蔬菜大棚温度自动检测测验系统

1、蔬菜大棚的温度自动测控系统蔬菜大棚温度自动测试系统的设计摘要温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素， 温度过高或过低， 都会影响蔬 菜的生长。传统的温度控制是用温度计来测量， 并根据此温度人工来调节其温度。 但仅靠人工控制既耗人力， 又容易发生差错。 为此，现代的蔬菜大棚管理中通常 需要温度自动控制系统，以简单方便、快速的的控制大棚内的温度。 矚慫润厲钐瘗睞 枥庑赖。本设计以 AT89C51 单片机为控制中心，用 AD590 为温度检测元件，由温度 测量控制电路、键盘、显示电路、报警电路等组成，实现对大棚环境温度测量与 控制，用户可通过键盘设置需要报警的上下限值。 文中从硬件和软件两方面介绍

2、了温度控制系统，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。并用 Keil 作 为软件调试界面， PROTEUS 作为硬件仿真界面，实现了系统的总体调试，结果 表明该系统能实现温度的自动测量和自动控制功能， 可将棚内的温度始终控制在 适合蔬菜生长的温度范围内。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。该系统可扩展性强，配置简单，操作方便，具有通用性，有效地节省了人力 物力。关键词 AT89C51 单片机 AD590 温度传感器 越限报警 自动测控蔬菜大棚的温度自动测控系统TheDesign of the Automatic temperaturecontrol system in vegetable greenh

3、ouseABSTRACTFor the vegetable greenhouse, the most important management factor is the temperature control.If thetemperature is too high or too low, the vegetables will be killed or stopped growing.Traditional temperature control is suspended a thermometer in greenhouse internal, the workers can regu

4、late the temperature inside the greenhouse based on the temperature value.Now,the modern management of vegetable greenhouses usually uses automatic temperature to control syste残m骛.楼諍锩瀨濟溆塹籟。 The design use the AT89C51 microcontroller as the control center, withinAD590 for temperature detection elemen

5、t, including the temperature control circuit, keyboard, display circuit, alarm circuit,achieving the greenhouse environment, temperature measurement and control, the user can set the desired alarm through the keyboa酽rd锕. 极額閉镇桧猪訣锥。And using Keil as a software debugging interface, PROTEUS as hardware

6、emulation and debugging interface to achieve the overall system debugging, the results show that the system can realize automatic temperature measurement and automatic control, Socan always control the temperature of greenhouse for vegetable growths temperature range彈. 贸摄尔霁毙攬砖卤庑。This system can effe

7、ctively save human and material resources with strong scalability,simple configuration,operability and universal.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。KEY WORDS AT89C51 microcontrollerAD590 temperature sensor厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 control automaticallyII蔬菜大棚的温度自动测控系统III目录摘要 I 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。ABSTRACIIT鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1 绪论 1 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.1 背景及意义 1

8、 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。1.2 方案论证 2 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.3 方案组成 3 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。2 硬件电路设计 4 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2.1 AT89C51 单片机 4 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.1.1 AT89C51 内部结构 4 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.1.2 AT89C51 单片机的引脚 5 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.1.3 AT89C51 的最小系统 7 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.2 温度采集电路 9 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.2.1 AD590 温度传感器 9 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.2.2 温度采集工作原理 10 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。2.2.3 低通滤波

9、电路 12 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。2.3 A/D 转换电路 12 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2.3.1 A/D 转换器分类 12 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。2.3.2 ADC0809 芯片 13 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。2.3.3 ADC0809 与单片机的接口方式 16 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。2.3.4 A/D 转换电路的工作原理 16 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。2.4 按键电路设计 17 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。2.4.1 键盘的结构和工作方式 17 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。2.4.2 按键电路 18 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。2.4.3 按键电路的消抖 19 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。2.5 温度显示电路 20

10、氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。2.5.1 LED 数码管 20 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。2.5.2 LED 驱动电路 21 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。2.6 其它电路 22 谚辞調担鈧谄动禪泻類。2.6.1 电源电路 22 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。2.6.2 声音报警电路 23 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。2.6.3 光报警电路 23 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。3 软件系统设计 24 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。3.1 程序流程图及分析 24 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。4 仿真与分析 28 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。4.1 电路图绘制 29 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。30 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。4.2 PROTEUS与 KEIL 整合后

