1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　溫室大棚中溫濕度測控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　20 11 年 6月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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成為一個難題。目前應(yīng)用于溫

3、室大棚的溫度檢測系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、A /D及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。</p><p>　　本課題提出一種基于單片機(jī)并采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度測控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大棚的的設(shè)計(jì)方案，該方案是利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控

4、制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度。一旦該溫度值超過我們預(yù)先設(shè)定的上、下限，單片機(jī)便啟動報警系統(tǒng)進(jìn)行報警，進(jìn)而對大棚內(nèi)溫度進(jìn)行控制。這種設(shè)計(jì)方案能對多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時巡檢，各檢測單元能獨(dú)立完成各自功能，同時能夠根據(jù)主控機(jī)的指令對溫度進(jìn)行定時采集，測量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機(jī)串行口，通過RS一485總線及通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，控制各個從機(jī)進(jìn)行溫度采集，收集測

5、量數(shù)據(jù)，并對測量結(jié)果(包括歷史數(shù)據(jù))進(jìn)行整理、顯示和存儲。該測控系統(tǒng)不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡單方便，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好.</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫、濕度測控，AT89S52單片機(jī)， PC機(jī)，RS-485通信</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the popularizatio

6、n of greenhouse technology, the amount of greenhouse is larger and larger. However, the temperature control of greenhouse is becoming a difficult Problem. Currently, the temperature control system of greenhouse is mostly

7、 using a transfers system which consists of analog temperature sensors，multiplexing analog switches，A/D conversion units and SCM. This kind of temperature collection System needs a lot of cables which is laid to make th

8、e signal of the sensor be sent to the </p><p>　　This Paper gives a greenhouse temperature control project which 15 based upon the SCM and digital monobus technology. In this project，the change of temperature

9、 in the greenhouse is transformed into the change of electric current and then into the change of voltage by using the temperature sensors.The result is dealt with by SCM. At last the real time temperature in the greenho

10、use is displayed on the monitor under the control of SCM. Once the value of the temperature in the greenhouse exceeds the</p><p>　　Key words: humiture measuring and controlling, AT89S52 MCU, PC, RS-485bus目

11、錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p>　　第一章 引 言1</p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>

12、;　　1.2 現(xiàn)實(shí)狀況及未來發(fā)展方向2</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3</p><p>　　第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2 溫度的測量和控制6</p><p>　　2.2.1 溫度傳感器的選擇6<

13、;/p><p>　　2.2.2 DS18B20的介紹6</p><p>　　2.2.3 溫度測控電路圖9</p><p>　　2.3 濕度的測量和控制10</p><p>　　2.3.1 濕度傳感器的選擇10</p><p>　　2.3.2 HS1101濕度傳感器介紹11</p><

14、p>　　2.3.3 濕度傳感器測量電路12</p><p>　　2.4 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)選擇14</p><p>　　2.4.2 AT89S52 簡介14</p><p>　　2.4.2 AT89S52 基本電路17</p><p>　　2.5顯示系統(tǒng)

15、18</p><p>　　2.5.1 顯示系統(tǒng)選擇18</p><p>　　2.5.2 顯示系統(tǒng)電路19</p><p>　　2.6 通信系統(tǒng)21</p><p>　　2.6.1 通信方式選擇21</p><p>　　2.6.2 通信MAX485電路22</p><p>　

16、　2.7 信號采集通道的選擇23</p><p>　　2.7.1 采集通道選擇23</p><p>　　2.7.2 CD4051介紹25</p><p>　　2.7.3 采集通道電路圖26</p><p>　　2.8 其他外圍接口電路27</p><p>　　2.8.1 電源系統(tǒng)電路27</

17、p><p>　　2.8.2 報警系統(tǒng)電路28</p><p>　　2.8.3 繼電器系統(tǒng)29</p><p>　　2.8.4 存儲器系統(tǒng)30</p><p>　　2.8.5 開關(guān)系統(tǒng)31</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.1 主程序流程圖3

18、2</p><p>　　3.2 溫度程序流程圖33</p><p>　　3.3 濕度程序流程圖38</p><p>　　3.4 通信程序41</p><p>　　第四章總 結(jié)45</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><

19、b>　　致謝及聲明48</b></p><p><b>　　附 錄49</b></p><p>　　第一章 引 言</p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，

