蔬菜大棚温湿度的控制系统设计精品

1、西安航空职业技术学院毕西安航空职业技术学院毕 业业 设设 计计 （论（论 文）文） 论文题目：论文题目： 蔬菜大棚温湿度控制系统毕业设计蔬菜大棚温湿度控制系统毕业设计 所属系部：所属系部： 电子工程系电子工程系 指导教师：指导教师： 张慧玲张慧玲 职职 称：称： 副教授副教授 学生姓名：学生姓名： 张婷婷张婷婷 学学 号号: : 0820410908204109 专专 业：业： 楼宇智能化工程技术楼宇智能化工程技术 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目：题目： 蔬菜大棚温湿度控制系统设计蔬菜大

2、棚温湿度控制系统设计 任务与要求：任务与要求： 1 1、了解大棚蔬菜对环境温度要求的生长习性，温度不合适会造成哪了解大棚蔬菜对环境温度要求的生长习性，温度不合适会造成哪 些影响和危害；注意不同种类的蔬菜对温度要求各不相同。些影响和危害；注意不同种类的蔬菜对温度要求各不相同。 2 2、以西红柿为例设计一检测及调节湿度的控制系统，包括过湿和过以西红柿为例设计一检测及调节湿度的控制系统，包括过湿和过 干两种情况，同时要考虑温度对其的影响干两种情况，同时要考虑温度对其的影响 。 时间：时间： 20102010 年年 9 9 月月 2727 日日 至至 20102010 年年 1111 月月 2323

3、日日 共共 8 8 周周 所属系部：所属系部： 电子工程系电子工程系 学生姓名：学生姓名： 张婷婷张婷婷 学学 号：号：0820410908204109 专业：专业： 楼宇智能化工程技术楼宇智能化工程技术 指导单位或教研室：指导单位或教研室： 楼宇教研室楼宇教研室 指导教师：指导教师： 张慧玲张慧玲职职 称：称： 副教授副教授 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 摘要摘要 随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重 要的一个管理因素是温湿度控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长， 所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室 大棚内

4、部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠 人工控制既耗人力，又容易发生差错。现在，随着农业产业规模的提高，对于 数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。为此，在现代化 的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生 产需要。 本论文主要阐述了基于 at89c51 单片机的西红柿大棚温湿度控制系统设计 原理，主要电路设计及软件设计等。该系统采用 at89c51 单片机作为控制器， sht10 作为温湿度数据采集系统，可对执行机构发出指令实现大棚温湿度参数 调节，具有上下位机直接设置温湿度范围，温湿度实时显示等功能。上位机采 用 delph

5、i 软件进行编写，用户界面友好，操作简单，可以根据大棚西红柿生长 情况绘制成简明直观的作物生长走势图，从而容易得出最适合作物生长的温湿 度值。 关键词关键词：at89c51；sht10；蔬菜大棚；温湿度；控制系统；传感器 abstract with the popularization of trellis technology, greenhouse trellis an ever-growing number, for vegetable shed speaking, one of the most important management factor is the temperatur

6、e 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 control is in greenhouse trellis internal hanging a thermometer, workers according to reg

7、ulate 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, for larger quantity of trellis, traditional temperature control measures will show gr

8、eat 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. this thesis mainly elaborated based on at89c51 tomatoes canopy temperature and humid

9、ity 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 the actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustmen

10、t, 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, can according to shed tomato growth situation blazoned with simple, direct simulati

11、ons 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 目录目录 第第 1 1 章章 绪论绪论.1 1.1 系统设计背景 .1 1.2 系统功能、优势及特点 .1 第第 2 2 章章 设计内容设计内容.4 2.1 总体方案的设计 .4 2.1.1 设计思想.4

12、2.1.2 系统组成及框图.4 2.2 系统主要电路的设计 .5 2.2.1 主要芯片 89c51 的功能及引脚图.5 2.2.2 温湿度检测电路的设计.7 2.2.3 复位电路的设计.12 2.2.4 温湿度调节系统的设计.12 2.2.5 sht10 数据采集程序.13 第第 3 3 章章 系统软件的设计系统软件的设计.15 3.1 上位机软件设计 .15 3.2 通信模块软硬件设计 .16 3.2.1 通信硬件设计.16 3.2.2 通信软件设计.17 3.3 系统主程序 .17 结束语结束语.19 参考文献参考文献.20 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 系统设计背景系统设计

