基于单片机蔬菜大棚温度控制器毕业设计初稿终

1、7哈尔滨剑桥学院毕 业 设 计 论文题目： 基于单片机蔬菜大棚温度控制器 学 生： 指导教师： 专 业： 班 级： 2013年 5 月哈尔滨剑桥学院毕 业 设 计 任 务 书题目名称：基于单片机的蔬菜大棚内温度控制器的设计立题意义：本系统就是针对大棚内温度、湿度的控制。温室大棚自动控制系统是综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求多方面因素之后，设计一种基于单片机自动控制的大棚温湿度控制系统。 技术条件与要求：确定系统的测温方案，画出系统的框图；阐述系统硬件设计过程，画出完整的系统硬件电路原理图和PCB制版图；查阅资料明确所有相关芯片的功能。任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具

2、体要求） 第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确。专业负责人意见签名：年 月 日基于单片机的蔬菜大棚内温度控制器的设计 摘 要 目前应用于温室大棚的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关及A/D转换器等组成的传输系统。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场

3、传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，并且测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要。关键词：单片机、传感器、报警器、上位机Design of greenhouse temperature controller based on MCUAbstract Simulated by the analog temperature sensors, multiplex switch mostly adopts the temperature de

4、tecting system is currently used in the greenhouse Transmission system and A/D converter. This temperature acquisition system need to be arranged in greenhouse numerous measurement Temperature sensing cable, to make the signal of the sensor to the acquisition,installation and removal of complex, hig

5、h cost. At the same time Line on the analog signal is transmitted, vulnerable to interference and loss, and the measurement error is relatively large, are not conducive to control According to the temperature changes in a timely decision. In this situation, the development of a real-time, high preci

6、sion, can fully Combined treatment of culti-point temperature measurement and control system of information is very necessary.Keywords: Microcontroller, sensor, alarm, PC II目 录摘要 Abstract1绪论 11.1 引言11.2选题的现实意义21.3 国内外现状 21.4 系统功能 32 总体方案设计 42.1计算机的选择42.2 系统组成框图及工作原理 42.3 硬件及系统整体机构 52.4硬件设备选择 93 硬件电路

7、设计 193.1 主机 193.2 温度检测与控制部分设计 193.3 人机对话部分的设计 203.4 温度控制系统 224 软件设计 244.1 主程序流程图 244.2键盘显示模板 244.3 采样转换模板 25结论 27致谢 28参考文献 29附录1 单盘机程序 3031哈尔滨剑桥学院毕业设计基于单片机的蔬菜大棚内温度控制器的设计1 绪论 1.1 引言 随着我国国民经济的发展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市场日渐扩大，尤其是北方地区在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更体现出经济价值。仅靠南菜北调长途运输，一是成本高，二是运到目的地，蔬菜已经不新鲜了。所以，依靠农业科技，大力推广温

8、室大棚种植蔬菜能更好地满足人民生活需要，也是国家菜篮子工程所包括的内容，作为冬暖式蔬菜大棚的发源地，寿光掀起了我国的“菜篮子革命”，结束了冬季北方人吃不到新鲜蔬菜的历史，目前这里的无公害蔬菜大棚已经发展到80多万亩。由于我国人口众多，土地、水资源及各种能源短缺，在人民生活水平不断提高，对农副产品的需求不断增加的今天，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。以日光温室为主的温室大棚蔬菜生产，己成为我国园艺产品尤其是蔬菜产品周年供应的重要措施。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环

9、境对生物生长的限制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济效益，所以温室大棚技术越来越普及，并且已成为寿光农民家庭收入的主要来源。 随着“工厂化高效农业示范工程”的推进，日光温室无论从规模上还是技术上，都取得了很大进步，但在配套设施的完善程度上，生产的稳定性、产业化程度和现代化水平上都只能算是工厂化农业的雏形，与发达国家的农业现代化相比，仍有相当大的距离，尤其在温室生产环境自动控制方面。 温室环境控制(microenvironmental)，即根据植物生长发育的需要，自动调节温室内环境条件的总称