20、無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫度有著密切的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度不但對于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義。我國人多地少，人均占有耕地面積更少。因此，要改變這種局面，只靠增加耕地面積是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來提高單位畝產(chǎn)量。溫室大棚技術(shù)就是其中一個好的方法。溫室大棚

21、就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個人工氣象環(huán)境，來消除溫度對生物生長的約束。而且，溫室大棚能克服環(huán)境對生物生長的限制，能使不同的農(nóng)作物在不適合生長的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)對農(nóng)作物的生長影響不大，部分或完全擺脫了農(nóng)作物對自然條件的依賴。由于溫室大棚能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，所以溫室大棚技術(shù)越來越普及，并且已成為農(nóng)民增收的主要手段。</p><p>　　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

22、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(jì)，通過讀取溫度值來知道大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫度進(jìn)行比較，看溫度是否過高或過低。如果過高，就對大棚進(jìn)行降溫處理;如果過低，就對大棚進(jìn)行升溫處理。這些操作都是在人工情況下進(jìn)行的，耗費(fèi)了大量的人力物力。現(xiàn)在，隨著國家經(jīng)濟(jì)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

23、棚的建設(shè)對溫度檢測技術(shù)也提出了越來越高的要求。</p><p>　　今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。時下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、基于單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)在溫室大棚中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模糊控制化己成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。采用單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具

24、有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動化和各個測控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。基于此，本課題圍繞應(yīng)用于溫室大棚的基于單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)展開應(yīng)用研究工作。</p><p&g

25、t;　　1.2 現(xiàn)實(shí)狀況及未來發(fā)展方向</p><p>　　隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，溫室環(huán)境自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的溫度控制措施。但是，目前應(yīng)用于溫室大棚的溫度檢測系統(tǒng)大多采用模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號送

26、到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大。為了克服這些缺點(diǎn)，文參考了一種基于單片機(jī)并采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度測控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大棚的的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)實(shí)用者提出的問題進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方案。由于數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，這必定成為未來的主流發(fā)展方向。</p><p>　　數(shù)字化單總線技術(shù)是 將系統(tǒng)的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根導(dǎo)線，允許在這根導(dǎo)線上掛接

27、數(shù)百個控制對象，形成多點(diǎn)單總線測控系統(tǒng)。這些測控對象所用的芯片都由該公司提供。采用單總線協(xié)議后，可在檢測點(diǎn)將模擬信號數(shù)字化。這樣，在單總線上傳輸?shù)谋闶菙?shù)字信號。本文介紹的溫度測控系統(tǒng)就是基于單總線技術(shù)及其器件組建的。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓變化輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，同時通過比較，對大棚內(nèi)的溫度

28、是否超過溫度限制進(jìn)行分析。如果超過我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制，溫度報警系統(tǒng)將進(jìn)行報警，并同時自動對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時測量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡單方便，性價比高，可維護(hù)性好。這種溫度測控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以便促進(jìn)農(nóng)作物的生長，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和

29、社會效益。</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　此次設(shè)計(jì)將完成以下的主要內(nèi)容：</p><p><b>　　硬件部分：</b></p><p>　　（1）根據(jù)系統(tǒng)的需要完成傳感器的選型工作。本系統(tǒng)能夠同時檢測多路溫濕度，同時根據(jù)實(shí)際需要，檢測點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)展。</p><p

30、>　?。?）主機(jī)與從機(jī)串行通訊接口的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)進(jìn)行通訊。在主機(jī)上能以友好的界面顯示溫室的狀態(tài)，這可大大方便管理人員操作和科研人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。本系統(tǒng)串行通訊接口采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)與上位PC機(jī)進(jìn)行通訊，硬件芯片采用MAX485進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?）顯示功能的設(shè)計(jì)。用LED循環(huán)顯示各個監(jiān)測點(diǎn)的溫度和濕度值。</p><p>　?。?）越限報警功

31、能的設(shè)計(jì)。當(dāng)某監(jiān)測點(diǎn)的溫度或濕度值超過限定值時，啟動聲音報警裝置報警。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　溫度檢測范圍 ： 20℃~30℃</p><p>　　測量精度 ： 0.5℃</p><p>　　濕度檢測范圍 ： 65%~85%RH </p><p>　　檢測精度 ： 1%RH</p>&

