大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化091班 學(xué) 號(hào) 院 （系） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2013 年 6 月1日 專心-專注-專業(yè)鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容l 了解溫室大棚控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)。l 利用單片機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù)設(shè)計(jì)溫室大棚控制系統(tǒng)?；疽髄 利用PID調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)加熱器的溫度進(jìn)行控制，其加熱器功率20KW。l 溫度測(cè)控范圍-1070，測(cè)控精度±0.4；濕

2、度測(cè)控范圍090RH，精度:±3% RH；l 利用單片機(jī)作為控制器的MCU，搭建相關(guān)外圍電路進(jìn)行相應(yīng)的控制；l 控制器系統(tǒng)具有溫濕度設(shè)定、溫濕度顯示、超溫報(bào)警、漏電檢測(cè)并自動(dòng)關(guān)斷電源等功能。l 按照要求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行說明，給出總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)原理。l 軟件編程必須給出流程圖，程序必須加注釋，各程序段的開始要注明該段功能和作用。主要參考資料1、李俊,張曉東.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究J.微計(jì)算機(jī)信息，2008,24(17):116118.2、陶然,王樹文.智能化溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的研究J.農(nóng)機(jī)化研究，2003,33(2):5355.3、趙娜,趙剛.基于51單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)J.

3、微計(jì)算機(jī)信息,2007,23(1):146148.4、劉攀,俞杰.基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)J.蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào),2005,6(12):103106.完 成 期 限： 2013.022013.06 指導(dǎo)教師簽章： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2013年 2 月 26 日溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，對(duì)于蔬菜大棚來說，最重要的一個(gè)管理因素是溫濕度控制。溫濕度太低，蔬菜就會(huì)被凍死或則停止生長(zhǎng)，所以要將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計(jì)，工人依據(jù)讀取的溫度值來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度。如果僅靠人工控制既耗人力，又容易發(fā)生差錯(cuò)?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)

4、業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高，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)出很大的局性。為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，以控制蔬菜大棚溫濕度適應(yīng)生產(chǎn)需要。本文利用89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)溫室大棚的溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)，對(duì)濕室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)控制并實(shí)時(shí)顯示。其中溫濕度傳感器采用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器，通過89C51單片機(jī)的處理把溫濕度值顯示在1602液晶上。并實(shí)時(shí)判斷溫濕度值是否滿足設(shè)定的溫濕度范圍，若超出設(shè)定范圍，通過89C51啟動(dòng)溫濕度控制系統(tǒng)，達(dá)到恒溫恒濕的目的。關(guān)鍵詞 89C51單片機(jī) AM2301傳感器 1602液晶 控制系統(tǒng)DESIGN OF CONTROL SYS

5、TEMOF GREENHOUSEABSTRACT With the popularization of trellis technology, greenhouse trellis an ever-growing number, for vegetable shed speaking, one of the most important management factor is the temperature and humidity control. Temperature is too low, the vegetables will freeze to death or stop gro

6、wing, so will always control temperature and humidity in a suitable vegetable growth range. Traditional temperature control is in greenhouse trellis internal hanging a thermometer, workers according to regulate the temperature reading the temperature inside the shelter. If only by artificial control

7、 both consumption manpower, and easy to place regular orders. Now, with the improvement of agricultural industry scale, for larger quantity of trellis, traditional temperature control measures will show great bureau sex. Therefore, in modern vegetable shed management zhongtong often temperature and

8、humidity automatic control system, in order to control the temperature and humidity, adapt to the trellis vegetable production needs.In this paper, using 89C51 MCU to design a greenhouse temperature and humidity measurement and control system. Detection and control the indoor temperature and humidit

9、y and real-time display. The temperature and humidity sensor using AM2301digital temperature and humidity sensor, The temperature and humidity are displayed in the 1602 LCD through the 89 C51 single chip computer processing. And the real-time temperature and humidity value judgment whether meet the

10、set the humidity and temperature of the range. If it exceeds the setting range, through the 89C51 start the temperature and humidity control system, to achieve the purpose of constant temperature and humidity.KEY WORDS 89C51MCU AM2301 sensor 1602LCD control system目 錄1 緒論1.1 課題背景隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量要

