智能大棚管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 .PAGE62 / NUMPAGES68南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué) 院：電子與電氣工程學(xué)院專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生： 中源 指導(dǎo)教師： 原 完成日期 2015 年 5 月理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能大棚管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Intelligent Greenhouse Management System總 計(jì)： 66 頁(yè)表 格： 4 個(gè)插 圖： 35 幅南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）智能大棚管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Intelligent Greenhouse Management System學(xué) 院： 電子與電氣工程學(xué)

2、院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生 姓 名：中源 學(xué) 號(hào)： 1109635002 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： 原（講師） 評(píng) 閱 教 師：完 成 日 期：理工學(xué)院Nanyang Institute of Technology智能大棚管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子信息工程專業(yè) 中源摘要 本系統(tǒng)以AT89C52為核心，通過(guò)溫度傳感器DS1820、溫濕度傳感器DHT11、土壤濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器BH1750FVID分別采集溫室大棚的溫度、空氣濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度。由諾基亞5110液晶來(lái)實(shí)時(shí)顯示各傳感器采集到的數(shù)據(jù)。用戶根據(jù)需要預(yù)先輸入預(yù)設(shè)值，當(dāng)實(shí)際測(cè)量的溫濕度和光照強(qiáng)度不符合預(yù)設(shè)的溫濕度和光照強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，

3、發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)加熱電路控制加熱絲加熱提高溫度，轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇降低溫度，控制抽水電機(jī)調(diào)節(jié)濕度，控制LED調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，為大棚提供適合的生長(zhǎng)環(huán)境。從而提高農(nóng)作物生產(chǎn)效率改善作物生長(zhǎng)條件。 關(guān)鍵詞蔬菜大棚；溫控系統(tǒng)；光控系統(tǒng)；濕控系統(tǒng)；信號(hào)處理系統(tǒng)Design of intelligent Greenhouse Management SystemElectronic And Information Engineering Specialty ZHAO Zhong-yuanAbstract:The core of this system is AT89C52.Collect the temperatu

4、re ,humidity of the air,humidity of the soil and light intensity in the greenhouse by temperature sensor DS18B20,humidity sensorDHT11,soil humidity sensor ,light intensity sensor BH1750FVID.Display all the collected data on the Nokia 5110 LCD.Input the set-point value wanted by the users and send al

5、arm signal when the measured valued different from the set-point and start the control circuit to adjust the value at the same time,which can improve the grow situation of the crops.Keywords:Vegetablegreenhouse;temperaturecontrolsystem;lightcontrolsystem;humiditycontrolsystem;signalhandlesystem目錄 TO

6、C o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc4199599431引言 PAGEREF _Toc419959943 h 4HYPERLINK l _Toc4199599441.1 選題背景與意義 PAGEREF _Toc419959944 h 4HYPERLINK l _Toc4199599451.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc419959945 h 4HYPERLINK l _Toc4199599461.3 主要研究工作與論文容安排 PAGEREF _Toc419959946 h 6HYPERLINK l _Toc4199599472系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) PAGEREF

7、 _Toc419959947 h 6HYPERLINK l _Toc4199599482.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc419959948 h 6HYPERLINK l _Toc4199599492.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959949 h 7HYPERLINK l _Toc4199599502.2.1 設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc419959950 h 8HYPERLINK l _Toc4199599512.2.2系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc419959951 h 8HYPERLINK l _Toc4199599522.2.3系統(tǒng)功能以與優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

8、 PAGEREF _Toc419959952 h 9HYPERLINK l _Toc4199599532.3 本系統(tǒng)主控芯介紹 PAGEREF _Toc419959953 h 9HYPERLINK l _Toc4199599543信號(hào)采集分析部分設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959954 h 12HYPERLINK l _Toc4199599553.1溫度檢測(cè)控制部分設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959955 h 12HYPERLINK l _Toc4199599563.1.1測(cè)溫方案的選擇 PAGEREF _Toc419959956 h 13HYPERLINK l _Toc419

9、9599573.1.2溫度傳感器的使用 PAGEREF _Toc419959957 h 13HYPERLINK l _Toc4199599583.1.3溫度檢測(cè)控制部分的組成和實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc419959958 h 14HYPERLINK l _Toc4199599593.2 濕度檢測(cè)控制部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959959 h 15HYPERLINK l _Toc4199599603.2.1濕度檢測(cè)控制部分分析 PAGEREF _Toc419959960 h 16HYPERLINK l _Toc4199599613.2.2土壤濕度檢測(cè)部分的實(shí)現(xiàn) PAGEREF

10、 _Toc419959961 h 17HYPERLINK l _Toc4199599623.2.3空氣溫濕度檢測(cè)部分的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc419959962 h 18HYPERLINK l _Toc4199599633.3光照強(qiáng)度檢測(cè)控制部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959963 h 20HYPERLINK l _Toc4199599643.3.1光照強(qiáng)度檢測(cè)控制部分組成與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959964 h 21HYPERLINK l _Toc4199599653.3.2光照強(qiáng)度傳感器的使用 PAGEREF _Toc419959965 h 21HYPER

11、LINK l _Toc4199599663.3.3光照強(qiáng)度檢測(cè)部分的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc419959966 h 22HYPERLINK l _Toc4199599673.4顯示部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959967 h 23HYPERLINK l _Toc4199599684信號(hào)處理調(diào)節(jié)部分 PAGEREF _Toc419959968 h 24HYPERLINK l _Toc4199599694.1外設(shè)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959969 h 25HYPERLINK l _Toc4199599704.2驅(qū)動(dòng)外設(shè)的作用 PAGEREF _Toc41995

12、9970 h 25HYPERLINK l _Toc4199599714.3電源電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959971 h 26HYPERLINK l _Toc4199599725軟件設(shè)計(jì)部分 PAGEREF _Toc419959972 h 28HYPERLINK l _Toc4199599735.1程序編寫方法的選擇 PAGEREF _Toc419959973 h 28HYPERLINK l _Toc4199599745.2模塊化設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc419959974 h 28HYPERLINK l _Toc4199599755.3主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc

13、419959975 h 28HYPERLINK l _Toc4199599765.4系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc419959976 h 28HYPERLINK l _Toc4199599775.4.1 調(diào)試手段 PAGEREF _Toc419959977 h 29HYPERLINK l _Toc4199599785.4.2系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 PAGEREF _Toc419959978 h 30HYPERLINK l _Toc4199599795.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 PAGEREF _Toc419959979 h 31HYPERLINK l _Toc419959980結(jié)束語(yǔ) PAGEREF