32、lt;p>　　顯示方式 ： 溫度、濕度分時顯示，四位顯示</p><p>　　報警方式 ： 三極管驅(qū)動的蜂鳴音報警</p><p><b>　　軟件部分：</b></p><p>　　本系統(tǒng)軟件采用 C語言進(jìn)行編寫，并采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。</p><p>　　通常，符合上述功能的溫

33、濕度監(jiān)控程序由主程序、溫濕度采集子程序,報警子程序，通信子程序組成。</p><p>　　第二章 溫室大棚測控方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì)</p><p>　　溫室控制系統(tǒng)是依據(jù)溫室內(nèi)外傳感器所檢測到的環(huán)境狀態(tài)值，進(jìn)行一定的控制決策，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對溫室內(nèi)的環(huán)境氣候進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到滿足作物的生長發(fā)育需要。我國現(xiàn)有的溫室系統(tǒng)一次性投

34、資大，生產(chǎn)成本高，使得溫室的推廣和普及存在很大困難。因此，在開發(fā)溫室測控中要力求經(jīng)濟(jì)性、通用性和可擴(kuò)展性。 </p><p>　　由于溫室占地面積大、被控對象多且分散，導(dǎo)致溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需要使用大量的傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而且它們分布在非常廣的范圍內(nèi)，通訊距離遠(yuǎn)。針對這些特點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用智能型溫度傳感器 DS18B20，從而可以利用單總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約成本，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。 系統(tǒng)原理框圖

35、見圖 2-1 所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)原理總框圖</p><p>　　2.2 溫度的測量和控制</p><p>　　2.2.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　溫度傳感器的選擇測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器。</p><p>　　方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的

36、特性制成的測溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。</p><p>　　方案二：采用DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20是由Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線結(jié)構(gòu)具有簡潔且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可使用戶輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念，現(xiàn)場溫度可直接通過“一線總線”以數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。&

37、lt;/p><p>　　以上兩個方案來看，方案二更適合此電路要求。國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，方案二也更符合發(fā)展趨勢。</p><p>　　2.2.2 DS18B20的介紹</p><p>　　DS18B20是繼DS1820之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏

38、電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從 DSl8B20讀出的信息或?qū)懭隓Sl8B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS1SB2O供電，而無需額外電源。因而使用 DS1SB2O可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)

39、，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為一55℃～+25℃，在—10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。</p><p>　　DS18BZO采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝。其管腳排列如圖

40、2一2所示：</p><p>　　圖2-2 DS18B20的管腳排列</p><p>　　DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件 ：</p><p>　　（1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位 （28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面5

41、6位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 （2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。 </p><p>　　bit7 bit6 bit5 bit4 bit

42、3 bit2 bit1 bit0</p><p>　　bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8</p><p>　　表1 DS18B20溫度值格式 </p><p>　　這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大

43、于0， 這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FE6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。</p><p>　?。?）DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包

44、括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。</p><p>　　（4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：</p><p>　　表2 配置寄存器結(jié)構(gòu)　</p><p>　　低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出

45、廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率 。</p><p>　　DSl8B20工作過程中的協(xié)議如下： </p><p>　　初始化：ROM操作命令；存儲器操作命令；處理數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　初始化:</b></p><p>　　單總線上的所有處理均從初始化開始。 </p>

46、<p><b>　　ROM操作命令: </b></p><p>　　總線主機(jī)檢測到DSl820的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令之一，這些命令如 </p><p>　　指令 代碼 </p><p>　　Read ROM(讀ROM) [33H] <

47、;/p><p>　　Match ROM(匹配ROM) [55H] </p><p>　　Skip ROM(跳過ROM] [CCH] </p><p>　　Search ROM(搜索ROM) [F0H] </p><p>　　Alarm search(告警搜索)

48、 [ECH] </p><p><b>　　存儲器操作命令: </b></p><p>　　指令 代碼 </p><p>　　Write Scratchpad(寫暫存存儲器) [4EH] </p><p>　　Read Scratchpad(讀

49、暫存存儲器) [BEH] </p><p>　　Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲器) [48H] </p><p>　　Convert Temperature(溫度變換) [44H] </p><p>　　Recall EPROM(重新調(diào)出) [B8H] </p><p>　