11、的电路仿真4.3 PROTEUS仿真结果 31 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。5 结论 34 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。致谢 36 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。参考文献 37 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。附录 38 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。蔬菜大棚的温度自动测控系统1 绪 论1.1 背景及意义蔬菜的生长与温度息息相关， 对于蔬菜大棚来说， 最重要的一个管理因素是温度 控制。温度太低， 蔬菜就会被冻死或则停止生长， 所以要将温度始终控制在适合蔬菜 生长的范围内。为此，智能的大棚温度控制系统已经成为农民的迫切需要。 骁顾燁鶚巯 瀆蕪領鲡赙。最早的蔬菜大棚的温度监控方法无非是温度计查看， 然后是人工处理， 实时性差 而且占用

12、大量的人工资源，又容易发生差错。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。传统的测温系统是在分立式温度传感器的基础上发展起来的。 测温点上由传感元 件，信号调理电路、 A/D 转换或 T/F 转换、单片机数据采集等组成一个完整的微机 系统；或采用独立式仪表测量单元，并通过串行口与上位机通讯、系统结构复杂、成 本较高。 由于这类传感器的主要缺点是外围电路比较复杂、 测量精度较低、 分辨率不 高、需经行温度校正等，虽然它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较 高的精度；测量范围广，可从 -501600进行连续测量。但它的体积较大，使用也 不够方便。 因此，分立式温度传感器逐渐被淘汰， 所以在其基础上发展起来

13、的温度测 控系统也逐渐被淘汰。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一、 测温误差小、价格低、响应速度快、 传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电 路简单。它是目前国内外应用最普遍的一种集成传感器。 因此有该类温度传感器构成 的温度测控系统也是应用最普遍的一类。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。智能温度传感器是在 20世纪 90 年代中期问世的。智能温度传感器是集成温度传 感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。 且它输出的是数字信号， 可以直接同 单片机相连接，具有克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和 A/D 转 换器的弊端的优点

14、。进入 21 世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线 标准化、 高可靠性及安全性、 开发虚拟传感器和网络传感器、 研制单片测温系统等高 科技的方向迅速发展。目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化。 因此智能温度传感器是蔬菜大棚温度自动测控系统的发展趋势。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。本设计的目的是让管理者能够及时的观测到蔬菜大棚内的温度， 将温度始终控制 在适合蔬菜生长的范围内，帮助农民提高农作物的产量，减少管理者的工作量。 峴扬蔬菜大棚的温度自动测控系统斕滾澗辐滠兴渙藺。1.2 方案论证在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温度自动控制系统， 以控制蔬菜大棚温度， 适 应生产需要，

15、 并以监控采大棚内各个角落的温度变化情况， 一旦出现异常现象就能报 警，并能及时处理。 但温度自动测控系统有好多种方案， 为此，需要进行讨论和比较， 以找到最佳的设计方案。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。（1）测量部分方案一：采用热敏电阻，可满足 4090的测量范围，但热敏电阻精度、重复 性、可靠性都比较差 ,对于检测小于 1的温度信号是不适用的。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。方案二：采用 DS18B20。它是 DALLAS 公司专利产品，在 20 75范围内精度 为 0.5，但是在此范围外的温度测量却误差较大，而且其串行数字输出方式采用软 件处理比较困难，开销也大。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。方案三：采用温度

16、传感器 AD590 。它具有较高的精度和重复性，相比于热敏电 阻精度有很大提高，非线性误差为 0.3，且检测温度范围为： -55 +155，完全 满足要求。 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。综上比较分析，选择方案三，以实现较好的温度测量实现。（2）显示部分方案一： LED 数码管显示，向每一个数码管发送数据，通过控制器控制显示顺 序，由于显示速度快，肉眼看不出闪烁，完成显示。但是占用控制器资源太多。 稟虛 嬪赈维哜妝扩踴粜。方案二： LCD 液晶显示，虽然其功耗低，体积小，抗干扰能力强，但易碎，控 制时序上麻烦。综合分析，虽然方案一占用的资源太多，但如果采用扩展 I/O 口的方法，是比方 案二可行的，因

