蔬菜大棚溫濕度的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)

1、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)被凍死或那么停頓生長(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)生過失?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)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)，以控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。 本論文主要闡述了基于AT89C51單片機(jī)的西紅柿大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，主要電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)等。該系統(tǒng)采

2、用AT89C51單片機(jī)作為控制器，SHT10作為溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)大棚溫濕度參數(shù)調(diào)節(jié)，具有上下位機(jī)直接設(shè)置溫濕度范圍，溫濕度實(shí)時(shí)顯示等功能。上位機(jī)采用Delphi軟件進(jìn)展編寫，用戶界面友好，操作簡(jiǎn)單，可以根據(jù)大棚西紅柿生長(zhǎng)情況繪制成簡(jiǎn)明直觀的作物生長(zhǎng)走勢(shì)圖，從而容易得出最適合作物生長(zhǎng)的溫濕度值。關(guān)鍵詞：AT89C51；SHT10；蔬菜大棚；溫濕度；控制系統(tǒng)；傳感器AbstractWith the popularization of trellis technology, greenhouse trellis an ever-growing number, for ve

3、getable 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 growing, so will always control temperature and humidity in a suitable vegetable growth range. Traditional temperature contr

4、ol 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 both consumption manpower, and easy to place regular orders. Now, with the improvement of agricultural industry scale, f

5、or larger quantity of trellis, traditional temperature control measures will show great bureau sex. Therefore, in modern vegetable shed management zhongtong often temperature and humidity automatic control system, in order to control the temperature, adapt to the trellis vegetable production needs.T

6、his thesis mainly elaborated based on AT89C51 tomatoes canopy temperature and humidity control system design principle, main circuit design and software design, etc. This system USES AT89C51 single chip microcomputer as controller, SHT10 as temperature and humidity data acquisition system, may to th

7、e actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustment, has the upper and lower level computer directly set temperature range, temperature and humidity real-time display, and other functions. PC using Delphi software to compile, user friendly interface, easy operation,

8、can according to shed tomato growth situation blazoned with simple, direct simulations of crop growth, thus easy to draw the most suitable for crop growth of temperature and humidity value.Key words：AT89C51; SHT10;vegetable shed; Temperature and humidity; Control System; sensor 目錄 TOC o 1-3 h z u HY

9、PERLINK l _Toc278051477 第1章 緒論 PAGEREF _Toc278051477 h 1 HYPERLINK l _Toc278051478 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 PAGEREF _Toc278051478 h 1 HYPERLINK l _Toc278051479 系統(tǒng)功能、優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn) PAGEREF _Toc278051479 h 1 HYPERLINK l _Toc278051480 第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc278051480 h 4 HYPERLINK l _Toc278051481 總體方案的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051481 h 4

10、HYPERLINK l _Toc278051482 設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc278051482 h 4 HYPERLINK l _Toc278051483 系統(tǒng)組成及框圖 PAGEREF _Toc278051483 h 4 HYPERLINK l _Toc278051484 系統(tǒng)主要電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051484 h 5 HYPERLINK l _Toc278051485 主要芯片89C51的功能及引腳圖 PAGEREF _Toc278051485 h 5 HYPERLINK l _Toc278051486 溫濕度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278

11、051486 h 7 HYPERLINK l _Toc278051487 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051487 h 12 HYPERLINK l _Toc278051488 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051488 h 12 HYPERLINK l _Toc278051489 2.2.5 SHT10數(shù)據(jù)采集程序 PAGEREF _Toc278051489 h 13 HYPERLINK l _Toc278051490 第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051490 h 15 HYPERLINK l _Toc278051491 上位

12、機(jī)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051491 h 15 HYPERLINK l _Toc278051492 通信模塊軟硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051492 h 16 HYPERLINK l _Toc278051493 3.2.1 通信硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051493 h 16 HYPERLINK l _Toc278051494 通信軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc278051494 h 17 HYPERLINK l _Toc278051495 系統(tǒng)主程序 PAGEREF _Toc278051495 h 17 HYPERLINK l _Toc278

13、051496 完畢語 PAGEREF _Toc278051496 h 19 HYPERLINK l _Toc278051497 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc278051497 h 20第1章 緒論植物的生長(zhǎng)都是在一定的環(huán)境中進(jìn)展的，其在生長(zhǎng)過程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對(duì)植物生長(zhǎng)影響最大的是環(huán)境中的溫度和濕度。環(huán)境中晝夜的溫度和濕度變化大，其對(duì)植物生長(zhǎng)極為不利。因此必須對(duì)環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)展監(jiān)測(cè)和控制，使其適合植物的生長(zhǎng)，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。本系統(tǒng)就是利用價(jià)格廉價(jià)的一般電子器件來設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)精度高，控制操作方便，性價(jià)比高的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的西紅柿大棚溫濕度測(cè)控系統(tǒng)。西紅柿屬于喜溫作

