基于單片機(jī)的溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　溫室溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　所在院系： </b></p><p><b>　　所學(xué)專業(yè)： </b><

2、/p><p><b>　　研究方向： </b></p><p>　　Design Of Greenhouse Temperature Automatic Control System </p><p><b>　　（</b></p><p><b>　　Name： </b><

3、/p><p><b>　　Tutor： </b></p><p><b>　　College： </b></p><p><b>　　Major： </b></p><p>　　Direction： </p><p><b>　　摘 要</

4、b></p><p>　　隨著自動(dòng)化水平的不斷提高, 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度的控制越來越高, 設(shè)計(jì)了一種適用于現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)高精度溫度監(jiān)控系統(tǒng); 采用單片機(jī)C8051F020 和PC 機(jī)相結(jié)合, 具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能, 通過RS485 總線和上位機(jī)相連,上位機(jī)可以通過軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和控制, 系統(tǒng)同時(shí)通過液晶模塊實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)到的溫度和萬年歷; 試驗(yàn)證明, 本系統(tǒng)具有一定的實(shí)時(shí)高精度

5、性能, 有著很強(qiáng)的推廣價(jià)值。該系統(tǒng)通過對(duì)溫室內(nèi)的溫度、光照、空氣濕度、土壤濕度等環(huán)境因子的采集，并根據(jù)上述參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制溫室環(huán)境適合農(nóng)作物的生長，達(dá)到了溫室大棚自動(dòng)控制的目的。</p><p>　　溫度、濕度和CO2濃度等是影響作物生長的重要環(huán)境因子，為有效進(jìn)行作物生長的環(huán)境控制，針對(duì)日光溫室的特點(diǎn)，以模糊控制理論為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于模糊控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)溫室控制系統(tǒng)；介紹

6、了MCS—51單片機(jī)為核心的溫室分布式測(cè)控系統(tǒng)的工作原理及主要功能；詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法?，F(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，以單片機(jī)為核心的分布式數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)以其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。在分布式的控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信距離往往在幾千米以上，傳統(tǒng)的RS232芯片已不能滿足要求，因而應(yīng)用RS485實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。</p><p>　　本文對(duì)其中涉及到的控制原理、系統(tǒng)構(gòu)成、分布式監(jiān)控等問題

7、進(jìn)行了論證。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；DS18B20；溫室；自動(dòng)控制；仿真</p><p>　　Design Of Greenhouse Temperature </p><p>　　Automatic Control System</p><p><b>　　Abstract</b></p>

8、<p>　　With the continuous improvement of level of automation,industrial on-site control of increasing temperature, design of a modern industrial site for real-time high-precision temperature monitoring system;using

9、 C8051F020 micro controller and the PC, combined with data acquisition,data display,data communications anddata storage functions,through the LCD module to the real-time diaplay for monitoring temperature and calender;te

10、sts proved that this system has certain high-precision real-time perform</p><p>　　Temperature,humidity and control of greenhouse environment for crop growth, reached a greenhouse automatic control.Temperatur

11、e,humidity and CO2 concentration affect the crop growth for effective environmental control for crop growth for the characteristics of solar greenhouse control system; describes the MCS-51 micro controller as the core of

12、 the greenhouse of the working principle of distributed control system and main functions;elaborated on the system software and hardware implementations.Mo</p><p>　　Keywords: Communications network；DS18B20；

13、Greenhouse；Automatic control </p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p>

14、<p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1 溫室的起源與發(fā)展1</p><p>　　1.2國內(nèi)外的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3溫室測(cè)控裝置的類型和發(fā)展方向2</p><p>　　1.3.1目前常用的控制裝置3</p><p>　

15、　1.3.2控制裝置的發(fā)展趨勢(shì)5</p><p>　　1.4課題的提出和研究內(nèi)容6</p><p>　　1.4.1課題的提出6</p><p>　　1.4.2研究內(nèi)容7</p><p>　　2.溫室溫度測(cè)控方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1溫室溫度單片機(jī)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)7</p><

16、;p>　　2.2溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的組成與工作原理7</p><p>　　2.3溫度溫室測(cè)控裝置設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.4單片機(jī)（STC89C51）9</p><p>　　2.4.1 STC89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介9</p><p>　　2.5溫度傳感器和測(cè)溫電路10</p><p>　　2.5.1溫