11、求顯著提高。對(duì)植被也要求越來越嚴(yán)格，如何種植出品種優(yōu)良的植物，一直是人們研究的話題。而基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)對(duì)解決這些問題有著非常重大的意義。植被“設(shè)施栽培”，即“保護(hù)地栽培”。它是指在某種類型的保護(hù)設(shè)施內(nèi)（如陽畦、溫室、大棚等），人為地創(chuàng)造適宜植被生長(zhǎng)發(fā)育的最佳環(huán)境條件，在不同季節(jié)內(nèi)，尤其是不利于植被生長(zhǎng)的季節(jié)內(nèi)進(jìn)行植被栽培的一種措施。設(shè)施栽培是人類利用自然、改造自然的一種創(chuàng)造。由于設(shè)施內(nèi)的條件是可以人為控制的，使得植被調(diào)節(jié)的周年生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)。玻璃溫室和塑料薄膜溫室出現(xiàn)后，植被生產(chǎn)出現(xiàn)了劃時(shí)代的變化?，F(xiàn)在人們可以根據(jù)自己的意愿，隨時(shí)生產(chǎn)出所需要的各種植被?？梢哉f，這是“設(shè)施栽培”的功勞。

12、以前種植植被一般都用溫室栽培，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學(xué)的，先進(jìn)的管理方法，用以對(duì)不同種類植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需的溫度及濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。溫濕度控制對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義，它代表了一類自動(dòng)控制的方法。而且其應(yīng)用十分廣泛。1.2 立題的目的和意義環(huán)境的監(jiān)測(cè)與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。由于應(yīng)用的場(chǎng)合不同監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是千差萬別。在實(shí)際生活中此類系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，室溫環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)中溫度和濕度是兩個(gè)重要的顯示和分析指標(biāo)，必須定期抽樣檢查室溫環(huán)境溫度和濕度，以便采取相應(yīng)的措施加以調(diào)整和一步步的提高系統(tǒng)的性能。89C51單片機(jī)是

13、常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)的實(shí)例也很多。使用89C51單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動(dòng)檢測(cè)與控制，而且89C51單片機(jī)易于學(xué)習(xí)、掌握，性價(jià)比高。使用89C51型單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)，可以及時(shí)、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室大棚當(dāng)中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境。這對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，提高國(guó)民生產(chǎn)總值，改善人民生活水平起到了非常重要的作用。1.3 國(guó)內(nèi)外的研

14、究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)目前，我國(guó)絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進(jìn)口的國(guó)外設(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。雖然這種自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，通過改變大棚溫室度的設(shè)定目標(biāo)，可以自動(dòng)的對(duì)大棚內(nèi)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié)對(duì)作物的生長(zhǎng)來說還是相對(duì)滯后的，難以介入作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律。所以在這種自動(dòng)控制系統(tǒng)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，溫濕度自動(dòng)控制向著適合不同作物生長(zhǎng)的智能化控制發(fā)展。 國(guó)外大棚業(yè)正致力于高科技發(fā)展，遙測(cè)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于大棚的管理和控制中。為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必須有一套科學(xué)的，先進(jìn)的管理方法，用以對(duì)不同種類植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需的溫度及濕

15、度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。溫濕度控制對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義，它代表了一類自動(dòng)控制的方法，而且其應(yīng)用十分廣泛。近幾年各國(guó)溫度控制技術(shù)提出建立大棚行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，朝著網(wǎng)絡(luò)化，大眾化，大規(guī)模，無人化的方向發(fā)展的思路也更加完善和成熟。采用高性能的控制芯片89C51，高精度數(shù)字溫濕度傳感器AM2301，向模塊化、高速化、智能化的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近。將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室大棚當(dāng)中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境,符合植物的生活環(huán)境要求，具有良好的發(fā)展前景。1.4 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容本系統(tǒng)所要完成的任務(wù)是：(1) 人性化的設(shè)計(jì)。根據(jù)植物的生活需求，把溫濕度值控制在一定的范圍內(nèi)。(2) 能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的顯示

16、采樣溫度值與濕度值。(3) 通過采集溫度及濕度值，準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異，及時(shí)的啟動(dòng)報(bào)警裝置（包括警報(bào)燈的提示功能以及提示音等）進(jìn)行報(bào)警，并采取相應(yīng)的控制方案。(4) 能夠根據(jù)植被在不同時(shí)間段內(nèi)對(duì)溫濕度的不同要求，用戶可隨機(jī)更改溫度及濕度值，以滿足用戶不同的需求。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能是：(1) 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，測(cè)量空間的溫度和濕度，由單片機(jī)對(duì)采集的溫濕度值進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、顯示，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能檢測(cè)。(2) 并能根據(jù)實(shí)際所需要的溫濕度值通過獨(dú)立按鍵設(shè)定，已達(dá)到更加理想的溫室大棚條件。(3) 實(shí)現(xiàn)超越數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警，并