14、物，但不喜高溫。據(jù)實(shí)驗(yàn)：白天27，夜晚17，溫差保持在10情況下，番茄生長(zhǎng)最快。進(jìn)入開花期，應(yīng)加大通風(fēng)量。上午棚內(nèi)溫度升到20，要逐漸翻開通風(fēng)口，降溫排濕。從開花至澆催果水之前，棚溫不要超過28。下午當(dāng)棚溫降至20時(shí)將通風(fēng)口關(guān)閉。本系統(tǒng)主要完成對(duì)西紅柿大棚內(nèi)溫度和濕度等參數(shù)的采集、存儲(chǔ)，并具有向監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)以及執(zhí)行監(jiān)控中心的指令等功能。本系統(tǒng)溫濕度的監(jiān)控包括以下步驟：感應(yīng)環(huán)境溫濕度；判斷感應(yīng)到的溫濕度是否異常；假設(shè)感應(yīng)到的溫濕度異常，判斷異常是否超過預(yù)設(shè)時(shí)間；假設(shè)異常超過預(yù)設(shè)時(shí)間，那么輸出異常信號(hào)至主控機(jī)；異常報(bào)警；判斷異常是否處理完畢；以及假設(shè)異常處理完畢，解除報(bào)警。并可以利用控制器和主

15、控機(jī)來到達(dá)機(jī)房溫濕度的遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度管理的實(shí)時(shí)性和有效性。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)，以控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。它以先進(jìn)的技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施，人為控制作物生長(zhǎng)的環(huán)境條件，使作物生長(zhǎng)不受自然氣候的影響，做到常年工廠化，進(jìn)展高效率，高產(chǎn)值和高效益的生產(chǎn)。、優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)該檢測(cè)系統(tǒng)充分利用AT89C51單片機(jī)的軟、硬件資源,輔以相應(yīng)的測(cè)量電路和SHT10數(shù)字式集成溫濕度傳感器等智能儀器,能實(shí)現(xiàn)多任務(wù)、多通道的檢測(cè)和輸出。并且通過RS232接口實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的連接,進(jìn)展數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)及打印輸出等。它具有測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高等特點(diǎn),前端測(cè)量用的傳感

16、器類型可在該根底上修改為其他非電量參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)。溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)采用SHT10為溫濕度測(cè)量元件。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性,經(jīng)過一定的添加或改造,很容易增加功能。根據(jù)溫室大棚內(nèi)的溫濕度、土壤水分、土壤溫度等傳感器采集到的信息，利用RS485 總線將傳感器信息送給485 轉(zhuǎn)232 的轉(zhuǎn)換器，接到上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)展顯示，報(bào)警，查詢。監(jiān)控中心將收到的采樣數(shù)據(jù)以表格形式顯示和存儲(chǔ)，然后將其與設(shè)定的報(bào)警值相比擬，假設(shè)實(shí)測(cè)值超出設(shè)定范圍，那么通過屏幕顯示報(bào)警或語音報(bào)警，并打印記錄。與此同時(shí)，監(jiān)控中心可向現(xiàn)場(chǎng)控制器發(fā)出控制指令，監(jiān)測(cè)儀根據(jù)指令控制風(fēng)機(jī)、水泵、等設(shè)備進(jìn)展降溫除濕，以保證大棚內(nèi)作物的生長(zhǎng)環(huán)

17、境。監(jiān)控中心也可以通過報(bào)警指令來啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀上的聲光報(bào)警裝置，通知大棚管理人員采取相應(yīng)措施來確保大棚內(nèi)的環(huán)境正常。1.系統(tǒng)優(yōu)越性： 系統(tǒng)構(gòu)造清晰，高度集成化，安裝、操作簡(jiǎn)單，適用于各類使用環(huán)境，操作界面充分考慮客戶個(gè)性化需求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性好。 2.自動(dòng)記錄: 實(shí)時(shí)更新并自動(dòng)記錄溫濕值，所有溫濕度歷史記錄及相關(guān)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，存儲(chǔ)方式專用 3.易于查詢: 查詢?nèi)魏卧撌卟藴厥覂?nèi)的固定測(cè)點(diǎn)及移動(dòng)測(cè)點(diǎn)的溫濕度歷史數(shù)據(jù)記錄、溫濕度歷史曲線、溫濕度預(yù)警信息、溫濕度超限信息、超限處理措施及整改提示、監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境情況評(píng)估、監(jiān)測(cè)點(diǎn)故障、監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理位置等信息。4.完整準(zhǔn)確且靈活記錄打印 :將預(yù)訂的時(shí)間點(diǎn)自動(dòng)記錄所

