养殖场光照强度控制与调节系统设计与仿真(徐超)要点

1、微外找冬吃本科生毕业论文（设计）题 目：养殖场光照强度控制与调节系统设计与仿真姓名：徐超学院：理学院专 业：电子科学与技术班级：2009 级（1）班学号： 学86090133指导教章毛连 职称： 教授师：2013年05月20日安徽科技学院教务处制安徽科技学院学士学位论文摘要现代化养殖场需要为家禽（如蛋鸡和肉鸡）创造适宜光照与温度环境、提供 适量食物、减少外界干扰，而光照强度就成为提高家禽生长发育和产蛋率不可忽 略的因素。因此光照强度调控设备就成为养殖场不可或缺的装置。本设计以 AT89C5弹片机最小系统为核心，选用硫化镉光敏电阻来采集光强，将光强显示 在LCD1602M示器上，并通过DAC08

2、08专换器和电机分别控制灯泡及遮光帘， 最 终能够实现蛋鸡养殖场内的光照度按照设定值自动调控。经过系统仿真，达到了调控蛋鸡养殖场光照强度的要求。本设计电路结构简单、实用性较强、操作简便， 具有一定的市场推广价值。关键字：养殖场；光照强度；光敏电阻；AT89C52 A/D转换器I养殖场的光照强度控制与调节系统设计与仿真AbstractModernization need for poultry farms, (such as laying hens and chickens) to create appropriate illumination and temperature environme

3、nt, to provide adequate food, reduce interference, and the intensity of light is raising poultry growth and rate factors cannot be ignored. So the light intensity control equipment becomes an indispensable device farms. This design by AT89C52 single chip microcomputer minimum system as the core, sel

4、ects the cadmium sulfide photo resistance to gather light intensity , the intensity of light show on the LCD1602 display ,and through the DAC0808 converter and motor control lights and window blind respectively ,finally able to laying hens breeding field of light automatic control according to the s

5、et value. Through the system simulation, has reached the requirement of regulating the laying hens farm light intensity. This design circuit structure is simple, practice, easy to operate, has certain market value.Keywords: Farms; Light intensity; Photosensitive resistance; AT89C52; A/D converter#安徽

6、科技学院学士学位论文目录第一章.绪论1.1.1 研究背景与意义1.1.2 国内外研究现状2.1.3 研究内容与框架 2.第二章.系统概念设计3.2.1 概念设计3.2.2 系统主要器件 5.第三章.系统硬件设计 .113.1 单片机最小系统模块 123.2 1602显示模块1.63.3 光采集模块 1.63.4 控制灯泡模块1.63.5 控制遮光帘开与关模块 1.8第四章.系统软件设计 184.1 程序设计思路1.94.2 设计流程图 1.9第五章.系统仿真215.1 仿真205.2 调试26第六章.总结与展望276.1 总结276.2 展望27致谢：286.3 献:29附录：30iii养殖场

7、的光照强度控制与调节系统设计与仿真图表清单图2.1概念设计流程图 4图2.2AT89C52单片机5图2.3光敏电阻光照特性曲线 6图2.4ADC0832转换器7图2.5读取程序流程图 8图2.6LCD1602 液晶显示器 8图2.7DAC0808转换器9图2.8DAC0808引脚连接图 10图3.1系统硬件电路图 11图3.2单片机最小系统 11图3.3单片机复位电路13图3.4单片机晶振电路13图3.5LCD 显示电路 14图3.6光采集电路15图3.7控制灯泡电路15图3.8电机控制电路16图4.1系统设计流程图 18图5.1系统仿真流程图 20图5.2灯泡亮起、电机正转图 21图5.3较

8、低光强图21图5.4灯泡熄灭、电机反转图 22图5.5较高光强图22图5.6灯泡亮起、电机不转图 23图5.7适宜光强图23图5.8灯泡熄灭、电机不转图 24图5.9适宜光强图 24图5.10 Keil 软件调试截图25#安徽科技学院学士学位论文第一章绪论1.1 研究背景与意义现代养殖场光强调控系统是其控制系统中一个重要环节。光照的强弱对家禽 的生长、发育和产蛋的质与量具有直接的影响，特别对近十来年迅速发展壮大起 来的养蛋鸡、肉鸡、肉鸭等家禽产业的经济利益产生较大影响。 鸡与其它家畜相 比，对光有较高的敏感性，以蛋鸡为例，介绍光照强度对蛋鸡的生理影响。 适宜的 光照时间与强度可以刺激蛋鸡性成熟

