　比例環(huán)節(jié)是成比例的控制誤差。通過比例環(huán)節(jié)，可以實時的糾正系統(tǒng)誤差，是PID中最有效的調(diào)節(jié)參數(shù)。在很多工業(yè)系統(tǒng)中，只需要比例控制，往往就能實現(xiàn)系統(tǒng)的要求。在軟件設(shè)計中，實現(xiàn)比例控制是將誤差值，直接乘以一個比例控制參數(shù)：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　在整定PID過程中，首先對比例參數(shù)

84、進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)比例達(dá)到一定效果的時候，才能繼續(xù)調(diào)節(jié)積分和微分參數(shù)。</p><p>　　微分環(huán)節(jié)，是對偏差信號變化速度的控制。在一些控制系統(tǒng)中，使用比例結(jié)合微分的方式，能夠具有一定的超前控制效果。微分就是對加速度的控制。在軟件實現(xiàn)過程中，偏差的加速度就是本次的偏差量減去上次的偏差量。</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>

85、;　　在本系統(tǒng)中，將使用溫度傳感器采集到的溫度值與期望的溫度值做減法，得到每個測量周期內(nèi)，實際溫度值與測量值之間的誤差。</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　給定一個值，得到比例環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)結(jié)果：</p><p><b&

86、gt;　　(3-5)</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　設(shè)計一個積分調(diào)節(jié)系數(shù)，將誤差累加與積分系數(shù)相乘，得到由積分產(chǎn)生的調(diào)節(jié)值。</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　其中：</b><

87、/p><p>　　由于積分的作用是累加的效果，所以在使用的時候，最好設(shè)計一個上限值。防止溫度調(diào)節(jié)的振蕩效果。</p><p>　　然后設(shè)計一個微分調(diào)節(jié)系數(shù)，然后將兩次測量的溫度相減得到溫度變化速度，由此產(chǎn)生由溫度產(chǎn)生的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)值。</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p><b>　　其中：&

88、lt;/b></p><p>　　然后將三次調(diào)節(jié)值加上底值為此次調(diào)節(jié)的值。</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　3.3 溫濕度傳感器軟件驅(qū)動</p><p>　　SHT15使用IIC總線進(jìn)行驅(qū)動，由于使用的51單片機(jī)內(nèi)部沒有IIC總線，需要了解IIC總線的時序，并模擬IIC總線與傳感

89、器通信。</p><p>　　IIC總線是在微電子領(lǐng)域常用的通信總線，他是同步通信的一種方式，通信速率高，接口線少，器件的封裝形式小，且控制簡單。在主從通信的過程中，每個IIC組件都有自己特定的從機(jī)地址，所以在一條IIC總線上，可以同時有很多個IIC設(shè)備，通過識別設(shè)備的地址，來區(qū)分不同的器件。</p><p>　　在多IIC設(shè)備系統(tǒng)中，IIC的連接如下圖3-3所示：</p>

90、<p>　　圖3-3 多設(shè)備IIC系統(tǒng)連接圖</p><p>　　IIC總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，IIC總線連接到總線輸出級必須是集電極開路或者是漏極開路。才能實現(xiàn)線與的邏輯，輸出端必須接上拉電阻才能輸出低電平，所以為了保證IIC正常工作，輸出端必須加上拉電阻。</p><p>　　圖3-4 IIC總線設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　在IIC總線控制中

91、，主要涉及了信號的有效性，信號的開始、讀寫與結(jié)束。在下面內(nèi)容中，根據(jù)時序圖進(jìn)行詳細(xì)介紹。</p><p><b>　　信號有效性規(guī)定</b></p><p>　　當(dāng)IIC總線傳送數(shù)據(jù)時候，如果時鐘信號為高電平，那么數(shù)據(jù)信號不允許變化或不允許更改。當(dāng)時鐘信號為低電平的時候，更改才是有效果的。</p><p><b>　　如圖3-5所示：

92、</b></p><p>　　圖3-5 IIC數(shù)據(jù)有效性規(guī)定</p><p><b>　　起始信號與終止信號</b></p><p>　　如圖3-6所示，當(dāng)時鐘線處于高電平期間，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線一個下降沿，代表總線從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)，即為開始信號。當(dāng)時鐘線處于高電平期間，數(shù)據(jù)線一個上升沿，代表總線從工作狀態(tài)退出，即為結(jié)束信號。<

93、;/p><p>　　圖3-6 IIC總線起始信號與結(jié)束信號</p><p><b>　　字節(jié)傳送與應(yīng)答</b></p><p>　　當(dāng)時鐘由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r候，可以改變一次總線的數(shù)據(jù)，即改變SDA的電平狀態(tài)。這樣反復(fù)改變8次，即為傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。當(dāng)進(jìn)行一個字節(jié)的傳送時，字節(jié)的最高位MSB在前，字節(jié)的最低位MLB在最低位。傳送8個位之后，第9