50、　Read Power supply(讀電源) [B4H] </p><p>　　2.2.3 溫度測控電路圖</p><p>　　圖2-3 溫控電路圖</p><p>　　該溫度測控系統(tǒng)的電路十分簡單，DS18B20為三端口元件，VCC為接電源端口，GND為接地端，DQ為信號輸出端，當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上

51、必須有強(qiáng)的上拉，所以接入4.7k上拉電阻，上拉開啟時間最大為10us。。其工作原理就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程和單片機(jī)編程，使智能溫度傳感器 DS18B20 正常工作，去檢測大棚內(nèi)實(shí)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

52、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)。</p><p>　　2.3 濕度的測量和控制</p><p>　　2.3.1 濕度傳感器的選擇</p><p>　　測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性

53、質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。</p><p>　　方案一：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測量濕度范圍為0～100%RH，工作溫度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時為1MΩ

54、。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。</p><p>　　方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響

55、應(yīng)時間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%～100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢娋仁禽^高的。</p><p>　　方案三：采用數(shù)字濕度傳感器（如DHT11等

56、）。數(shù)字濕度傳感器將傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口全部集成于一個芯片中。應(yīng)用該方案不需外接A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以大大簡化硬件電路，并能提高電路的可靠性。</p><p>　　綜合比較，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時才具有良好的線性，而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對溫度-30～50℃的要求；方案二，不是數(shù)字式傳感器，與單片機(jī)的接口需要外接A/D轉(zhuǎn)換器件或C-F轉(zhuǎn)換器件

57、，但是性價比高，而且性能穩(wěn)定。本系統(tǒng)中，我們選擇方案二作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。</p><p>　　2.3.2 HS1101濕度傳感器介紹</p><p>　　本系統(tǒng)選用HS1101濕度傳感器來測量濕度，HS1101是法國Humirel公司推出的一款電容式相對濕度傳感器，該傳感器廣泛應(yīng)用于辦公室、家庭、汽車駕駛室和工業(yè)控制系統(tǒng)等，對空氣濕度進(jìn)行監(jiān)測。與其它濕度傳感器相比，它有著顯著的優(yōu)點(diǎn)

58、：</p><p>　?、?無須校驗(yàn)的完全互換性</p><p>　?、?長期飽和狀態(tài)，瞬間脫濕</p><p>　?、?適應(yīng)自動裝配過程，包括波峰、焊接、回流焊等</p><p>　?、?具有高可靠性和長期穩(wěn)定性</p><p>　?、?特有的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)</p><p><b>

59、　?、?響應(yīng)時間快</b></p><p>　?、?適用于現(xiàn)行電壓輸出和線形頻率輸出兩種電路</p><p>　　HS1101濕度傳感器在電路構(gòu)成上等效于一個電容器件，采用側(cè)面開放式封裝，只有兩個引腳，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大，但不允許直流方式供電，HS1101濕度傳感器外形如圖2-4示。</p><p>　　圖2-4 HS1101濕度傳感器

60、</p><p>　　將HS1101的電容量的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)易接受的信號的方法，常用有兩種：一種是將HS1101置于運(yùn)放與電容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大，再由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供單片機(jī)處理；另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，共單片機(jī)直接采集和處理。</p><p>　　2.3.3 濕度傳

61、感器測量電路</p><p>　　HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計(jì)算

62、機(jī)所采集。</p><p>　　頻率輸出的555測量振蕩電路如圖2-5成定時器555芯片外接電阻R1、R3與濕敏電容C(HS1101)，構(gòu)成了對C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R21是防止輸出短路的保護(hù)電阻。</p><p>　　圖2-5輸出的555測量振蕩電路<

63、;/p><p>　　該振蕩電路兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源VCC通過R1、R3向HS1101充電，經(jīng)t充電時間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67VCC，此時輸出引腳7端由高電平突降為低電平，然后通過R3放電，經(jīng)t放電時間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs此時輸出，此時輸出引腳7端又由低電平突升為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時間為</p><p&

64、gt;　　充電 t =C（R1+R3）Ln2</p><p>　　放電 t =C* R3* Ln2</p><p>　　因而，輸出的方波頻率為：</p><p>　　f=1/(t放電+t充電)=1/[C（R1+2R3）Ln2]</p><p>　　可見，空氣濕度通過555測量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號。</p><p

65、>　　根據(jù)HS1101使用手冊，該振蕩電路輸出的方波頻率范圍是6033～7351Hz,所對應(yīng)的相對濕度為100～0%R。</p><p>　　表3對濕度與電壓頻率的典型值</p><p>　　2.4 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)選擇</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器