10、。现代化温室，通过传感器技术、微型计算机及单片机技术和人工智能技术，能自动调控温室的环境，其中包括温度、几湿度、冬光照、C02浓度、水分等，使作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的。冬季大栅蔬菜最重要的一个管理因素是温度的控制。温度太低，会发生蔬菜冻死或者停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。 1.2 选题的现实意义 今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊控制化已

11、成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。基于此，本课题围绕应用于温室大棚的基于单片机的温度测控系统展开应用研究工作。1. 3. 国外研究现状 国外计算机用于温室环境控制技术研究较早，开始于上世纪70年代末。随着通讯技术及计算机技术的发展，温室环境调控技术在日本、荷兰、美国、以色列等发达国家得到了迅速发展1978年日本学者首先研制出微型计算机温室综合环境控制系统，随着计算

12、机技术的发展，80年代末出现了分布式控制系统，开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。目前荷兰、日本、美国、以色列、等发达国家可以根据温室作物的要求和特点，对温室内光照、温度、，水分、气、誉肥等诸多子进行自动控制。在智能温室的发展方面，美国作为最早发明计算机的国家，它也是将计算机应用于温室控制和管理最早、最多的国家之一。美国开发的温室计算机控制与管理系统可以根据温室作物的特点和要求，对温室内光照、温度、水、气、等诸多因子进行自动调控，还可利用差温管理技术实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。、目前，美国已将全球定位系统、电脑和遥感遥侧等高新技术应用

13、于温室生产，有82%的温室使用计算机进行控制，存67%的农户使用计算机，其中27%的农户还运用了网络技术。炙现在国外温室环境控制技术正朝着-高科技方向发展，网络技术、一遥测技术己逐渐应用子管理与控制系统中。1.3.2 国内研究现状 国内对温室控制技术研究起步较晚。自20世纪80年代以来，在引进、吸收国外高科技温室生产技术的基础上，我国进行了温室中温度、湿度和二氧化碳等单项环境因子控制技术的研究。1982年中国农业科学院建立了全国农业系统的第一个计算机应用研究机构。1995年，北京农业大学研制成功的“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，仅仅是进行单因子控制，操作性和可靠性均不够理想。

14、近几年来，我国加大了在温室结构和温室控制方面的研究力度。从我国的温室控制系统和控制技术现状来看，温室设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。但是，大部分采用的都是简单的直接数字控制方法，即在程序中设定各环境因子的上下限，当测定的环境参数超过上下限时，启动环境控制的硬件系统和机构。这种方法尚不能根据作物对环境的反应进行实时控制。目前国内温室专家决策系统的研究，针对农业病虫害诊断性方面的较多，而对于温室环境控制，乃至整个温室监控管理方面的研究不多。尤其是智能决策系统在温室应用方面的研究历史相对较短，还处于刚刚起步阶段，有些方面甚至处于空白阶段。智能化温

15、室代表着温室的发展方向，将智能决策支持系统运用到温室环境因子的控制中，正是目前智能温室发展的趋势。在各个方面与欧美等发达国家相比，存在较大差距，尚需深入研究。1.4 系统功能本控制器可实时测量蔬菜大棚温度，并根据温度情况和人为设置情况调节现场温度，其中人为设置可通过操作按键完成；根据实际温度设置了420mA标准电流输出通道，便于远程传输；另外，本系统还具有温度超越界限时的报警功能。本设计是对蔬菜大棚内温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当蔬菜大棚内温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当

16、蔬菜大棚内温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。数码管即时显示温度。2总体设计方案2.1计算机的选择（1）PLC 早期处理顺序逻辑和开关信息量问题时一般采用继电器电路来实现。但当信号较多、逻辑复杂时，使用继电器数量很大，造成线路设计和调试都相当困难，可靠性也差。随着PLC的出现，他逐渐取代了继电器电路，随着计算机的发展和渗透，PLC技术也在不断提高和完善，有以下优点：实现成本低，范围广，高速率，永远在线，便捷。但是当前在国内PLC的价格比较高，也在一部分程度上阻碍了它的发展。（2）工业