17、度傳感器概述10</p><p>　　2.5.2 DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器概述11</p><p>　　2.5.3 DS18B20的性能特點(diǎn)11</p><p>　　2.5.4 DS18B20的引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程12</p><p>　　2.5.5測(cè)控系統(tǒng)中的測(cè)溫電路14</p><p>　

18、　2.6單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖14</p><p>　　2.7人機(jī)交互15</p><p>　　2.7.1鍵盤輸入電路16</p><p>　　2.7.2顯示電路16</p><p>　　2.8控制輸出電路19</p><p>　　2.9串口通訊模塊設(shè)計(jì)20</p><p>　　2.1

19、0報(bào)警模塊22</p><p>　　3.溫度測(cè)控的實(shí)現(xiàn)23</p><p>　　3.1測(cè)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.1.2數(shù)據(jù)采集模塊子程序設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.1.3顯示模塊的子程序設(shè)計(jì)25</p><p

20、>　　3.1.4按鍵輸入模塊子程序設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.2系統(tǒng)測(cè)試28</p><p><b>　　4.結(jié)論31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><

21、;p><b>　　附 錄35</b></p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　溫室是通過相關(guān)技術(shù)措施，在局部空間調(diào)控溫度、濕度、光照、CO2 濃度、營養(yǎng)液養(yǎng)分等環(huán)境因子，以創(chuàng)造植物生長最適宜的環(huán)境條件。溫室是人類智慧與科技文明的結(jié)晶，它改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，打破了植物生長的地域和時(shí)空界限，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)文

22、明的發(fā)展。目前，現(xiàn)代溫室已越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)藝、現(xiàn)代園藝的蔬菜、花卉的生產(chǎn)，成為現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐。利用溫室種植技術(shù)可以大幅度提高農(nóng)作物產(chǎn)量、增進(jìn)品質(zhì)，延長作物生長季節(jié)和實(shí)行反季節(jié)栽培，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　然而，目前我國大部分溫室設(shè)施簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度低、系統(tǒng)功能還不完善，溫室技術(shù)與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求還很不適應(yīng)。雖然國外溫室技術(shù)水平較高，但由于其造價(jià)高，溫室應(yīng)用環(huán)境與我國地理?xiàng)l件還有較

23、大的差異，多年的實(shí)踐證明，許多從國外引進(jìn)的溫室大棚大多“水土不服”，不適合在我國大面積推廣使用。因此，研究適合我國國情、高度自動(dòng)化、控制簡(jiǎn)單可靠、建設(shè)和維護(hù)成本低廉的現(xiàn)代溫室對(duì)早日實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。下面結(jié)合江蘇農(nóng)林科技示范園溫室大棚設(shè)施的建設(shè)與研究，簡(jiǎn)要介紹溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。</p><p>　　1.1 溫室的起源與發(fā)展</p><p>　　溫室是以透光材料為

24、全部或部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，可供冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物的建筑的統(tǒng)稱。它通過人工干預(yù)的方式來對(duì)指定區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤水分、養(yǎng)分等諸多影響作物生長的因素進(jìn)行調(diào)控，使之適合所培育作物的生長需要。由于它擺脫了地點(diǎn)、季節(jié)、氣候變化等的影響和限制，能有效的改善農(nóng)業(yè)生態(tài)和生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的科學(xué)開發(fā)和合理利用，提高了土地出產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，有利于可持續(xù)發(fā)展。因此在世界范圍內(nèi)得到了廣

25、泛的運(yùn)用。</p><p>　　在我國，溫室的起源是非常早的。早在2200余年前的秦朝就有記載。《古文奇志》上說；“秦始皇密令人種瓜于驪山石刑谷中溫處，瓜實(shí)成，使人上書曰：‘瓜冬有實(shí)?！肚皾h書·召信臣傳》說：“自漢世大官園冬種蔥韭菜菇，覆以屋廡，晝夜燃溫火，得溫氣諸菜皆生?！笨梢娗貪h時(shí)代已有了溫室園藝的萌芽。到了明代的嘉靖年間，北京的溫室蔬菜栽培已具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平，但由于當(dāng)時(shí)的農(nóng)民秘而不宣，加上受農(nóng)

26、時(shí)觀念的影響，人們認(rèn)為通過反季節(jié)栽培出來的蔬菜，是“不時(shí)之物”，食用這種不時(shí)之物，可能會(huì)對(duì)人體有害，從而極大的限制了溫室事業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　在歐洲，公元1世紀(jì)羅馬帝國末期已使用一種用云母片裝配的溫床，促成水果早熟和為宮廷生產(chǎn)黃瓜；在差不多同一時(shí)期的印度和埃及，也曾利用保護(hù)設(shè)施來減輕嚴(yán)寒、大風(fēng)以及酷暑等惡劣氣候?qū)r(nóng)作物的影響。</p><p>　　1.2國內(nèi)外的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)