9、并促使其排卵，提高蛋鸡的产蛋量。光照过强的条件下会使神经系统一直处于高度紧张状态，会破坏鸡体内的生理平衡，造成机体内激素分泌失常，鸡兴奋性增加、好动不安，甚至会造成严重的脱肛、啄 癖和神经质，从而导致育雏期蛋鸡的修饰行为、寻食行为、饮水行为、站立行为 和走动行为随着光照强度的增加而增加，趴卧行为随着光照强度的增加而减少。 这些行为的增强是蛋鸡对强光性刺激产生的一种本能反应。同时光照强度突然增强时，会使鸡群的破壳蛋、畸形蛋、阮皮蛋等明显增多，鸡的猝死率升高；至于 采食行为次数随着光照强度的增加而减少的原因，可能是由于持续的强光作用于 丘脑后使体内肾上腺素和皮质激素分泌增加 ，在肾上腺合成肾上腺皮

10、质酮，使鸡 群心理上表现烦躁不安，影响采食。光照过低会使鸡的采食量减少，饮水下降， 妨碍生产，最终影响蛋鸡产蛋的质与量。光照因素包括光照强度、光照周期和时 问，而本设计仅仅是对光照强度方面进行控制和调节。现阶段我国蛋鸡养殖业多数是采用开放或半开放式，而对于开放式或半开放 式的鸡舍，可以采用人工补充光照和自然光照相结合的方式。 当自然光照强度充 足时，不需要人工光照；只有当自然光照强度不足的时候 ，才采用人工光照进行 补充。养殖场内的光照强度常常低于室外光照。 尤其在高纬度地区，本来光照强 度弱、日照时间短，养殖场房内的光照强度更差，对蛋鸡产蛋产量影响就更大。 所以养殖场场房内光照条件是蛋鸡生产

11、的主要问题， 通过本设计可以提高蛋鸡的 产量和质量，也能提高蛋鸡养殖户的经济效益，带动我国蛋鸡养殖业的专业化和 自动化。本系统虽然功能不多，精度不高，但其实现了控制光强的基本要求，满 足了实际需求，同时降低了成本，适用于中小规模的养殖场，与低端的蛋鸡养殖 场灯光控制器相比，功能比较完备，控制效果会较好。1.2 国内外研究现状科学技术是第一生产力，随着社会的不断发展、科技的不断进步以及人们生 活水平的普遍提高，现代社会工业、生活等自动化、信息化要求越来越高，单片 机的应用领域也越来越广，在人们的工作、生活中相当重要。各种各样方便于生 活的自动控制系统进入了人们的生活。国外一些大型的蛋鸡养殖场对鸡

12、舍光照强 度调节与控制设备的需求量急剧增加，促使一些发达国家的鸡舍光照强度调节与 控制设备的制造迅速发展起来，并且开始向自动化、智能化发展。20世纪90年代以后，随着电子与计算机等高新技术的发展， 蛋鸡场光照强度的调控也得到了 发展，鸡场光照强度调节与控制设备制造产业逐渐发展成为一项新兴的产业。美国和加拿大等发达国家都致力于提高自动化程度的辅助设备而研究和开发可以 帮助用户进行管理，其中光照调控系统已经普遍得应用于国外的现代化养鸡场 中，在这方面的研究他们领先于我们。国外的鸡舍光照强度调控设备在设计的过 程中，不仅要求系统有良好的调控效果，而且要求重视能源和人力资源的节约1。对比国外的一些发达

13、国家，我国家禽养殖业的生产水平还处于快速追赶阶 段，有较大的发展空间，而蛋鸡养殖场的光照问题是养鸡行业普遍要解决的问题。 所以近年来，以单片机为核心开发了以蛋鸡日龄为基准的光照控制设备，现以投入批量生产，初步实现了蛋鸡养殖场光强的自动化和智能化控制。但大多数的控制设备必须由工作人员手动操作或机电式操作，自动化水平比较低。尤其是我国的蛋鸡养殖大都以中小型为主，鸡舍的形式以半开放式和开放式为主，这也加大 了我国畜禽养殖业生产自动化的困难。 但是，只要养殖户、科研人员及政府给予 重视，努力提高家禽养殖业的生产水平，就能缩小与发达国家的差距。1.3 研究内容与框架本论文研究内容为：养殖场光照控制是多种

14、学科混合的技术， 本设计以单片 机技术和传感器技术为基础，结合了计算机技术、和畜禽养殖等技术。本设计操 作起来灵活方便，实现了光的检测和控制，通过 C语言编程，完成了养殖场光 照控制系统的软件开发，能顺利进行光照的控制试验 ；并且在电脑上用软硬件联 调进行了运行实验，试验取得了成功。主要研究内容如下 ：以AT89C52单片机为 控制的核心，ADC0832专换器模块对光照强度进行采集和处理，DAC0808专换器对灯泡灯进行控制，1602液晶显示器对光强度进行显示，以及电机对遮光帘的 控制，最终实现养殖场光照强度的自动调节与控制。本论文框架包含六个章节：第一章为绪论，包括研究背景与意义、国内外研