14、 _Toc419959980 h 33HYPERLINK l _Toc419959981參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc419959981 h 34HYPERLINK l _Toc419959982附錄 PAGEREF _Toc419959982 h 35HYPERLINK l _Toc419959983致 PAGEREF _Toc419959983 h 631引言1.1 選題背景與意義隨著科技每日一新的發(fā)展，人們?cè)谏罘矫娴囊笠苍诓粩嗟奶岣?，絕大多數(shù)人都希望有什們東西可以代替人工。而且智能化的產(chǎn)品工作的效率和質(zhì)量都相對(duì)比人工要高，在當(dāng)今這個(gè)社會(huì)中，科技的創(chuàng)新正以飛快的速度向前發(fā)展。溫室智

15、能系統(tǒng)是保障溫室正常運(yùn)作的控制系統(tǒng)1 ?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中保證農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境最總要的一環(huán)就是檢測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的一些重要因素。例如：空氣中的濕度、溫度、土壤的含水量等。在當(dāng)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用是以智能大棚蔬菜管理系統(tǒng)。溫室農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著很大的作用。 大棚的溫度、濕度、與二氧化碳含量和土壤汗水量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長(zhǎng)。然而當(dāng)前大多對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量等作物生長(zhǎng)環(huán)境的的檢測(cè)與控制都采用人為管理，這樣不可能避免的有勞動(dòng)強(qiáng)度大、測(cè)控精度低以與由于測(cè)控不與時(shí)等毛病，非常容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果是不但大大增加了生產(chǎn)成本，還浪費(fèi)了大量的人力資源，而且很難達(dá)到

16、想要的效果。因此，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚溫度、濕度以與二氧化碳的含量是大棚蔬菜控制系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展和農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要。它能使大棚形成有利于蔬菜，水果等作物生長(zhǎng)的環(huán)境。當(dāng)前，隨著反季節(jié)蔬菜大棚的迅速增多，怎么提高其農(nóng)作物產(chǎn)量變成了人們所關(guān)注的問(wèn)題，人們對(duì)大棚的性能要求變的越來(lái)越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率減少人力資源投入，對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也變的越來(lái)越高。由于單片機(jī)與各種電子器件價(jià)格低廉，使得這種要求變?yōu)榭赡?。本文提出了一種以MCS-51系列的AT89C51單片機(jī)為控制核心的環(huán)境檢測(cè)的測(cè)控系統(tǒng)，主要是為了對(duì)溫室大棚溫濕度度、光照強(qiáng)度、土壤濕度進(jìn)行可靠地檢測(cè)與控制而設(shè)計(jì)的。1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀(1)國(guó)外

17、狀況溫室的智能控制便是于二十世界九十年代中期問(wèn)世 2 。世界發(fā)達(dá)國(guó)家如荷蘭、美國(guó)、等大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)。溫室溫度、光照、水分、濕度實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)調(diào)控。從品種選擇、自動(dòng)栽培管理到采收包裝形成了一整套完整的規(guī)化技術(shù)體系。計(jì)算機(jī)發(fā)明最早的國(guó)家是美國(guó)，美國(guó)同樣也是將計(jì)算機(jī)用在溫室控制和管理最早、最多的國(guó)家之一。美國(guó)有發(fā)達(dá)的設(shè)施栽培技術(shù)。美國(guó)的綜合環(huán)境控制技術(shù)水平也非常高。計(jì)算機(jī)控制環(huán)境主要用來(lái)對(duì)溫室環(huán)境(栽培環(huán)境和氣象環(huán)境)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。以蔬菜溫室為例，溫室監(jiān)控項(xiàng)目主要包括水溫、土壤溫度、氣溫、通窗狀況、相對(duì)空氣濕度、泵的工作狀況、CO2濃度、H調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值；室外監(jiān)控項(xiàng)目主要包括大氣溫度、

18、風(fēng)向風(fēng)速、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、相對(duì)濕度等智能大棚管理系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高了生成水平，減輕了技術(shù)管理工作量，同時(shí)也為種植帶生長(zhǎng)來(lái)了很大方優(yōu)勢(shì)。從20世紀(jì)80年代以來(lái)以園藝業(yè)而文明的的荷蘭就開(kāi)始了全面發(fā)展溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)；并不間斷地開(kāi)發(fā)模擬控制形軟件。荷蘭擁有玻璃溫室1.2萬(wàn)多平方米，占世界1/4左右，有82的溫室用戶使用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境。由荷蘭開(kāi)發(fā)的智能溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和必要的信息顯示。此系統(tǒng)可繪制出設(shè)相應(yīng)的特定參數(shù)與修正值曲線和測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)曲線。溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還能從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出相應(yīng)的時(shí)間段的特定參數(shù)，方便于于必要的重要數(shù)據(jù)查詢。大棚溫室計(jì)算

19、機(jī)智能控制系統(tǒng)可直接對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口操作，方便完成上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信控制等操作。上位機(jī)軟件可進(jìn)行數(shù)值設(shè)置、信號(hào)信息的顯示、以與控制外設(shè)等功能.同時(shí)還能夠很好地完成溫室灌溉和環(huán)境因素的控制和管理。此外，國(guó)外溫室業(yè)正著重于向高科技方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)和控制局域網(wǎng)等技術(shù)開(kāi)始逐漸應(yīng)用于溫室系統(tǒng)的監(jiān)控、管理和控制中。控制功能要求能在遠(yuǎn)離溫室的計(jì)算機(jī)控制室的前提下完成，即遠(yuǎn)程控制。此外外該網(wǎng)絡(luò)還連接有多個(gè)通訊平臺(tái)。用戶可以在不同的地方通過(guò)上位機(jī)的操作界面與大棚的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制如同現(xiàn)場(chǎng)操作一樣。通過(guò)智能大棚管理系統(tǒng)我們可以提高生產(chǎn)效率，騰出更多的時(shí)間做更多的事情，國(guó)外起得了不錯(cuò)的成績(jī)。 (2

20、) 國(guó)狀況20世紀(jì)70年代我國(guó)業(yè)計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用而溫室控制與管理領(lǐng)域于90年代開(kāi)始。 21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)的農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、農(nóng)業(yè)氣象所和作物花卉研究所。研制并開(kāi)發(fā)了溫室監(jiān)控與管理的系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)出了關(guān)于的控制軟件；90年代中后期，理工大學(xué)定天等人研制開(kāi)發(fā)出了溫室軟硬件監(jiān)控系統(tǒng)。它能對(duì)施肥系統(tǒng)、溫度、光照、CO2 、施肥等進(jìn)行綜合控制。它是當(dāng)前國(guó)產(chǎn)化溫室智能控制系統(tǒng)比較典型的研究。在這個(gè)期間，大學(xué)、中國(guó)科學(xué)研究所、現(xiàn)代化研究院、植物研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域的不同方面，研究溫室大棚設(shè)施的計(jì)算機(jī)監(jiān)控與管理技術(shù)。“九五”期間，國(guó)家科技研究項(xiàng)目和國(guó)家自然科研究院都首次增加了智能化農(nóng)業(yè)(設(shè)施農(nóng)業(yè))研究項(xiàng)目的