18、有測(cè)點(diǎn)的溫濕度值及報(bào)警信息，形成可查詢、打印的歷史記錄、歷史曲線、報(bào)表。 5.靈活的報(bào)警功能: 報(bào)警方式有電腦聲光報(bào)警、就地測(cè)點(diǎn)聲光報(bào)警、預(yù)設(shè)地點(diǎn)值班室聲光報(bào)警、手機(jī)短信報(bào)警、電子郵件報(bào)警等。6.傳感器在線標(biāo)定: 需要標(biāo)定系統(tǒng)測(cè)試精度時(shí)無須拆卸傳感器，只需通過軟件設(shè)定即可。7.系統(tǒng)可擴(kuò)大性強(qiáng): 測(cè)點(diǎn)可在一定范圍內(nèi)任意增加。8.安裝簡(jiǎn)單: 接線方便可靠。 9.低功耗設(shè)計(jì)：獨(dú)有的自備電源管理方案，配有小容量UPS電源。1.遠(yuǎn)距離 : 識(shí)別的最遠(yuǎn)距離是 80m 正常的距離是 0 50米，5080米的距離要另外配置天線，識(shí)別距離可調(diào)。2.防沖突性 : 先進(jìn)的防碰撞技術(shù)，可同時(shí)識(shí)別 200 個(gè) / 秒以

19、上標(biāo)識(shí)。 3.高速度 : 最高識(shí)別速度可達(dá) 200 公里 / 小時(shí)。4.平安性 : 加密算法與認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)平安，防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解。5.方向性 : 可實(shí)現(xiàn)有方向性和無方向性的識(shí)別。 6.高可靠 : -40 -85 ，防沖擊。7.本錢性 : 全部采用 0.18uM 的芯片，本錢更低。 8.功耗性 : 超低功耗，更安康、更平安。9.傳輸性 : 全球開放的 ISM 微波頻段，無須申請(qǐng)和付費(fèi)。10.高抗干擾性 : 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種干擾源無特殊要求高抗干擾性 。11.溫度特性：如果要求的溫度范圍更寬，那么要特殊定。 12.濕度特性：2%H如果要求的濕度范圍更寬，那么要特殊定制。13.測(cè)量時(shí)間間隔：至少需

20、要1.5S如果需要更快，那么要特殊定制開發(fā)。第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是用戶可以通過下位機(jī)中的鍵盤輸入溫濕度的上下限值和預(yù)置值，也可以通過上位機(jī)對(duì)溫濕度的上下限值和預(yù)置值進(jìn)展輸入，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)大棚內(nèi)作物生長(zhǎng)的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)在種植植物的大棚內(nèi)，下位機(jī)中的溫濕度傳感器可以將環(huán)境中的溫濕度非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化成電量信號(hào)，再將這些信號(hào)進(jìn)展處理后送至下位機(jī)中的單片機(jī)，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)內(nèi)，通過LED數(shù)碼管進(jìn)展實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)與原先內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)展比擬處理；單片機(jī)可以根據(jù)比擬的結(jié)果對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，并通過繼電器的控制對(duì)相應(yīng)的設(shè)備如噴水器、吹風(fēng)機(jī)、加熱器、降溫泵等進(jìn)展操作

21、，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫濕度狀態(tài)。用戶直接通過鍵盤對(duì)溫濕度的上下限值和預(yù)置值進(jìn)展設(shè)置后，如果環(huán)境的實(shí)時(shí)參數(shù)超越上下限值，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)濕度和溫度狀態(tài)，直到溫濕度狀態(tài)處于上下限值以內(nèi)為止。如果有預(yù)置初值，且與當(dāng)前狀態(tài)不相等時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)溫濕度狀態(tài)，直到所處的平衡狀態(tài)與預(yù)置值相等為止。上位機(jī)是用DELPHI軟件編寫的一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理系統(tǒng)，有著友好直觀的用戶界面，可直接設(shè)置溫濕度的上下限值和讀取下位機(jī)的數(shù)據(jù)，也可以直接對(duì)溫室大棚內(nèi)下位機(jī)的噴水器、吹風(fēng)機(jī)、加熱器、降溫泵等進(jìn)展操作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫濕度狀態(tài)。由于上位機(jī)DELPHI軟件有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和處理功能，我們可以對(duì)下位機(jī)傳

