蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院概述想要長出好的蔬菜，蔬菜大棚的溫度控制是非常重要的，溫室環(huán)境測控，即根據(jù)植物生長發(fā)育的需要，自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境條件的總稱?，F(xiàn)代化溫室，通過傳感器技術(shù)、微型計算機及單片機技術(shù)和人工智能技術(shù)，能自動測控溫室的環(huán)境，其中包括溫度、濕度、光照、C02濃度等，使作物在不適宜生長發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件，達到早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。傳統(tǒng)的環(huán)境測控管理采用模擬控制儀表和人工管理方法，工作效率低。隨著微機技術(shù)的發(fā)展，逐步采用配置靈活、開放式結(jié)構(gòu)、運算能力較強、高可靠性、完善的開發(fā)手段及具有數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、打印報表等功能的測控系統(tǒng)所代替，取得了較好的經(jīng)濟效益。隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到長足發(fā)展，受控農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室工程已成為工廠化高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。支持溫室工程的相關(guān)技術(shù)，如溫室環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)的建模技術(shù)與專家決策支持系統(tǒng)、溫室環(huán)境智能測控技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)、溫室環(huán)境調(diào)配工程技術(shù)與設(shè)施研究等已成為當(dāng)前該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點問題。研究溫室環(huán)境信息進行模擬、分析、預(yù)測，研究開發(fā)基于作物成長栽培環(huán)境的溫室環(huán)境多因子智能化綜合測控系統(tǒng)，研究高效生產(chǎn)的溫室環(huán)境綜合測控模式與配套設(shè)施等將是今后主要研究內(nèi)容。目前，我國農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。農(nóng)業(yè)環(huán)境控制工程作為農(nóng)業(yè)生物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)手段是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動檢測與控制是我國急待發(fā)展的項目。應(yīng)用自動控制和電子計算機實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動化，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是針對蔬菜大棚溫度監(jiān)測而設(shè)計，同時也可用于糧食倉儲、冷庫及煙葉發(fā)酵等場合的溫度監(jiān)測。蔬菜大棚作為一個相對封閉的環(huán)境，其內(nèi)部形成了一個小氣候環(huán)境，良好的空氣環(huán)境是蔬菜正常生長的重要條件。為了增產(chǎn)、增收，要注意大棚內(nèi)部的氣體、溫度和濕度3個重要因素。氣體主要是指棚內(nèi)的二氧化碳的含量。當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度提高到0.1%時，可使蔬菜的光合作用速率增加1倍以上，增產(chǎn)20%~80%；若使二氧化碳濃度降至0.005%時，光合作用幾乎停止。蔬菜生長的適宜溫度為20°~30℃。大棚內(nèi)白天增溫快，當(dāng)棚外平均氣溫為15℃時，棚內(nèi)可達40°~50℃。因此，要適時調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度，避免高溫危害。塑料大棚經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，蒸發(fā)量大大減小，內(nèi)部濕度一般在80%~90%，濕度過大極易導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生?，F(xiàn)在對大棚內(nèi)氣體、溫度和濕度的有效調(diào)節(jié)，主要是通過適時的通風(fēng)來實現(xiàn)。二氧化碳含量過大和濕度過大都會導(dǎo)致溫度升高。通過調(diào)節(jié)溫度可以有效地控制二者的濃度。因此，對棚內(nèi)溫度的控制是非常重要的。本文介紹的分布式單總線蔬菜大棚溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計，直接監(jiān)測每個棚內(nèi)不同部分的溫度，通過對溫度的良好控制，有效地提高蔬菜的產(chǎn)量。