17、啟動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室的目的。(4) 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力。要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)要求： 測(cè)溫范圍：-1070 測(cè)溫精度：±0.4 測(cè)濕范圍：090RH 測(cè)濕精度：±3% RH2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。2.2.1 可靠性高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理；對(duì)供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波；系統(tǒng)自診判斷功能等。2.2.2

18、操作維護(hù)方便 在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對(duì)操作人員專用知識(shí)的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減少人機(jī)交換接口，多采用操作內(nèi)置或簡(jiǎn)化的方法。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障自動(dòng)診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。2.2.3 性價(jià)比單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，再設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡(jiǎn)化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能使用軟件功能取代硬件功能等。2.3 系統(tǒng)的組成和工作原理2.3.1 系統(tǒng)的組

19、成以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量，通信技術(shù)，控制技術(shù)等技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量控制系統(tǒng)?？煞譃闇貪穸葴y(cè)量電路，顯示電路，聲光報(bào)警電路，溫濕度控制電路,選用的主要器件有：AT89C51，溫濕度傳感器AM2301，1602LCD顯示模塊，降溫裝置風(fēng)扇，升溫裝置加熱器，増濕裝置噴霧器，除潮裝置除潮器，紅綠LED燈，報(bào)警裝置蜂鳴器等12。系統(tǒng)的組成方框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)的組成2.3.2 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)以單片機(jī)Atmel89C51為核心，數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、報(bào)警都要通過單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能數(shù)字溫濕度傳感器AM2301完成；通過單片機(jī)把采集

20、的數(shù)據(jù)顯示在1602LCD上；當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時(shí)，有蜂鳴器實(shí)時(shí)報(bào)警，并顯示紅燈提示，并進(jìn)行相應(yīng)的控制處理。在整個(gè)系統(tǒng)中采用了AM2301單總線技術(shù)，單片機(jī)采用C語言編程。首先，系統(tǒng)啟動(dòng)后，提示用戶輸入溫濕度的上限與下限的溫度值。用戶輸入之后，系統(tǒng)自動(dòng)求出中間值，根據(jù)實(shí)際溫度的情況采取相應(yīng)的方案。如溫度的設(shè)定如下所示： 下限溫度 中間溫度 上限溫度28 - 32 - 36如果該時(shí)刻的實(shí)際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時(shí)，系統(tǒng)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，且系統(tǒng)處于升溫狀態(tài)，直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止升溫。反之，如果實(shí)際溫度值高于用戶設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)

21、警裝置，且系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)，直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止降溫。選擇中間值作為控制參數(shù)，防止升溫降溫升溫的死循環(huán)，因?yàn)闇囟鹊陀谙孪迺r(shí)會(huì)一直升溫，可能會(huì)導(dǎo)致升溫之后溫度高于上限值系統(tǒng)又開始降溫，這樣系統(tǒng)便一直重復(fù)升溫降溫升溫過程，導(dǎo)致設(shè)備在某一個(gè)溫濕度點(diǎn)附近頻繁的啟停，使設(shè)備壽命下降，而且沒有實(shí)際意義。選擇中間值的一定區(qū)間，是防止達(dá)到中間值時(shí)，采取了停止升溫或者降溫措施，溫度還是會(huì)持續(xù)上升或下降一會(huì)兒，這時(shí)候溫度可能不是正好在中間值處，系統(tǒng)便還是采取升溫或者降溫的措施，而此時(shí)的溫度值可能已經(jīng)是很適合植被生長(zhǎng)的需要的溫度值。所以本方案選在中間值的正負(fù)一度區(qū)間內(nèi)，認(rèn)為此

22、區(qū)間內(nèi)都是適合的，不產(chǎn)生任何控制動(dòng)作變化，這樣就能解決設(shè)備頻繁啟停問題。整個(gè)系統(tǒng)通過獨(dú)立鍵盤給定溫濕度的上下限值并通過LCD1602顯示出來，首行顯示溫度，第二行顯示濕度。另外LCD除了顯示上下限溫濕度值，還顯示實(shí)時(shí)的溫濕度值。·溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以89C51單片機(jī)作為中央控制裝置，風(fēng)扇，加熱設(shè)備，加濕設(shè)備，排潮設(shè)備等。· 89C51作為中央控制裝置，負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)模塊的工作。· 風(fēng)扇：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作。· 加熱設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作。· 噴霧設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作。· 排潮設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作。