22、送上來的各種環(huán)境中的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)展處理，形成作物生長(zhǎng)的走勢(shì)圖，從而通過生長(zhǎng)走勢(shì)圖得出適合各種作物生長(zhǎng)的最正確環(huán)境參數(shù)條件，為今后的溫室種植提供參考。上下位機(jī)之間通過符合串行總線RS一232標(biāo)準(zhǔn)的通信通道以事先約定的協(xié)議進(jìn)展通信。單片機(jī)作為控制器，可以接收溫度和溫度傳感器從大棚中獲取的溫濕度信息，將這些信息與預(yù)置的溫濕度范圍值進(jìn)展比擬，然后通過繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)大棚進(jìn)展相關(guān)的操作以保證大棚的溫濕度范圍能夠在預(yù)置的范圍內(nèi)。下位機(jī)鍵盤顯示局部可以直接對(duì)溫濕度值進(jìn)展預(yù)設(shè)，并可實(shí)現(xiàn)溫濕度值的實(shí)時(shí)顯示。上位機(jī)可通過通信接口模塊接收下位機(jī)傳送過來的溫濕度值，形成作物生長(zhǎng)的圖表，也可以直接設(shè)置溫濕度值和控制

23、執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)大棚進(jìn)展相關(guān)操作。系統(tǒng)由電源電路、溫濕度傳感器SHT10、數(shù)據(jù)通訊轉(zhuǎn)換局部(RS232)、上位機(jī)管理軟件和控制模塊AT89C51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。 3、軟件局部：軟件局部負(fù)責(zé)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)展讀取分析，并執(zhí)行各項(xiàng)管理功能。 4、控制局部即溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)：執(zhí)行遠(yuǎn)程控制指令。 控制局部連接增濕裝置、枯燥裝置、溫度的控制裝置等。其系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示：輸入按鍵復(fù)位電路溫濕度檢測(cè)電路AT89C51電源顯示電路鍵盤，報(bào)警電路溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖2-1 蔬菜大棚溫濕度控制原理框圖芯片89C51共有40個(gè)

24、引腳，其中電源引腳有4個(gè)，控制引腳有4個(gè)，并行的I/O接口有32個(gè)，其引腳圖如圖2-2所示：圖2-2 89C51引腳 1電源及時(shí)鐘引腳4個(gè)Vcc:電源接入引腳；Vss:接地引腳；XTAL1:晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地；XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個(gè)引腳采用外部振蕩器時(shí)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。2控制線引腳4個(gè)RST/VpD:復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳；ALE/PROG:地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳(低電平有效；EA/Vpp:內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳低電平有效/片內(nèi)EPROM或FlashROM編程電壓輸入引腳；PSEN:外部存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出

25、引腳低電平有效。(3)并行I/O引腳32個(gè)，分成4個(gè)8位口P0.7:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳；P1.7:一般I/O引腳；P2.7:一般I/O引腳或高位地址總線引腳；P3.7:一般I/O引腳或第二功能引腳。本系統(tǒng)選擇的溫濕度傳感器是由 瑞士Sensirion公司推出了SHT10單片數(shù)字溫濕度集成傳感器，采用CMOS過程微加工專利技術(shù)CMOSens technology，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上，與l4位的AD轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。每個(gè)傳感器芯片都在極為準(zhǔn)確

26、的濕度腔室中進(jìn)展標(biāo)定，以鏡面冷凝式濕度計(jì)為參照。校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲(chǔ)在OTP內(nèi)存中，在校正的過程中使用。兩線制的串行接口，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡(jiǎn)單。微小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用的首選。如圖2-3所示，傳感器SHT10的原理圖 D ACalibration MemeryDigitalinter-faceRH SensorTempSensorSCKDATAGNDVDD圖2-3 傳感器SHT10的原理圖如圖2-4所示，傳感器SHT10的電路連接圖 圖2-4 SHT10傳感器電路圖數(shù)字集成溫濕度傳感器SHT10的主要特點(diǎn)a.相對(duì)濕度和溫度的測(cè)量兼有露點(diǎn)輸出；b.全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出；c