17、PC 对于一个任务不算小的系统设计来说，工业PC是首选。它是专门考虑了生产现场环境条件差及各种干扰大而设计的，可以长期可靠运行，可靠性和可维护性都可达到要求。另外，除了有多种模块的主机系统板外看，还配备有多种接口板，如多路模拟量输入/输出板、开关量输入输出板、图形板，以及扩展用的RS-232C、RS-422、RS-485、总线接口板和EPROM编程板等。总之，可扩充性不成问题。此外，模拟量输入输出、开关量输入输出的接口很多，并有大量的软件支持，如汇编、高级语言和中文等。（3）单片机 现今的单片机正向着提高工业环境下控制系统的可靠性和灵活方便地构成应用系统界面的方向发展，并且控制功能越来越丰富。

18、在CPU芯片上，除嵌入RAM、ROM、和IO外，还有A/D、D/A、PWM、DMA、看门狗、串行接口和定时器/计数器等，另外还有显示驱动、键盘控制、比较器和函数发生器等，能构成功能强大的应用系统。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。特别是它体积小，集成度高。性能稳定，可靠性高。有较高的性价比。他越来越得到人们的信赖。 通过比较论证，从经济因素等考虑，选用单片机AT89C52作为蔬菜大棚温度控制的控制器。2.2 系统组成框图及工作原理 蔬菜大棚用埋在土壤表层的电加温线完成对其内部进行加热，本设计中温度较低且温度要求不高，采用AD590作为测温元件。蔬菜大棚的电源采用

19、交流电，使用可控硅来控制加热功率。由于本设计中的功率只有2000W，则采用220V交流电即可。温度控制系统启动以后能够通过实测温度和设定温度通过单片机的运算输出信号控制双向晶闸管的导通角，从而控制蔬菜大棚的加热功率，调节温度，是温度保持在设定值。在单片机进行运算时，会进行相应的报警判断，来决定是否输出报警信号。温度控制系统分为三个部分：人及对话部分，主机，温度检测限额与控制部分。单片机蔬菜大棚温度控制系统原理框图如图1所示。图1 温度控制系统原理框图2.3硬件及整体机构2.3.1 硬件 本系统以一台微型机作为上位机，以多台AT89C52单片机作为下位机组成分布式控制系统。下位机实现对温室温度参

20、数的检测和控制，把由温度传感器采集的温度信息暂存起来，与给定值进行比较，经过一定的控制计算，输出相应的控制信号去控制执行机构进行调节控制;同时通过串行通信接口将数据送至上位机，由上位机完成对数据的管理、决策和统计分析，并对数据进行显示、编辑、存储等处理。 控制系统工作过程如下:上位微型机经过运行一定的程序后，向单片机发出启动信号，启动单片机及其被控的机构，同时准备接收单片机发送来的信号和数据。被启动的下位机，一方面定时开启各个传感器测量温室温度环境，传感器将采集到的信号送入单片机进行数据预处理判断分析;另一方面把上次采集到的数据向上位机发送，同时依据计算机发出的控制信号去控制执行机构以便控制调

21、节温室环境温度。当数据发送完毕且上位机也接受完毕后，上位机把接收到的数据存储、显示或打印，并与参数的设定值进行比较运算，然后把运算结果送入单片机得出控制信号以此控制执行机构的动作。然后等待下一个时钟中断信号的到来后再向上位机传送数据，如此不断的循环，以保证温室温度参数被控制于所设置范围之内。2.3.2 控制系统整体结构 本系统以单片机为核心，组成一个集温度的采集、处理、显示、自动控制为一身的闭环控制系统，其原理框图如图2-1所示。系统整体结构由温度传感器、单片机、RS-485串口通信、输出控制电路和上位计算机组成。 图2-1温度测控系统硬件电路原理框图（1）、温度传感器 温度传感器的作用是采集