23、3; 雙色燈，報(bào)警模塊：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報(bào)警功能。如果當(dāng)前的溫度超過用戶設(shè)定的上下值界限值時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)警，雙色燈在單片機(jī)的控制下有規(guī)律的切換，同時(shí)報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警聲，通知用戶采取相應(yīng)的措施。· 按鍵：由四個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成，第一個(gè)鍵代表溫濕度選擇按鍵，第二個(gè)代表溫濕度加按鍵，第三個(gè)代表溫濕度減按鍵，第四個(gè)代表確定鍵。它只在需要調(diào)整溫濕度具體值時(shí)才會(huì)用到，此時(shí)液晶顯示屏就會(huì)顯示出溫濕度數(shù)值設(shè)定界面。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)經(jīng)過上面的總體方案和實(shí)施措施的討論后可以開始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)總體功能和性價(jià)比及其運(yùn)行速度等因素的考慮，選

24、用MCS-51系列的89C51為主機(jī)，滿足上面的要求而且設(shè)計(jì)方便，不需要再存儲(chǔ)擴(kuò)展。3.1.1 AT89C51單片機(jī)中央微處理器 AT89C51：AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89C51具有如

25、下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率，并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機(jī)綜合了微型處理器的基本

26、功能。按照實(shí)際需要，同時(shí)也考慮到設(shè)計(jì)成本與整個(gè)系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價(jià)格較低、工作穩(wěn)定的AT89C51單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器3。3.1.2 時(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都以時(shí)鐘信號(hào)為準(zhǔn)，一拍一拍地工作。因此時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為XTAL2。這兩個(gè)引腳構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自己振蕩器。外部時(shí)鐘方式時(shí)外部時(shí)鐘電源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空。其電路如圖3-1所示。圖3-1 時(shí)鐘電路3.1.3 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)

27、的初始化操作，只需給AT89C51的復(fù)位引腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平就可使AT89C51復(fù)位。復(fù)位電路通常采用上自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路給電容C充電加至RST引腳一個(gè)短的高電平信號(hào)，次信號(hào)隨著VCC對(duì)電容C的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，EST引腳上的高電平必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平和脈沖兩種形式45。其電路如圖3-2所示。圖3-2 復(fù)位電路3.1.4 5V穩(wěn)壓電源電路它由電源變壓器，橋式整流電路D1-D4，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(LM

28、7805)極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的。220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1-D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。 此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器

29、件,在此5V穩(wěn)壓電源電路圖中,經(jīng)變壓器后輸出電壓為8V,又經(jīng)過D1-D4橋式整流電路變?yōu)橹暗?.4倍為11.2V。這樣在LM7805的Vin和GND兩端之間的壓差為5.2V，一般氣壓差越小越好，這樣對(duì)LM7805的損傷越小，但為了綜合考慮有時(shí)則要這種考慮。其電路如下圖3-3中所示。圖3-3 5V穩(wěn)壓電源電路3.2 傳感器的選型和接口電路設(shè)計(jì)3.2.1 傳感器的基本特性傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力

30、和遲滯等。傳感器的動(dòng)態(tài)特性：所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示67。3.2.2 AM2301數(shù)字溫濕度傳感器 (1) AM2301產(chǎn)品概述AM2301數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它運(yùn)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保

31、產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)AM2301傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。(2) 產(chǎn)品亮點(diǎn)超低能耗、傳輸距離遠(yuǎn)、全部自動(dòng)化校準(zhǔn)、采用電容式濕敏元

32、件、完全互換、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字單總線輸出、卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、采用高精度測(cè)溫元件。(3) AM2301接口定義AM2301的引腳分配及各個(gè)引腳的簡(jiǎn)單描述分別如表3-1和圖3-4所示。表3-1 AM2301的引腳分配引腳顏色名稱描述1紅VDD電源2黃SDA串行3黑GND地4NC空腳圖3-4 AM2301的引腳描述引腳說明（VDD SDA GND）：AM2301的供電電壓范圍為3.5V-5.5V,建議供電電壓為5V。數(shù)據(jù)線SDA引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀/寫傳感器數(shù)據(jù)。(4) 單總線接口定義AM2301器件采用簡(jiǎn)化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由數(shù)據(jù)線完成。設(shè)備（微處理器）通過一