27、的研究現(xiàn)狀</p><p>　　溫室環(huán)境控制技術(shù)是隨自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)、過程控制技術(shù)、通訊技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。國外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，自20世紀(jì)70年代起采用模擬式組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并以相關(guān)的模擬式儀表進(jìn)行指示、記錄和控制。1978年日本學(xué)者首先研制出微型計(jì)算機(jī)溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制

28、系統(tǒng)?，F(xiàn)在，日本、荷蘭、美國、以色列等發(fā)達(dá)國家可以根據(jù)溫室作物的要求和特點(diǎn)，對(duì)溫室內(nèi)的諸多環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控。研究的現(xiàn)狀正朝著完全自動(dòng)化和無人化方向發(fā)展。日本還利用傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù),進(jìn)行多因素環(huán)境遠(yuǎn)距離控制裝置的開發(fā)。</p><p>　　國內(nèi)對(duì)溫室控制技術(shù)研究起步較晚。農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代中期，到80年代初期計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用于溫室的管理和控制領(lǐng)域。自20世紀(jì)80年代以來，我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)

29、達(dá)國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中溫度、濕度和二氧化碳等單項(xiàng)環(huán)境因子控制技術(shù)的研究。實(shí)踐證明，單因子控制技術(shù)在保證作物獲得最佳環(huán)境條件方面有一定的局限性。1982年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院建立了全國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的第一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究機(jī)構(gòu)。90年代，在引進(jìn)的基礎(chǔ)上,搞了一些研究性質(zhì)的環(huán)境控制系統(tǒng)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)溫度,濕度等參數(shù)。</p><p>　　近幾年來,我國加大了在溫室結(jié)構(gòu)和溫室控制方面的研究力度。2001

30、年,國家在“十五”攻關(guān)項(xiàng)目中啟動(dòng)了“溫室環(huán)境智能控制關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”課題;同年,在國家“863”計(jì)劃“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)”研究內(nèi)容中包含了研制可控環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)、信息自動(dòng)采集系統(tǒng)等內(nèi)容。從我國的溫室控制系統(tǒng)和控制技術(shù)現(xiàn)狀來看，溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用,在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。但是,大部分不夠理想。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，在控制算法上

31、，采用的大多是簡(jiǎn)單的直接數(shù)字控制方法，即在程序中設(shè)定各環(huán)境因子的上下限，當(dāng)測(cè)定的環(huán)境參數(shù)超過上下限時(shí)，啟動(dòng)環(huán)境控制的硬件系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)。這種方法尚不能根據(jù)作物對(duì)環(huán)境的反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在各個(gè)方面與歐美等發(fā)達(dá)國家相比,存在較大差距,尚需深入研究。</p><p>　　1.3溫室測(cè)控裝置的類型和發(fā)展方向</p><p>　　溫室控制系統(tǒng)從大的角度來講主要可以分為兩個(gè)組成部分，即軟件系統(tǒng)和硬件裝置，

32、軟件系統(tǒng)的核心就是控制思想也就是控制算法，硬件裝置一般是指溫室環(huán)境測(cè)控設(shè)備的有機(jī)組成。本文主要研究中國溫室目前的測(cè)控裝置類型，這一問題是科學(xué)合理地控制溫室環(huán)境的基礎(chǔ)之一。溫室的初步發(fā)展是在15世紀(jì)后的英國、法國和荷蘭。1599年，在荷蘭建成一棟栽培熱帶植物的溫室，這是歐洲最早的溫室之一。直到18世紀(jì)晚期19世紀(jì)早期，隨著玻璃工業(yè)的出現(xiàn)，才逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代的玻璃溫室。1836─1841年，英國德溫公爵的園丁領(lǐng)班帕克頓在備德貝郡查茲沃斯府邸