21、投資。并且在這個(gè)項(xiàng)目中加大了單片機(jī)研究的力度。其中“九五”國(guó)家重大自然科技工程“工廠化高效率農(nóng)業(yè)示工程”中設(shè)置了“智能型連溫室結(jié)構(gòu)與調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施”的專題欄目。需溫室管理者與溫室控制系統(tǒng)的相互結(jié)合達(dá)到集成一體的人機(jī)智能系統(tǒng)，是未來(lái)溫室控制系統(tǒng)的發(fā)展方向3。職業(yè)技術(shù)學(xué)院的王西平在20世紀(jì)70年代末研制了作物大棚溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。此系統(tǒng)能對(duì)大棚的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。智能溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠有效地提高作物產(chǎn)量。還能縮短生長(zhǎng)期、減小人工操作的盲目性。農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功“WG-1”溫室環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用了分布式控制系統(tǒng)。省農(nóng)科院植物研究中心和省自動(dòng)控制中心合作研制出了“CuI型智

22、能化溫室自動(dòng)檢查控制系統(tǒng)”。采用上位機(jī)加PLC的控制方法，軟件采用智能化塊化實(shí)現(xiàn)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研制的“省大型育苗溫室計(jì)算機(jī)單步式控制系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)單步控制.。這造成了溫室控制的不精確性4。1.3 主要研究工作與論文容安排本文以AT的AT89C52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一套以單片機(jī)為核心的大棚控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、傳感器與液晶顯示、指示燈以與報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)電路、響應(yīng)電路等組成，均由單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)液晶顯示。本文各部分的安排：第一部分介紹了課題的選題背景和意義，分析多智能大棚管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了智能大棚管理系統(tǒng)展方向。第二部分介紹了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)以與主控芯片。闡述了本

23、系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)與系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，還對(duì)主控芯片進(jìn)行了具體分析。第三部分介紹了系統(tǒng)的各個(gè)模塊設(shè)計(jì)，闡述了18b20、dht11等基本理論，詳細(xì)介紹了各個(gè)部分的實(shí)線方法以與模塊的特點(diǎn)和用法。第四部分介紹了系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理主要外設(shè)。第五部分介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要是應(yīng)用Keil平臺(tái)進(jìn)行的軟件設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹AT89C51單片機(jī)的編程要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)。2系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介智能大棚栽培管系統(tǒng)包括三個(gè)部分：主控芯-AT89C52，環(huán)境監(jiān)控部分-各種傳感器，環(huán)境調(diào)節(jié)部分-各種外設(shè)。本系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器ds18b20將環(huán)境中的溫度檢測(cè)出來(lái)傳送至單片機(jī)，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)繼電器

24、控加熱電路提高溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇通風(fēng)換氣從而降低溫度；通過(guò)光照強(qiáng)度傳感器BH1750FVI實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境中光照強(qiáng)度，光照強(qiáng)度超過(guò)預(yù)定值時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)用于遮光的布條減弱光照強(qiáng)度，當(dāng)光照強(qiáng)度低于設(shè)定值時(shí)由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)繼電器從而控制日光燈來(lái)加強(qiáng)光照強(qiáng)度；通通溫濕度傳感器DHT11檢測(cè)空氣中的濕度并由相應(yīng)的模塊做出調(diào)節(jié)；通過(guò)土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤中的水分含量，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路來(lái)控制其水分含量。系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖如圖1所示。土壤含水量檢測(cè)空氣濕度檢測(cè)DHT11溫度檢測(cè)DS18B20光照強(qiáng)度檢 BH1750FVIDDDDDDWWWWWWWWWWBBBBBH1750FVIBBH1750FVIB

25、H1750FVI單片機(jī)分析處理AT89C51現(xiàn)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)加熱絲加熱噴頭噴水燈 亮燈 滅卷簾收放調(diào)節(jié)土壤濕度減少光照強(qiáng)度增加光照強(qiáng)度降低溫度升高溫度溫度圖1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)此智能大棚管理系統(tǒng)由傳感器，單片機(jī)，顯示器，鍵盤，控制器五部分組成。本設(shè)計(jì)大致與上述組件一樣。在A/D轉(zhuǎn)化模塊中，本設(shè)計(jì)采用了集成在單片機(jī)部的A/D。系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖2所示,原理圖如圖3所示。鍵盤顯示器各種傳感器傳感器AT89C51單片機(jī)調(diào)節(jié)器圖2 系統(tǒng)框圖圖3 系統(tǒng)原理圖2.2.1 設(shè)計(jì)思想智能大棚管理系統(tǒng)上電工作后，控制器單片機(jī)進(jìn)入主程序后。開(kāi)始時(shí)時(shí)顯示的方式檢測(cè)溫濕度傳感器的溫濕度狀態(tài)，光照強(qiáng)度，并將相應(yīng)

26、的數(shù)值通過(guò)顯示器顯示輸出。當(dāng)溫室的溫度光照濕度等小于或大于設(shè)置的初值時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)控制各電機(jī)設(shè)備開(kāi)始工作。2.2.2系統(tǒng)組成智能大棚管理系統(tǒng)由單片機(jī)電源電路、溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器DHT11、土壤濕度傳感器模塊、光敏BH1750FVI模塊、電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、諾基亞5110液晶顯示和主控芯片（AT89C52）組成。 （1）溫濕度傳感器：負(fù)責(zé)檢測(cè)并采集各控制點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)。 （2）數(shù)據(jù)通訊轉(zhuǎn)換器：負(fù)責(zé)溫濕度數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換，復(fù)位等。 （3）軟件部分：軟件部分負(fù)責(zé)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取分析，并執(zhí)行各項(xiàng)管理功能。 （4）控制部分（即溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)）：執(zhí)行指令，由各直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電機(jī)完成

27、。2.2.3系統(tǒng)功能以與優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)智能大棚栽培管理充分利用AT89C52單片機(jī)的軟、硬件資源并增添加了各種各樣的測(cè)量電路。它能完成多任務(wù)、多通道的檢測(cè)和輸出。智能大棚栽培管理具有測(cè)量圍廣、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。測(cè)量系統(tǒng)可由前端測(cè)量用的傳感器類型的基礎(chǔ)上修改為其他非電量參數(shù)進(jìn)行控制。溫度檢測(cè)系統(tǒng)由DS18B20測(cè)量元件完成。濕度檢測(cè)系統(tǒng)采用DHT11濕度傳感器來(lái)完成。光度檢測(cè)采用光敏BH1750FVI模塊實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上考慮了可擴(kuò)展性,經(jīng)過(guò)一定的添加或改造,就能增加功能。根據(jù)溫室大棚的光照強(qiáng)度傳感器、溫濕度傳感器、溫度傳感器、土壤濕度傳感器等采集到的信息，利用數(shù)據(jù)總線將傳感器檢測(cè)到的信息送給5