66、等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替片微型計(jì)算機(jī)(SCM)這一名稱?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。</p

67、><p>　　在本課題設(shè)計(jì)的溫濕度測控系統(tǒng)中，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。在單片機(jī)選用方面，由于AT89S系列單片機(jī)增加了很多功能，但價格基本不變，甚至比80C51系列更低，因此本系統(tǒng)中，我們采用美國ATMEL（愛特梅爾）公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為主控芯片。</p><p>　　2.4.2 AT89S52 簡介</p><p>　　AT89S52 單片機(jī)是一種低功耗、

68、高性能CMOS 8位微控制器，具有8KB的Flash可編程存儲器，支持在線可編程（ISP）。ISP的優(yōu)勢在于當(dāng)用戶需要修改片內(nèi)程序存儲器中的程序時，不需要把89S從工作現(xiàn)場中分離出去。而80C5l則不行，要想修改程序，必須將80C51芯片從控制現(xiàn)場中取出，放到編程器上進(jìn)行編程。AT89S使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。&l

69、t;/p><p>　　AT89S52主要有以下性能特點(diǎn)：</p><p>　　(1)擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash</p><p>　　(2)晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）</p><p>　　(3)內(nèi)部程序存儲器（ROM）為 8KB</p><p>　　(4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM

70、）為 256字節(jié)</p><p>　　(5)32 個可編程I/O 口線</p><p>　　(6)8 個中斷向量源</p><p>　　(7)三個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　(8)三級加密程序存儲器</p><p>　　(9)全雙工UART串行通道</p><p>　　AT89

71、S52各引腳功能介紹：</p><p>　　圖2—6 AT89S52管腳圖</p><p>　　.PORT0（P0.0～P0.7）：</p><p>　　端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)

72、做I/O用時可以推動8個LS的TTL負(fù)載。</p><p>　　PORT1（P1.0～P1.7）：</p><p>　　端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。 </p><p>　　PORT2（P2.0～P2.7）：</p><p>　　

73、端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。</p><p>　　PORT3（P3.0～P3.7）：</p><p>　　端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負(fù)載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容

74、的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｈ鏟3.0：RXD，串行通信輸入，P3.1：TXD，串行通信輸出，P3.2：INT0，外部中斷0輸入……</p><p><b>　　RST：復(fù)位輸入。</b></p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信

75、號。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。</p><p>　　VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。</p><p><b>　　VSS：電源地端。</b></p><p>　　XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放

76、大器輸入端。</p><p>　　XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端</p><p>　　2.4.2 AT89S52 基本電路</p><p>　　圖2-7 AT89S52 基本電路</p><p>　　AT89S52單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反向放大器所構(gòu)成的振蕩器。XTAL1為振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端，XTAL2為振

77、蕩器反相放大器的輸出端。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元器件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。本系統(tǒng)采用的定時元器件為石英晶體（晶振）和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率為12MHz，電容大小為30pF，電容的大小可以起到頻率微調(diào)的作用。時鐘電路如圖2-7所示。</p><p>　　當(dāng)上電時，C3相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位；在正常工作時，按下開關(guān)使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路的C3可以選為100μF，R6為1000歐姆

78、。該復(fù)位電路結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，是所有單片機(jī)復(fù)位電路里使用最多的一種，適合在干擾不是很嚴(yán)重的情況下使用。其缺點(diǎn)是當(dāng)干擾較大時，干擾易串入復(fù)位端，在大多數(shù)條件下，不會造成單片機(jī)復(fù)位錯誤，但可能會引起某些寄存器復(fù)位錯誤?？梢栽赗ESET端加一個去耦電容來解決。</p><p><b>　　2.5顯示系統(tǒng)</b></p><p>　　2.5.1 顯示系統(tǒng)選擇</p&

79、gt;<p><b>　　1.顯示系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　顯示系統(tǒng)涉及到信號的編碼，解碼，驅(qū)動顯示等一系列問題。是此設(shè)計(jì)中比較復(fù)雜的一個環(huán)節(jié)，首先由單片機(jī)發(fā)出四位BCD碼，然后傳送給譯碼器，將其譯碼后經(jīng)驅(qū)動器的電流電壓放大，將信號傳送給顯示器進(jìn)行顯示。</p><p>　　2.顯示器及顯示方式選擇</p><p>