17、此选方案一。（3）主机部分方案一：采用 89C51，其内部有 4KB 的闪烁存储器，且编码后以并行方式传输数 据。它的优点是方便实现，软件开销小。 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。方案二：采用 8051，其内部无片内程序存储器，因此，必须在片外扩展 EPROM。 综合分析，采用方案一以比较方便。蔬菜大棚的温度自动测控系统1.3 方案组成由方案论证得到，温度自动控制系统电路是以 AT89C51 单片机为控制核心来进 行整体设计的，并用集成温度传感器 AD590 为温度的检测元器件。因此，整个系统 的硬件部分包括温度采集放大电路、模数转换电路、按键电路、数码管显示电路、声 光报警电路等。本设计的基本框图如图

18、 1-1 所示。 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。图 1-1 设计框图蔬菜大棚温度控制系统的基本功能：1 温度检测：采用 AD590 温度传感器作为检测端。2 具有显示功能：利用数码管显示温度。3 具有用户输入功能：利用键盘输入对温度的上下限进行设置。4 具有报警功能：声光报警。5 具有自动加热制冷保护功能： 如果实际测定的温度值超过了系统设置的最高 温度，单片机就会发出命令， 进行制冷； 如果实际测定的温度值超过了系统 设置的最低温度，单片机会发出命令，进行加热；并伴随着声光报警。 钡嵐 縣緱虜荣产涛團蔺。6 蔬菜大棚管理人员可以随时查询采集过来的温度历史记录。蔬菜大棚的温度自动测控系统2 硬件电路设

19、计本设计的温度自动控制系统电路以 AT89C51 单片机为控制核心来进行整体设计 的。整个系统的硬件部分包括 AD590 的温度采样放大电路、 ADC0809 的模数转换电 路、按键电路、驱动电路、 LED 显示电路、声光报警电路、电源转换电路等。再配 上 C 语言的程序使软件得以实现，进而实现温度自动控制的基本功能。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。通过温度传感器对大棚中空气进行温度采集， 将采集的温度信号经放大滤波处理 后，送给 ADC0809 进行转换，在传输给单片机，由单片机控制数码管显示器，并比 较采集的温度与设定的温度范围是否一致， 如果超出设定的温度范围， 进行声光报警， 再驱动继电器对大棚

20、进行加热或降温处理。 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。2.1 AT89C51 单片机2.1.1 AT89C51 内部结构AT89C51单片机1内部包括一个 8位的 CPU，片内振荡器和时钟电路，由 4K字 节的 FLASH 存储器， 128KB 的数字存储器，四个 8位并行的 I/O 口，一个全双工串 行口，两个 16位的可编程的定时 /计数器， 6 个中断源， 3 个中断矢量，提供两个中 断优先级， 21个特殊功能寄存器，可寻址各 64KB 的外部程序存储器和数据存储器， 有位寻址功能和较强的布尔数据处理能力， 有两种软件可选的低功耗运行方式 （空闲 和掉电方式）。它的内部框图如图 2-1 所示。 呙

21、铉們欤谦鸪饺竞荡赚。蔬菜大棚的温度自动测控系统图 2-1AT89C51 的内部结构图2.1.2 AT89C51 单片机的引脚AT89C51的外形及引脚排列如图 2-2 所示。图 2-2AT89C51 的引脚排列图AT89C51 的引脚除了 VCC 和 GND 之外，按功能可分以下三类：1）时钟电路引脚：XTAL1 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 ：来自反向振荡器的输出。（2）I/O 端口引脚：P0口： 8位漏极开路双向 I/O口，每个引脚可吸收 8个 TTL 门电流。当 P0口的 管脚第一次写 1 时，被定义为高阻态输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可蔬菜

22、大棚的温度自动测控系统以被定义为数据 /地址的第八位。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。P1口：内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4个TTL 门电流。 P1口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低 电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。P2口：内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P2口缓冲器可接收，输出 4个TTL 门电流，当 P2口被写 1 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为 输入时， P2口的管脚被外部拉低， 将输出电流。 这是由于内 部上拉的缘故。 P2口当 用于外部程序存储器或

23、16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2口输出地址的高八 位。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。P3口：内部带 8个上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3 口写入 1 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口，如表 2-1 所示。表 2-1 P3 口的第二功能管脚第二功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2/INT0 （外部中断 0）P3.3/INT1 （外部中断 1）P3.4T0（记时器 0 外部输入）P3.5T1（记时器 1 外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器

24、写选通）（3）控制类引脚：RST：复位引脚。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间。ALE/PROG ：片外存储器地址锁存允许 /编程脉冲输入端。当访问外部存储器时， 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用 于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振 荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是： 每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在蔬菜大棚的温度自动测控系统SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行