22、大棚内的温度，并进行判断和显示。由于智能温度传感器DS1820既能对温度进行测量，又能设定所需要控制的温度，并对温度值能够把二进制转换成十进制，所以本设计系统中选用智能温度传感器DS1820。信息经过单线接口送入DS1820或从DS1820送出，传感器和数字转换电路都被集成在一起，每个DS1820在出厂时都已给定了唯一的64位序列号，并且DS1820只有一个数据输入/输出口，因此，多个DS1820可以并联到3或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS1820进行通信，而它们只需简单的通信协议就能加以识别，这样就节省了大量的引线和逻辑电路。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了

23、系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。用户还可自设定非易失性温度报警上下限值，并可用报警搜索命令识别温度超限的DS1820。由于该温度计采用数字输出形式，故不需要A/D转换器。（2）、单片机控制系统 本系统中的单片机选用AT89S51做控制器。主要功能是:实现对数字量的采集，并把采集来的数据在LCD液晶显示器上进行显示;可以通过键盘设置参数，可以进行声光报警;可以通过按键来完成手动/自动控制方式的切换;可以通过串行接口把采集到的数据和控制信息传送至上位机，可以接收上位机命令实现参数设置;可以进行输出控制。（3）, RS-485串行通讯RS-485串行通讯是一种多发送器的电路新标准，它采

24、用了差分平衡的电气接口，利用平衡驱动、差分接收的方法，从根本上消除了地线信号。因此，RS-485可用于距离1200m，速度为100kb/s的高速通讯。由于从大棚到计算机的距离较长，因此，在本课题设计中，需要在PC机侧配置RS-485转换器，以达到数据传输的目的。RS-485串行通讯的作用是实现控制系统中上位机与单片机系统之间的通讯，通过串行通讯，下位机接收上位机发送的设置命令、数据采集命令和输出控制命令并进行判断后执行相应的程序，下位机所采集到的数据信息也是通过通讯接口传送到上位机进行显示存储等。（4）、上位机 系统采用一台微型计算机作为上位机，其主要功能是:通过RS-485串行通讯，向下位机

25、发送数据采集命令和输出控制命令，并接收下位机传送的采集数据;通过上位机界面设定下位机号、切换工作方式、设定报警温度上下限值和控制参数;对采集的数据进行显示和存储，对历史数据进行查询。2.3.3 系统工作原理 采用单总线技术设计的温度监测系统，如图2-2所示。整个系统以AT89S51单片机为主机，其他设备为从设备。单片机通过RS-485总线与PC机通讯。PC机作上位机进行实时监控管理，控制器选用MAX813L组成上电复位和看门狗电路。该系统只要一条双绞线(一根为信号线，一根为地线)从单片机拉向监控现场，然后将各种监控对象(传感器)挂接在一根总线上就可以了。本系统通过单总线可以挂接很多个智能温度传

26、感器DS1820，用于温室大棚内不同地方的温度测量和控制。图中只画出了一个监控现场的配置，其布线接头与通常电话线路使用的一样，插入和拔出都很方便。 图2-2单总线器件组建温度测控系统示意图 图2-3温度越限自动控制示意图 该温度测控系统的工作原理就是进行计算机编程和单片机编程，使智能温度传感器DS1820正常工作，去检测大棚内实际的温度，并由数字显示电路显示出当时的温度值。如果采集的温度值高于上限报警温度，系统将发出报警，并同时起动制冷设备，把温度降下来，当温度降到一定的程度，即低于上限复位值时，立即关闭制冷设备，使制冷设备停止工作。当采集的温度值低于下限报警温度值时，系统又发出报警，并同时起

27、动制热设备，使大棚内的温度上升，当温度上升到一定的程度，即高于下限复位值时，立即关闭制热设备，使制热设备停止工作，从而使温室大棚的温度值维持在一定的范围内。其具体的温度越限自动控制过程如图2-3所示。 在测控系统中，开关量控制是应用最多的。对计算机来讲，则是送出一位0或1控制码信号，用它去触发被控电路。通常是先触发光电祸合器，然后启动继电器、晶闸管或固体继电器，视被控设备功率大小而选用合适的开关器件。本系统选用了可寻址的单总线控制开关DS2405，由它送出1位0或1作为控制码信息，去控制报警设备、通风机执行机构等的开启与关闭。当单片机发现温度传感器DS1820采集到大棚内的实际温度超过温度限制