2蔬菜大棚的系統(tǒng)設(shè)計2.1控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)1、溫度傳感器溫度傳感器的作用是采集大棚內(nèi)的溫度，并進行判斷和顯示。由于智能溫度傳感器DS18B20既能對溫度進行測量，又能設(shè)定所需要控制的溫度，并對溫度值能夠把二進制轉(zhuǎn)換成十進制，所以本設(shè)計系統(tǒng)中選用智能溫度傳感器DS18B20。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，傳感器和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都被集成在一起，每個DS18B20在出廠時都已給定了唯一的64位序列號，并且DS18B20只有一個數(shù)據(jù)輸入/輸出口，因此，多個DS18B20可以并聯(lián)到3或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20進行通信，而它們只需簡單的通信協(xié)議就能加以識別，這樣就節(jié)省了大量的引線和邏輯電路?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。用戶還可自設(shè)定非易失性溫度報警上下限值，并可用報警搜索命令識別溫度超限的DS18620。由于該溫度計采用數(shù)字輸出形式，故不需要A/D轉(zhuǎn)換器。2、單片機控制系統(tǒng)本系統(tǒng)中的單片機選用AT89S51做控制器。主要功能是:實現(xiàn)對數(shù)字量的采集，并把采集來的數(shù)據(jù)在LCD液晶顯示器上進行顯示;可以通過鍵盤設(shè)置參數(shù)，可以進行聲光報警;可以通過按鍵來完成手動/自動控制方式的切換;可以通過串行接口把采集到的數(shù)據(jù)和控制信息傳送至上位機，可以接收上位機命令實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置;可以進行輸出控制。2.2系統(tǒng)的工作原理采用單總線技術(shù)設(shè)計的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以AT89S51單片機為主機，其他設(shè)備為從設(shè)備。單片機通過RS-485總線與PC機通訊。PC機作上位機進行實時監(jiān)控管理，控制器選用MAX813L組成上電復(fù)位和看門狗電路。該系統(tǒng)只要一條雙絞線(一根為信號線，一根為地線)從單片機拉向監(jiān)控現(xiàn)場，然后將各種監(jiān)控對象(傳感器)掛接在一根總線上就可以了。本系統(tǒng)通過單總線可以掛接很多個智能溫度傳感器DS18B20，用于溫室大棚內(nèi)不同地方的溫度測量和控制。圖中只畫出了一個監(jiān)控現(xiàn)場的配置，其布線接頭與通常電話線路使用的一樣，插入和拔出都很方便。該溫度測控系統(tǒng)的工作原理就是進行計算機編程和單片機編程，使智能溫度傳感器DS18B20正常工作，去檢測大棚內(nèi)實際的溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當(dāng)時的溫度值。如果采集的溫度值高于上限報警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報警，并同時起動制冷設(shè)備，把溫度降下來，當(dāng)溫度降到一定的程度，即低于上限復(fù)位值時，立即關(guān)閉制冷設(shè)備，使制冷設(shè)備停止工作。當(dāng)采集的溫度值低于下限報警溫度值時，系統(tǒng)又發(fā)出報警，并同時起動制熱設(shè)備，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，使制熱設(shè)備停止工作，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。3.蔬菜大棚系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)主控制器部分設(shè)計3.1.1AT89C51的工作原理1CPU的結(jié)構(gòu)CPU是單片機內(nèi)部的核心部分，是單片機的指揮和執(zhí)行機構(gòu)，它決定了單片機的主要功能特性。從功能上看，CPU包括兩個基本部分：運算器和控制器。下面說明控制器和運算器。1）運算器運算器包括算術(shù)邏輯運算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暫存寄存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW、BCD碼運算調(diào)整電路等。2）時鐘電路AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。在TXAL1和XTAL2兩端跨接由石英晶體及兩個電容構(gòu)成的自激振蕩器，如圖2-1所示。電容器C1和C2通常都取30pF左右，選用不同的電容量對振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍是1～12MHz。圖3-1時鐘電路本設(shè)計考慮系統(tǒng)的獨立完整性，選用內(nèi)部時鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ，ALE信號頻率為2MHZ。2I/O口結(jié)構(gòu)：AT89C51單片機有4個8位并行I/O接口，記作P0、P1、P2和P3，每個端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。每個端口都包括一個鎖存器（即特殊功能寄存器P0～P3），一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器，作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個通道的功能完全不同。