13、背景 植物的生长都是在一定的环境中进行的，其在生长过程中受到环境中各种 因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。环境中昼夜 的温度和湿度变化大，其对植物生长极为不利。因此必须对环境的温度和湿度 进行监测和控制，使其适合植物的生长，提高其产量和质量。本系统就是利用 价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，控制操作方便，性价比高的 应用于农业种植生产的西红柿大棚温湿度测控系统。 西红柿属于喜温作物，但不喜高温。据实验：白天 27，夜晚 17，温差 保持在 10情况下，番茄生长最快。进入开花期，应加大通风量。上午棚内温 度升到 20，要逐渐打开通风口，降温排湿。从开花至浇催果水

14、之前，棚温不 要超过 28。下午当棚温降至 20时将通风口关闭。本系统主要完成对西红柿 大棚内温度和湿度等参数的采集、存储，并具有向监控中心传送数据以及执行 监控中心的指令等功能。 本系统温湿度的监控包括以下步骤：感应环境温湿度；判断感应到的温 湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，判断异常是否超过预设时间；若 异常超过预设时间，则输出异常信号至主控机；异常报警；判断异常是否处 理完毕；以及若异常处理完毕，解除报警。并可以利用控制器和主控机来达 到机房温湿度的远程控制，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。 为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬 菜大棚温度，适应生产

15、需要。它以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生 长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效 率，高产值和高效益的生产。 1.21.2 系统功能系统功能、优势及特点、优势及特点 该检测系统充分利用at89c51单片机的软、硬件资源,辅以相应的测量电路 和sht10数字式集成温湿度传感器等智能仪器,能实现多任务、多通道的检测和 输出。并且通过rs232接口实现与上位pc机的连接,进行数据的分析、处理和存 储及打印输出等。它具有测量范围广、测量精度高等特点,前端测量用的传感器 类型可在该基础上修改为其他非电量参数的测量系统。温湿度检测系统采用 sht10为温湿度测量元件。

16、系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性,经过一定的 添加或改造,很容易增加功能。根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度 等传感器采集到的信息，利用rs485 总线将传感器信息送给485 转232 的转换 器，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。监控中心将收到的采样数据以 表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范 围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。与此同时，监控中心可向 现场控制器发出控制指令，监测仪根据指令控制风机、水泵、等设备进行降温 除湿，以保证大棚内作物的生长环境。监控中心也可以通过报警指令来启动现 场监测仪上的声光报警装置，通知大棚管理人员采取

17、相应措施来确保大棚内的 环境正常。 1.2.11.2.1 系统功能及优势系统功能及优势 1.系统优越性： 系统结构清晰，高度集成化，安装、操作简单，适用于各 类使用环境，操作界面充分考虑客户个性化需求，系统运行稳定性好。 2.自动记录: 实时更新并自动记录温湿值，所有温湿度历史记录及相关数 据真实可靠，存储方式专用 3.易于查询: 查询任何该蔬菜温室内的固定测点及移动测点的温湿度历史 数据记录、温湿度历史曲线、温湿度预警信息、温湿度超限信息、超限处理措 施及整改提示、监测点环境情况评估、监测点故障、监测点地理位置等信息。 4.完整精确且灵活记录打印 :将预订的时间点自动记录所有测点的温湿度 值

18、及报警信息，形成可查询、打印的历史记录、历史曲线、报表。 5.灵活的报警功能: 报警方式有电脑声光报警、就地测点声光报警、预设 地点（值班室）声光报警、手机短信报警、电子邮件报警等。 6.传感器在线标定: 需要标定系统测试精度时无须拆卸传感器，只需通过 软件设定即可。 7.系统可扩充性强: 测点可在一定范围内任意增加。 8.安装简单: 接线方便可靠。 9.低功耗设计：独有的自备电源管理方案，配有小容量 ups 电源。 1.2.21.2.2 系统特点系统特点 1.远距离 : 识别的最远距离是 80m （正常的距离是 0 50 米，5080 米的距离要另外配置天线），识别距离可调。 2.防冲突性