28、时，便让控制开关DS2405去开启声光报替器报警，同时开启空调机工作。 DS9052为防静电保护二极管。为防止处在开路状态易受静电等干扰侵入通常在单总线线路的末端都接上DS9502之类防静电保护电路。2.3.4 系统主要技术指标测量范围:-55一+125 C测量精度:0. 5 0C反应时间蕊500ms.2.4 硬件设备的选择2.4.1 单片机的选择（1）、单片机概述 将运算器、控制器、存储器和各种输入/输出接口等计算机的主要部件集成在一块芯片上，就能得到一个单芯片的微型计算机。它虽然只是一个芯片，但在组成和功能上己经具有了计算机系统的特点，因此称之为单片微型计算机(Single-ChipMic

29、rocomputer)，简称单片机。因为其体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。图2-4 AT89S51单片机的内部结构（2）AT89S51芯片的主要性能 AT89S51最致命的缺陷在于不支持ISP(在线更新程序)功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好实现其控制功能。AT89S51就是在这样的背景下取代89C51的，现在，AT89S51已经成为实际应用市场上的主流产品。89S51在工艺上进行了改进，它采用了新工艺，成本降低，而且将功能提升，增强了竞争力。与MCS-51产品指令系统完全兼容，4K字节在线编程(ISP) F1闪

30、速存储器，1000次擦写周期4. 0-5. 5V的工作电压范围，全静态工作模式:OHz-33Hz三级程序加密锁，28X8字节内部RAM32个外部双向输入/输出(I/0)口，2个16位可编程定时/计数器，6个中断源，2个全双工串行通信口，低功耗空闲和掉电模式，中断可从空闲模式唤醒系统（3）, AT89S51芯片的内部结构框图 功能强大的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价的解决方案。AT89S51单片机的内部结构可以划分为CPU、存储器、I/0接口、定时与中断系统四部分，如图2-4所示。（4）, AT89S51引脚功能AT89S51与89C51相比，外型管脚完全相同，如图2-5所示

31、。引脚功能说明如下:电源引脚(2个)外接晶体引脚(2个)并行输入/输出引脚(32个，分成4个8一位口)控制引脚(4个)（5）, AT89S51的复位 AT89S51-单片机的复位方法有以下2种:(1)上电复位。打开电源后，利用R, C充电自动完成上电复位。当晶体振荡器采用61u-Iz的频率时，复位电路如图2-6 (a)所示。(2)上电复位兼手动复位。既可以上电复位，又可以利用按键闭合，使单片机复位引脚保持2个机器周期以上的高电平，完成手动复位功能。复位电路如图2-6 (b)所示。 图2-6复位电路(a)上电复位(b)上电复位兼手动复位2.4.2 温度传感器的选择 当将单片机用作测控系统时，系统

32、总要有被测信号通过输入通道，由计算机获取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务;而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，工农业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。2.43 晶振电路 单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。 晶体振荡器在固定频率振荡器中能够提供较高的精度，绝大多数RTC采用32.768kHz的

33、晶体，晶体振荡器输出经过分频后会产生1Hz的基准来刷新时间和日期。RTC的精度主要取决于晶振的精度，晶体振荡器在固定频率振荡器中能够提供较高的精度，绝大多数RTC采用32.768kHz的晶体，晶体振荡器输出经过分频后会产生1Hz的基准来刷新时间和日期。RTC的精度主要取决于晶振的精度，晶振一般在特定的电容负载下，其调谐振荡在正确的频点，而当晶振调谐于12.5pF负载的RTC电路中时，使用6pF负载的晶振将会使时钟变快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用内部偏置网络，因而晶振可直接连接到RTC的X1、X2引脚，而不需要额外的元件。由于RTC的晶振输入电路具有很高的输入