33、個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線；單總線通常要求外接一個(gè)約5.1k的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫傳感器時(shí)，傳感器才會(huì)應(yīng)答，因此主機(jī)訪問傳感器都必須嚴(yán)格遵循單總線序列，如果出現(xiàn)序列混亂，傳感器將不響應(yīng)主機(jī)。(5) 單總線通信時(shí)序和AM2301通信格式說明用戶主機(jī)（MCU）發(fā)送一次起始信號(hào)（微處理器把數(shù)據(jù)總線SDA拉低至少800s）后，AM2301從休眠模式轉(zhuǎn)換到高速模式。待主機(jī)的開始信號(hào)結(jié)束后，AM2301發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，從數(shù)據(jù)總線SDA串行并送出40Bit的數(shù)據(jù)，先發(fā)送字節(jié)的高位。發(fā)送的

34、數(shù)據(jù)依次為濕度高位、濕度低位、溫度高位、溫度低位、校驗(yàn)位，發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束觸發(fā)一次信息采集，采集結(jié)束后傳感器自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式，直到下一次的通信來臨。如表3-2所示。名稱單總線格式定義起始信號(hào)微處理器把數(shù)據(jù)總線（SDA）拉低一段時(shí)間(至少800s)，通知傳感器準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。響應(yīng)信號(hào)傳感器把數(shù)據(jù)總線（SDA）拉低80s，再接高80s以響應(yīng)主機(jī)的起始信號(hào)。數(shù)據(jù)格式收到主機(jī)起始信號(hào)后，傳感器一次從數(shù)據(jù)總線（SDA）串出40位數(shù)據(jù)，高位先出濕度濕度分辨率是16Bit，高位在前；傳感器串出的濕度值是實(shí)際濕度值的10倍。溫度溫度分辨率是16Bit，高位在前；傳感器串出的溫度值是實(shí)際溫度值的10倍；溫度最高位（Bit

35、15）等于1表示負(fù)溫度，溫度最高位（Bit15）等于0表示正溫度；溫度除了最高位（Bit14Bit0）表示溫度值。表3-2 AM2301通信格式 (6) 傳感器的性能傳感器AM2301的相對(duì)溫濕度性能分別如表3-3和3-4所示，而相對(duì)溫濕度的的最大誤差則如圖3-5和圖3-6所示。表3-3 AM2301相對(duì)溫度性能表 表3-4 AM2301相對(duì)濕度性能表參數(shù)MinTypMax單位分辨率0.116bit精度±0.3±1量程-4080重復(fù)性±0.2響應(yīng)時(shí)間<10S漂移±0.3/yr參數(shù)條件Typ單位分辨率0.1RH16bit精度2525±3RH

36、重復(fù)性±1RH響應(yīng)時(shí)間<6S遲滯性±0.3RH漂移典型值<0.5RH/yr圖3-5 相對(duì)溫度最大誤差圖3-6 相對(duì)濕度最大誤差(7) 外設(shè)讀取步驟步驟一：AM2301上電后（AM2301上電后要等待2S以越過不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間讀取設(shè)備不能發(fā)送任何指令），測(cè)試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，此后傳感器自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。AM2301的SDA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高并且一直保持高電平，此時(shí)AM2301的SDA引腳處于輸入狀態(tài)，時(shí)刻檢測(cè)外部信號(hào)。電氣特性，如能耗，高、低電平，輸入、輸出電壓等，都取決于電源。步驟二：微處理器的I/O設(shè)置為輸出，同時(shí)輸出低電平，且低電平保持時(shí)間不

37、能小于800us，典型值是拉低1MS，然后微處理器的I/O設(shè)置為輸入狀態(tài)，釋放總線，由于上拉電阻，微處理器的I/O即AM2301的SDA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等主機(jī)釋放總線后，AM2301發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，即輸出80us的低電平作為應(yīng)答信號(hào)，緊接著輸出80us的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，信號(hào)傳輸如圖3-7所示。圖3-7 單總線分解時(shí)序圖步驟三：AM2301發(fā)送完響應(yīng)后，隨后由數(shù)據(jù)總線SDA連續(xù)串行輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)。 位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50us的低電平加26-28us的高電平； 位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50us的低電平加70us的高電平；位數(shù)據(jù)“0”、位數(shù)據(jù)