25、 MOVX ，MOVC 指令是 ALE 才起作 用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器 周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时， 这两次有效的 /PSEN信号将不出 现。 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。/EA/VPP ：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 (0000H-FFFFH)， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时， 此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期

26、间，此引脚也用于施加 12V 编程电源( VPP)。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。2.1.3 AT89C51 的最小系统(1) 复位电路 复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其 作用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工 作。因此，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身不能自动复位的，必须配合 相应的外部复位电路才能实现的。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。当 89C51 通电，时钟电路开始工作，在单片机的 RST 引脚加上大于 24 个时钟周 期以上的正脉冲，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC 指向 0000H， P0P3输出口全部

27、为高电平，堆栈指针写入 07H，其他专用寄存器被清 0。RST 由高电平降 为低电平后，系统从 0000H 地址开始执行程序。 夹覡闾辁駁档驀迁锬減。单片机的外部复位电路有上电复位和按键手动复位两种。 上电复位利用电容器的充电来实现。 如图 2-3(a)所示，是单片机的上电复位电路。 上电瞬间，由于电容两端电压不能突变， RST 引脚为高电平出现正脉冲其持续时间取 决于 RC 电路的时间常数。 RST 引脚要有足够长的时间才能保证单片机有效的复位。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。按键手动复位电路，如图 2-3(b)所示，复位按键按下后，复位端通过 R10 这个小 电阻，与 VCC 电源接通，迅速放电，

28、使 RST 引脚为高电平，复位按键弹起后，电源蔬菜大棚的温度自动测控系统VCC 通过 R14 的电阻对电容 C1 重新充电， RST 引脚出现复位正脉冲，其持续时间 取决于 RC 电路的时间常数。 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。(a) (b)图 2-3 复位电路（2）时钟电路单片机的各个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准， 有条不紊的一拍一拍 的工作。因此，时钟频率直接影响到单片机的速度。 常用的时钟电路设计有两种方式， 一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。内部时钟方式： 89C51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器， 该高增益反相放大器的输入端为芯片

29、的引脚 XTAL1 ，输出端为引脚 XTAL2 。这两个 引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器，图 2-4 是内 部时钟方式的振荡器。 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。图 2-4 内部时钟电路外部时钟方式：是使用外部振荡器产生的脉冲信号， 常用于多片单片机同时工作，以便于多片单片机之间的同步，一般情况下，外部时钟源直接连到 XTAL1 引脚，蔬菜大棚的温度自动测控系统XTAL2 引脚悬空。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。3）最小系统单片机接上时钟电路和复位电路，就构成了最小系统，因此，最小系统如图 2-5 所示。图 2-5AT98C51 的最小系统2.2 温度采集电路温度检测电路由温度传

30、感器、 LM741 型运算放大器等构成。温度传感器将温度 变成电信号，通过放大器使得信号在 A/D 转换器的量程范围内放大，在单片机的控 制下， A/D 转换器完成信号的 A/D 转换，然后将转换后的数字信号送入单片机进行 数据分析与处理。 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。AD590 是电流输出型的集成温度传感器，具有测温误差小、动态阻抗高、响应 速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行 非线性校准。其工作电压范围较宽（ 430 V），测温范围为 55150 ，输出电阻 较大，长导线上的压降一般不影响测量精度，因此不需要专门的温度补偿电路。 榿贰 轲誊壟该槛鲻垲赛。2.

31、2.1 AD590 温度传感器AD590 是美国哈里斯公司的单片集成两端感温电流源，是电流型温度传感器， 通过对电流的测量可得到所需的温度值。在被测温度一定时， AD590 相当于一个恒 流源，AD590 的温度测量器是一种已经 IC 化的温度传感器， 它会将温度转换为电流， 由于此信号为模拟信号， 因此，要进行进一步的控制及数码显示， 还需要将此信号转 换成数字信号。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。AD590 产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为 430V ，可以承蔬菜大棚的温度自动测控系统受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；输出电阻为 710m；检测

32、的温度范围为 -55 +150，在该范围内，非线性误差仅为 0.3； 因此它有很好的线性输出性能，温度每增加 1，其电流增加 1A。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。AD590 测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温 度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合由于 AD590 精度高、价格低、不需 辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。表 2-2 表示 AD590 温度与电 流之间的关系。 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。表 2-2AD590 温度与电流的关系摄氏温度 / AD590电流/ A经 10K电压 /V0273.22.73210283.22.83220293.22.932