15、究现状和研究内容与框架；第二章为系统概念设计，包括系统从实际情况出发考 虑其概念设计的介绍、电路中的主要元器件介绍；第三章为系统硬件设计，包括 总体及各个模块介绍。第四章为系统软件设计，对本文编写程序的过程进行了介 绍；第五章为系统仿真，对电路三种情况的仿真结果进行了分析说明； 第六章为 本文的总结与展望。35第二章系统概念设计2.1 概念设计现在我国大多养鸡场都采用自然光的制度，这样的光照制度可以节约资金和 能源，但对鸡场的最大效益的发挥却有所限制。 作为养鸡场要想让各种资源得到 充分发挥，尽可能挖掘蛋鸡的产蛋潜力，就必须采用自然光照和人工补光相结合 的光照制度。所以本设计就是基于自然光与人

16、工补光与遮光机制进行模块设计。蛋鸡性腺发育会直接受到光照强度的影响，在其发育期间光照会影响小鸡的 发育与成活率。育成期间光照强度会影响鸡的采食量和脱肛、啄癖的发生，最终影响鸡的产蛋量。所以根据蛋鸡不同阶段的光照基本需求和自然光照规律及季节 变化，我们可以适当调整补光的要求，10周龄以前的小鸡，其生殖系统对光照不 太敏感，为方便管理，最初几天可以适当延长一些，以后可利用自然光照，10一20周龄的鸡生殖系统对光照逐渐敏感。试验证明，对蛋鸡来说5 Lux的光照强度就很足够了，但鸡舍设备样式多样化，降低了光照强度，尤其在笼养的鸡舍内， 对产蛋鸡的影响就很大。出壳至3日龄光照弓S度保持20 Lux, 4

17、日龄至18周龄光照 强度为47 Lux,至18周龄以后光照强度为10 Lux。本设计是基于4日一18周龄 产蛋鸡对光照的要求，其最高光照强度阈值为 7 Lux,最低光照强度阈值为4 Lux 2 o结合蛋鸡对光照强度的具体要求，该设计主要由四个部分组成：第一个部分实现光采集与转换模块,即用光敏电阻感应光强，ADC0832专换器将光敏电阻的电压信息发送给第二部分。第二个部分为光强处理模块，即将第一部分送来的电压信息通过单片机处理 转换为光照强度信息，将此光强信息发送给第三部分并且给第四部分发送相应的 高低电平。第三个部分为光强显示模块，即将第二部分送来的光强值显示出来。第四个部分为补光、遮光模块，

18、即根据第二部分送来的信息使灯泡和遮光帘 作出变化。具体如下，光强采集模块中的硫化镉（CdS光敏电阻用来感应入射光的强 度变化，将光敏电阻与一定值电阻串联接入电路，当外界光照强度发生变化时引起光敏电阻值的变化，从而影响其与定值电阻的分压情况，因此电路中各点的电 压值就会发生变化，用A/D转化芯片检测电路中电压的变化，其中A/D转换选用 ADC0832K片彳乍为A/D转换芯片，进行模拟信号向数字信号的转换，用于数据的 运算处理，送给单片机进行处理并输出给 LCD1602M示出来光强变化趋势，同时 单片机控制DAC0808专换芯片控制灯泡的亮与灭以及遮光帘的上下移动。概念设 计流程图与总体设计框图如

19、下图 2.1所示：匕 A/D转涣器 二二 LCD显示复位电路口=D/A转换器二 灯光控制晶振电路图2.1概念设计流程图2.2 主要器件本论文所研究的养殖场光照控制系统硬件模块按功能大致可以分为以下几个 部分：单片机最小系统模块、光采集模块、1602显示模块、控制灯泡的模块、 控制遮光帘开与关模块。元器件主要有光敏电阻LDR ADC0832专换器、AT89C52 单片机、LCD1602夜晶显示器、DAC0808专换器、步进电机。主要器件介绍如下：(1) AT89C52I片机AT89C52是一个低功耗，高性能的 CMOS 8a微控制器，引脚丰富，位控能 力强。片内含8KB的可编程Flash存储器5