27、.接口簡(jiǎn)單2-wire,響應(yīng)速度快；d.超低功耗，自動(dòng)休眠；e.出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；f.超小體積外表貼裝；g.測(cè)濕精度45%RH，測(cè)溫精度25。2)引腳說明a.電源引腳VDD、GND SHT10的供電電壓為2.4V5.5V。傳感器上電后，要等待11ms，從“休眠狀態(tài)恢復(fù)。在此期間不發(fā)送任何指令。電源引腳VDD和GND之間可增加1個(gè)100nF的電容器，用于去耦濾波。b.串行接口 SHT10的兩線串行接口bidirectional 2-wire在傳感器信號(hào)讀取和電源功耗方面都做了優(yōu)化處理，其總線類似I2C總線但并不兼容I2C總線。 串行時(shí)鐘輸入SCK。SCK引腳是MCU與SHTIO之問通信的同步時(shí)鐘

28、，由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒有最小時(shí)鐘頻率。即微控制器可以以任意慢的速度與SHT10通信。串行數(shù)據(jù)DATA。DATA三態(tài)引腳是內(nèi)部的數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入引腳。DATA在SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在SCK時(shí)鐘的上升沿有效。即微控制器可以在SCK的高電平段讀取有效數(shù)據(jù)。在微控制器向SHT10傳輸數(shù)據(jù)的過程中，必須保證數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘線的高電平段內(nèi)穩(wěn)定。為了防止信號(hào)沖突，微控制器僅將數(shù)據(jù)線拉低，在需要輸出高電平的時(shí)候，微控制器將引腳置為高阻態(tài)，由外部的上拉電阻(例如：lOk)將信號(hào)拉至高電平。為防止數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，MCU應(yīng)該驅(qū)動(dòng)DATA使其處于低電平狀態(tài)，而外部接1個(gè)上拉電阻將信號(hào)拉至

29、高電平。命令與時(shí)序SHT10命令如表2-1所列。表2-1 SHT10的命令命令代碼保存0000X測(cè)量溫度00011測(cè)量濕度00101讀狀態(tài)存放器00111寫狀態(tài)存放器00110保存0101X1110X軟件復(fù)位，復(fù)位接口、清楚狀態(tài)存放器為默認(rèn)值，下一個(gè)命令前等待至少11ms11110a.命令時(shí)序 發(fā)送一組“傳輸啟動(dòng)序列進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸初始化，如圖2-5所示。其時(shí)序?yàn)椋寒?dāng)SCK為高電平時(shí)DT翻轉(zhuǎn)保持低電平，緊接著SCK產(chǎn)生1個(gè)發(fā)脈沖，隨后在SCK為高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)保持高電平。DATASCK圖2-5 命令時(shí)序緊接著的命令包括3個(gè)地址位僅支持“000和5個(gè)命令位。SHT10指示正確接收命令的時(shí)序?yàn)椋涸?/p>

30、第8個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后將DATA拉為低電平ACK位,在第9個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后釋放DATA此時(shí)為高電平。 b.測(cè)量時(shí)序RH和T“000 00101為相對(duì)濕度RH量，“000 00101為溫度測(cè)量。發(fā)送一組測(cè)量命令后控制器要等待測(cè)量完畢，這個(gè)過程大約需要20/80/320ms對(duì)應(yīng)其8/12/14位的測(cè)量。測(cè)量時(shí)間隨內(nèi)部晶振的速度而變化，最多能夠縮短30%。SHT10下拉DATA至低電平而使其進(jìn)入空閑模式。重新啟動(dòng)SCK時(shí)鐘讀出數(shù)據(jù)之前，控制器必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)。接下來傳輸2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)。MCU必須通過拉低DATA來確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)都從MSB開

31、場(chǎng)，至LSB有效。例如對(duì)于12位數(shù)據(jù)，第5個(gè)SCK時(shí)鐘時(shí)的數(shù)值作為MSB位；而對(duì)于8位數(shù)據(jù)，第1個(gè)字節(jié)高8位數(shù)據(jù)無意義。確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位之后，通信完畢。如果不使用CRC-8校驗(yàn)，控制器可以在測(cè)量數(shù)據(jù)LSB位之后，通過保持ACK位為高電平來完畢本次通信。測(cè)量和通信完畢后，SHT10自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)模式。c.復(fù)位時(shí)序如果與SHT10的通信發(fā)生中斷，可以通過隨后的信號(hào)序列來復(fù)位串口，如圖2-6所示。保持DATA為高電平，觸發(fā)SCK時(shí)鐘9次或更多，接著在執(zhí)行下次命令之前必須發(fā)送一組“傳輸啟動(dòng)序列。這些序列僅僅復(fù)位串口，狀態(tài)存放器的內(nèi)容仍然保存。DATASCK傳輸開場(chǎng)121314-891圖2-6 復(fù)位時(shí)