94、為為應(yīng)答信號，如SDA保持高電平，為非應(yīng)答，如果SDA從高電平降低為低電平，則為應(yīng)答信號。如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 IIC總線讀寫信號與應(yīng)答信號</p><p>　　然后通過IIC模擬總線與SHT15進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)換內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù)即可。</p><p><b>　　3.4 串口通信</b></p><

95、p>　　隨著單片機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，單片機(jī)的通信功能越來越顯得重要，單片機(jī)通信是指單片機(jī)與計算機(jī)通信，或者單片機(jī)與單片機(jī)之間的信息交換，通常單片機(jī)與計算機(jī)之間的通信，我們用的比較多。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，51單片機(jī)會通過USB轉(zhuǎn)串口和電腦進(jìn)行通信，51和PC之間需要經(jīng)過RS232串口通信。</p><p>　　通信方式有串行和并行兩種。</p&g

96、t;<p>　　串行是指數(shù)據(jù)按照從低位到高位或者從高位到低位的順序，依次進(jìn)行傳輸，此時只需要一條數(shù)據(jù)線，外加一條公共地線和若干控制信號線。對于串行通信來說，一次只能傳輸一個bit，所以傳輸速度較慢，但節(jié)省了數(shù)據(jù)線，并且便于維護(hù)。便于長距離傳輸。</p><p>　　并行通信通常是將字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)同時傳送，每一位數(shù)據(jù)都需要一條數(shù)據(jù)線，此外哈需要一根地線和若干控制信號線。這種連線方式，僅僅適合于短

97、距離傳輸。UART是串行通信的一種。</p><p>　　串行通信按照工作狀態(tài)又可以分為單工，雙工和半雙工。單工的意思是在傳送的過程中，數(shù)據(jù)只能往一個方向傳輸，不能反方向的傳輸，雙工是在兩個器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，信號可以雙向的同時傳輸，半雙工是指，在兩個器件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時候，數(shù)據(jù)可以雙向的傳輸，但這個傳輸過程必須是分時的。UART就是半雙工的一個體現(xiàn)。</p><p>　　在數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

98、共組中，還要考慮系統(tǒng)時鐘同步與不同的問題。在這種方式下，可以將通信分為異步通信和同步通信。異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為了使得雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的設(shè)備時鐘盡可能的一致。</p><p>　　同步通信時候，要建立發(fā)送方時鐘和接收方時鐘的直接控制。UART屬于異步通信方式。</p><p>　　51的UART有四根線，兩根電源線，兩

99、根數(shù)據(jù)線，分別是TX、RX、GND、VCC。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，TX作為數(shù)據(jù)線，RX作為時鐘線，在接收數(shù)據(jù)的時候，RX作為數(shù)據(jù)線，TX作為時鐘線。</p><p>　　圖3-8 串口通信格式</p><p><b>　?。?）起始位</b></p><p>　　當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳送的時候，總線處于高電平，當(dāng)發(fā)送端想要發(fā)送一個數(shù)據(jù)的時候，首先要發(fā)送一個低

100、電平信號，這個信號就是信號的其實位。當(dāng)接收端檢測到這個起始信號后，就開始切換到接收狀態(tài)。</p><p><b>　　（2）數(shù)據(jù)位</b></p><p>　　數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)一般是一個字節(jié)的長度，是想要發(fā)送給接收端的數(shù)據(jù)。由低位到高位一次發(fā)送。</p><p><b>　?。?）奇偶校驗位</b></p>&l

101、t;p>　　數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測。以偶校驗為例，當(dāng)數(shù)據(jù)上0的個數(shù)為奇數(shù)時，校驗位為0，數(shù)據(jù)上的0的個數(shù)為偶數(shù)時候，校驗位為1，這樣保證數(shù)據(jù)是正確的，否則接收端會認(rèn)為數(shù)據(jù)發(fā)送有誤，并扔掉這一幀數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?）停止位</b></p><p>　　字符的最后是停止位，邏輯高電平有效。停止位表示傳送一幀數(shù)據(jù)信息的結(jié)束，也為下一幀數(shù)據(jù)

102、做好準(zhǔn)備。</p><p><b>　　3.5 PWM調(diào)制</b></p><p>　　PWM技術(shù)就是利用半導(dǎo)體開關(guān)的通斷，使直流電壓隨著半導(dǎo)體開關(guān)的通斷而變化。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時，直流電壓為高電平；當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)斷開時，直流電壓降為低電平；這時就直流電壓變成了脈沖信號，這樣通過改變半導(dǎo)體開關(guān)的通斷就可以改變PWM信號的頻率或者脈沖寬度，即改變了直流電壓的平均值，從而實