19、: 先进的防碰撞技术，可同时识别 200 个 / 秒以上标识。 3.高速度 : 最高识别速度可达 200 公里 / 小时。 4.安全性 : 加密算法与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解。 5.方向性 : 可实现有方向性和无方向性的识别。 6.高可靠 : -40 -85 ，防冲击。 7.成本性 : 全部采用 0.18um 的芯片，成本更低。 8.功耗性 : 超低功耗，更健康、更安全。 9.传输性 : 全球开放的 ism 微波频段，无须申请和付费。 10.高抗干扰性 : 对现场各种干扰源无特殊要求高抗干擾性 。 11.温度特性：0.1（如果要求的温度范围更宽，则要特殊定）。 12.湿度特性

20、：2%h（如果要求的湿度范围更宽，则要特殊定制）。 13.测量时间间隔：至少需要 1.5s（如果需要更快，则要特殊定制开发）。 第第 2 2 章章 设计内容设计内容 2.12.1 总体方案的设计总体方案的设计 2.1.12.1.1 设计思想设计思想 系统的一大特点是用户可以通过下位机中的键盘输入温湿度的上下限值和 预置值，也可以通过上位机对温湿度的上下限值和预置值进行输入，从而实现 上位机对大棚内作物生长的远程控制。系统下位机设在种植植物的大棚内，下 位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再 将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，单片机读取数据后将数据送到 缓冲

21、区内，通过led数码管进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比 较处理；单片机可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电 器的控制对相应的设备如喷水器、吹风机、加热器、降温泵等进行操作，调节 大棚内温湿度状态。用户直接通过键盘对温湿度的上下限值和预置值进行设置 后，如果环境的实时参数超越上下限值，系统自动启动执行机构调节大棚内湿 度和温度状态，直到温湿度状态处于上下限值以内为止。如果有预置初值，且 与当前状态不相等时，系统也会启动执行机构动态调节温湿度状态，直到所处 的平衡状态与预置值相等为止。上位机是用delphi软件编写的一个数据库系统 管理系统，有着友好直观的用户界面，

22、可直接设置温湿度的上下限值和读取下 位机的数据，也可以直接对温室大棚内下位机的喷水器、吹风机、加热器、降 温泵等进行操作，调节大棚内温湿度状态。由于上位机delphi软件有强大的数 据库存储和处理功能，我们可以对下位机传送上来的各种环境中的数据参数进 行处理，形成作物生长的走势图，从而通过生长走势图得出适合各种作物生长 的最佳环境参数条件，为今后的温室种植提供参考。上下位机之间通过符合串 行总线rs一232标准的通信通道以事先约定的协议进行通信。 单片机作为控制器，可以接收温度和温度传感器从大棚中获取的温湿度信 息，将这些信息与预置的温湿度范围值进行比较，然后通过继电器控制执行机 构，对大棚进

23、行相关的操作以保证大棚的温湿度范围能够在预置的范围内。下 位机键盘显示部分可以直接对温湿度值进行预设，并可实现温湿度值的实时显 示。上位机可通过通信接口模块接收下位机传送过来的温湿度值，形成作物生 长的图表，也可以直接设置温湿度值和控制执行机构对大棚进行相关操作。 2.1.22.1.2 系统组成及框图系统组成及框图 系统由电源电路、温湿度传感器 sht10、数据通讯转换部分 (rs232)、 上位机管理软件和控制模块（ at89c51）组成。 1、温湿度传感器：负责检测并采集各控制点温湿度数据。 2、数据通讯转换器：负责温湿度数据采集数据的信号转换。 3、软件部分：软件部分负责对所有数据进行读

24、取分析，并执行各项管理 功能。 4、控制部分（即温湿度调节系统）：执行远程控制指令。 控制部分连接 增湿装置、干燥装置、温度的控制装置等。 其系统原理图如图 2-1 所示： 复位电路复位电路 温湿度检测电路温湿度检测电路 at89c51 电源电源 显示电路显示电路 键盘，报警电路键盘，报警电路 温湿度调节系统温湿度调节系统 图2-1 蔬菜大棚温湿度控制原理框图 2.22.2 系统主要电路的设计系统主要电路的设计 2.2.12.2.1 主要芯片主要芯片 89c5189c51 的功能及引脚图的功能及引脚图 芯片89c51共有40个引脚，其中电源引脚有4个，控制引脚有4个，并行的 i/o接口有32个