80、　　方案一：采用LCD液晶顯示器顯示。它可視面積大，畫面好，抗干擾能力強(qiáng)，可以節(jié)省軟件中斷資源，其缺點(diǎn)是顯示內(nèi)容需要存儲字摸信息，需要一定存儲空間。</p><p>　　方案二：采用LED數(shù)碼管顯示。用發(fā)光二極管（簡稱LED）組成的字形來顯示數(shù)字，七個條形發(fā)光二極管排列成七段組合字型，便構(gòu)成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼光分共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)采用了共陰極

81、數(shù)碼管顯示，即七個發(fā)光二極管的陰極連在一起接地。當(dāng)共陰極數(shù)碼管的某一陽極接高電平時，相應(yīng)的二極管發(fā)光，根據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陰極數(shù)碼管需要輸出高電平有效的譯碼器來驅(qū)動。基于以上所述，本設(shè)計(jì)采用方案二。在數(shù)碼管顯示上有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)態(tài)顯示時，需要運(yùn)用到鎖存器，增加成本，而且增大了成品的體積，因此我們選用動態(tài)顯示方式。</p><p><b>　　3.譯碼器選擇</b&g

82、t;</p><p>　　方案一：采用 HD7279芯片。 HD7279是一片具有串行接口的，可驅(qū)動八位共陰極LED顯示器（或64只獨(dú)立的LED）的顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣。HD7279內(nèi)部設(shè)有譯碼器，可將BCD碼或二進(jìn)制碼直接譯成七段碼，并且芯片具有消隱、閃爍、左移、右移及段尋址等多種控制指令。</p><p>　　方案二：采用74LS48芯片。74LS48一片

83、具有串行接口的，可驅(qū)動七位共陰極LED顯示器的顯示驅(qū)動芯片，內(nèi)部設(shè)有譯碼器，可將BCD碼或二進(jìn)制碼直接譯成七段碼，是專用的數(shù)碼管七段譯碼器。</p><p>　　在兩個方案中，方案一HD7279為八段譯碼器，與電路選擇相符，但是HD7279接口眾多，價格昂貴，電路較復(fù)雜因此，編程也比較復(fù)雜，因此我們選用74LS48芯片。只需將小數(shù)點(diǎn)dp端單獨(dú)控制即可。</p><p>　　2.5.2 顯

84、示系統(tǒng)電路</p><p>　　圖2-8 顯示系統(tǒng)電路圖</p><p>　　單片機(jī)的P1.0---P1.3端口接到74LS48的A.B.C.D四個端口向其傳輸信號，右74LS48進(jìn)行解碼，由于單片機(jī)的驅(qū)動能力有限，所以要加MC1413來進(jìn)行輔助MC1413是摩托羅拉公司出品的高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列反向驅(qū)動器，來驅(qū)動數(shù)碼管。由于74LS48只能解出七段數(shù)碼管顯示，所以第八段dp可直接連接

85、在單片機(jī)引腳上進(jìn)行驅(qū)動。設(shè)計(jì)要求的精度測量精度：0.5℃，檢測精度：1%RH。所以四個數(shù)碼管從左至右，第一個數(shù)碼管表示顯示是溫度還是濕度，當(dāng)顯示‘‘E’’表示顯示濕度，第二三個數(shù)碼管顯示濕度值，第四個數(shù)碼管不用，當(dāng)顯示‘‘F’’表示顯示溫度，第二三四個數(shù)碼管顯示溫度值，同時第三個dp段單片機(jī)接口輸入高電平，小數(shù)點(diǎn)亮起。本設(shè)計(jì)運(yùn)用動態(tài)掃描，所以數(shù)碼管的公共端接到單片機(jī)的接口上，這樣需要那個數(shù)碼管顯示時只需將其引腳口輸出高電平即可。<

86、/p><p>　　以下是顯示系統(tǒng)中 MC1413以及74LS48簡單介紹：</p><p>　　MC1413運(yùn)用到得是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列反向驅(qū)動器，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。MC1413的每一對達(dá)林頓管都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。MC1413工作電壓高，工作電流大，灌電流可以達(dá)到50