33、建了一具大型溫室，在鐵、木框架上共鑲有7000多平方米的玻璃。1851年，在英國舉辦世界上首次萬國博覽會(huì)時(shí)，帕克斯頓以他建造的溫室為藍(lán)本，為博覽會(huì)的主展館設(shè)計(jì)了著名的“水晶宮”。</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)后，玻璃、鋼鐵、機(jī)械等工業(yè)發(fā)展迅速，溫室的結(jié)構(gòu)與設(shè)備不斷完善。近幾年來，塑料工業(yè)的發(fā)展日新月異，隨之出現(xiàn)了一大批塑料薄膜溫室和塑料大棚，從而迅速擴(kuò)大了溫室園藝生產(chǎn)的規(guī)模與范圍，使它成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中一個(gè)重要的

34、組成部分。</p><p>　　1.3.1目前常用的控制裝置</p><p><b>　　1．單片機(jī)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　目前，溫室控制器的結(jié)構(gòu)主要是以單片機(jī)為主控板的控制系統(tǒng)。一般以MCS51系列為基礎(chǔ)，采用8位CPU，從數(shù)據(jù)采樣到算法控制都是由單片機(jī)完成的。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為集中式控制方式?？偟膩碚f該類控制方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠全局管理

35、，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是布線復(fù)雜，可靠性差，故障率高；且信號(hào)的輸入、輸出一般為模擬量或開關(guān)量，自動(dòng)化程度低。由于溫室控制環(huán)境噪聲大、環(huán)境惡劣,單一的CPU控制系統(tǒng)難以達(dá)到預(yù)期的控制效果?，F(xiàn)在已很少采用這種控制方式，如圖1-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　2．基于IPC的溫室控制系統(tǒng)</p><p>　　基于工業(yè)控制機(jī)（IPC）的溫室控制系統(tǒng)是由工控機(jī)、各種傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的多輸

36、入、多輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)。由工控機(jī)組成的溫室控制系統(tǒng)框圖如圖1-2。如北京建立的自動(dòng)化溫室就是以工控機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。主機(jī)選擇了研華生產(chǎn)的控制機(jī)配備了各種接口板,采集、控制和通信功能都由工控機(jī)完成,能對(duì)溫室各參數(shù)和變量進(jìn)有效控制,采用噴霧系統(tǒng)能使室溫下降7℃。</p><p>　　圖1-2工控機(jī)組成溫室控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3．基于PLC的溫室控制系統(tǒng)</p>

37、<p>　　基于PLC（可編程邏輯控制器）的溫室控制系統(tǒng)是由上位機(jī)、PLC、數(shù)據(jù)采集單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。PLC主要用于動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外環(huán)境因子的變化。根據(jù)作物生的要求對(duì)參數(shù)進(jìn)行匹配，同時(shí)完成與上位機(jī)的通信。PLC是一種通用的自動(dòng)控制裝置它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點(diǎn)，非常適合高效溫室的控制要求。</p><p>　

38、　4.集散型溫室控制系統(tǒng)</p><p>　　集散型溫室控制系統(tǒng)（DCS）即分布式控制系統(tǒng),它是相對(duì)于集中式控制而言的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大。但在系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法上卻完全不同。集中式控制系統(tǒng)只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)以及有關(guān)的I/O設(shè)備和CRT、鍵盤、打印機(jī)等外部設(shè)備即可完成系統(tǒng)功能，而DCS則一般有四個(gè)基本部分組成，即系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站和工程師站。在DCS中，這四

39、個(gè)站由獨(dú)立的計(jì)算機(jī)組成，它們分別完成數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)視、報(bào)警、記錄、系統(tǒng)管理等功能。這些完成特定功能的計(jì)算機(jī)被稱為“節(jié)點(diǎn)”，這些節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，組成一個(gè)完整的系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理、集中監(jiān)視的目標(biāo)。這種控制模式成本太高，成套的DCS系統(tǒng)需要10萬元左右，農(nóng)業(yè)用戶難以接受。為此開發(fā)部門在原來分布式控制系統(tǒng)的框架下，用廉價(jià)的單片機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)控制器，工程師站和操作員站用一臺(tái)PC機(jī)代替,從而大大降低了成本。其結(jié)構(gòu)圖如圖1-3

40、。</p><p>　　圖1-3 溫室DCS系統(tǒng)控制</p><p>　　1.3.2控制裝置的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1．嵌入式Linux系統(tǒng)</p><p>　　嵌入式Linux系統(tǒng)目前在溫室控制系統(tǒng)中尚不多見。采用嵌入式Linux旨在提高溫室系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支持、并發(fā)處理及功能升級(jí)能力，降低系統(tǒng)開發(fā)難度，滿足溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化的需