28、1單片機(jī)，再通過(guò)諾基亞5110液晶顯示。當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時(shí)單片機(jī)可向外設(shè)發(fā)出處理，控制散熱風(fēng)機(jī)、加熱電路、抽水水泵、等設(shè)備進(jìn)行降溫、加溫除濕、加濕、遮光和補(bǔ)光等動(dòng)作。保證了大棚作物的生長(zhǎng)環(huán)境。單片機(jī)也可以通過(guò)相應(yīng)的指令來(lái)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的聲光報(bào)警裝置，通知大棚管理人員采取措施以確保大棚作物的生長(zhǎng)環(huán)境。2.3本系統(tǒng)主控芯介紹 （1）本系統(tǒng)主控芯片51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)MCS-51 單片機(jī)的片結(jié)構(gòu)如圖4所示。MCS51單片機(jī)是在一個(gè)有限的芯片上集成控制應(yīng)用所必須的單元。圖4 片結(jié)構(gòu)圖下面對(duì)各功能部件作進(jìn)一步的說(shuō)明:微處理器(CPU)MCS- 51 單片機(jī)中有1 個(gè)8 位的微處理器。它與通用的微處理器基本完

29、全一樣，同樣也包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分。僅僅增加了面向控制的處理功能，不但可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，而且可以進(jìn)行位變量的處理。比如:位處理、查表、狀態(tài)檢測(cè)、中斷處理等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)片為128 個(gè)字節(jié)(52 子系列的為256 個(gè)字節(jié)) 。程序存儲(chǔ)器( ROMlEPROM)8051 為4K 字節(jié)ROM;8751 則為4K 字節(jié)EPROM 。中斷系統(tǒng)具有5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片有2 個(gè)16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有四種工作方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)。串行口全雙工的串行口，一共具有四種工作模式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并I/ O 口，甚

30、至還與多個(gè)單片機(jī)相連來(lái)構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)。從而使單片機(jī)的功能變地更強(qiáng)且應(yīng)用地更廣。P1口、P2口、P3口、P4口為4 個(gè)并行8 位IO口。特殊功能寄存器(SFR) 。共有21 個(gè)，用于對(duì)片各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM 區(qū)。（2）本系統(tǒng)主控芯片51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)MCS- 51 單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是哈佛(Har - vard) 結(jié)構(gòu)。即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間截然分開(kāi)。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的尋址方式和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于面向控制的實(shí)際的應(yīng)用中變地極為方便、有用。在805118751 單片機(jī)中，在片集成了一定容量的程序存儲(chǔ)器

31、和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與眾多的特殊功能寄存器。還具有極強(qiáng)的外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展能力，尋址能力分別可達(dá)64邸，尋址和操作簡(jiǎn)單方便。MCS - 51 的存儲(chǔ)器空間可劃分為如下5 類:程序存儲(chǔ)器 單片機(jī)系統(tǒng)能夠按照一定的順序進(jìn)行工作。主要是因?yàn)槌绦虼鎯?chǔ)器中存放了經(jīng)調(diào)試確定正確的應(yīng)用程序和表格之類固有常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進(jìn)制碼，程序存儲(chǔ)器可以分為片和片外兩部分。由于無(wú)部程序存儲(chǔ)器，所以只能外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器來(lái)存放程序。部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MCS- 51 單片機(jī)部有128 個(gè)字節(jié)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM ；作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場(chǎng)合的需要；用作處理問(wèn)題的數(shù)據(jù)緩沖器。特殊功能寄存器(SFR - Speci

32、al Function Register)特殊功能寄存器反映了MCS - 51 單片機(jī)的狀態(tài)，實(shí)際上是MCS- 51 單片機(jī)各功能部件的狀態(tài)與控制寄存器。例如，前面提到的PSW 程序狀態(tài)字寄存器，就是一個(gè)特殊功能寄存器。掌握理解好SFR ，對(duì)于掌握MCS - 51 單片機(jī)是十分重要的。SFR 綜合的、實(shí)際的反映了整個(gè)單片機(jī)基本系統(tǒng)部的工作狀態(tài)與工作方式。在單片機(jī)中設(shè)置SFR ，為程序設(shè)計(jì)提供了不少方便，這一點(diǎn)在讀者研究了MCS - 51 單片機(jī)指令系統(tǒng)后體會(huì)將會(huì)更深刻。位地址空間MCS- 51 單片機(jī)的一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)在于它具有一個(gè)功能很強(qiáng)的位處理機(jī)。在MCS - 51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)中，有一個(gè)

33、位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進(jìn)制數(shù)(0 或1)。在MCS- 51 單片機(jī)部一共具有211 個(gè)可尋址位。外部數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)MCS- 51 單片機(jī)的片RAM 不夠用時(shí)，可在片外擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。MCS - 51 單片機(jī)給用戶提供了可尋址64K 字節(jié)的外擴(kuò)RAM 的能力，至于擴(kuò)多少RAM ，則根據(jù)用戶實(shí)際需要來(lái)定。外部時(shí)鐘方式外部的時(shí)鐘源直接接到XTA口端，直接輸入到片的時(shí)鐘發(fā)生器上。時(shí)鐘電路圖如圖5 所示。由于XTA 口的邏輯電平不是1，故建議外接一個(gè)4.7K- lO K 的上拉電阻。圖5 時(shí)鐘電路圖控制器控制器是單片機(jī)的指揮控制部件。控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)指令的

34、性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件。從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。單片機(jī)執(zhí)行指令是在控制器的的控制下進(jìn)行的?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR等。還有指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路。程序計(jì)數(shù)器PCPro伊m Counter)程序計(jì)數(shù)器PC 是控制部件中最基本的寄存器。是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，存放著下一條將要從程序存儲(chǔ)器中取出的指令的地址。然后程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指令字節(jié)。同時(shí)程序計(jì)數(shù)器本身自動(dòng)加1 。讀完本條指令；PC 指向下一條指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。程序計(jì)數(shù)器的基本工作方式有以下幾種:程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，這是最基本的工作方式，這也是為何該寄存器被稱為計(jì)數(shù)器的原因。在執(zhí)行