38、“1”格式信號(hào)如圖3-8所示。圖3-8 單總線分解時(shí)序圖AM2301的數(shù)據(jù)總線SDA輸出40位數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平50us后轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻隨之變?yōu)楦唠娖?。同時(shí)AM2301內(nèi)部重測(cè)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，測(cè)試記錄結(jié)束，單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。單片機(jī)只有收到主機(jī)的起始信號(hào)后，才重新喚醒傳感器，進(jìn)入工作狀態(tài)。 (8) 接口電路：建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。電路如圖3-9所示。 圖3-9 AM2301典型接口電路3.3 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)3.3.1 液晶顯示電路設(shè)計(jì)3.3.1.1 LCD1602簡(jiǎn)介在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作

39、為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器(CRT)那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。(2)數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。(3)體積小、重量輕，液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。(4)功耗低，相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。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(hào)等

40、的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有也有間隔 起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱耍运荒茱@示圖形(用自定義CGRAM，顯示效果也不好)。LCD1602是指顯示的內(nèi)容為16×2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊(顯示字符和數(shù)字)。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，其和LCD1602的控制原理是完全相同的，因此基于HD447808的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。LCD1602的芯片及其接口電路如圖3-10所示。

41、圖3-10 1602LCD引腳圖1602 LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：16×2個(gè)字符 芯片工作電壓：4.55.5V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(W×H)mm3.3.1.2 LCD1602各引腳及功能說明1602LCD在此處采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-5所示。表3-5 1602各引腳說明引腳符號(hào)引腳說明引腳符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7

42、數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VCC接5V正電源。第3腳：VO為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：EN端為使能端，當(dāng)EN端由高電平變成低電平時(shí)，液晶

43、模塊執(zhí)行命令。第714腳：DB0DB7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。3.3.1.3 LCD1602的顯示操作LCD1602與單片機(jī)之間有四種基本操作如表3-6所示。表3-6 LCD1602與單片機(jī)之間有四種基本操作RSR/W操作00寫命令操作(初始化，光標(biāo)定位等)01讀狀態(tài)操作(讀忙標(biāo)志位)10寫數(shù)據(jù)操作(要顯示內(nèi)容)11讀數(shù)據(jù)操作(可以把顯示存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來)(1) 讀狀態(tài)字由表3-6可知當(dāng)RS=0，R/W=1時(shí)，根據(jù)管腳功能，當(dāng)為有效電平時(shí)，狀態(tài)命令字可從LCD模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線,同時(shí)可以保持一段時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)讀狀態(tài)字的功能。圖3-11為讀操作時(shí)序圖

44、。圖3-11 讀操作時(shí)序圖(2) 1602命令字表3-7所示為控制指令表，其主要介紹了指令名稱、控制信號(hào)及控制代碼。其指令名稱是指要實(shí)現(xiàn)的功能；控制代號(hào)是采用的十六進(jìn)制的數(shù)值表示的。· 清屏操作是指輸入某命令字后即能將整個(gè)屏幕顯示的內(nèi)容全部清除；· 歸home位：將光標(biāo)送到初始位；其中的號(hào)為任意，高低電平均可；· 輸入方式：設(shè)置光標(biāo)移動(dòng)方向并指定整體顯示是否移動(dòng)。I/D=1：光標(biāo)右移=0：光標(biāo)左移，S屏幕上所有文字是否左移或者右移，高電平表示有效，低電平無效；· 顯示狀態(tài)設(shè)置：D控制顯示的開與關(guān)，高電平開顯示，低關(guān)顯示；C控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平有光標(biāo)，

45、低無光標(biāo)；B控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃，低不閃。· 光標(biāo)畫面滾動(dòng)：R/L指右或左移；S/C為高時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低時(shí)移動(dòng)光標(biāo)；· 功能設(shè)置：DL接口數(shù)位，L指顯示行數(shù)，F(xiàn)顯示字型；如DL=1：8位=0：4位總線，L=1：2行=0：1行，F(xiàn)=1：5×10=0：5×7(點(diǎn)陣字符)；· CGRAM地址設(shè)置：相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫，可以在其中選擇所需要的字符號(hào)；· DDRAM地址設(shè)置：置數(shù)據(jù)存貯器地址，即顯示定位；· 讀忙標(biāo)志BF和地址：BF為忙標(biāo)志位，高電平時(shí)此模塊不能接受命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平則表示不忙；· 讀寫數(shù)據(jù)：將