32、序傳感器SHT10與AT89C51的接口電路如圖2-7所示，傳感器SHT10將采集的溫濕度值與鍵盤設(shè)定溫濕度值進(jìn)展比擬，并將信息送給89C51進(jìn)展處理，89C51將信息送給顯示模塊進(jìn)展顯示，用戶需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展相應(yīng)的溫濕度調(diào)節(jié)。圖2-7 傳感器接口電路圖本系統(tǒng)采用RC復(fù)位電路，RC復(fù)位電路實(shí)質(zhì)是一階充放電電路。如圖2-9所示。該電路提供有效的復(fù)位信號(hào)RST高電平)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào)低電平。從理論上說51系列單片機(jī)復(fù)位引腳只要外加兩個(gè)機(jī)器周期的有效信號(hào)即可復(fù)位，設(shè)t為保持高電平的時(shí)間，只要保證t=RC2MM為機(jī)器周期即可。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，通常C1取10uF以上，R1通常取10K左右

33、。時(shí)間發(fā)現(xiàn)，如果R1取值太小，如R1取1K.那么會(huì)導(dǎo)致RST信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復(fù)位。另外實(shí)驗(yàn)證明，圖中的虛線所接的續(xù)流二極管D1對(duì)于改善復(fù)位性能起到了至關(guān)重要的作用，它的作用是在電源電壓瞬間下降時(shí)，電容迅速放電，因此一定寬度的電源毛刺也可使系統(tǒng)可靠復(fù)位。 RST Vcc C1 22uF R1 D1 10K 4148 圖2-9 RC復(fù)位電路溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加濕模塊除濕模塊、加溫模塊和制冷模塊。它是由單片機(jī)的IO 口控制的，有效控制電平為+5V，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種設(shè)備都是在市電下正常工作的，必須采用IO口控制繼電器的導(dǎo)通和切斷來控制市電的通斷，也即控制執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)。由于單片機(jī)的I

34、O不能提供足夠的電流，不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器導(dǎo)通，因此，我們采用達(dá)林頓管，將進(jìn)展兩級(jí)放大，提供了足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，讓繼電器中的電感線圈產(chǎn)生足夠大的磁力，將開關(guān)吸合。用戶預(yù)先輸入溫濕度報(bào)警值到程序中，該值作為系統(tǒng)閾值。溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)值傳輸給單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)比擬監(jiān)測(cè)到的數(shù)值超出所設(shè)定閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，并為溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。2.2.5 SHT10數(shù)據(jù)采集程序如圖2-10所示，SHT10數(shù)據(jù)采集過程。圖2-10 SHT10數(shù)據(jù)采集流程圖溫濕度傳感器SHTl0完成一次測(cè)量的工作順序一般為：設(shè)置傳感器分辨率發(fā)送“啟動(dòng)傳輸命令發(fā)送測(cè)量命令讀輸出的測(cè)量值將輸出測(cè)量值轉(zhuǎn)換為物理量。微

35、控制器首先發(fā)布一個(gè)啟動(dòng)傳輸時(shí)序，接著調(diào)用寫時(shí)序發(fā)布溫度或濕度(取決于人口參數(shù))的測(cè)量命令，之后等待測(cè)量的完成，在測(cè)量完成后，調(diào)用讀時(shí)序讀回測(cè)量結(jié)果。需要注意的一點(diǎn)是，僅當(dāng)通信錯(cuò)誤標(biāo)志error為0時(shí)，才說明通信正確，讀回的結(jié)果有效。在主程序中假設(shè)檢測(cè)到通信錯(cuò)誤標(biāo)志error非零，需要使用復(fù)位時(shí)序，來復(fù)位串行端口，然后重新進(jìn)展測(cè)量SHTlO數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖2.10所示：SHT10讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)那么是：DATA在SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在SCK時(shí)鐘的上升沿有效。從微控制器向SHT10寫數(shù)據(jù)的角度來看，可以理解為上升沿將觸發(fā)SHT10鎖存數(shù)據(jù)，即微控制器在下降沿輸出數(shù)據(jù)，再給出上升沿觸