3程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器1）程序存儲器對AT89C51芯片來說，片內(nèi)有4K字節(jié)ROM/EPROM，片外可擴展60K字節(jié)EPROM，片內(nèi)和片外程序存儲器統(tǒng)一編址。在程序存儲器中，有6個地址單元被保留用于某些特定的地址，如下表2-1所示。2）數(shù)據(jù)存儲器AT89C51數(shù)據(jù)存儲器空間也分為內(nèi)片和外片兩大部分，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM和片外數(shù)據(jù)存儲器RAM。如何區(qū)別片內(nèi)、片外RAM空間呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器最大可以尋址256個單元，片外最大可擴展64K字節(jié)RAM，并且片內(nèi)使用的是MOV指令，片外64KROM空間專門為MOVX指令所用。4定時器AT89C51單片機的內(nèi)部有兩個16位可變成定時器0（T0）和定時器1（T1），它們都有定時或是事件計數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等場合。表3-1AT89C51的復(fù)位、中斷入口地址入口地址說明0000H復(fù)位后，PC=0000H0003H外部中斷入口000BH定時器T0溢出中斷入口0013H外部中斷入口001BH定時器T1溢出中斷口0023H串行口中斷入口它們具有計數(shù)和定時兩種工作方式以及四種工作模式。定時器T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四種工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三種工作方式。5中斷系統(tǒng)AT89C51單片機有五個中斷請求源。其中，兩個外部中斷源；兩個片內(nèi)定時器/計數(shù)器（T0、T1）的溢出中斷源TE0和TF1；一個片內(nèi)串行口接受或發(fā)送中斷源RI或TI。這些中斷請求分別由單片機的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。當(dāng)幾個中斷源同時向CPU請求中斷，要求CPU提供服務(wù)的時候，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個中斷請求，于是一些微處理器和單片機規(guī)定了每個中斷源的優(yōu)先級別。3.1.2AT89C51的復(fù)位電路AT89C51單片機通常采用上電自動復(fù)位和開關(guān)手動復(fù)位兩種方式。本設(shè)計采用上電復(fù)位電路，所謂上電復(fù)位，是指單片機只要一上電，便自動地進入復(fù)位狀態(tài)。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。3.1.3AT89C51的引腳功能AT89C51的40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，4條控制和其他電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出引腳。如圖2-3所示，下面介紹主要引腳的名稱和功能：1）主電源引腳Vcc和VssVcc：接+5V電源。Vss：接電源地。2）時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在采用外部時鐘電路時，對于HMOS單片機上，此引腳必須接地；對AT89C51單片機，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時鐘電路時，對于HMOS單片機上，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對AT89C51單片機，此引腳應(yīng)懸空。圖3-2復(fù)位電路圖3-3AT89C51主要引腳圖3）控制信號引腳RST/、ALE/、和/RST/：復(fù)位/備用電源輸入端。單片機商店后，只要在該引腳上輸入24個振蕩周期（2個機器周期）寬度以上的高電平就會使單片機復(fù)位；若在RST與Vcc之間接一個10F的電容，而在RST與Vss之間接一個8.2k的下拉電阻，則可實現(xiàn)單片機上電自動復(fù)位。4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2和P3P0.0～P0.7：P0口是一個8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線。在EOROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)；在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)（驗證時，要接上拉電阻）。P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL負載。P1.0～P1.7：P1是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在EPROM編程和程序驗證時，它輸入低8位地址。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負載。P2.0～P2.7：P2是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在CPU訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址，在對EPROM編程和程序檢驗時，它輸入高8位地址。P2口可驅(qū)動4個LSTTL負載。