34、阻抗，因此，它与晶振的连线犹如一个天线，很容易耦合系统其余电路的高频干扰。而干扰信号被耦合到晶振引脚将导致时钟数的增加或减少。考虑到线路板上大多数信号的频率高于32.768kHz，所以，通常会产生额外的时钟脉冲计数。因此，晶振应尽可能靠近X1、X2引脚安装，同时晶振、X1/X2引脚的下方最好布成地平面晶振电路2-71、 常见温度传感器 温度是一个和人们生活有密切关系的物理量，也是人们在科学试验和生产活动中需要控制的重要物理量。而在蔬菜大棚生产过程中，温度更是一个影响作物产量和质量的重要因素。在各种传感器中，温度传感器是应用最广泛的一种。实际的温度测量中有多种不同的测量方法，常见的温度传感器有以

35、下几种: (1)热电阻传感器 (2)热电偶传感器 (3)半导体管温度传感器 (4)模拟集成传感器 (5)智能温度传感器 本系统中传感器与数据采集器距离较远，并且需要多点检测，因此，综合上述各温度传感器特点，本系统采用智能温度传感器DS18B20作为温度测量装置。2, DS18B20简介 DS18B20是该公司继DS1820之后最新推出的一种数字化单总线器件，属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。其内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。单总线技术是该公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线、电源线合为一根信号线，允许在这根信号线上挂数百个测控对象，这些测控对象所用芯片均由该

36、公司提供。单总线技术具有以下特点:测控对象越多越显示其优越性，性价比高，硬件施工、维修方便，抗干扰性能好，具有CRC校验功能，可靠性高，软件设计规范，系统简明直观，易于掌握。因此，积极推广单总线技术的应用会有较好的经济效益和社会效益。3, DS18B20温度传感器在使用中的注意事项 DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题: (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 (2)在DS

37、18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 (3)连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达I50m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS18B20进行长距离测温系统

38、设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 (4)在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该 DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。2.4.3 RS-485通信设计1、数据通信 在实际应用中，89S51单片机经常要与外部设备进行信息交换，单片机与单片机之间或单片机与计算机之间往往都要交换信息，这些信息交换都可以称为通信。通信方式有串行与并行两种。利用并行通信和串行通信传送数据1101 0010时的示意图如

39、图2-9所示。 图2-9传送数据时并行通信与串行通信示意图 (a)并行通信(b)串行通信2, AT89S51的串行口的结构组成 89S51单片机有一个全双工异步串行工/0口，占用P3. 0和P3. 1两个引脚，是P3的第二个功能。该接口电路不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一个同步移位寄存器使用。 图2 -10所示为89S51串行口的简明示意图。 图2-1。串行口的简明示意图3、常用串行通信接口标准 在单片机应用系统中，数据通信主要采用异步串行通信。目前常用的串行通信接口标准有RS-232, RS-422, RS-485等。 RS-232和RS-422虽然使用广泛，但有明显的不足，主要体

40、现在:接口的信号电平值较高，易损坏接口的电路芯片;必须经过电平转换电路方能与TTL电路相连;传输速率较低;对噪声的抗干扰性弱;传输距离有限。具体表现在以下几个方面: 接口信号电平比RS-232降低(士1. 5V士6V)，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。 RS-485传输数据的速度较快，最高传输速率为lOMbpso RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合方式来实现通信，因此有极强的抗共模干扰的能力，即抗噪声干扰性好，接收灵敏度也相当高。 最大传输距离的标准值为4000ft，折合1219m，实际上可达3000mo RS-485接口在总线上是允许

41、同时连接多达32个发送器和32个接收器，即具有多站能力。这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。 RS-485接口具有良好的抗干扰能力，长距离传输和多站能力等上述优点，本系统中上位机距离大棚较远，多点测量，且要求有良好的抗干扰能力，因而采用RS-485作为接口方式。4, RS-485的硬件设计 采用单片机和RS-485接口电路原理图如图2-1I所示。图2-11单片机的RS-485接口电路(1)电路基本原理 某节点的硬件电路设计如图2-n所示，在该电路中，使用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用单一电源Vcc，电压在+3-5.5 V范围内都能正常工作。与普通