20、12字节RAM可反复擦写的Flash 只读程序存储器(ROM和256B的随机存取数据存储器(RAM。该单片机兼容标 准MCS-51指令系统，由于单片机具有体积小，性价比高且易于产品化等优点， 在智能仪器、机电产品一体化、工控测控等领域得到了广泛的应用3。AT89C52单片机见下图2.2所示：AT89C52sl脚说明如下：A主电源引脚VSS （接地）和VCC （+5V）;R外接晶振弓I脚XTALW XTAL2C、控制或与其它电源复用引脚 RST ALE/PRO及EA/VPP;D 输入/输出引脚 P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7。技术性能描述如下：1、

21、兼容MCS5指令系统；2、8k可反复擦写（大于1000次）Flash ROM;3、32个双向I/O 口；4、256x8bit 内部 RAM5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHZ；7、2个串行中断，可编程UARW行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；AT89C52II片机为8位通用微处理器，标准的C51内核，在内部功能及管脚 排布上则与通用的8XC52相同，共40个引脚。主要的常用引脚有XTAL 1（19脚） 和XTAL2（18脚）,为晶体振荡器的输入和输出端口， 外接12MHz晶振；RST/Vpd （9脚）为复位输入端口，外接电阻

22、电容组成的复位电路，当单片机复位引脚为高电平且保持时间2us时单片机复位。VCC（40脚）和VSS （20脚）为供电端 口，分别接+5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软 件定义，在使用时应注意单片机P0 口的驱动能力较弱，如果无法正常驱动外设， 应加上合适的上拉电阻再使用4。（2）光敏电阻利用光电导效应制成的最典型的光电导器件是光敏电阻。光敏电阻的种类繁多，主要由其所使用的材料决定。本文中光敏电阻选用硫化镉（ CdS,硫化镉是 在可见光区用的非常广泛的一种光电导材料。单晶CdS的响应波段为 0.3um-0.5um,多晶CdS的响应波段为 0.3um-0.8um。光敏电

23、阻器在电路中用字 母 “R” 或 “RL”、“RG” 表示。光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小，在无 光的情况下，光敏电阻的阻值很高一般在 1 MQ以上；有光线射入时，当光子能 量大于其半导体材料的禁带宽度（Eg）的能量，则半导体材料中的电子吸收一个 光子的能量便成为导体，进入的光子的数量随着光照强度增大而增大，于是半导 体中的电子变为可导体的数量就越多，导电能力也就越好，即光敏电阻的阻值就越小。当光照消失后，电子与空穴逐渐复合，光敏电阻便恢复其不可导的状态， 阻值急剧增大5。图2.3光敏电阻光照特

24、性曲线光电特性是指在光敏电阻两级电压固定不变时， 光照度与电阻的关系。不同 材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。 硫化镉光敏 电阻光照特性曲线如图2.3所示：E/Lux（3） ADC0832专换器ADC083就换器为8位分辨率的A/D转换芯片，其最高分辨率可达256级，能满 足大多数的模拟量转换要求。它的内部电源电压与参考电压的复用， 使得芯片的 模拟电压输入值在05d间。芯片转换时间为32 S,通过双数据输出可作为数 据校验达到减少数据误差的目的，转换的速度较快且稳定性好。同时独立的芯片 使能输入，在有多个器件连接和处理器控制时显得更加方便。通过 DI数据输入 端，能

25、很容易的实现通道功能的选择。ADC083就换器技术性能如下：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平和TTL/CMOS具有较好的兼容性；电源供电时输入电压在05V之间，功耗一般为15mW一般工作频率为250KHz转换时间为32 pS;8P、14-DIP （双列直插）、PICC多种封装；商用级芯片温宽为0 C to +75 0 C,工业级芯片温宽为-40 C to +85 C;ADC0832K片图如下图2.4所示：U1-CSVCC- CHOCLK-g- 2CH1DI- GNDDOADC0832图2.4 ADC0832转换器芯片接口说明：Cs片选使能，低电平芯片使能。CH0模拟输入通道0 ,或作

26、为IN+/-使用。CH1模拟输入通道1 ,或作为IN+/-使用。GND芯片参考0电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK芯片时钟输入端。VCC电源输入及参考电压输入（复用）。一般情况下，ADC083通过四条数据线与单片机相联，分别是 CS CLK DO DI。由于DOf DI不同时进与单片机进行通信，固可接到同一管脚上。ADC0832 未工作时，使能端C能高电平，芯片被禁用CLK和DO/DI的电平可任意；当需要 A/D芯片开始工作时，将CSS低，并使其一直保持低电平状态至芯片工作结束。 与此同时，CL端从处理器接收时钟脉冲信号，芯片在时钟信号与指令