36、發(fā)SHT10鎖存數(shù)據(jù)。下降沿和上升沿之間的時(shí)間間隔需要滿足SHT10的數(shù)據(jù)建立時(shí)間1 (最小值為lOOns)，上升沿之后數(shù)據(jù)也需要保持一段時(shí)間，這段時(shí)間用于滿足SHT1 0的數(shù)據(jù)保持時(shí)間TH(典型值為lOns)。 當(dāng)SHT10完成測(cè)量后，微控制器需要發(fā)布讀時(shí)序?qū)y(cè)量結(jié)果讀回。實(shí)現(xiàn)讀時(shí)序首先需要實(shí)現(xiàn)8個(gè)數(shù)據(jù)位的讀取。SHT10讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)那么是：DATA在SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在SCK時(shí)鐘的上升沿有效。從微控制器讀數(shù)據(jù)的角度理解，時(shí)鐘線的下降沿將觸發(fā)SHT10接口內(nèi)的鎖存器輸出數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)在時(shí)鐘線上升沿之后到達(dá)穩(wěn)定，下降沿和上升沿之間的時(shí)間間隔要大于SHT10的輸出數(shù)據(jù)有效時(shí)間Tv

37、(典型值為250ns)，即微控制器需要先給出下降沿，延時(shí)一段時(shí)間待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù)。此外，微處理器需要在第9個(gè)時(shí)鐘給出應(yīng)答位，這屬于寫時(shí)序，寫時(shí)序可參考前文的論述。讀時(shí)序的C語言程序代碼如下，程序的人口參數(shù)為0或1，0代表給出應(yīng)答位，繼續(xù)接收后續(xù)數(shù)據(jù)；1表示終止通信。第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件采用Borland Delphi編寫。Delphi是強(qiáng)大，靈活的基于Windows的可視化應(yīng)用程序開發(fā)工具。它將可視化技術(shù)與ObjectPascal語言完美結(jié)合，具有良好的數(shù)據(jù)庫訪問能力，是一個(gè)非常強(qiáng)大的應(yīng)用程序開發(fā)組件的集合。上位機(jī)軟件主窗口如圖2所示，它是系統(tǒng)啟 窗口等待用戶操作。主窗口包括

38、四大局部，即溫動(dòng)后顯示在用戶面前的第一個(gè)窗口，系統(tǒng)將在此 度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖形，濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖形，當(dāng)日環(huán)境參數(shù)表以及其他窗口的彈出按鈕。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是上位機(jī)每隔15分鐘向下位機(jī)發(fā)出命令采集的，時(shí)間間隔合理，能到達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目地。系統(tǒng)軟件本著方便用戶使用的原那么，采用人機(jī)交互方式、彈出式窗口、錯(cuò)誤屏蔽、友情提示等技術(shù)，最大限度地方便用戶操作。系統(tǒng)窗口簡(jiǎn)潔明了，數(shù)據(jù)顯示采用表格或圖形的形式，使得用戶更方便地查看、查詢數(shù)據(jù)。溫濕度數(shù)據(jù)接收軟件界面圖如圖3-1所示：圖3-1 溫度、濕度數(shù)據(jù)接收軟件界面圖如圖3-2所示，上位機(jī)軟件主要由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、大棚信息模塊、智能控制模塊、環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊、作物長(zhǎng)勢(shì)

39、記錄模塊和直接控制模塊6大模塊組成，用戶可以通過具體界面來了解下位機(jī)所在的大棚內(nèi)作物的生長(zhǎng)情況，通過界面內(nèi)作物生長(zhǎng)的走勢(shì)圖可以得出最適合作物生長(zhǎng)的環(huán)境條件。上位機(jī)軟件控制界面友好，操作簡(jiǎn)單明了，十分適合用戶操作。系統(tǒng)啟動(dòng)主窗口等待操作退出程序環(huán)境參數(shù)設(shè)置直接控制智能控制作物長(zhǎng)勢(shì)大棚信息實(shí)時(shí)監(jiān)控 圖3-2 上位機(jī)軟件流程3.2.1 通信硬件設(shè)計(jì)89C51單片機(jī)與PC系列微機(jī)是兩種不同類型的機(jī)種，硬件構(gòu)造不同，電氣特性也不一樣，因此它們之間不能用導(dǎo)線直接連接，而要通過電平轉(zhuǎn)換電路。本系統(tǒng)采用的串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)RS一232C。1RS一232C電氣特性RS一232C采用負(fù)邏輯在TxD和RxD上：邏輯