25、，其引脚图如图2-2所示： 输入按键输入按键 图2-2 89c51引脚 （1）电源及时钟引脚（4个） vcc:电源接入引脚； vss:接地引脚； xtal1:晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚接地）； xtal2:晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外 部振荡信号的输入端）。 （2）控制线引脚（4个） rst/vpd:复位信号输入引脚/备用电源输入引脚； ale/prog:地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚(低电平有效）； ea/vpp:内外存储器选择引脚（低电平有效）/片内eprom（或flashrom）编 程电压输入引脚； psen:外部存储器选

26、通信号输出引脚（低电平有效）。 (3)并行i/o引脚（32个，分成4个8位口） p0.0p0.7:一般i/o引脚或数据/低位地址总线服用引脚； p1.0p1.7:一般i/o引脚； p2.0p2.7:一般i/o引脚或高位地址总线引脚； p3.0p3.7:一般i/o引脚或第二功能引脚。 2.2.22.2.2 温湿度检测电路的设计温湿度检测电路的设计 本系统选择的温湿度传感器是由 瑞士 sensirion 公司推出了 sht10 单片数 字温湿度集成传感器，采用 cmos 过程微加工专利技术（cmosens technology） ， 确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器包括一个电容

27、性聚 合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上， 与 l4 位的 ad 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在 极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程 序形式存储在 otp 内存中，在校正的过程中使用。两线制的串行接口，使外围 系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首 选。 如图 2-3 所示，传感器 sht10 的原理图 d a calibration memery digita linter -face rh sensor temp sensor sck data gnd vdd 图2-3

28、传感器 sht10的原理图 如图 2-4 所示，传感器 sht10 的电路连接图 图2-4 sht10传感器电路图 （1）数字集成温湿度传感器 sht10 的主要特点 a.相对湿度和温度的测量兼有露点输出； b.全部校准，数字输出； c.接口简单（2-wire）,响应速度快； d.超低功耗，自动休眠； e.出色的长期稳定性； f.超小体积（表面贴装） ； g.测湿精度45%rh，测温精度0.5（25） 。 （2)引脚说明 a.电源引脚（vdd、gnd） sht10的供电电压为2.4v5.5v。传感器上电后，要等待11ms，从“休眠” 状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚（vdd 和 gn

29、d）之间可增加1个 100nf 的电容器，用于去耦滤波。 b.串行接口 sht10的两线串行接口（bidirectional 2-wire）在传感器信号读取和电 源功耗方面都做了优化处理，其总线类似 i2c 总线但并不兼容 i2c 总线。 串行时钟输入（sck） 。sck 引脚是 mcu 与 shtio 之问通信的同步时钟， 由于接口包含了全静态逻辑，因此没有最小时钟频率。即微控制器可以以任意 慢的速度与 sht10 通信。 串行数据（data） 。data三态引脚是内部的数据的输出和外部数据的输入 引脚。data在sck时钟的下降沿之后改变状态，并在sck时钟的上升沿有效。即 微控制器可以在

30、sck的高电平段读取有效数据。在微控制器向sht10传输数据的 过程中，必须保证数据线在时钟线的高电平段内稳定。为了避免信号冲突，微 控制器仅将数据线拉低，在需要输出高电平的时候，微控制器将引脚置为高阻 态，由外部的上拉电阻(例如：lok)将信号拉至高电平。 为避免数据发生冲突，mcu 应该驱动 data 使其处于低电平状态，而外部接1 个上拉电阻将信号拉至高电平。 （3）命令与时序 sht10命令如表2-1所列。 表2-1 sht10的命令 a.命令时序 发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化，如图2-5所示。其时序为： 当 sck 为高电平时 dt 翻转保持低电平，紧接着 sck 产生