27、的控制下 进行A/D的采集与转换工作。当DR D1两位数据为“ 0”、 “0”时,将CH祚为正/&入端IN+, CH作为负 输入端IN-进行输入。当两位数据为“ 1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。 当两位数据为“ 0”、“1”时，将CH祚为负/&入端IN- , CH1作为正输入端IN+ 进行输入。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH进行单通道转换。最终要将CS 置高电平禁用位，对转换后的数据直接进行处理就可以了60ADC0832的数据读取程序流程如下图2.5所示：图2.5读取程序流程图(4) LCD16021晶显示器1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、符号及

28、数字等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵 字符位都可以显示一个字符，当然具有两行内容。每位之间有一个点距的间隔， 每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，故1602液晶不能显示图形内容。1602LCD指显示白内容为16X2，即能够显示两行内容，且每一行有 16 个字符的液晶模块。LCD1602夜晶显示器见图2.6所示：图2.6 LCD1602液晶显示器技术性能描述如下：1、+5V电压，对比度可调2、内含复位电路3、提供各种控制命令4、有80字节显示数据存储器DDRAM5、内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器 CGROM6、8个可由用户自定义

29、的5X7的字符发生器CGRAM1602采用标准的16脚接口 ：第1脚：VS的地电源。 第2脚：VDDI5VE电源。 第3脚：VL*液晶显示器对比度调整端，VL接地时对比度最高，VL正电源时对 比度最弱，而对比度过高时会产生 鬼影”，使用 时加一个10K勺电位器来调整对 比度。第4脚：R效寄存器端口，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令 寄存器。第5脚：R/W的读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操 作。当RSKRM同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RSM氐电平R/W 为高电平时可以读忙信号，当R效高电平R/W的低电平时可以写入数据。 第6脚: E端为使能端，当 由由高电平

30、跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：DA D吠8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。在本文绘图仿真软件Proteus中，15脚和16脚为空角，即软件中1602液晶模块没有 该两脚，因而电路截图中没有出现第15脚和16脚7。（5） DAC0808换器DAC080犯8位数模转换集成芯片，电流输出，稳定时间为 150ns，驱动电压 5V,33mW DAC0808T以直接和TTL,DTL和CMO逻辑电平相兼容网。DAC0808 转换器如下图2.7所示：U15亘五12A1VREF+A2A3VREF-A4A5IOUTA6A7COMPA8VEE141516DAC0808图2.

31、7 DAC0808转换器引脚功能A1A8:8位并行数据输入端（A1为最高位，A8为最低位），VREF什）：正向 参考电压（需要加电阻），VREF6）:负向参考电压，接地，IOUT:电流输出端， VEE:负电压输入端，COMPcompensation （补偿）,补偿端，与VE总间接电容， R14=5kQ时，（R14为14引脚的外接电阻），电容一般为0.1uF,电容必须随着 R14的增加而适当增加。GND接地端,VCC电源端,在proteus中都已隐藏。如下图所示,VEE接-5V电压，COM端与VEE之间接0.1uF电容，VREF(+)ffi 过5K电阻接+5V电源，VREF(-)接地。输出端IO

32、UT连接运算放大器反向输入端。 运算放大器U4同相输入端接地。DAC080&I脚连接图如下图2.8所示：-5V小控制灯亮度的模块U2 DACoeoeC4a.iuR10_ F2,012产而-F2N 口:P2.4 gJ25 7:2了5VEE COMPIOUTVREF-VREF+18| fll -MH 叱n -Mfts -Ml* wisAls-WSV8-M-5we LJJmm352SS卅p 口日 想目|一 丐lalM W83口 恨吕廿 H p口 日 PIQII-JIN 一 Plrj-DZZ 怛 .Z3 prju- 山二IH1 %柢E 0T1.!.LD 3匕 . 二 pMdL - 目需.1: 得N p

33、IMug PM2 Fhl5* PMT0dtuq”霏京 ffF 富 EL。备由左弟正1 OUT hu ,13.6s-04B9图3.1系统硬件电路图3.1 单片机最小系统模块单片机工作是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的，这个脉冲是单片 机控制其中的时序电路发出的。单片机的时序就是CPUS执行指令时所需控制信 号的时间顺序。为了保证各部件的同步工作，单片机内部电路应在唯一的时钟信 号下严格地按时序进行工作。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CPlffi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。故需要给单片机外接时钟电路和复位电