87、0mA,并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。</p><p>　　圖2-9 MC1413結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　74LS48是專用的數(shù)碼管七段譯碼器。</p><p>　　圖2-10 74LS48引腳圖</p><p>　　Ya－Yg 可驅(qū)動燈緩沖器或共陰極 VLED</p><p&

88、gt;　　A0－A3譯碼地址輸入端</p><p>　　＿＿＿ ＿＿＿＿ ＿</p><p>　　BI/RBI 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）</p><p>　　/LT 燈測試輸入端（低電平有效） </p><p>　　/RBI 脈沖消隱輸入(低電平有效)</p><p>

89、;<b>　　2.6 通信系統(tǒng)</b></p><p>　　2.6.1 通信方式選擇</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用異步串行通信。在設(shè)計(jì)通信接口時，必須根據(jù)需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口，并考慮傳輸介質(zhì)、電平轉(zhuǎn)換等問題。采用標(biāo)準(zhǔn)接口后，能夠方便地把單片機(jī)和外設(shè)、測量儀器有機(jī)地連接起來，從而構(gòu)成一個測控系統(tǒng)。目前的異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)有RS一232、RS一4

90、22、RS一485標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　RS一232是PC機(jī)與通信工業(yè)中使用最早的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。RS一232被定義為一種在低速率串行通中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS一232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2v至3v左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS一

91、232是為點(diǎn)對點(diǎn)(即只用一對收、發(fā)設(shè)備)通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動器負(fù)載為3~7kΩ。所以RS一232適合本地設(shè)備之間的通信。 </p><p>　　RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨(dú)的雙絞線）。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的

92、長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。S-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。</p><p>　　針對RS一232、RS一422的不足，于是出現(xiàn)了一些新的接口

93、通信標(biāo)準(zhǔn)，了實(shí)現(xiàn)RS一一485就是其中之一。RS一485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是RS一422的變型，它屬于七層 OSI(Open　System　Interconneetion，開放系統(tǒng)互連)模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易，RS一485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.6.2 通信MAX485電路</p><p>　　MAX485接口芯片是

94、Maxim公司的一種RS－485半雙工通信芯片。采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－485電平的功能。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2-12示。</p><p>　　圖2-11 MAX485引腳圖</p><p>　　從圖中我們可以看出，MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器

95、的輸入端，與單片機(jī)連接時只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個管腳控制這兩個引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端,當(dāng)A引腳的電平高于B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時接線非常簡單。只需要一個信號控制MAX485的接收

96、和發(fā)送即可。</p><p>　　圖2-12 MAX485通信電路圖</p><p>　　通信接口芯片采用MAX485，光電隔離采用光電耦合器。在接口芯片與單片機(jī)的通信引腳上接入光電耦合器，可有效阻止干擾進(jìn)入系統(tǒng)并有保護(hù)CPU的作用，但不能保護(hù)接口芯片。工作原理：當(dāng)在線路中串入較高電平的干擾信號時，此信號可能將接口芯片損壞，但在接口芯片與CPU之間已加入光電隔離。它們之間的信號傳遞為光信號

97、，高電平的干擾脈沖信號是不能到達(dá)CPU引腳的，所以能起到保護(hù)CPU的作用。</p><p>　　2.7 信號采集通道的選擇</p><p>　　2.7.1 采集通道選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號為多路的模擬信號，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。</p><p>　　方案1、采用多路并行輸入通道</p><p&

98、gt;　　這種結(jié)構(gòu)的通道特點(diǎn)為：</p><p>　　(1) 可以根據(jù)各輸入量測量的要求選擇不同性能檔次的器件。</p><p>　　(2) 硬件復(fù)雜，故障率高。</p><p>　　(3) 軟件簡單，各通道可以獨(dú)立編程。</p><p>　　方案2、采用多路分時輸入通道</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)通道特點(diǎn)為：<

99、;/p><p>　　(1) 對信號保持和A/D轉(zhuǎn)換器要求較高。</p><p>　　(2) 處理速度慢。</p><p>　　(3) 硬件簡單，成本低。</p><p>　　(4) 軟件比較復(fù)雜。</p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡單的

100、突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號的輸入通道。</p><p>　　圖2-13 多路并行輸入通道</p><p>　　圖2-14 多路分時的輸入通道</p><p>　　2.7.2 CD4051介紹</p><p>　　CD4051/CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，的數(shù)字信號可控制峰值至