46、數(shù)據(jù)按要求從對(duì)應(yīng)的單元讀寫,即CGRAM、DDRAM的地址。表3-7 LCD1602控制指令表指令名稱控制信號(hào)控制代碼RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清屏0000000001歸HOME位000000001*輸入方式設(shè)置00000001I/DS顯示狀態(tài)設(shè)置0000001DCB無標(biāo)畫面滾動(dòng)000001S/CRL*功能設(shè)置00001DLNF*CGRAM地址設(shè)置0001A5A4A3A2A1A0DDRAM地址設(shè)置001A6A5A4A3A2A1A0讀忙標(biāo)志BF和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0寫數(shù)據(jù)10數(shù) 據(jù)讀數(shù)據(jù)11數(shù) 據(jù) (3) 寫命令字由表3-7可知當(dāng)RS=0，R/W

47、=0時(shí)，才可以通過單片機(jī)或用戶指令把數(shù)據(jù)寫到LCD模塊，此時(shí)就對(duì)LCD進(jìn)行調(diào)制?？刹捎貌樵兎绞剑合茸x入狀態(tài)字，再判斷忙標(biāo)志位，最后寫命令字。圖3-12所示為寫操作時(shí)序圖。圖3-12 寫操作時(shí)序圖定義光標(biāo)位置:顯示數(shù)據(jù)的某位，就是把顯示數(shù)據(jù)寫在相應(yīng)的DDRAM地址中，DDRAM地址占7位。Set DDRAM address命令如表3-8所示。光標(biāo)定位，寫入一個(gè)顯示字符后，DDRAM地址會(huì)自動(dòng)加1或減1，加或減由輸入方式設(shè)置。表3-8 Set DDRAM address命令RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0第1行DDRAM地址

48、與第2行DDRAM地址并不連續(xù)，如表3-9所示。表3-9 DDRAM地址row12345141516line180H81H82H83H84H8dH8eH8fHline20c0H0c1H0c2H0c3H0c4H0cdH0ceH0cfH3.3.2 按鍵電路的設(shè)計(jì)鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計(jì)算機(jī)鍵盤。而靠軟件編程來識(shí)別的鍵盤稱為非編碼鍵盤，在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中，用的較多的是非編碼鍵盤。非編碼鍵盤又分為獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤。在單片機(jī)的外圍電路中，通常用到的按鍵都是機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，線路導(dǎo)通，開關(guān)斷開時(shí)，線

49、路斷開。彈性小按鍵被按下時(shí)閉合，松手后自動(dòng)斷開，自鎖式按鍵按下時(shí)閉合且會(huì)自動(dòng)鎖住，有再次按下時(shí)才彈起斷開。通常我們把自鎖式按鍵當(dāng)做開關(guān)使用，比如TX-1C實(shí)驗(yàn)板上的電源開關(guān)就使用自鎖按鍵。單片機(jī)的外圍輸入控制用小彈性按鍵較好，單片機(jī)檢測(cè)按鍵的原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的I/O口既可以作為輸出也可以作為輸入使用，當(dāng)檢測(cè)按鍵時(shí)用的是它的輸入功能，我們把按鍵的一端接地，另一端與單片機(jī)的某個(gè)I/O口相連，開始時(shí)先給該I/O口賦一高電平，然后讓單片機(jī)不斷地檢測(cè)該I/O口是否變?yōu)榈碗娖?，?dāng)按鍵閉合時(shí)，即相當(dāng)于該I/O口通過按鍵與地相連，變?yōu)榈碗娖?。程序一旦檢測(cè)到I/O口變?yōu)榈碗娖絼t說明按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令。

50、此處用到的獨(dú)立式鍵盤的特點(diǎn)是：一鍵一線，各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一條I/O輸入線的電平狀態(tài)，可以很容易地判斷哪個(gè)按鍵被按下。在此處，用到了四個(gè)獨(dú)立按鍵，1鍵表示溫濕度加，2鍵表示溫濕度減，3鍵表示溫濕度選擇，4鍵實(shí)現(xiàn)最終數(shù)值確定功能。 其連接電路如圖3-13所示。圖3-13 獨(dú)立按鍵圖3.4 光聲報(bào)警電路與溫濕度控制電路設(shè)計(jì)3.4.1 光聲報(bào)警電路本系統(tǒng)采用紅綠LED燈作為光報(bào)警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)符合給定的上下限范圍要求時(shí)，51單片機(jī)的P2.5口電平為高，三極管Q7導(dǎo)通，現(xiàn)場(chǎng)始終綠燈顯示，而P2.6口電平為低，Q6不導(dǎo)通即紅燈呈滅狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定的上下限范圍要求時(shí)，則