34、路， 组成单片机最小系统。本文的硬件电路图按照设计要求和思路在Proteus软件（软件版本：Proteus 7.7 sp2 ）下绘出，以AT89C5隼片机为中心，外接复位 电路和时钟电路。AT89C5印片机最小系统电路如下图3.2所示：单片机最小系统X111,0532 F19&XTAL1PO.OZADOPO.1/AD1P0.2ZAD2XTAE2PO.3/ADSP0.4ZAD4PO.5/AD5P0.6i/AD6RSTPO.7/AD7P2.0ifi8FZ.1通P2.2ZA1DPSENP2 3/A11ALEP2kAl2EAP2 5/A13P2.3ZA14P2-7/A15P1J0/T2P3.0/RXD

35、P1.VT2EXP3.1；TXDP12P32/INTOP13P3.3/INT1P14P3-q/TDP15pa.smP1BP3.S/WRP17P3,7府口RESET g29303。POD38 PO/37 PQ卫 3E P0W丽434 P0j5 而丽IS 32 PCl767P3J011 P3 112逅14帕 F361B P3B仃 P37P1J0 1P1 1工P1231PZ-T 23 P22 24 P” 25 P2.4 况 P2石 27 P2B 羽 P2FJ1AT39C52图3.2单片机最小系统3.1.1 复位电路复位是为了确保微机系统中电路稳定可靠工作，必须加上复位电路这一部 分，上电复位是复位电

36、路的第一功能。一般单片机电路正常工作需要其供电电源 为5V 5%即4.755.25V,同时单片机电路是时序数字电路， 它需要晶振电路 提供稳定的时钟信号，因此在给电源上电时，只有当VCM超过4.75V低于5.25V 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机电路开始正常工作90本设计采用的是手动按钮复位，也就是上电和按键复位电路，按键复位需要人为在复位输入端 RST上加入高电平。一般采用的办法是在 RST端和正电源 VCd间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC+5V高电平就会直接加到RST 端，迅速放电。复位按键弹起后，VCC1续给电容充电。上电按键复位的电路如 所示。RST引脚端出

37、现复位正脉冲，其持续时间取决于RC电路的时间常数，即t=1/ rg 一般人的动作按钮保持接通达数十毫秒， 完全能够满足复位的时间要求。单片机复位电路图如下图3.3所示:图3.3单片机复位电路3.1.2 晶振电路单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡 器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机接的一切指令的执行都是建立在 单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振电路的作用是为单片机系统提供基本的 时钟信号10 o本单片机最小系统共同使用一种晶振信号，便于CPUf各个部件保持同步。片内电路和片外器件就构成

38、一个时钟信号的产生电路，CPU勺所有操作都在时钟脉冲同步下进行工作。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz24MH比间选取。C1、C2是反馈电容，具值在 20pF100pF之间 选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为22pF,晶振频率为11.0592MHz单片机晶振电路图如下图3.4所示：cm 22PC2L_rX1 |-11.0592r图3.4单片机晶振电路3.2 1602显示模块本文中使用的 LCD1602液晶显示器，屏幕有两行字幕，第一行内容为 “Current Luminance”意思是当前的光敏电阻上的电压，第二行内容是光强度， 单位为Lux。1602液晶显示器

39、的引脚D0-D7与单片机的P0.0-P0.7依次连接, 并与一组电阻排连接。RS （数据与指令选择）、RW；读写选择）、E （使能信号） 三个引脚分别与单片机的P3.5、P3.6、P3.7引脚连接。1602液晶显示器受单片 机的P3.5、P3.6、P3.7引脚信号控制，使其能显示出养殖场环境中光强值。 LCD显示电路如下图3.5所示：LMO16L , LCD1伤02显示模块图3.5 LCD显示电路3.3 光采集模块当光敏电阻没有光照时，其电阻值（暗电阻）会很大，大约为 1兆欧，电路 中的电流很小。当光敏电阻受到一定强度的光照时， 它的阻值会急剧减小，此时 光敏电阻值（亮电阻）很小，大约为 2-

40、5千欧，因此电路中电流会迅速增加。光 敏电阻具有很高的灵敏度和很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。 而且体积小、重量轻、性能稳定。因此在自动化技术中得到广泛的应用。本文中 光强采集模块采用硫化镉（Cd0作为光敏电阻器，其电阻受光照强度变化而变 化，其与一个10千欧的电阻串联接入电路分压，一端接 5V电源，一端接地。当 外界光照强度发生变化时引起光敏电阻值的变化，从而影响其与定值电阻的分压 情况。在光敏电阻两端接上电压表，测到光敏电阻上分得的电压值。 因此电路中 各点的电压值就会发生变化，用ADC0832专化芯片进行模拟信号向数字信号的转 换，并将结果从P1.2 口传送给单片机处理。光