103、現(xiàn)了直流電機(jī)調(diào)速的目的。圖3-9給出PWM直流電機(jī)調(diào)速的工作原理以及PWM脈沖信號輸出波形。</p><p>　　圖3-9 PWM調(diào)速原理</p><p>　　使用STC89C52的定時器模擬，可以同時產(chǎn)生多路PWM。</p><p><b>　　3.6 軟件流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件流程主要包括系統(tǒng)

104、功能的初始化，溫濕度采集程序，溫濕度在液晶上的顯示，按鍵掃描，調(diào)用PID控制溫濕度，是否達(dá)到期望溫濕度，溫濕度是否超過上下限，聲光報警等。其軟件流程圖如下圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 系統(tǒng)軟件流程圖</p><p>　　4系統(tǒng)調(diào)試與檢測控制效果</p><p>　　系統(tǒng)經(jīng)過軟件與硬件的測試后，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，并記錄數(shù)據(jù)。記錄的數(shù)據(jù)如表4-1中所示。

105、進(jìn)行了四天的測試，每天在早晨8點，中午12點，下午四點分別記錄本采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)手機(jī)端軟件讀取天氣預(yù)報中給出的溫度和濕度值。</p><p><b>　　表4-1 測量數(shù)據(jù)</b></p><p>　　在PID調(diào)試過程中，需要認(rèn)為設(shè)定PID的參數(shù)。當(dāng)比例系數(shù)太大，致使在未達(dá)到設(shè)定溫度前的加熱比例過高，微分系數(shù)過小，對對象的反應(yīng)不靈敏，會造成加溫迅速到達(dá)目標(biāo)

106、值，但溫度過調(diào)量很大。</p><p>　　當(dāng)比例系數(shù)較小，加溫比例不夠，積分系數(shù)過小，對靜態(tài)誤差的補償不足，會使得系統(tǒng)加溫經(jīng)常小于目標(biāo)值。</p><p>　　當(dāng)微分系數(shù)過小，對及時變化反應(yīng)慢，積分系數(shù)過大，使微分反應(yīng)被鈍化，溫度基本在設(shè)定的范圍內(nèi)，但又很大的波動。上下的偏差往往比較大。</p><p>　　當(dāng)微分系數(shù)過小，對及時變化反應(yīng)慢，設(shè)定的定時周期過長，不

107、能及時的到修正。所以需要在實驗的過程根據(jù)經(jīng)驗，反復(fù)修改PID的參數(shù)。</p><p>　　最終對控制系統(tǒng)進(jìn)行實測，測得數(shù)據(jù)如下表4-1所示：</p><p>　　表4-2 恒溫濕度控制數(shù)據(jù)測量</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　在本系統(tǒng)設(shè)計中，采用EDA軟件MAX-PLUS II，采用VHD

108、L語言編程實現(xiàn)十字交叉路口的編程與仿真。本文主要討論了十字路口相位設(shè)置，配時設(shè)置，根據(jù)相應(yīng)的配時進(jìn)行了編程仿真。</p><p>　　經(jīng)過本設(shè)計，學(xué)習(xí)了如何根據(jù)項目要求查找資料，并且根據(jù)查找的資料，設(shè)計本系統(tǒng)的方案。并對方案的可行性分析。</p><p>　　制作了一款適用于溫室大棚的低成本檢測系統(tǒng)。使用STC89C52作為微控制器，通過TTL-USB轉(zhuǎn)換模塊PL2303為處理器串行方式下

109、載程序。使用整流技術(shù)配合開關(guān)電源模塊，通過220V交流電壓為系統(tǒng)供電。</p><p>　　為了使得系統(tǒng)更加人性化，使用DS12C887作為時鐘模塊，AT24C02作為存儲模塊，選擇LCD12864作為液晶顯示模塊。在液晶上可以顯示溫度、濕度、光照等數(shù)據(jù)，同時可以顯示時間和AT24C02存儲的數(shù)據(jù)。</p><p>　　為了防止程序跑飛，加入了看門狗電路。所有的數(shù)據(jù)通過一路UART總線發(fā)出

110、，便于多節(jié)點系統(tǒng)組網(wǎng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　孫超，李海濤.2008-2009年中國地震數(shù)據(jù)采集器市場深度調(diào)查及價格預(yù)測報告[J]，中國經(jīng)濟(jì)報告，2008:15-18.</p><p>　　楊樂平，李海濤，肖凱，楊磊.虛擬儀器技術(shù)概論[M]，2003，電子工業(yè)出社，北京，P23-25.</p&g

111、t;<p>　　王耀林.國內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011.34增刊：96~100.</p><p>　　安國民，徐世艷，趙化春.國外設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2004,12:34~36.</p><p>　　L.F M Mareelis and H.Gijzen. Model for Prediction of Yield and O