42、的RS-485芯片相比，它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8 kV的静电放电冲击，片内集成4个瞬时过压保护管，可承受高达400V的瞬态脉冲电压。因此，它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计，当输入端开路时，其输出为高电平，这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时，不影响系统的正常工作。另外，它的输入阻抗为RS-485标准输入阻抗的2倍(24k S2 )，故可以在总线上连接64个收发器。芯片内部设计了限斜率驱动，使输出信号边沿不会过陡，使传输线上不会产生过多的高频分量，从而有效扼制电磁干扰。在图2-11中

43、，四位一体的光电祸合器TLP521让单片机与SN75LBC184之间完全没有了电的联系，提高了工作的可靠性。基本原理为:当单片机Pl. 6=0时，光电藕合器的发光二极管发光，光敏三极管导通，输出高电压(-I- 5 V )，选中RS-485接口芯片的DE端，允许发送。当单片机P1. 6=1时，光电祸合器的发光二极管不发光，光敏三极管不导通，输出低电压(0 V)，选中RS-485接口芯片的RE端，允许接收。SN75LBC184的R端(接收端)和D端(发送端)的原理与上述类似。(2)RS-485输出电路部分的设计 在图2-11中，VD 1 -VD4为信号限幅二极管，其稳压值应保证符合RS-485标准

44、，VD1和VD3取12 V, VD2和VD4取7V，以保证将信号幅度限定在一7+12 V之间，进一步提高抗过压的能力。考虑到线路的特殊情况(如某一节点的RS-485芯片被击穿短路)，为防止总线中其他分机的通信受到影响，在SN75LBC184的信号输出端串联了2个20 S2的电阻R1和R2，这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120。左右，所以线路设计时，在RS-485网络传输线的始端和末端应各接1个120。的匹配电阻(如图2-11中的R3)，以减少线路上传输信号的反射。3.硬件电路设计3.1. 主机 在整个单片机控制

45、系统中，CPU既是运算控制中心，又是控制中心，是控制系统中最关键的部件。此控制系统控制方案简单，数据量也不大，因此选用具有8031内核的AT89C52作为控制系统主机。它是一种低功耗高性能的CMOS8位微处理器。可构成单片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本，由于其系统内部有8KB的Flash存储器，因此不需要外扩程序存储器。3.2. 温度检测与控制部分的设计温度检测控制部分包括传感器，转换器，A/D转换器，京兆管，驱动器等部分。3.2.1 温度传感器温度控制器选择是能否达到立项控制温度的关键。本系统的测温范围是050度，而且精度要求不是很高，可采用集成AD590满足系统

46、要求。3.2.2 转换器转换器将其输出信号转化成与温度成正比的电压，在温度为050度时，输出电压05V。温度检测与转换电路如图3所示。图3 温度检测与转换电路3.2.3 A/D转换器 主要取决于温度的控制精度。本系统要求温度控制误差=2,采用8位A/D转换器，最大量化误差为正负0.4度，完全能够满足精度要求。这里采用DAC0832作为A/D转换器，其输出代码为BCD码。电路设计好后，调整转换器的输出，使050C的温度输出转换成05V的输出，以供A/D转换用，则A/D转换对应的数字量为01999，则转换结果除以10刚好就是温度值。用这种方法可以减少标度变化的工作量，也可以避免标度变换带来的计算误

47、差。3.3 人及对话部分的设计 人机对话部分包括显示，键盘，和报警三部分电路，实现蔬菜大棚的人性化操作界面，有利于人员对温度的检测和控制。3.3.1 显示部分的设计 本系统设5位LED数码显示器，停止加热时显示设定温度，启动加热时显示当时蔬菜大棚温度。采用串行口扩展的静态显示电路作为显示接口电路，采用共阳极接法。 静态显示指显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定导通或截止。单片机除可用本身的并行端口或者扩展I/O端口直接与LED接口外，也可利用本身的串行端口TXD,RXD与LED相连。在本系统中使用74LS146，它是8位串入并出移位寄存器，作为静态显示器的显示输出口，段码由串行口RXD经移位