33、25298.22.98230303.23.30240313.23.13250323.23.23260333.23.33290363.23.632100373.23.7322.2.2 温度采集工作原理因为 AD590 是将温度转换为电流， 而单片机对电压信号更好测量， 所以要将电 流转换为电压， 同时对电压信号进行放大， 之后输入给 A/D 转换器 ADC0809 的 D0 D7 端口，其电路如图 2-6 所示。 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。10蔬菜大棚的温度自动测控系统图 2-6 温度采集放大电路8 路温度采集电路均采用集成温度传感器 AD590。AD590 的温度系数为 1A /K， 与绝对温度成

34、比例。由于人们通常习惯于对摄氏温度的读数，所以使用 AD590 要进 行零点迁移 3。 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。第一个步骤：先调可变电阻 VR2，如以 0为参考点，则应使其电压输出为 2.73V； 如以 25为参考值，则应使其电压输出为 2.98V。第二个步骤：调节可变电阻 VR3， 使 0时 OPA2 的输出为 2.73-2.73=0V ；而 25时 OPA2 的输出为 2.73-2.98=-0.25V （反相）（零为调整）。第三个步骤：调节 VR1 使 OPA3 放大五倍，如 OPA3 的输入 为-0.25V，则 OPA3的输出为 1.25V。各个整温度数与 3个 OPA及 ADC0809

35、的输入 和输出的关系如表 2-3 所示。 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。表 2-3 温度与 3个 OPA 及 ADC0809 的输入和输出的关系表温度值OPA1OPA2OPA3ADC 输入02.732V0V0V0V102.832V-0.1V0.5V0.5V202.932V-0.2V1V1V303.032V-0.3V1.5V1.5V403.132V-0.4V2V2V503.232V-0.5V2.5V2.5V603.332V-0.6V3V3V703.432V-0.7V3.5V3.5V803.532V-0.8V4V4V903.632V-0.9V4.5V4.5V1003.732V-1.0V5V5V11蔬菜大棚

36、的温度自动测控系统2.2.3 低通滤波电路 由于温度传感器采集到的信号中能夹有高频的噪声信号和干扰信号， 在经过放大 后，这样的信号会对采集的结果和转换的结果产生很大的误差和不良的后果。 无限增 益低通滤波器既可以将高频信号除去。其电路如图 2-7所示。 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。图 2-7 无限增益低通滤波电路2.3 A/D 转换电路由于温度是一种模拟信号， 则由信号采集电路采集的信号是一种模拟信号， 而且 频率很低， 但是单片机所识别的是具有高低电位的数字信号， 这就要求在信号处理中 必须把模拟信号转换成数字信号从而输出给单片机处理。 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。2.3.1 A/D 转换器分类A/D

37、 转换器是把模拟量转换成数字量的器件，简写为 ADC 。ADC 的品种繁多， 按工作原理， ADC 分为以下几类。 浹繢腻叢着駕骠構砀湊。（1）并行式和并 /串式 ADC并行式 ADC 速度最高，但电路复杂，一般是 8 位以下，除要求转换速度特别高的场 合外，一般较少使用。并 /串式 ADC 是并行与串行相结合的 ADC ，它的速度也很高， 但比并行式 ADC 慢一些，电路也相对简单一些，价格也低一些，是速度与电路复杂 程度一个较好的折衷，用的比较多。 鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。（2）逐次逼近式 ADC这种 ADC 转换速度中等，精度高，但抗干扰能力不强，价格不高，是工业控制 中用的最多的一种。（

38、3）双积分式 ADC这种 ADC 转换速度慢，精度高，而且抗干扰能力强，价格低，适用于要求抗干扰能12蔬菜大棚的温度自动测控系统力强，但对速度要求不高的场合，如数字电压表或参数变化缓慢的控制系统和参数。惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。（4）计算比较式 ADC这种 ADC 也称为反馈比较式、跟踪比较式、随动系统式或计算式 ADC 。 这种 ADC 电路简单，价格低廉，但它的速度慢，精度不高，抗干扰能力差，因此不 常用。因此，本设计将采用逐次逼近式 ADC 。这里选用 8 路 8 位逐位比较式 A/D 转 换器 ADC0809，实现模拟量向数字量的转换。 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。2.3.2 ADC0809 芯