35、調(diào)用子程序指令或響應(yīng)中斷時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)完成如下的操作: PC 的現(xiàn)行值，即下一條將要執(zhí)行的指令的地址，即斷點(diǎn)值，自動(dòng)送人堆攏。將子程序的人口地址或中斷向量的地址送人PC ，程序流向發(fā)生變化，執(zhí)行子程序或中斷子程序。子程序或中斷子程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令R或RETI 時(shí)，將樓頂?shù)臄帱c(diǎn)值彈到程序計(jì)數(shù)器PC 中，程序的流程又返回到原來(lái)的地方，繼續(xù)執(zhí)行。3信號(hào)采集分析部分設(shè)計(jì)3.1溫度檢測(cè)控制部分設(shè)計(jì)顯示器對(duì)于智能大棚管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)溫度檢測(cè)顯得非常重要，溫度傳感器采集溫度將溫度數(shù)據(jù)提取出來(lái)通過(guò)信號(hào)處理函數(shù)讓外設(shè)作出相應(yīng)的反應(yīng)并將溫度數(shù)據(jù)送至顯示函數(shù)顯示。其主要過(guò)程是通過(guò)溫度傳感器器將溫度采集出來(lái)，由單

36、片機(jī)判斷，當(dāng)溫度低于鍵盤所設(shè)定的溫度時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器從而控制風(fēng)扇旋旋轉(zhuǎn)來(lái)降溫，當(dāng)溫度低于鍵盤所設(shè)溫度時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器從而控制加熱絲加熱。溫度檢測(cè)控制部分實(shí)驗(yàn)框圖如圖6所示。溫傳感器鍵盤主控芯片AT89C52加熱絲風(fēng)扇繼電器圖6 溫度部分實(shí)驗(yàn)框圖3.1.1測(cè)溫方案的選擇方案一：熱敏電阻。熱敏電阻屬于熱敏器件由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，它測(cè)量溫度的原理是把電阻隨溫度變化的關(guān)系轉(zhuǎn)換為電壓隨溫度變化的關(guān)系。再把熱敏電阻電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后通過(guò)軟件方法通過(guò)特定公示計(jì)算得到溫度數(shù)值值，再進(jìn)行顯示等處理。它的阻值與溫度變化并非有線性的關(guān)系。故穩(wěn)定性和互換性相比較差。因此使用中是必須要進(jìn)行線性化的處理的

37、，這樣就比較麻煩。線性化處理盡管可以解決熱敏電阻的特性曲線的問(wèn)題，但比較復(fù)雜困難。方案二：DS18B20溫度傳感器 。DS18B20與單片機(jī)只有一根線連接，它只定義了一根信號(hào)線。總線上的每個(gè)器件都能夠在合適的時(shí)間驅(qū)動(dòng)DS18B20。相當(dāng)于把單片機(jī)的地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線、合為一根信號(hào)線對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和交換。并且，它不再把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，直接測(cè)得為數(shù)字量，簡(jiǎn)化了許多工作量，電路也變地簡(jiǎn)單可靠了許多。綜合上述，為了設(shè)計(jì)方便從簡(jiǎn)化電路，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，自動(dòng)測(cè)量等方面考慮，我們采用方案二。DS18B20的接口如圖7所示。圖7 DS18B20接口圖3.1.2溫度傳感器的使用DS18B20部結(jié)構(gòu)主要

38、由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器這四部分組成。DS18B20的管腳排列如圖8所示:DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。圖8 DS18B20管腳排列圖（1）DS1820使用中注意事項(xiàng)在用DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件

39、設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。（2）DS18B20的時(shí)序 由于DS18B20采用的是單總線協(xié)議方式工作地。就是在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。而對(duì)89C52單片機(jī)來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有總線接口，因此，我們必須采用編程的方法來(lái)模擬單總線通訊。3.1.3溫度檢測(cè)控制部分的組成和實(shí)現(xiàn)智能大棚管理系統(tǒng)的溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)由單片機(jī)電源電路、溫度傳感器DS18B20、繼電器電路、散熱風(fēng)扇、加熱電阻絲、諾基亞5110液晶顯示和主控芯片（AT89C52）組成。通過(guò)以上的分析我們已經(jīng)選擇了采用以單總線為工作方式的ds18b20作為溫度檢測(cè)的傳感器 。通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)溫度，將檢測(cè)到的溫度與鍵盤所設(shè)溫度做比較，當(dāng)我們檢測(cè)到的溫度

40、高于我們?cè)O(shè)定的溫度時(shí)，單片機(jī)將作出反應(yīng)，發(fā)出低電平，通過(guò)I0口將信號(hào)傳送給繼電器，繼電器和散熱風(fēng)扇相連，通過(guò)電源和單片機(jī)控制的信號(hào)從而使繼電器工作模式切換，從而讓散熱風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)使空氣流動(dòng)來(lái)達(dá)到降低溫度的目的；當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)出來(lái)的溫度低于鍵盤設(shè)定的溫度時(shí)，單片機(jī)通過(guò)分析，通過(guò)IO口輸出一個(gè)低電平從而控制繼電器，繼電器和加熱電路（由加熱絲和電源電路組成）相連，繼電器切換模式后電源電路導(dǎo)通從而加熱電路開(kāi)始工作從而使環(huán)境中的溫度升高。溫度檢測(cè)控制部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，程序流程如圖10所示。圖9 溫度部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖 ADS18B20測(cè)溫程序 顯示溫度數(shù)據(jù) 鍵盤掃描鍵盤設(shè)置值與實(shí)際溫度值比較是溫度相等否

41、溫度是否高于設(shè)置定值否是打開(kāi)加熱系統(tǒng)打開(kāi)降溫系統(tǒng)圖10 溫度控制程序流程圖3.2 濕度檢測(cè)控制部分的設(shè)計(jì)濕度檢測(cè)主要是空氣濕度和土壤濕度的檢測(cè)，在本系中空氣濕度是用DHT1而土壤濕度用土壤傳感器。都是通過(guò)控制繼電器從而控制抽水電機(jī)來(lái)控制抽水泵作出調(diào)節(jié)。具體過(guò)程為：溫濕度傳感器檢測(cè)空氣中的溫度和濕度，當(dāng)濕度低于鍵盤設(shè)定的溫度值時(shí)，通過(guò)單片機(jī)控制繼電器從而控制噴頭進(jìn)行噴水，當(dāng)濕度滿足時(shí)，自動(dòng)停止噴水；當(dāng)濕度過(guò)大時(shí)通過(guò)單片機(jī)控制繼電器從而控制電熱絲加熱從而調(diào)節(jié)濕度。由土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤的濕度，當(dāng)土壤濕度不過(guò)時(shí)通過(guò)抽水電機(jī)控制抽水電機(jī)進(jìn)行抽水，這樣就可以控制土壤濕度。因?yàn)閭鞲衅魇菚r(shí)時(shí)檢測(cè)的所以不存