31、1个发脉冲，随后在 sck 为高电平时 data 翻转保持高电平。 命令代码 保留0000x 测量温度00011 测量湿度00101 读状态寄存器00111 写状态寄存器00110 保留0101x1110x 软件复位，复位接口、清楚状态寄存器 为默认值，下一个命令前等待至少11ms 11110 data sck 图2-5 命令时序 紧接着的命令包括3个地址位（仅支持“000” ）和5个命令位。sht10指示正 确接收命令的时序为：在第8个 sck 时钟的下降沿之后将 data 拉为低电平（ack 位）,在第9个 sck 时钟的下降沿之后释放 data（此时为高电平） 。 b.测量时序（rh 和

32、 t） “000 00101”为相对湿度（rh）量， “000 00101”为温度（）测量。发 送一组测量命令后控制器要等待测量结束，这个过程大约需要20/80/320ms 对 应其8/12/14位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化，最多能够缩短 30%。sht10下拉 data 至低电平而使其进入空闲模式。重新启动 sck 时钟读出数 据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。 接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的 crc 校验。mcu 必须通过拉低 data 来确认每个字节。所有的数据都从 msb 开始，至 lsb 有效。例如对于12位 数据，第5个 sck 时钟时的数值作为

33、msb 位；而对于8位数据，第1个字节（高8 位）数据无意义。 确认 crc 数据位之后，通信结束。如果不使用 crc-8校验，控制器可以在测 量数据 lsb 位之后，通过保持 ack 位为高电平来结束本次通信。测量和通信结 束后，sht10自动进入休眠状态模式。 c.复位时序 如果与 sht10的通信发生中断，可以通过随后的信号序列来复位串口，如图 2-6所示。保持 data 为高电平，触发 sck 时钟9次或更多，接着在执行下次命令 之前必须发送一组“传输启动”序列。这些序列仅仅复位串口，状态寄存器的 内容仍然保留。 data sck 传输开始传输开始 121314 4- -8 891 图

34、2-6 复位时序 （4）传感器 sht10与 at89c51的接口电路 如图2-7所示，传感器 sht10将采集的温湿度值与键盘设定温湿度值进行比 较，并将信息送给89c51进行处理，89c51将信息送给显示模块进行显示，用户 需要对系统进行相应的温湿度调节。 图2-7 传感器接口电路图 2.2.32.2.3 复位电路的设计复位电路的设计 本系统采用 rc 复位电路，rc 复位电路实质是一阶充放电电路。如图2-9所 示。该电路提供有效的复位信号 rst（高电平)直至系统电源稳定后撤销复位信 号（低电平） 。从理论上说51系列单片机复位引脚只要外加两个机器周期的有效 信号即可复位，设 t 为保持

35、高电平的时间，只要保证 t=rc2m（m 为机器周期） 即可。但在实际设计过程中，通常 c1取10uf 以上，r1通常取10k 左右。时间发 现，如果 r1取值太小，如 r1取1k.则会导致 rst 信号驱动能力变差而无法使系 统可靠复位。另外实验证明，图中的虚线所接的续流二极管 d1对于改善复位性 能起到了至关重要的作用，它的作用是在电源电压瞬间下降时，电容迅速放电， 因此一定宽度的电源毛刺也可使系统可靠复位。 rst vcc c1 22uf r1 d1 10k 4148 图2-9 rc 复位电路 2.2.42.2.4 温湿度调节系统的设计温湿度调节系统的设计 温湿度调节系统包括加湿模块除湿

36、模块、加温模块和制冷模块。它是由单 片机的io 口控制的，有效控制电平为+5v，执行机构的各种设备都是在市电 下正常工作的，必须采用io口控制继电器的导通和切断来控制市电的通断， 也即控制执行设备的工作状态。由于单片机的io不能提供足够的电流，不能 直接驱动继电器导通，因此，我们采用达林顿管，将进行两级放大，提供了足 够大的驱动电流，让继电器中的电感线圈产生足够大的磁力，将开关吸合。用 户预先输入温湿度报警值到程序中，该值作为系统阈值。温湿度传感器监测值 传输给单片机，当单片机比较监测到的数值超出所设定阈值时，驱动蜂鸣器报 警，并为温湿度调节系统提供控制信号，实现自动控制。 2.2.52.2.