39、片ADC0809 是采样分辨率为 8 位的、以逐次逼近原理进行的 A/D 转换器件。内有 一个 8 通道多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它由比较器、逐 次逼近器、 D/A 转换器及控制和定时 5 部分组成，输出具有 TTL 三态锁存缓冲器， 可以直接连到单片机数据总线上。 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。（1）ADC0809 的内部逻辑结构由图 2-8 可知， ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路 模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A

40、/D 转换完的 数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 薊镔竖牍 熒浹醬籬铃騫。13蔬菜大棚的温度自动测控系统图 2-8ADC0809 的内部结构8 路模拟开关用于输入 IN0IN7 上的 8 路模拟电压。地址锁存和译码器在 ALE 信号控制下可以锁存 ADDA 、ADDB 、ADDC 上的地址信号， 经译码后控制 IN0IN7 上哪一路模拟电压送入比较器。例如，当 ADDA 、ADDB 、ADDC 上均为低电平 0 且 ALE 为高电平时， 地址锁存和译码器输出， 使 IN0 上模拟电压送到比较器输入端。 逐次逼近寄存器和比较器 SAR 在 A/D 转换过程

41、中存放暂态数字量， 在 A/D 转换完成 后存放数字量，并可送到三态输出锁存器锁存。 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。三态输出锁存器和控制电路用于锁存 A/D 转换完成后的数字量。 CPU 使 OE 引 脚变成高电平就可以从三态输出锁存器取走 A/D 转换后的数字量。控制电路用于控 制 ADC0809 的操作过程。 绅薮疮颧訝标販繯轅赛。（2）ADC0809 引脚结构图 2-9 ADC0809 引脚图14蔬菜大棚的温度自动测控系统由图 2-9知， ADC0809共有 28个引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能如下：D7 D0： 8位数字量输出引脚。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直 接相连。 D

42、0为最低位， D7为最高位。 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。IN7IN0(8条)：8 位模拟电压输入线，用于输入被转换的模拟电压。ALE ：地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译 码器将 A ，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后，被选中的通道的模拟 量进入转换器进行转换。 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。START：A/D 转换启动信号输入端。 START 上升沿时，复位 ADC0809； START 下降沿时启动芯片，开始进行 A/D 转换；在 A/D 转换期间， START 应保持低电平， 简写为 ST。 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。A、B、C：通道端口选择线。 A 为

43、低地址，C为高地址，引脚图中为 ADDA ，ADDB 和 ADDC 。其地址状态与通道对应关系见表 2-4。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。表 2-4 地址状态与通道对应关系CBA选择的通道CBA选择的通道000IN0100IN4001IN1101IN5010IN2110IN6011IN3111IN7CLK ：时钟信号输入端。 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界 提供，通常使用频率为 500KHz 的时钟信号。 踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。EOC：转换结束信号输出引脚。 EOC=0，正在进行转换； EOC=1，转换结束。 使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。

44、婭鑠机职銦 夾簣軒蚀骞。OE：输出允许控制端。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻； OE=1，输出转换得到的数据。 譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。VCC ：+5V 工作电压。GND：地。Vref ：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较， 作为逐次逼近的基准。 其典型值为 +5V(Vref(+)=+5V , Vref(-)=-5V) 。 俦聹执償閏号燴鈿膽賾。15蔬菜大棚的温度自动测控系统ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V ，若信号太小，必须 进行放大； 输入的模拟量在转换过程中应该保持不变， 如若模拟量变化太快， 则需在

45、输入前增加采样保持电路。 缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。2.3.3 ADC0809 与单片机的接口方式 有上面的简述，可以看出，用单片机控制 ADC 时，可采用查询和中断控制两种方式 11。查询方式是在单片机把启动信号送到 ADC 之后，执行别的程序，同时对 0809 的 EOC引脚的状况经行查询，以检查 ADC 转换是否已经结束，如查询到变换已经结束， 则读入转换完毕的数据。 骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。中断控制方式是在启动信号送到 ADC 之后，单片机执行别的程序。 0809 转换结 束并向单片机发出中断请求信号时， 单片机响应此中断请求， 进入中断服务程序， 读 入转换数据。中断控制方式效率高所以特别