51、P2.5口變?yōu)榈碗娖?，綠燈滅，同時(shí)P2.6口變?yōu)楦唠娖?，三極管Q6導(dǎo)通，現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化為紅燈報(bào)警提示，繼而采取一系列的控制溫濕度措施。另外，采用蜂鳴器作為聲報(bào)警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時(shí)，P2.7口為低電平，現(xiàn)場(chǎng)沒有蜂鳴器報(bào)警提示；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時(shí)，則P2.7口變?yōu)楦唠娖?，三極管Q1導(dǎo)通，現(xiàn)場(chǎng)蜂鳴器報(bào)警提示9。其中5V蜂鳴器的型號(hào)為YHE12-05，是一種，由振蕩器、電磁、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。光聲報(bào)警系統(tǒng)電路如圖3-14所示。圖3-14 光聲報(bào)警系統(tǒng)電路圖3.4.2 溫濕度控制電路本系統(tǒng)溫濕度控制系統(tǒng)主要組成有：風(fēng)扇、加熱器 、噴霧器、除潮器。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的

52、數(shù)據(jù)不符合設(shè)定的要求時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)溫濕度控制系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)精度范圍內(nèi)的恒溫恒濕的目的。其中各種控制設(shè)備對(duì)應(yīng)到繼電器11的型號(hào)及參數(shù)如表3-10所示。表3-10 各控制設(shè)備及對(duì)應(yīng)的繼電器的特性繼電器控制設(shè)備線圈電壓負(fù)載參數(shù)生產(chǎn)廠家型號(hào)加熱器3110V DC10A、20A/ 220V AC巨人JQX-14FX-1Z風(fēng)扇3110V DC20A、30A/ 220V AC巨人JQX-16F(T91)噴霧器348V DC20A /220V AC亞洲龍JQX-16FS(T92)除潮器3V、5V、6V DC7A、10A/220V AC福特4123(T71)(1) 加熱器:負(fù)責(zé)整個(gè)溫室大棚的加熱工作, 根據(jù)實(shí)際效果

53、和成本預(yù)算，選用組合式加熱管，其額定功率為20KW。足見是功率相當(dāng)大的，220V的電壓是不能直接作為輸入電壓，應(yīng)選用380V交流電壓。經(jīng)計(jì)算得到其額定電流為52.63A，當(dāng)然此處還要接觸器作為開關(guān)電路,此處選用接觸器的型號(hào)為西門子3TF5244-0XQ0型號(hào)產(chǎn)品，額定電流為170A，的定電壓為220V。 (2) 風(fēng)扇:負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作，其額定功率為1500W，由于其在額定交流電壓220V下工作，同上計(jì)算得額定電流為6.8A。因?yàn)殡姍C(jī)在啟動(dòng)瞬間其實(shí)際運(yùn)行電流為額定值的47 倍，所以在選擇繼電器的時(shí)候其額定電流應(yīng)偏大，此處則選用繼電器負(fù)載電流參數(shù)值為20A左右即可。(3) 噴霧設(shè)備:負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加

54、濕工作，選用海美鉅HTY-12型號(hào)產(chǎn)品，其額定功率為1200W。當(dāng)其在AC220V電壓下工作時(shí)，額定電流為5.5A，選用亞洲龍JQX-16FS(T92)型號(hào)繼電器。(4) 排潮設(shè)備:負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作，選用SEN井森CH928B型號(hào)產(chǎn)品，其額定功率為420W。其在AC220V電壓下工作的額定電流為1.9A，選用福特的負(fù)載電流參數(shù)為5A的繼電器。在如下的溫濕度控制系統(tǒng)圖中繼電器Relay根據(jù)不同的溫濕度控制設(shè)備的運(yùn)行電壓、功率的不同，選用不同的繼電器。溫濕度控制系統(tǒng)電路如圖3-15所示。 圖3-15 溫濕度控制系統(tǒng)電路 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包過：系統(tǒng)初始化模塊，溫濕度檢測(cè)模塊，1602LCD顯示模塊，鍵盤模塊，報(bào)警模塊，溫濕度判斷控制模塊。系統(tǒng)軟件總體流程圖如4-1如下。圖4-1 系統(tǒng)流程圖4.1 初始化模塊系統(tǒng)初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，