37、5 sht10sht10 数据采集程序数据采集程序 如图 2-10 所示，sht10 数据采集过程。 图2-10 sht10数据采集流程图 温湿度传感器shtl0完成一次测量的工作顺序一般为：设置传感器分辨率 发送“启动传输”命令发送测量命令读输出的测量值将输出测量值转换 为物理量。微控制器首先发布一个启动传输时序，接着调用写时序发布温度 或湿度(取决于人口参数)的测量命令，之后等待测量的完成，在测量完成后， 调用读时序读回测量结果。需要注意的一点是，仅当通信错误标志error为0时， 才说明通信正确，读回的结果有效。在主程序中若检测到通信错误标志error非 零，需要使用复位时序，来复位串行

38、端口，然后重新进行测量shtlo数据采集程 序流程图如图2.10所示： sht10读写数据的规则是：data在sck时钟的下降沿之后改变状态，并在sck 时钟的上升沿有效。从微控制器向sht10写数据的角度来看，可以理解为上升沿 将触发sht10锁存数据，即微控制器在下降沿输出数据，再给出上升沿触发 sht10锁存数据。下降沿和上升沿之间的时间间隔需要满足sht10的数据建立时 间1 (最小值为loons)，上升沿之后数据也需要保持一段时间，这段时间用于满 足sht1 0的数据保持时间th(典型值为lons)。 当 sht10 完成测量后，微控制器需要发布读时序将测量结果读回。实现读 时序首先

39、需要实现 8 个数据位的读取。sht10 读写数据的规则是：data 在 sck 时钟的下降沿之后改变状态，并在 sck 时钟的上升沿有效。从微控制器读 数据的角度理解，时钟线的下降沿将触发 sht10 接口内的锁存器输出数据，输 出数据在时钟线上升沿之后达到稳定，下降沿和上升沿之间的时间间隔要大于 sht10 的输出数据有效时间 tv(典型值为 250ns)，即微控制器需要先给出下降 沿，延时一段时间待数据稳定后再读取数据。此外，微处理器需要在第 9 个时 钟给出应答位，这属于写时序，写时序可参考前文的论述。读时序的 c 语言程 序代码如下，程序的人口参数为 0 或 1，0 代表给出应答位，

40、继续接收后续数据； 1 表示终止通信。 第第 3 3 章章 系统软件的设计系统软件的设计 3.13.1 上位机软件设计上位机软件设计 上位机软件采用borland delphi编写。delphi是强大，灵活的基于windows 的可视化应用程序开发工具。它将可视化技术与objectpascal语言完美结合， 具有良好的数据库访问能力，是一个非常强大的应用程序开发组件的集合。 上位机软件主窗口如图2所示，它是系统启 窗口等待用户操作。主窗口包 括四大部分，即温动后显示在用户面前的第一个窗口，系统将在此 度实时监测 图形，湿度实时监测图形，当日环境参数表以及其他窗口的弹出按钮。系统的 实时监测数据

41、是上位机每隔15分钟向下位机发出命令采集的，时间间隔合理， 能达到实时监测的目地。系统软件本着方便用户使用的原则，采用人机交互方 式、弹出式窗口、错误屏蔽、友情提示等技术，最大限度地方便用户操作。系 统窗口简洁明了，数据显示采用表格或图形的形式，使得用户更方便地查看、 查询数据。温湿度数据接收软件界面图如图3-1所示： 图3-1 温度、湿度数据接收软件界面图 如图3-2所示，上位机软件主要由实时监测模块、大棚信息模块、智能控制 模块、环境参数设置模块、作物长势记录模块和直接控制模块6大模块组成，用 户可以通过具体界面来了解下位机所在的大棚内作物的生长情况，通过界面内 作物生长的走势图可以得出最

42、适合作物生长的环境条件。上位机软件控制界面 友好，操作简单明了，十分适合用户操作。 图 3-2 上位机软件流程 3.23.2 通信模块软硬件设计通信模块软硬件设计 3.2.13.2.1 通信硬件设计通信硬件设计 89c51单片机与pc系列微机是两种不同类型的机种，硬件结构不同，电气特 性也不一样，因此它们之间不能用导线直接连接，而要通过电平转换电路。本 系统采用的串行通信的接口标准rs一232c。 （1）rs一232c电气特性 rs一232c采用负逻辑在txd和rxd上：逻辑1(mark)=一515v逻辑0(space) =+5+15vrs一232c的主要电气特性为：带37k欧姆负载时驱动器的