46、适合于转换时间较长的ADC 。癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。因此在本设计中，采用中断控制方式使 ADC0809 与单片机相接。 ADC0809 与单片机的连接电路如图 2-10 所示。2.3.4 A/D 转换电路的工作原理由图 2-10可知，ADC0809的 A/D 转换结果输出端 out8-out1与单片机的 P0口相 连，EOC 与 P3.3口相连， EOC 端是 A/D 转换完成信号，当转换结束时， EOC 发出 一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断请求。单片机的 WR 接 ADC080916蔬菜大棚的温度自动测控系统的 START ，来操作 ADC0809 的转换开始，当转换结束后 E

47、OC 变低电位。 鑣鸽夺圆鯢齙 慫餞離龐。在此次的设计中由于有 8 路信号输入，所以在通道选择有 A、B、C三引脚来选择。 其多路开关的作用主要是用于信号切换 , 如在某一时刻接通某一路检测信号 , 而此刻 其他路断开 , 从而达到信号转换的目的。 由于 ADC0809 的 CLK 的时钟频率经常用的 是 500KHz ，所以在必须从单片机的时钟脉冲进行分频后才行，在分频中，如果单片 机的晶振是 6MHz ，那么就用 D 触发器进行二分频即可。 榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。2.4 按键电路设计按键是一组按压式开关集合， 是微机系统不可缺少的输入设备， 用于输入数据和 命令。键盘的每一个按键都被赋予一

48、个代码， 称为键码。 键盘系统的主要工作包括及 时发现有案件闭合，求闭合键的键码。根据这一过程的不同，键盘可以分为两种，即 编码键盘和非编码键盘。 编码键盘是通过一个编码电路来识别闭合键的键码， 非编码 键盘是通过软件来识别键码。 由于非编码键盘的硬件电路简单， 用户可以方便的增减 键的数量，因此在单片机中应用广泛。这里主要介绍非编码键盘的接口电路。 逊输吴贝 义鲽國鳩犹騸。2.4.1 键盘的结构和工作方式（1）非编码键盘结构 非编码键盘可以分为两种结构形式：独立式按键和行列式按键。独立式按键：是指直接用 I/O 口线构成单个按键电路，每一个按键占用一条 I/O 口线，每个按键的工作状态不会产

49、生相互影响。图 2-11 所示为一种独立式按键电路， 当图中的某一个按键闭合时，相应的 I/O 口线就变成低电平。当程序查询到为低电平 的 I/O 口线时，就可以确定处于闭合状态的键。 幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉。行列式键盘：将 I/O 口线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行 线和列线的交叉点上，这就构成了行列式键盘。 誦终决懷区馱倆侧澩赜。17蔬菜大棚的温度自动测控系统图 2-11 独立式按键（2）键盘的工作方式在单片机应用系统中， 非编码键盘由 CPU 通过键盘处理程序完成整个工作过程。 相对 CPU 来说，按键闭合是随机发生的，按键处理程序能够及时捕捉倒闭合的建， 并求出其键码。

50、 按照这一过程的不同， 非编码键盘的工作方式可以分为程序扫描方式 和中断扫描方式。 医涤侣綃噲睞齒办銩凛。程序扫描方式：在一般情况下，在单片机应用系统中，按键处理只是 CPU 工作 的一部分。为了能及时发现有按键按下， CPU 必须不断调用键盘处理程序，对键盘 进行扫描，因此称为程序扫描方式。 舻当为遙头韪鳍哕晕糞。中断扫描方式：在程序扫描工作方式中，为了能及时响应键盘输入，需要不停的 对键盘进行扫描，即使没有键操作时，也要不停的对其进行扫描，这就浪费了大量 CPU 宝贵的时间，为了提高 CPU 的效率，在电路中增加适当的电路， 当有键闭合时， 产生中断请求信号。在中断服务子程序中进行去抖动、

51、求键码和处理重建等工作。 鸪 凑鸛齏嶇烛罵奖选锯。独立式按键的电路的结构和处理程序简单，扩展方便，但占用的 I/O 口线相对较 多，不适合在按键数量较多的场合下采用。但本设计就有三个按键，共需要三个 I/O 口线，占用的口线不多，因此可采用独立式按键，为了提高 CPU 的效率，应采用中 断扫描方式，因此键盘结构采用的是独立式中断扫描结构。 筧驪鴨栌怀鏇颐嵘悅废。2.4.2 按键电路图 2-12 所示为中断扫描方式的接口电路。 键盘电路的行线与单片机的 P2.4、P2.5、 P2.6 直接相连，列线与一个与门的三输入端相连，与门的输出端与单片机的 /INT0 相 连接。当 P2.4、P2.5、P