48、寄存器并行输出到LED显示器，P3.3用于显示器的输入控制，在启动显示之前，应将其置1。具体接图如图4所示。图4 74LS08扩展的LED3.3.2 键盘的设计本系统中，操作员对系统的操作和干预是通过键盘进行的，通过键盘修改设定温度值，上限温度和下限温度。键盘扫描是CPU工作的一个主要内容，CPU在忙于各项任务时，既要保证不失时机地键操作，又不能过多的占用CPU的时间。因此，有必要根据系统的实际特点，选择好键盘的工作方式。本系统中，键盘处理程序采用扫描工作方式进行处理，是利用CPU在完成其他工作的空余调用键盘扫描子程序。既保证了程序的优先级，又及时的响应了键盘的操作。在主程序中，每扫描一次主程

49、序，就判断一次“是否有按键按下”的事件。当查询有键按下时，程序按以下方式进行处理：软件延时一段时间再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个确认的键按下，否则按照键抖动处理。在确认有键按下的条件下，通过扫描的方式求取键值，键闭合一次，进行一次键功能操作。本系统设有16个键，分别是启动，09是个数字键，上限，下限，设定，确认键，另有一未设定功能。由P1口做键盘接口，采用4*4矩阵式。通过键盘进行参数设定，并启动系统工作。在本键盘中，采用P1口，8个口中，4个口接行线，另4个口接列线，键盘的连接方式如图5所示。图5 键盘接线图3.3.3 报警功能的实现报警功能由蜂鸣器实现，当由于意外因素导

50、致恒温水箱温度高于或低于设定温度时，P3.4口送出低电平经反向器屈东蜂鸣器鸣叫报警。报警电路如图6所示。图6 报警电路图3.4温度控制系统电路图首先，系统启动后，提示用户输入温度的上限与下限的温度值。用户输入之后，系统自动求出中间值，根据实际温度的情况采取相应的方案。如下图2-2-1所示。 下限温度 中间温度 上限温度28 - 32 - 36图7-1如果该时刻的实际温度值低于用户给定的下限温度值时，系统立即启动报警装置，且系统处于升温状态，直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止升温。反之，如果实际温度值高于用户设定的上限值时，系统也会立即启动报警装置，且系统处于降温状态，

51、直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止降温。选择中间值作为控制参数，防止升温降温升温的死循环，因为温度低于下限时会一直升温，可能导致温度高于上限系统又开始降温，这样系统便一直重复升温降温升温过程，导致设备在某一个温湿度点附近频繁的启停，使设备寿命下降，而且没有实际意义。选择中间值的一定区间，是防止达到中间值时，采取了停止升温或者降温措施，温度还是会持续上升或下降一会儿，这时候温度可能不是正好在中间值处，系统便还是采取升温或者降温的措施，而此时的温度值可能已经是很适合植被生长的需要的温度值。所以本方案选在中间值的正负一度区间内，认为此区间内都是适合的，不产生任何控制动作变化

52、，这样就能解决设备频繁启停问题。温度控制系统电路图如下图7温度控制系统电路图4 软件设计4.1 主程序流程图主程序流程是是整个程序的核心，体现了系统的工作流程。本主程序首先进行相关单元的初始化，然后调用按键程序进行工作温度和上下限温度的设置，知道按下开机键，系统启动，开始工作。 图7 主程序流程图4.2 键盘显示模块 本系统中使用8279芯片完成有关键盘输入和温湿度显示工作。温度湿度是依次输入的并且依次以下限、上限输入，并且将温湿度的中间数值存入单片机中，在将LED清零后显示（分别在0123位），并依次显示实时的温度湿度数值（显示在4567位） 实际上，在系统初始化的过程中，除了初始化键盘和显示器之外，其中还包括着调用8279键盘显示模块，8279键盘显示模块部分的基本流程如下图4-2-1所示。 图4-2-1其中显示键值的程序流程图如下： 图3-2-14.3 采样转换模块 采样转换模块是本系统中的核心模块之一，它负责完成温度和湿的测量及模拟量转换为数字量的全过程，这也是它为什么