42、在濕度過(guò)量的問(wèn)題，所以沒(méi)有濕度過(guò)大的調(diào)節(jié)部分。不管是抽水電機(jī)還是噴頭在達(dá)到適當(dāng)值時(shí)都會(huì)停止工作，通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)。智能大棚管理系統(tǒng)濕度檢測(cè)控制部分的設(shè)計(jì)框圖如圖11所示。鍵盤顯示器溫濕度傳感器DHT11土壤濕度傳感器主控芯片AT89C52繼電器抽水電機(jī)加熱絲噴頭圖11 濕度檢測(cè)控制部分的設(shè)計(jì)框圖3.2.1濕度檢測(cè)控制部分分析智能大棚管理系統(tǒng)的溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)由單片機(jī)電源電路、溫濕度度傳感器DHT11、繼電器電路、抽水電機(jī)、噴頭，鍵盤、加熱電阻絲、諾基亞5110液晶顯示和主控芯片（AT89C52）組成。通過(guò)以上的分析我們已經(jīng)選擇了采用以單總線為工作方式的ds18b20作為溫度檢測(cè)的傳感器 。通過(guò)

43、溫濕度傳感器檢測(cè)溫濕度，將檢測(cè)到的溫度與鍵盤所設(shè)濕度做比較，當(dāng)我們檢測(cè)到的濕度高于我們?cè)O(shè)定的濕度時(shí)，單片機(jī)將作出反應(yīng)，發(fā)出低電平，通過(guò)I0口將信號(hào)傳送給繼電器，繼電器和散熱風(fēng)扇相連，通過(guò)電源和單片機(jī)控制的信號(hào)從而使繼電器工作模式切換，從而讓加熱水蒸干水達(dá)到控制濕度的目的；當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)出來(lái)的濕度低于鍵盤設(shè)定的溫度時(shí)，單片機(jī)通過(guò)分析，通過(guò)IO口輸出一個(gè)低電平從而控制繼電器，繼電器和抽水電路（由抽水電機(jī)和電源電路組成）相連，繼電器切換模式后電源電路導(dǎo)通從而抽水機(jī)開(kāi)始抽水從而使環(huán)境中的濕度提高高。這里就是濕度檢測(cè)部分的分析，簡(jiǎn)而言之就是一個(gè)信號(hào)的采集和信號(hào)的處理。濕度顯示結(jié)果如圖12所示。圖12

44、濕度顯示結(jié)果3.2.2土壤濕度檢測(cè)部分的實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)中為檢測(cè)土壤濕度采用了土壤濕度傳感器，也就是說(shuō)通過(guò)土壤濕度傳感器來(lái)檢測(cè)土壤的濕度。次傳感器通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器從而調(diào)節(jié)土壤傳感器輸出數(shù)字信號(hào)的閥值，從而控制抽水電機(jī)作出反應(yīng)。抽水電機(jī)實(shí)物圖如圖13所示，土壤濕度原理圖如圖14所示。圖13 抽水電機(jī)實(shí)物圖 圖14 土壤模塊原理圖3.2.3空氣溫濕度檢測(cè)部分的實(shí)現(xiàn)空氣中的濕度檢測(cè)是通過(guò)DHT11來(lái)監(jiān)控，也就是是濕度度調(diào)節(jié)絲基于DH111這個(gè)傳感器。DHT11用于檢測(cè)溫度和濕度的傳感器，其采用數(shù)字模塊采集技術(shù)溫度和濕度傳感技術(shù)闕波了可靠性和穩(wěn)定性。傳感器集成了感濕型電阻元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件。所以具

45、有品質(zhì)優(yōu)越、響應(yīng)快、抗干擾力強(qiáng)、性價(jià)比低的特點(diǎn)。沒(méi)個(gè)DHT11都在可靠的環(huán)境中進(jìn)行過(guò)校驗(yàn)，準(zhǔn)確度很好。該產(chǎn)品采用單總線的工作方式讓使用變的方便快捷；傳輸距離高達(dá)20多米，功耗極小和超小的體積適用于各種苛刻的應(yīng)用場(chǎng)所。產(chǎn)品為單排引腳封裝，連接方便。DHT11應(yīng)用電路如圖15所示；實(shí)物圖如圖16所示。技術(shù)參數(shù)說(shuō)明供電電壓： 3.35.5V DC 輸 出： 單總線數(shù)字信號(hào) 測(cè)量圍： 濕度20-90%RH， 溫度050測(cè)量精度： 濕度+-5%RH， 溫度+-2分 辨 率： 濕度1%RH， 溫度1互 換 性： 可完全互換 長(zhǎng)期穩(wěn)定性： 1%RH/年 圖15 DHT11應(yīng)用電路圖16 DHT11實(shí)物圖通訊

46、過(guò)程如圖20所示。圖17 DHT11的通訊過(guò)程DHT11的響應(yīng)如圖18所示。圖18 DHT11的響應(yīng)過(guò)程數(shù)字0信號(hào)表示方法如圖19所示。圖19 數(shù)字0信號(hào)DHT11引腳說(shuō)明如表1所示。表 1 引腳說(shuō)明圖Pin名稱注釋1VDD供電35.5VDC2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請(qǐng)懸空4GND接地，電源負(fù)極3.3光照強(qiáng)度檢測(cè)控制部分的設(shè)計(jì)通過(guò)光照強(qiáng)度傳感器BH1750FVI來(lái)檢測(cè)光照強(qiáng)度，通步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)卷簾從而控制光照強(qiáng)度，為植物提供最適合的光照強(qiáng)度，從而促進(jìn)生產(chǎn)效率。在這個(gè)系統(tǒng)中我們采用BH1750FVI.BH1750FVI 是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種集成

47、電路可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測(cè)較大圍的光強(qiáng)度變化。（1lx-65535lx）。3.3.1光照強(qiáng)度檢測(cè)控制部分組成與設(shè)計(jì)智能大棚管理系統(tǒng)由單片機(jī)電源電路、光敏BH1750FVI模塊、步進(jìn)電機(jī)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊、卷簾、日光燈、諾基亞5110液晶顯示和主控芯片（AT89C52）組成。為了實(shí)現(xiàn)方便，我在做智能大棚管理系統(tǒng)時(shí)，將智能大棚管理系統(tǒng)拆成了：智能大棚管理系統(tǒng)溫度分系統(tǒng)、智能大棚管理系統(tǒng)濕度分系統(tǒng)、智能大棚管理系統(tǒng)光強(qiáng)分系統(tǒng)三部分。智能大棚管理系統(tǒng)光強(qiáng)分系統(tǒng)原理：光照強(qiáng)度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的光照強(qiáng)度，隨著一天中光照強(qiáng)度的變化，當(dāng)日光燈的光