41、采集电路如下图 3.6所示：图3.6 光采集电路3.4 控制灯泡的模块本文中控制灯泡的模块由DAC0808专换器、两个5千欧的电阻、一个0.1uF 电容、一个反向放大器和一个 LED灯组成。DAC0808W换器的A1A8分别与单 片机的P2.0P2.7依次连接。而 VEE接-5V电压，COM端与VEE之间接0.1uF 电容，VREF(+)S过5K电阻接+5V电源，VREF(-)接地。输出端IOUT连接运算放 大器反向输入端。当P2.0P2.7全部为高电平时，灯泡亮起。反之，P2.0P2.7 全部为低电平时，灯泡熄灭。控制灯泡电路如下图 3.7所示：U2 OAC03O3-ovA_| TEJ控制灯

42、泡的模快户之012:R221口:P23 g:R2.48:P2.5 7*吆7 5VEECOMPIOUT16UREF*VREF+ I AMPF?9 s.ook -名R10D1U45.00k TELED-GREEN图3.7控制灯泡电路3.5 控制遮光帘开与关模块实现直流电能和机械能互相转换的电机是直流电机。当它作电动机运行时是直流电动机，能将电能转换为机械能；当它作发电机运行时是直流发电机， 能将 机械能转换为电能步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的11 O而本次测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。本实验中，电机控制电路是左右对称的，电机的正反转动是由单片机P3.0和P3.

43、1端口的高低电平信号来决定的。当 P3.0为0、P3.1为1时，右 边三极管Q4导通，电机正转，当P3.0为1、P3.1为0时，三极管Q1导 通，电机反转，当P3.0为0、P3.1为0时，三极管Q1、Q4都截止，电 机不转11。遮光帘控制模块如下图3.8所示：控制遮光帝开与关善映。AZL +仔7R1kT图3.8电机控制电路第四章系统软件设计4.1 程序设计思路本论文设计的光强控制电路使用了AT89C52单片机、1602液晶显示器、ADC0832口 DAC0808专换器四个数字设备，而这些元器件相应功能的实现都要靠 编写适当的程序来完成。故电路程序的编写在本光强控制电路的设计中占有极 其重要的位

44、置。所以除了硬件，整个电路功能的实现和电路功能的确定，都是 由在Keil Vision4 软件里C语言程序来决定的。本设计使用光敏电阻进行光采集。将采集到的信息从单片机送到LCD1602显示光强度。当环境光强小于或等于阀值时，给单片机高电平信号，再由单片机 给DAC0808专换器一个低电平，从而使灯组工作，实现养殖大棚光的补充，同时 给电机电路低电平使遮光帘拉上；当环境光强大于或等于阀值时，给单片机低电 平信号，再由单片机给电机控制电路高电平使遮光帘拉下，减小光强，同时给 DAC0832专换器一个高电平，从而使灯组不工作。当环境光强在所设置的阈值范 围内，灯泡和电机状态保持之前状态不变。4.2

45、 设计流程图设计流程图包括两个判断条件，分别是当前光照度是否大于程序设置的阈 值、光照度是否小于程序设置的阈值。当光强低于最低光强阈值时，灯泡亮起， 电机正转。当光强在要求的阈值范围内，灯泡和电机状态不变。当光强高于最大 的光强阈值时，电机反转，灯泡熄灭。根据要求，将设计流程图概括如下图 4.1 所示：4.2.1 KELL软件简介Keil uVision4 是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可续性、可维护上有 明显的优势，因而易学易用，它包括 C语言编译器、宏汇编器、连接/定位器、 目标代码到HEX的转换器。Ke

46、il uVision4软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 部在windows界面。多数语句能生成容易理解的汇编代码。 在开发大型软件时更 能体现高级语言的优势904.2.2 KELL软件的使用方法启动Keil C51 ,进入编辑界面。(1)建立一个新工程，单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中 NewProject 选项。(2)再选择一个路径去保存，并输入一个工程文件的名字，例如可以保存到 C51 目录里，工程文件的名字为C51X,然后点击保存即可。(3)这时会弹出一个对话框，要求你选择大家用的比较多的 Atmel的89C52,选 择89C52之后,右边栏有对这个单片

47、机进行基本的说明,然后点击确定。(4)完成上一步后，开始编写程序。单击“ File ”菜单，再在下拉菜单中单击 “NeW选项。此时可以输入用户的软件程序，但要首先保存该空白的文件，单 击菜单上的“ Save选项单击，在“文件名”栏右侧的编辑框中，必须输入正确的扩展名。注意，如果用C语言编写程序，则扩展名为(.c);如果用汇编语言编 写程序，则扩展名必须为(.asm)。本设计使用C语言，然后，单击“保存”按钮。(5)回到编辑界面后，单击“Target 1”前面的“ + ”号，然后在“Source Group 1”上单击右键，弹出菜单，然后单击“AddFile to Group Source Gr