101、20V的模擬信號。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，則0～5V的數(shù)字信號可控制-13.5～4.5V的模擬信號。這些開關(guān)電路在整個VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)INH輸入端＝“1”時，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。    </p><p>

102、　　圖2-15 CD4051電路圖</p><p><b>　　引腳功能如下：</b></p><p>　　通道線X0---X7：該組引腳作為輸入時，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。</p><p>　　OUT/IN(XCOM)：該引腳作為輸出時，則為公共輸出端；作為輸入時，則為輸入端，簡化用X表示。</p>&

103、lt;p>　　A、B、C：地址控制引腳。</p><p>　　INH：禁止輸入引腳。若INH為高電平，則為禁止各通道和輸出端OUT/IN接通；若INH為低電平，則允許各通道和輸出段OUT/IN（X）接通。</p><p>　　VCC ：為正電源輸入端，極限值為17V。</p><p>　　VSS ：為負(fù)電源輸入端，極限值為－17V。</p>&l

104、t;p>　　VEE ：電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V或－5V。</p><p>　　2.7.3 采集通道電路圖</p><p>　　圖2-16 溫度傳感器多通道電路圖</p><p>　　圖2-17 濕度傳感器多通道電路圖</p><p>　　CD4051使用時INH接地即可，即允許通道選擇，其右半部分位X0---X7八條數(shù)據(jù)選擇

105、通道,在制作過程中，可以將接口做成電話線路一樣，進(jìn)行插拔。右面的傳感器可以做成一個一個接頭，根據(jù)大棚的面積選擇傳感器的數(shù)量。這樣可以擁有很強(qiáng)的通用性能，最多可以完成八路溫度傳感器和八路濕度傳感器的檢測。左端VCC接＋5數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行運(yùn)算。A.B.C三端為輸入端，直接連接單片機(jī)，根據(jù)A.B.C接收到得信號選擇8個輸入端X0—X7與X相通，進(jìn)而完成通道選擇。</p><p>　　2.8 其他外圍接口電路&l

106、t;/p><p>　　2.8.1 電源系統(tǒng)電路</p><p>　　圖2-18 7805芯片</p><p>　　電源電路是整個系統(tǒng)工作的必備條件，因此電源電路的設(shè)計(jì)也是必不可少的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)中主要用到直流5V電源。圖2-20為電源電路。其中的電壓調(diào)節(jié)器選擇的是線性電源7805。220V交流電經(jīng)過變壓器后變?yōu)?V交流電，再接入整流橋整流為直流電，然后接入7805芯片

107、輸出5V直流電壓。此電路線性電源電路簡單，外圍器件很少輸出精度高有很好的負(fù)載曲線工作在低頻狀態(tài)不會給系統(tǒng)帶來干擾。為了確保電路的穩(wěn)定性，輸出端接入了電容來濾除高頻干擾。工作時LED亮起，可以起到更好提示作用。</p><p>　　圖2-19 電源電路圖</p><p>　　2.8.2 報警系統(tǒng)電路</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，都設(shè)有緊急狀態(tài)報

108、警系統(tǒng)，以便提醒操作人Ｖ電源，Ｘ端為輸出端，直接與單片機(jī)相連接，將傳感器的員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果超出限值則進(jìn)行報警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行正常工作。 </p><p>　　圖2-20 報警電路圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，

109、然后通過單片機(jī)的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以用一個晶體三極管驅(qū)動，如圖3-18所示。在圖中，P2.4接晶體管基極輸入端。當(dāng)P2.4輸出高電平“1”時，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P2.4輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　2.8.3 繼電器系統(tǒng)</p><p>　　溫、濕度的控制是通過空

110、調(diào)器與加濕機(jī)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)條件適合時，打開進(jìn)出口的風(fēng)機(jī)，在溫室內(nèi)形成通風(fēng)氣流；如果風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)達(dá)不到控制要求，則使用空調(diào)進(jìn)行降溫與排濕。濕度的調(diào)整還可配合加濕機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖2-21 繼電器驅(qū)動電路圖</p><p>　　空調(diào)器與加濕機(jī)等的控制石油單片機(jī)和三級管完成的。其驅(qū)動電路如圖3-17所示。圖中，發(fā)光二極管是用來指示設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的。當(dāng)單片機(jī)輸出端口為低電平時，電壓加載到