48、照強(qiáng)度超過(guò)了鍵盤設(shè)定的值時(shí)智能大棚管理系統(tǒng)將通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而促使卷簾收起完成遮光從而降低光照強(qiáng)度，當(dāng)日光燈的光照強(qiáng)度低于鍵盤設(shè)定的值時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的分析，單片機(jī)將控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)從而達(dá)到光照要求，若是光照強(qiáng)度還是不夠，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)繼電器控制日光燈從而控制光照強(qiáng)度，延長(zhǎng)光照時(shí)間。智能大棚管理系統(tǒng)光強(qiáng)分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖20所示。光照強(qiáng)度傳感器BH1750FVI鍵盤顯示器主控芯片AT89C52日光燈繼電器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)電機(jī)卷簾圖20 智能大棚管理系統(tǒng)光強(qiáng)分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖3.3.2光照強(qiáng)度傳感器的使用本系統(tǒng)采用的的檢測(cè)模塊是BH1750FVI，以下下是對(duì)其簡(jiǎn)單的介

49、紹。(1)I2C總線接口（f / s 模式支持）(2)光譜的圍是人眼相近(3)照度數(shù)字轉(zhuǎn)換器(4)寬圍和高分解. （1 - 65535 勒克斯）(5)低電流關(guān)機(jī)功能(6) 50Hz / 60Hz 光噪聲r(shí)eject-function(7) 1.8V 邏輯輸入接口(8)無(wú)需任何外部零件3.3.3光照強(qiáng)度檢測(cè)部分的實(shí)現(xiàn)通過(guò)不間斷的調(diào)試將結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來(lái)了，而調(diào)試出來(lái)之前光照強(qiáng)度不能時(shí)時(shí)顯示經(jīng)過(guò)分析明白是操作時(shí)序的問(wèn)題。成功后的智能大棚管理系統(tǒng)分系統(tǒng)光強(qiáng)部分能正常運(yùn)行。引腳描述 如表2所示，引腳特性如表3所示 ，BH1750FVI 7。實(shí)物圖如圖21所示，驅(qū)動(dòng)部分實(shí)物圖22所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖23所示

50、。表2 引腳描述Pin引腳名稱描述1VCC供給電壓3-5v2SCLIIC總線時(shí)鐘線3SDAIIC總線數(shù)據(jù)線4ADDRIIC地址引腳5GND電源地表3 引腳特性名稱描述供給電壓2-5v供給電流200uA接口IIC工作溫度-4085尺寸（長(zhǎng)*寬*高）32.6mm15.2mm11.6mm.圖21 BH1750FVI 7實(shí)物圖 圖22 驅(qū)動(dòng)部分實(shí)物圖圖23 光照強(qiáng)度顯示3.4顯示部分的設(shè)計(jì)智能大棚管理系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)需要時(shí)時(shí)顯示溫度、光照強(qiáng)度、濕度等信息這樣方便調(diào)試也便于管理，在做設(shè)計(jì)之前我對(duì)個(gè)種顯示器做了了解其中有1602液晶、12864液晶和諾基亞5110液晶，最終我選擇了諾基亞5110液晶作為智能大

51、棚管理系統(tǒng)的顯示液晶。1602液晶是16乘2的液晶達(dá)不到我顯示的要求，而12864液晶體積過(guò)大，諾基亞5110液晶體積小使用方便成了智能大棚管理系統(tǒng)的不二選擇。諾基亞5110是48乘84的液晶，完全滿足設(shè)計(jì)的需要。PCD8544 是一塊低功耗的CMOS LCD 控制驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)48 行84 列的圖形顯示。一塊芯片上集成了所有必須用以顯示的所有功能。PCD8544 采用CMOS 工藝。諾基亞引腳功能如表4所示，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖24所示。表4 諾基亞引腳功能圖符號(hào)描述R0R47LCD行驅(qū)動(dòng)輸出C0C83LCD列驅(qū)動(dòng)Vss1，Vss2地VDD1，VDD2電源電壓T1LCD電源電壓T2測(cè)試點(diǎn)1輸入T

52、3測(cè)試點(diǎn)2輸入T4測(cè)試點(diǎn)3輸入/輸出SDIN測(cè)試點(diǎn)4輸入SCLK串行數(shù)據(jù)輸入端D/C串行時(shí)鐘輸入端SCE數(shù)據(jù)/命令OSC芯片使能RES振蕩器Dummy1,2,3,4沒(méi)連接圖24 設(shè)計(jì)結(jié)果顯示4信號(hào)處理調(diào)節(jié)部分為了體現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中能達(dá)到的效果，我們特別做了模型。我們采用繼電器控制風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)；繼電器控制加熱絲，提高溫度；繼電器控制抽水電機(jī)和噴頭，調(diào)節(jié)大棚的溫度；步進(jìn)電機(jī)控制卷簾，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚溫度控制；單片機(jī)直接日光燈燈，實(shí)現(xiàn)光能補(bǔ)充；三極管驅(qū)動(dòng)電磁閥，控制灌溉。為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，我們采取了高耐壓、大電流的ULN2003作為驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片價(jià)格低廉，能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。采用此種方式成

53、功實(shí)現(xiàn)大棚卷簾；門窗自動(dòng)開(kāi)關(guān)。4.1外設(shè)硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)用過(guò)溫度傳感器18b20檢測(cè)溫度，當(dāng)溫度高于所設(shè)溫度時(shí)通過(guò)控制繼電器從而控制風(fēng)扇來(lái)完成降溫的目的，當(dāng)溫度低于所設(shè)溫度時(shí)通過(guò)繼電器控制加熱絲從而達(dá)到升溫的目的。通光照強(qiáng)度傳感器BH1750FVI采集光照強(qiáng)度，由步進(jìn)電機(jī)控制卷簾從而達(dá)到控制光照強(qiáng)度的目的。通過(guò)溫濕度傳感器、和土壤濕度傳感器分別檢測(cè)空氣濕度和土壤含水量再通過(guò)抽水電機(jī)和噴頭從而達(dá)到控制濕度的目的。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中繼電器成為了一個(gè)不可缺少的原件。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖如圖25所示。圖25步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖4.2驅(qū)動(dòng)外設(shè)的作用繼電器模組是把電氣控制柜中的多組繼電器集成化、系列化、模塊化設(shè)計(jì)，為