52、2.6 全为 0 时，若无键闭合， /INT0 保持高电平；若有键闭合 时， /INT0 变成低电平， CPU 开中断，进而产生中断，转向中断服务程序。 S2 按键18蔬菜大棚的温度自动测控系统是温度设定模式， S3 按键是温度的加一模式， S4按键是温度的减一模式。韋鋯鯖荣 擬滄閡悬贖蘊。2.4.3 按键电路的消抖 键盘中按键的开关状态，通过一定的电路转化为高、低电平状态，如图 2-13 所 示。按键闭合过程在相应的 I/O 口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的 过程才能达到稳定，这一过程处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖 动持续时间的长短与开关的机械特征有关，一般在

53、 5ms10ms 之间。为避免 CPU 多 次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。 涛貶騸锬晋铩锩揿宪骟。消除抖动的方法有两种，一种是采用硬件电路来实现，如用滤波电路和双稳态电 路等；另一种实用软件来实现，即当发现有按键按下时，延时10ms 20ms，再查询是否有按键按下， 若没有按键按下， 说明上次查询结果为干扰或者抖动； 若仍有按键 按下，则说明闭合键已稳定，即可判断其键码。 钿蘇饌華檻杩鐵样说泻。图 2-13 按键闭合时输出电压波形19蔬菜大棚的温度自动测控系统2.5 温度显示电路为了方便管理者能明确的观察到某一路的温度， 这里要有显示电路， 共有六个数码管， 两位是用来显示设定的最

54、高温度， 两位用来显示设定的最低温度， 两位是用来显示当 前某一路的温度。 戧礱風熗浇鄖适泞嚀贗。2.5.1 LED 数码管(1)数码管的结构和类型LED 数码管是由发光二极管构成的数码显示器，内部用 7 个发光二极管组成字符 的七段，每段用小写英文字母表示， 主要用来显示 09 这 10 个数字，也可以某段英 文字母或符号。图 2-14(a)是数码管结构和引脚结构。如果数字后面有小数点则七段 就不够用了，所以又增加了一个发光二极管，用来显示小数点，用字母dp 表示。購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳。按内部发光二极管的接法的不同，将 LED 数码管分为共阳型和共阴型两类。共阳型数码管内部的 8 个发光二极

55、管的阳极均连在一起，共阴型的则是阴极全部连在一b)共阴极图 2-14 数码管c)共阳极起，如图 2-14(b)(c)所示。 嗫奐闃頜瑷踯谫瓒兽粪。a) 外形对于共阳极数码管来说，在使用时要将它们的公共阳极引脚通过一个限流电阻与 电源的正极相连， 然后是某些段二极管的阴极接低电平， 这样，数码管就会显示某一 个数字，也就是说，共阳型数码管的段码值为 0 时，该段发光。 虚龉鐮宠確嵝誄祷舻鋸。对于共阴型数码管来说，正好与共阳型数码管相反。LED 数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似， 只是正向压降较大， 正向电阻也较大。 在一定范围内， 其正向电流与发光亮度成正比。 由于常规的数码管

56、起辉电流只有 12mA ，最大极限电流也只有 1030mA，所以它的输入端在 5V 电20蔬菜大棚的温度自动测控系统源或高于 TTL 高电平 （3.5V）的电路信号相接时， 一定要串加限流电阻， 以免损坏器件。與顶鍔笋类謾蝾纪黾廢。（2）数码管的显示类型LED 数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。 静态显示 静态显示技术就是当数码管显示某一字符时 ,相应的发光二极管连续恒定地处于 点亮或熄灭状态 ,直到更换显示内容为止。采用这种显示方式占用的硬件资源多，以 七段 LED 显示器为例，如果用软件进行字段译码，每显示一个字符就需要一个锁存 器，如果用硬件进行字段译码， 每显示一个字符就需要一个锁存译码器。 静态显示的 数码管由于连续地工作， 因此功耗大，但程序简单， 亮度高。随着高度数码管的出现， 动态显示同样可以达到很好的显示效果， 所以在多数应用情况， 不会采用静态显