P3.0～P3.7：P3是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。它是一個復(fù)用功能口，作為第一功能使用時，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，各引腳的定義如下表。P3口的每一條條引腳均可以獨立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動4個LSTTL負載。表3-2功能表口線第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2（外部中斷0輸入）P3.3（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器“寫”信號輸出）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器“寫”信號輸出）3.2數(shù)據(jù)存儲器的擴展AT89C51片內(nèi)喊有28字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器。對于簡單的測控系統(tǒng)，用它存放運算的中間結(jié)果，容量是夠用的。但是對于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴展RAM。由于本設(shè)計采用大量溫濕度傳感器，所以一片AT89C51芯片是不夠用的，所以要對AT89C51的數(shù)據(jù)存儲器進行擴展，因此，選用6264數(shù)據(jù)存儲器一片。6264可以直接和存儲器的地址線并聯(lián)，數(shù)據(jù)地址線也同樣可以并聯(lián)連接。6264的寫選通信號信號連接到AT89C51的上，讀選通信號連接到AT89C51的上，這樣單片機就能把程序采集來的數(shù)據(jù)。經(jīng)過變換最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度量存放到6264中，也可以6264中讀取數(shù)據(jù)[7]，具體的連接如下圖2-4所示：8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序設(shè)計簡單。對于方式0，如果不要設(shè)定C口的聯(lián)絡(luò)信號，則只需要設(shè)置方式控制字；如果要設(shè)定C口的某些位為聯(lián)絡(luò)信號，則只需設(shè)置C口的位置/復(fù)位控制字。對于方式1和方式2，因為都要用到控制信號，所以必須設(shè)置兩個控制字，即設(shè)置方式選擇控制字和C口復(fù)位控制字。8255有40個引腳，下面根據(jù)功能分類說明。圖3-4AT89C51與地址6264的連接數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線有D7～D0，PA7～PA0，PB7～PB0，PC7～PC0，均為雙向三態(tài)，其中D7～D0與CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于傳遞CPU與8255之間的命令和數(shù)據(jù)；PA7～PA0，PB7～PB0，PC7～PC0，分別與A、B、C三個端口相對應(yīng)，用于8255A與外設(shè)之間的傳送數(shù)據(jù)。尋址線尋址線、和，用于選擇8255的三個端口和控制寄存器。：片選信號，輸入，低電平有效。有效時表示選中本片。和：輸入，通常與系統(tǒng)地址總縣的和對應(yīng)相連。當(dāng)有效時，和的四種組合00、01、10、11分別選擇A、B、C、口和控制寄存器，所以一片8255A共有4個I/O地址?？刂凭€：讀信號，輸入，低電平有效。當(dāng)為低電平時，表示CPU對8255A進行讀操作。：寫信號，輸入，低電平有效。當(dāng)為低電平時，表示CPU對8255A進行寫操作。RESET：復(fù)位信號，輸入，高電平有效。當(dāng)RESET為高電平時，8255A內(nèi)部所有寄存器清零。各端口都自動設(shè)置為輸入方式，24條I/O引腳均為高租態(tài)[8]。電源和地線采用單一+5V電源。8255A的控制信號和傳輸動作之間的關(guān)系如表2-3所示表3-38255的控制信號和傳輸動作對應(yīng)關(guān)系傳輸說明0000010100000010100111××0110××01010110101010××0111A口數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)總線B口數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)總線C口數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→A口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→B口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→C口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線→控制寄存器～進入高阻態(tài)非法～進入高阻態(tài)8255A的引腳信號如圖3-5所示：圖3-58255A引腳AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接與MCS-51總線接口，其接口電路如圖2-6所示圖2-7中，8255A的片選信號及口地址選擇線A0、A1分別由AT89C51的P2.7和P0.1、P0.0經(jīng)地址鎖存后提供，所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分別為6000H、6001H、6002H、6003H。