40、1(MARK)=一515V邏輯0(SPACE)=+5+15VRS一232C的主要電氣特性為：帶37k歐姆負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)器的輸出電平：邏輯“1：一5 一12V；邏輯“0“：+5 +12V。不帶負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)器的輸出電平： 一25+25V。驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換速率：30V，L 。接收器輸入阻抗：37K歐姆之間。接收器輸入電壓的允許范圍：一25 +25V。最大負(fù)載電容：2500PF。2RS一232C的電平轉(zhuǎn)換RS一232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與1vrL以上下電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的1vrL器件連接，必須在EIARS一232C與1vrL電路之間進(jìn)展電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)變換的

41、方法目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成1vrL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75 154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到1vrL電平的轉(zhuǎn)換，MAX232芯片可完成1vrL一IA雙向電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片的轉(zhuǎn)換口，包含兩路驅(qū)動(dòng)器和接收器的RS一232轉(zhuǎn)換芯片。芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為RS一232接口所需的10V電壓，最大的好處是工作電壓為+5V，不需要額外電源。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到下位機(jī)位于溫室大棚內(nèi)，離上位機(jī)即計(jì)算機(jī)的控制有一定距離，而且系統(tǒng)對(duì)于傳送速度的要求也不是很高，且考慮到傳輸?shù)男畔⒘坎粫?huì)非常大，并從降低本錢的角

42、度出發(fā)，所以采用異步串行通信的方式。1異步通訊方式異步通訊方式既不需要同步字符SYNC，也不要求保持?jǐn)?shù)據(jù)流的連續(xù)性，它規(guī)定傳輸格式，每個(gè)數(shù)據(jù)均以一樣的幀格式發(fā)送。每幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停頓位組成，幀與幀之間用高電平隔開。2通信程序的編寫由于匯編語言程序構(gòu)造緊湊、靈活，匯編成目標(biāo)程序效率高、占用存儲(chǔ)器空間少、運(yùn)行速度快和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合實(shí)時(shí)測(cè)控等領(lǐng)域，所以本系統(tǒng)通信程序采用了匯編語言進(jìn)展編寫。在異步串行通信中，要保證通信成功，通信雙方必需對(duì)數(shù)據(jù)傳送方式有一系列的約定，比方：作為發(fā)送方，必須知道什么時(shí)候發(fā)送信息、發(fā)什么、對(duì)方是否收到、收到的內(nèi)容有沒有錯(cuò)、要不要重發(fā)、怎樣通知對(duì)方

43、完畢等；作為接收方，必須知道對(duì)方是否發(fā)送了信息、發(fā)的是什么、收到的信息是否有錯(cuò)、如果錯(cuò)了怎樣通知對(duì)方重發(fā)、怎樣判斷完畢等。這種約定稱為通信協(xié)議，它必須在編程之前就確定下來，只有雙方都正確地識(shí)別并遵守這些規(guī)定才能順利地進(jìn)展通信。本設(shè)計(jì)的通信協(xié)議格式設(shè)置為：我們選定常用的波特率2400位 ，串行通信工作于方式1，SMOD = 1，晶體震蕩頻率為12MHz。由于定時(shí)計(jì)數(shù)器1的溢出率= For,c12* (2 一N)次 ，而串行通信方式1的波特率為： (定時(shí)計(jì)數(shù)器1溢出率)*2SMOD32，因此可以得出下式：2400= (2SMOD32)*Fosc12* (2 一N)可求得N =F3H，因此TH =F

44、3H，TL=F3H。*波特率設(shè)置：選用定時(shí)計(jì)數(shù)器1定時(shí)模式，工作方式1，計(jì)數(shù)常數(shù)F3H，SMOD=1，波特率2400bps，*串行通訊設(shè)置：異步通訊方式1，允許接收；*1位起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停頓位。本系統(tǒng)的智能核心是AT89C51，其監(jiān)控程序和應(yīng)用軟件全部固化在EPROM內(nèi)。他的工作過程是：當(dāng)系統(tǒng)接通電源后，AT89C51單片機(jī)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)各個(gè)端口的初始化工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生申請(qǐng)中斷，進(jìn)入響應(yīng)的中斷程序，完成鍵盤處理工作。當(dāng)沒有外部控制信息的輸入時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采集溫濕度傳感器的電壓值，最終數(shù)據(jù)在LED顯示屏上顯示，如圖3.3所示。圖中系統(tǒng)功能的主程序包括初始化程序、自檢程序等。終端效勞程序包括鍵盤掃描、查表、顯示等。系統(tǒng)軟件主要完成以下功能：溫濕度傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的采集；BCD碼和二進(jìn)制碼的相互轉(zhuǎn)換；超濕報(bào)警和溫濕度值的LED顯示。開場(chǎng)初始化