48、oup 1 。(6)选中xu.c ,然后单击“ Add ”和“ Close”。(7)输入程序。(8)单击“Project ”菜单，再在下拉菜单中单击“ Built Target”选项，编译 成功后，再单击“ Project ”菜单，并在下拉菜单中单击“ Start/Stop Debug Session”。(9)调试程序，单击“ Debug菜单，并单击下拉菜单中的“ Go选项，然后再 单击“Debug菜单，在下拉菜单中单击“ Stop Running”选项(或者使用快捷 键Esc);单击“View”菜单，再在下拉菜单中单击“ Serial Windows #1 ”选 项，就可以看到程序运行后的结

49、果。(10)最后，把程序下载到单片机中。第五章系统仿真5.1仿真Proteus仿真主要是使用计算机软件来模拟实际单片机的运行，不需要搭建 硬件电路就可以对程序进行验证。Proteus仿真的缺点是无法对硬件部分完全仿 真，因此还要通过硬件仿真来完成最后的设计。仿真中光强度的大小是人为的加减光敏电阻上的光强度，达到模拟自然光的增加与减少。基于Proteus 7.2 SP2仿真软件的系统仿真流程图如下图 5.1所示：图5.1系统仿真流程图1 .当光照强度等于3.14 Lux时，其小于设置的最小光强阈值 4 Lux时，电机正 转，拉上遮光帘，使自然光射入养殖场内，且灯泡亮起，进行补光。电机正转延 时大

50、概4-5秒，可以使遮光帘完全拉上，具体实际中要根据窗帘长度更改延时的时长。电机显示为+91.6为当时转速为正向91.6rad/s 。灯泡与电机状态如下图5.2所示:-5V控制灯亮度的模块IJ2 &AC03O8RIO .P2.0I2- P2Hl - P2.21Q P2.3 B P2.4giD1控制遮光布开与关模快IR6 1k TEXT：Q5、T,PVQ1TIP31TIP3lZ2 TIP32 图5.2 灯泡亮起、电机正转图L-Eao R5 1k TEXTDCMOTORR1k此时光照强度显示在LCD1602夜晶显示器上。如下图5.3所示:16g晶示模块LCD1IARP1Currentluminanc

51、e3.14LuxG R 山 、下程旦皆准星山 qSSESSqqr-1 E曰。曰o曰曰曰cb .上 CLCL 口 CLO-dCTQ-尸口二0 2P0.1 3FB2 4 FD 3 5口 .4 日户 口 .5尸口行白PQ 7日RGSPACK-8图5.3 较低光强图2 .当光照强度等于7.30 Lux时，其大于设置的最大光强阈值 7 Lux时，电机反转，拉下遮光帘，减少自然光射入养殖场内，且灯泡熄灭，从而减少环境的光照度。电机反转延时大概4-5秒，可以使遮光帘完全拉上，具体实际中要根据窗帘长度更改延时的时长。电机显示为-131为当时转速为反向131rad/s 。灯泡与电机状态如下图5.4所示:控制灯泡

52、的模块PZ.O17, F2Ml 手2.21口 :P23 0 :陞市 :P2中 :户/Igw :P2 7”1/FFCOMPIOUTVREF-VREF+14C40.1uiR105,00kD1LEID-QREENJ_1 ccOPAMPR5 1k TEXT；控制遮光帘开与关停块*Q7叼炉DCMOTORR8 1k TEXTQ3R6 1k TEXTQ1TIF31R71k TIP31 ZM-Q2 TIF32 Q6r&C1S4 一图5.4灯泡熄灭、电机反转图此时光强度显示在LCD1602夜晶显示器上。如下图5.5所示:1602显示模块LCD1今RP1Cur-rent 1 upi inmnce7.30LuxPC

53、.D 2 PD1 4Pij，3 5 PCI .4 ” 前:71 P0 .6 8PQ； gOLL CL Ql门门甘安安飞RES PACKS图5.5较高光强图3 .当光照强度在所设置的光照度阈值范围内时，电机和灯泡保持之前时刻的状态。分两种情况讨论，（1）当光强增加时，光强超过 4 Lux且小于7 Lux,电机不转，灯泡保持之前亮起的状态进行补光。灯泡与电机状态如下图5.6所示:2 DACQSQg控制灯泡的模决3,ieP2.OI2 P2W口 户2P2.48 P2 7 P2.6bP2.7 5TEXTVEECOMPIOUTVREF-VREF+14R10D1TOPAMP5.O0k cTEXT控制遮光帘开