8255A的、分別與AT89C51的、相連，8255A的RESET與AT89C51的RST相連。都接到AT89C51的復(fù)位電路上。對8255初始化的程序如下：MOVA，#80H；置方式控制字方式0MOVDPTR，#6003H指向8255口地址MOVX@DPTRA本設(shè)計采用8255的A口B口連接LED顯示器，用C口進行報警和相應(yīng)設(shè)備的啟動，所以PA口PB口PC口的地址分別為6000H，6001H和6002H。圖3-68255A和AT89C51的連接3.3LED顯示器LED顯示器的結(jié)構(gòu)LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，由圖可見它由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合來顯示出0~9、A、B、C、D、E、F以及小數(shù)點“.”等字符。圖3-7LED顯示器的結(jié)構(gòu)表3-4列出七段LED顯示器（共陰極）顯示的數(shù)字、字符和對應(yīng)的段碼關(guān)系。共陽極顯示器的段碼與共陰極顯示器的段碼是邏輯非的關(guān)系，所以對表3-4中的共陰極顯示器的段碼求反，即可得到共陽極顯示器的段碼。LED顯示器的顯示方法本設(shè)計顯示需要使用2855和7位共陽極顯示器的接口電路。8255的A作為位掃描口，經(jīng)反向驅(qū)動器75452接顯示器公共陰極；B口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動器7407接顯示器的各個陽極。表3-4數(shù)字對應(yīng)的段碼表示字符DPgfedcba段碼（H）0123456789AbcdEFP.空格001111110000011001011011010011110110011001101101011111010000011101111111011011110111011101111100001110010101111001111001011100010111001110000000000000003F065B4F666D7D077F6F777C395E7971738000對于6位顯示器，在AT89C51RAM存儲器中設(shè)置7個顯示緩沖單元70H~76H，分別存放7位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255的A口掃描輸出總是只有1位高電平，即7位顯示器中僅有1位公共陽極為高電平，其他位為低電平8255的B口輸出相應(yīng)位然后對其他6位巡回顯示，如果小數(shù)點位固定可以通過對指定位進行置位或者清零來實現(xiàn)。3.4A/D轉(zhuǎn)換接口3.4.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及器件簡介A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多、特性各異。在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和智能儀器儀表時，應(yīng)選擇性能合適、性能價格比高的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。本設(shè)計選擇的A/D轉(zhuǎn)換器芯片為ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，在過程控制和機床控制等應(yīng)用中，能對多路模擬信號進行分時采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號通過三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖3-8所示，芯片的主要組成部分是一個8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。為了實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)設(shè)置了帶有鎖存功能的8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存和圖3-8ADC0809原理圖譯碼電路，可對8路0~5V的輸出模擬電壓進行分時轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。ADC0809的主要特性如下：分辨率為8位。最大不可調(diào)誤差小于±?？涉i存三態(tài)輸出，能與8位為處理器接口。輸出與TTL兼容。不必進行零點和滿度調(diào)整。單電源供電，供電電壓為±5V。轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時鐘頻率，時鐘頻率范圍是：10~1280kHz。當(dāng)時鐘頻率選為500kHz時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換時間為128s。ADC0809芯片的引腳如圖3-9所示，引腳功能說明如下；~：8路模擬信號輸入端。~：8位數(shù)字量輸出端。START：啟動控制輸入端，高電平有效，用于啟動ADC0809內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換過程。ALE：地址鎖存控制輸入端。ALE端可與START端接在一起，通過軟件輸入一個正脈沖，可立即啟動A/D轉(zhuǎn)換。CLK：時鐘信號輸入端。ADDA（ADDB、ADDC）：8路模擬選通開關(guān)的3位地址選通輸入端；其地址碼與輸入通路的對應(yīng)關(guān)系如表3-5所示。圖3-9ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：供電電源輸入端。