54、設(shè)備節(jié)省空間，減少了中間接線環(huán)節(jié)，提高了效率與產(chǎn)品的性能。繼電器模塊的特點(diǎn)采用匯科繼電器，觸點(diǎn)容量：交流250V/10A;直流30V/10A繼電器5V、12V、24V可選，默認(rèn)5V高電平或低電平觸發(fā)方式可選雙電源供電，可通過(guò)跳線帽改為單電源每路均采用光耦隔離，安全可靠每路都有常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)每路LED狀態(tài)指示，繼電器吸合即點(diǎn)亮每路附帶續(xù)流二極管，釋放繼電器感應(yīng)電壓，保護(hù)前級(jí)電路（9） 每路可選TVS（瞬態(tài)抑制二極管），默認(rèn)不焊接（10）標(biāo)準(zhǔn)2.54間距雙排針接口單電源供電接線原理圖如圖26所示。圖26 單電源供電接線原理圖低電平觸發(fā)方式原理圖如圖27所示。圖27 低電平觸發(fā)方式原理圖4.3電源電

55、路的設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是智能大棚管理系統(tǒng)中的不可缺少的一部分，其作用是大棚驅(qū)動(dòng)部分提供電能配合繼電器使用。通過(guò)變壓器將220V的交流電變?yōu)?2V的交流電，然后通過(guò)橋式整理留電路將交流變?yōu)橹绷?，以極性電容作為濾波網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片7805、7905得到本系統(tǒng)所需要的電壓。此穩(wěn)壓電路由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，如圖28所示。 圖28直流電源系統(tǒng)方框圖電源電壓器：將220V、50HZ的交流電壓源變小。整流電路：將整流得到的交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?。濾波電路：將陡峭的直流電壓轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)的直流電壓。穩(wěn)壓電路：減小紋波，使電壓輸出的更加平穩(wěn)。電源電路圖如圖29所示。圖29 電源電路圖5軟件設(shè)計(jì)部分5.

56、1程序編寫方法的選擇本系統(tǒng)主要是通過(guò)各種傳感器吧信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)分析做出相應(yīng)的處理，所以程序顯得非常的重要，主要難點(diǎn)就在程序的編寫上，面對(duì)嗎么多傳感器和模塊各種通訊協(xié)調(diào)和邏輯分析與判斷為程序編寫帶來(lái)的麻煩將是巨大的所以在本系統(tǒng)中采用模塊化編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的控制。5.2模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)，說(shuō)白了就是程序編寫時(shí)通過(guò)主程序調(diào)用子程序，各個(gè)功能都有單一獨(dú)立的特性，而不是一開(kāi)始就把程序逐條的輸入到計(jì)算機(jī)的指令；而是通過(guò)一定的變量起來(lái)一完成調(diào)用。逐步求精中描述的結(jié)果是一系列的算法功能塊為單位。逐步求精得到的結(jié)果是以算法功能模塊為一個(gè)單位最終完成目的的一種方法。 以功能塊為單位調(diào)用組合而成的

57、方法可稱為模塊化的方法。模塊化的最終目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/322913.htm t _blank 調(diào)試和維護(hù)等操作簡(jiǎn)單化。5.3主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，其中多有涉與函數(shù)調(diào)用和嵌套調(diào)用，這也是在此系統(tǒng)的主導(dǎo)。在智能大棚管理系統(tǒng)中，首先我們將BH1750光照強(qiáng)度傳感器初始化接著將DS18B20也初始化化，然后將DHT11也初始化（初始化程序在沒(méi)個(gè)模塊的程序里，由個(gè)個(gè)模塊多個(gè)函數(shù)組合而成。要是系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作就讓其一直循環(huán)，所以我用了while（1）循環(huán)的方法，接著將調(diào)用溫度函數(shù)，光照強(qiáng)度函數(shù)，DHT1

58、1函數(shù)，信號(hào)處理函數(shù)，按鍵函數(shù)等，讓其一直運(yùn)行下去。主程序的控制程序框圖如圖30所示。5.4系統(tǒng)調(diào)試智能大棚管理系統(tǒng)所傳感器較多（包括溫室度傳感器DHT11、土壤濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器BH1750，溫度傳感器18B20），不僅要有單片機(jī)方面的相關(guān)知識(shí)，還要對(duì)各種傳感器有一定的認(rèn)識(shí)。除此之外還要去學(xué)生具備相當(dāng)?shù)脑鷮?shí)的c語(yǔ)言知識(shí)，這對(duì)篇量的程序編寫都非常有幫助。同時(shí)又考察學(xué)生的邏輯能力，各種傳感器的綜合應(yīng)用，需要不斷的實(shí)踐檢驗(yàn)，鍥而不舍的調(diào)試才能達(dá)到目標(biāo)。調(diào)試過(guò)程中使用的是keil軟件和單片機(jī)不停的下載實(shí)驗(yàn)。 開(kāi)始初始化BH1750DS18B20初始化函數(shù)如果1=1No 調(diào)用溫度控制函數(shù)wen

59、du()調(diào)用光照控制函數(shù)conversion() conversion()conversion()循環(huán)結(jié)束 調(diào)用dht11函數(shù)receive()調(diào)用界面控制函數(shù)Yes調(diào)用按信號(hào)處理函數(shù)圖30 主程序程序流程圖5.4.1 調(diào)試手段為檢驗(yàn)各模塊是否按要求進(jìn)行正常工作，借助萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器以與各類軟件進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)測(cè)試結(jié)果完成對(duì)各個(gè)模塊完成功能的評(píng)估，對(duì)整體練調(diào)是一種很好的促進(jìn)手段。程序調(diào)試界面如圖31所示。各種工具的特點(diǎn)如下：（1） 數(shù)字萬(wàn)用表：可用來(lái)測(cè)量直流和交流電壓、電流、電阻、電容、二極管、三極管、溫度、頻率、電路通斷等。測(cè)試精度三位半?？梢詭椭覀冞M(jìn)行初期硬件的調(diào)試。（2）

60、KEIL軟件：進(jìn)行程序的編寫與調(diào)試，將各底層驅(qū)動(dòng)與功能語(yǔ)句在軟件中編寫。同時(shí)還可以生成各種所需要的HEX可執(zhí)行文件。（3） 串口調(diào)試助手：串口調(diào)試工具是通過(guò)串行通信接口與主控芯片的進(jìn)行信息交互，其輸出波特率與數(shù)據(jù)幀的格式都可以進(jìn)行設(shè)置，具有使用靈活、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。這些調(diào)試工具入門簡(jiǎn)單、不僅可以全面的了解的硬件電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)，也可以觀察微處理器中各個(gè)寄存器的值和狀態(tài)，為我們調(diào)試提供了諸多方便。圖31 程序調(diào)試界面5.4.2系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析分別完成系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)之后，要完成整個(gè)設(shè)計(jì)，還要通過(guò)軟件和硬件的整機(jī)調(diào)試測(cè)試來(lái)觀察是否能夠達(dá)到預(yù)期目的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖32所示。圖32 實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.