43、输出电平： 逻辑“1”：一5 一12v；逻辑“0“：+5 +12v。不带负载时驱动器的输出 电平： 一25+25v。驱动器转换速率：30v，l 。接收器输入阻抗：37k 欧姆之间。接收器输入电压的允许范围：一25 +25v。最大负载电容： 2500pf。 （2）rs一232c的电平转换 rs一232c是用正负电压来表示逻辑状态，与1vrl以高低电平表示逻辑状态 的规定不同。为了能够同计算机接口或终端的1vrl器件连接，必须在eiars一 232c与1vrl电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现变换的方法目前较为广 泛地使用集成电路转换器件，如mc1488、sn75150芯片可完成1vrl电平到

44、eia 系统启动 主窗口等待操作 退出程序 直 接 控 制 实时监控 大 棚 信 息 作 物 长 势 智 能 控 制 环 境 参 数 设 置 电平的转换，而mc1489、sn75 154可实现eia电平到1vrl电平的转换，max232芯 片可完成1vrl一ia双向电平转换。max232芯片的转换口，包含两路驱动器和接 收器的rs 一232转换芯片。芯片内部有一个电压转换器，可以把输入的+5v电压转换 为rs一232接口所需的10v电压，最大的好处是工作电压为+5v，不需要额外电 源。 3.2.23.2.2 通信软件设计通信软件设计 系统的设计中，考虑到下位机位于温室大棚内，离上位机即计算机的

45、控制 有一定距离，而且系统对于传送速度的要求也不是很高，且考虑到传输的信息 量不会非常大，并从降低成本的角度出发，所以采用异步串行通信的方式。 （1）异步通讯方式 异步通讯方式既不需要同步字符sync，也不要求保持数据流的连续性，它 规定传输格式，每个数据均以相同的帧格式发送。每帧信息由起始位、数据位、 奇偶校验位和停止位组成，帧与帧之间用高电平隔开。 （2）通信程序的编写 由于汇编语言程序结构紧凑、灵活，汇编成目标程序效率高、占用存储器 空间少、运行速度快和实时性强等特点，适合实时测控等领域，所以本系统通 信程序采用了汇编语言进行编写。在异步串行通信中，要保证通信成功，通信 双方必需对数据传

46、送方式有一系列的约定，比如：作为发送方，必须知道什么 时候发送信息、发什么、对方是否收到、收到的内容有没有错、要不要重发、 怎样通知对方结束等；作为接收方，必须知道对方是否发送了信息、发的是什 么、收到的信息是否有错、如果错了怎样通知对方重发、怎样判断结束等。这 种约定称为通信协议，它必须在编程之前就确定下来，只有双方都正确地识别 并遵守这些规定才能顺利地进行通信。本设计的通信协议格式设置为： 我们选定常用的波特率2400位 ，串行通信工作于方式1，smod = 1，晶体 震荡频率为12mhz。由于定时计数器1的溢出率= for,c12* (2 一n)次 ， 而串行通信方式1的波特率为： (定

47、时计数器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 =f3h，tl=f3h。 *波特率设置：选用定时计数器1定时模式，工作方式1，计数常数 f3h，smod=1，波特率2400bps， *串行通讯设置：异步通讯方式1，允许接收； *1位起始位，8个数据位，1个停止位。 3.33.3 系统主程序系统主程序 本系统的智能核心是 at89c51，其监控程序和应用软件全部固化在 eprom 内。他的工作过程是：当系统接通电源后， at89c51 单片机进入监控状态， 同时完成对各个端口的初始化工作，当有按键按下时，产生申请中断，进入响 应的中断程序，完成键盘处理工作。当没有外部控制信息的输入时，系统会自 动采集温湿度传感器的电压值，最终数据在 led 显示屏上显示，如图 3.3 所 示。 图中系统功能的主程序包括初始化程序、自检程序等。终端服务程序包括 键盘扫描、查表、显示等。系统软件主要完成