（+）：參考電壓正端。（—）：參考電壓負端。表3-5地址和通道的對應(yīng)關(guān)系地址碼ADDCADDBADDA對應(yīng)的輸入通道000001010011100101110IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6111IN73.4.2ADC0809與AT89C51單片機的接口設(shè)計ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時方式。采用中斷方式不浪費CPU的等待時間，但是如果A/D轉(zhuǎn)換時間較短，也可以用程序查詢方式和等待查詢延時方式。下面介紹兩種最常用的方式：查詢方式和中斷方式。查詢方式ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口如圖3-10所示：圖3-10ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口電路由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端ADDA、ADDB、ADDC分別與AT89C51地址總線的低三位、、相連，用于選通~中的某一個通道。由于ALE和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動A/D轉(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時。OE=產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809的EOC信號與AT89C51的P1.0相連，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號供T89C51查詢。采用查詢方式分別對8路模擬信號順序采樣，并依次把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，其采樣轉(zhuǎn)換程序如下：MOVTEMPL0，#08H；設(shè)置通道個數(shù)MOVR1，2AH；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVDPTR，#5000H；指向通道0START：MOVX@DPTR，A；啟動A/D轉(zhuǎn)換MOVR3，#32；設(shè)置延時時間LOOP100：DJNZR3，LOOP100；延時完成？TEST：NBP3.3，TEST；標(biāo)志位為1？不為等待MOVXA，@DPTR；取出A/D轉(zhuǎn)換值MOV@R1，A；送入數(shù)據(jù)區(qū)INCR1；指針加1CJNER1，#2FH，START；判斷數(shù)據(jù)區(qū)滿？中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機的一個外部擴展并行口I/O口，口地址取決于所連接的中斷口，選通通道取決于地址地位，中斷方式的主要特點是將轉(zhuǎn)換完成信號接在單片機的中斷口上，轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號單片機把它當(dāng)作一個中斷來處理。所以本設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換器連接成查詢方式。3.5單總線數(shù)字溫度傳感器DS18203.5.1DS1820的主要特性DS1820有下列主要特性:1）只需一根I/O線就能完成通信;2）多個分散的DS1820可以共用一線進行通信;3）不需外部元器件;4）可以通過數(shù)據(jù)線供電;5）檢測溫度范圍為-55～+125°C,精度在0.5度;6）用9bit數(shù)字量來表示溫度;7）每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需200ms;8）可定義一個不變化的溫度設(shè)置為報警溫度;9）有PR35T和SSOP兩種封裝型式。3.5.2DS1820的工作原理DS1820的引腳排列如圖3-11所示。I/O位數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。是可供選用的外部+5V電源端，不用時需接地。GND為地，NC為空腳。圖3-11DS1820的引腳圖DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)，其測量溫度框圖如圖3-12所示。內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以沖過門電路，而當(dāng)達到某一設(shè)置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路。什么記性你怎么26Smjxnzm126圖3-12DS1820測溫原理框圖4系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1設(shè)計方法本溫度控制系統(tǒng)在設(shè)計過程中，遵循的是穩(wěn)定化、高效化、簡單化、小型化的特點，最大限度提高系統(tǒng)的性價比。應(yīng)用軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，這種條理清晰的設(shè)計方法免去一部分軟件的重復(fù)編程，然后組合成符合要求的應(yīng)用程序，因此本應(yīng)用軟件分為兩大部分：主程序和子程序設(shè)計。4.2主程序的分析與說明主程序是調(diào)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它被ROM中，系統(tǒng)上電復(fù)位后執(zhí)行一個跳轉(zhuǎn)指令條通過中斷區(qū)就開始執(zhí)行主程序。5系統(tǒng)實驗應(yīng)用5.1實驗蔬菜大棚簡介本系統(tǒng)選用位于壽光市高科技蔬菜示范園內(nèi)的蔬菜大棚為實驗對象。該部分大棚為壽光市政府出資建設(shè)，承包給附近農(nóng)村的大棚蔬菜種植戶管理，種植的都是一般的經(jīng)濟作物。5.1.1實驗大棚結(jié)構(gòu)特點這部分大棚為壽光最新型的第六代鋼架冬暖塑料大棚，剖面圖如圖4-1所示。圖5-1大棚剖面圖在結(jié)構(gòu)上，此大棚具有以下特點:(1)棚長90米，棚脊高4米，南北跨度11米，每間4.5米。(2)大棚以后墻為承重結(jié)構(gòu)，同時要求具有較好的保溫性能，因此，后墻和山墻均采用了復(fù)合保溫墻體，墻體結(jié)構(gòu)為375mm粘土磚十150mm聚苯乙烯板+375mm粘土磚。(3)覆蓋材料為草簾和聚乙烯多功能復(fù)合薄膜，聚乙烯多功能復(fù)合薄膜為在聚乙烯樹脂中加入多種功能性助劑擠壓的薄膜，具有保溫、耐曬、無滴及長壽等多種功能，采用這種薄膜覆蓋，溫室、大棚內(nèi)溫度上升快，保溫效果好，使用期可達12-18個月。(4)大棚骨架為新型超強無支柱大棚骨架，以普通優(yōu)質(zhì)化工原料(輕燒粉氧化鎂、氯化鎂)、增強加筋材料以及輕質(zhì)保溫材料復(fù)合而成，與傳統(tǒng)大棚骨架相比，以其高強度、大跨度、無支柱、自重輕、土地利用率高、采光及保溫性能好、建造成本低等特點。5.1.2實驗大棚內(nèi)溫度特點溫度環(huán)境是作物賴以生存和生長的環(huán)境因子，溫室設(shè)施內(nèi)的氣溫、地溫對作物的光合作用、呼吸作用、光合產(chǎn)物的輸送、根系的生長和水分、養(yǎng)分的吸收有著顯著的影響。1、蔬菜大棚內(nèi)溫度變化特點大棚內(nèi)溫度環(huán)境受到室外環(huán)境特別是室外溫度和太陽輻射的強烈影響，太陽輻射影響大棚光環(huán)境的同時也是構(gòu)成溫室溫度環(huán)境的主要熱量來源之一。此外，室外空氣溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等也是溫室溫度擾量，室內(nèi)擾量包括采暖系統(tǒng)、照明及其他設(shè)備的散熱，作物及土壤散熱、散濕等。在這些擾量作用下，溫室內(nèi)的空氣始終保持著動態(tài)平衡。不加溫大棚內(nèi)氣溫的變化基本與太陽輻射保持同步。晴天上午隨著太陽輻射的逐漸增強，室內(nèi)氣溫迅速提高，最快每小時可提高50C--70C，直到下午13:00-14:00，室內(nèi)氣溫達到最高。午后，隨著太陽輻射的減弱，室內(nèi)氣溫每小時可降低40C-50C。日落后，氣溫繼續(xù)下降，但速度明顯減慢。室內(nèi)氣溫在日出前后達到最低。2、大棚內(nèi)溫度分布大棚內(nèi)溫度的空間公布是不均勻的，受到太陽輻射的不均勻性、采暖系統(tǒng)和降溫系統(tǒng)的設(shè)備布置位置和室外氣象等諸多因素的影響?？傮w而言，熱空氣上浮，冷空氣下降因此大棚氣溫上部高于下部，在保溫條件下，室內(nèi)垂直方向的溫差可達4-6'C.室外風(fēng)的作用會引起棚內(nèi)溫度分布的不均勻。密閉大棚上風(fēng)側(cè)溫度往往高于下風(fēng)側(cè)，這是因為在外部風(fēng)壓作用下，棚內(nèi)中上層空氣沿風(fēng)向移動，導(dǎo)致近地面被加熱的空氣逆風(fēng)向移動到上風(fēng)向，從而帶來棚內(nèi)溫度空間分布的不均勻性。針對棚內(nèi)溫度的不均勻性，本系統(tǒng)采用了DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器，在一條線上可以接多個溫度傳感器，能準(zhǔn)確采集到棚內(nèi)不同位置區(qū)域的溫度值。3、作物對溫度的要求作物的生長發(fā)育要求在一定的溫度條件下進行，而且只有熱量累積到一定的數(shù)量以后，才能完成其生育過程并獲得產(chǎn)量。在生育期間溫度過高或過低，都會給作物帶來不利影響，從而造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。作物生長發(fā)育的適宜溫度具有一定的變化范圍，既適宜溫度范圍。作物都有各自的最低溫度、最適溫度、最高溫度“三基點溫度”。4、大棚溫度調(diào)節(jié)與控制作物的物質(zhì)產(chǎn)量總量，是由每天生產(chǎn)的物質(zhì)生產(chǎn)量累積起來的。溫度是作物成長過程中最重要的一個環(huán)境因子，溫度對物質(zhì)生產(chǎn)的影響，首先表現(xiàn)在，一晝夜間溫度對光合作用、產(chǎn)物輸送與呼吸消耗的綜合影響。每天溫度管理的目的，就是要增加光合作用的產(chǎn)物及促進產(chǎn)物的輸送、儲存和有效分配，抑制不必要的呼吸消耗。與恒溫管理相比，變溫管理不僅可以增加產(chǎn)量，而且可以提高產(chǎn)品品質(zhì)，同時可以節(jié)約能源壽光地處我國北方地區(qū)，冬季溫度較低，目前蔬菜大棚應(yīng)用較多的保溫措施主要有:選用導(dǎo)熱性差的透光覆蓋塑料膜，改進覆蓋塑料膜的安裝方法，提高溫室密閉性，在塑料薄膜外附加草簾保溫層，改變大棚結(jié)構(gòu)形式增加采光量。與保溫加溫相比，棚內(nèi)降溫是引起研究者更多關(guān)注的一個方面。目前壽光蔬菜大棚傳統(tǒng)的降溫方法主要是觀測棚內(nèi)溫度計然后人工自然通風(fēng)。這不僅浪費人力而且溫度調(diào)節(jié)緩慢容易出現(xiàn)大的偏差。因此對較大規(guī)模的大棚蔬菜生產(chǎn)，采用本系統(tǒng)利用單片機為核心的溫度自動控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度是完全有必要的。隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制便成為一個十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計，通過讀取溫度值來知道大棚內(nèi)的實際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫度進行比較，看溫度是否過高或過低。如果過高，就對大棚進行降溫處理;如果過低，就對大棚進行升溫處理。這些操作都是在人工情況下進行的，既耗費了大量的人力物力，又容易發(fā)生差錯?，F(xiàn)在，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來越多，對于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。大型溫室大棚的建設(shè)對溫度檢測技術(shù)也提出了越來越高的要求。5.2溫度傳感器測試實驗本實驗采用DS18B20溫度傳感器對水溫進行測量，測量值在LCD上顯示，并用測溫范圍在一200C^-100'C、分度值為0.1℃的水銀溫度計進行對比。本實驗的目的在于驗證AT89S51單片機與DS18B20溫度傳感器測量溫度的可行性。實驗步驟如下:1、本實驗對水溫進行測量，找一一拉罐，在蓋上開幾個能插入水銀溫度計和溫度傳感器探頭的小孔，把DS18B20溫度傳感器做成探頭。2、將兩個DS18B20溫度傳感器連接到單片機的相應(yīng)接口上。然后進行編程，每隔1秒采樣一次。3、進行溫度測量時，通過注入開水和涼水的方法，改變罐內(nèi)水的溫度，觀察并記錄單片機LCD顯示值和水銀溫度計示值。4、把三組實驗數(shù)據(jù)記錄值畫在同一坐標(biāo)紙上，進行比較，三條坐標(biāo)曲線極為接近，可以看出，溫度傳感器的測量值與水銀溫度計的顯示變化量相差不大，說明該溫度傳感器能很好地跟蹤的變化，同時也說明該類型溫度傳感器的一致性較好。5.3顯示及報警實驗本實驗中完成按鍵切換顯示模式和設(shè)定報警以及報警功能。顯示實驗分為兩步,一是每隔1秒自動循環(huán)刷新顯示測量值，二是通過按鍵切換來顯示數(shù)據(jù)某個確定量。另一個實驗是通過按鍵設(shè)定報警上、下限;當(dāng)調(diào)節(jié)溫度量使得采集的數(shù)據(jù)值超過報警值時，可以由相應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍進行報警。實驗結(jié)果表明，在程序能及時地響應(yīng)按鍵信息，并能根據(jù)按鍵執(zhí)行相應(yīng)的功能;在報警實驗中，當(dāng)采樣值超過設(shè)定的報警值時，能及時地輸出閃爍報警信息。

結(jié)論經(jīng)過半年的設(shè)計“蔬菜大棚溫濕度檢測與控制系統(tǒng)”的設(shè)計已經(jīng)圓滿結(jié)束，本設(shè)計本著最大限度的節(jié)省人力物力為基礎(chǔ)，方便快捷為目的，加上高效低成本為原則對元件進行了選擇，經(jīng)過半年的設(shè)計本系統(tǒng)以較低的成本和優(yōu)越性得到的廣泛的好評，特別是采用了先進的“一總線”器件進行溫度測量體現(xiàn)了速度快|、精度高、測點多、布線少等諸多優(yōu)點，可以實現(xiàn)溫度的巡回測量和顯示，能對超標(biāo)的溫度及時準(zhǔn)確的報警并同時進行自動選擇性的調(diào)節(jié)處理，大大的提高了蔬菜的成活率以及大幅度減輕管理者的負擔(dān)，使蔬菜種植能獲得一種可觀的經(jīng)濟收益，是大棚蔬菜種植者的首選產(chǎn)品。半年的設(shè)計鍛煉了我的分析問題解決問題的能力，雖然本設(shè)計已經(jīng)完成，但其中也難免出現(xiàn)不足和漏洞，希老師和讀者指正。

參考文獻徐偉忠.計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用.麗水市科技局遠程教育直播中心,2004胡乾斌.單片微型計算機原理與應(yīng)用[M].華中科技大學(xué)出版社,1996楊振江.A/DD/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)與實用線路[M].西安電子科技大學(xué)出版社黃惠媛,李潤國.單片機原理與接口（自動化控制專業(yè)）[M].海軍出版社,2006楊金巖.8051單片機數(shù)據(jù)傳輸接口擴展技術(shù)與應(yīng)用實例[M].人民郵電出版社,2005胡學(xué)海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社,2005沙占友,王彥朋,孟志永.單片機外圍電路設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社,2003王新賢,蔣富瑞.實用計算機控制技術(shù)手冊[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社,2004周繼明，江世明，傳感技術(shù)與應(yīng)用[M],中南大學(xué)出版社,2005，68-89求是科技,單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航[M],人民郵電出版社,2004，45-58李朝清,單片機原理及接口技術(shù)[M],北京航空航天大學(xué)出版社,2003，67-89朱延釗，AD7705/7706的應(yīng)用[J]，國外電子元器件，2002,6:23-25王衛(wèi)平，電子工藝基礎(chǔ)[M]，電子工業(yè)出版社，2005彭其圣,劉松齡.單片機溫室大棚種植參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng).中南民族大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Interne