41、要，該方法是可行的。溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行,大部分節(jié)點(diǎn)分布在不同的地方，要求功耗低、體積小，抗干擾能力高。采用PC系列模塊能滿足上述要求，易于擴(kuò)展升級(jí)。軟件平臺(tái)采用Linux系統(tǒng)，Linux系統(tǒng)所有源代碼對(duì)外開放，使整體開發(fā)及維護(hù)費(fèi)用降低。隨著溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化、網(wǎng)絡(luò)化,該系統(tǒng)有較好的應(yīng)用前景。</p><p>　　2．基于RS－485的溫室現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式</p><

42、p>　　RS－485總線屬于BITBUS總線，傳輸距離約為1200m，傳輸速度達(dá)76.8 kbps,多達(dá)36個(gè)節(jié)點(diǎn)并行連網(wǎng)。采用RS－485總線做現(xiàn)場(chǎng)總線，可通過RS－485總線與遠(yuǎn)端的氣象站通訊，來獲得室內(nèi)外溫度、濕度及室外光照、雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等參量,還可與其他控制器及上位機(jī)進(jìn)行通訊，構(gòu)成更大范圍的溫室環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)。RS－485是主從節(jié)點(diǎn)工作方式,各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器之間的通訊靠單主機(jī)完成,難以實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。而且RS

43、－485總線是半雙工的，在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合和多主機(jī)通信時(shí)有一定難度。但溫室控制系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，采樣時(shí)間較長，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是非常嚴(yán)格。因此采用RS－485組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是可行的，而且RS-－485價(jià)格低廉，維護(hù)方便，便于普及。</p><p>　　3．基于CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線的溫室現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式</p><p>　　目前CAN總線在工業(yè)控制中已得到廣泛應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境

44、控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑等領(lǐng)域。CAN總線是德國Bosch公司從20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。由于CAN總線具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價(jià)格比高等諸多特點(diǎn)，其應(yīng)用開發(fā)迅速。而CAN在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用還比較少。溫室是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng),以前的控制模

45、式是集中方式,要完成復(fù)雜的控制算法運(yùn)算及實(shí)時(shí)控制,有一定的難度。而CAN總線的出現(xiàn)恰好解決了這個(gè)問題。CAN總線是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)的總線，基本的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)方案如下圖。其特點(diǎn)如下：CAN為多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需占地址等節(jié)點(diǎn)信息。利用這一特點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí),可滿足不同

46、的實(shí)時(shí)要求，因此基于CAN總線技術(shù)的控制系統(tǒng)是使溫室向智能化</p><p>　　4．基于互連網(wǎng)(指Internet)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的溫室控制系統(tǒng)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不再限于單純的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而包括數(shù)據(jù)、語音、圖像的多媒體業(yè)務(wù)?？梢詫⒂?jì)算機(jī)和溫室控制網(wǎng)組成有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以將多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中管理，

47、通過Internet可對(duì)溫室環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使有關(guān)人員及時(shí)了解溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的情況，及時(shí)做出決策，可以組織國內(nèi)外專家對(duì)小氣候環(huán)境因子進(jìn)行遠(yuǎn)程精確會(huì)診，提出最適宜溫室植物生長的環(huán)境。對(duì)于溫室數(shù)量多、地點(diǎn)分散的大農(nóng)場(chǎng)可以使用專用配線形成設(shè)施農(nóng)業(yè)專用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理，也以用電話、電腦等設(shè)備進(jìn)行異地管理。由于有線網(wǎng)絡(luò)布線復(fù)雜租用專線成本昂貴，無線網(wǎng)絡(luò)恰好彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足?？梢岳霉P記本、手機(jī)等隨時(shí)隨地對(duì)溫室的管理系統(tǒng)進(jìn)行控制。<

48、;/p><p>　　1.4課題的提出和研究內(nèi)容</p><p>　　1.4.1課題的提出</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)溫室的智能化，它的環(huán)境控制將會(huì)是關(guān)鍵，溫室環(huán)境控制技術(shù)的應(yīng)用是建立農(nóng)業(yè)工廠化生產(chǎn)的最有效的手段。但溫室環(huán)境控制是所有室內(nèi)環(huán)境控制中最困難的。一般建筑物的環(huán)境控制幾乎不受陽光影響，而溫室則不然，室外環(huán)境狀況對(duì)溫室環(huán)境控制有著決定性的影響。一般的環(huán)境控制多只針

49、對(duì)氣溫及濕度等，溫室環(huán)境控制則還需兼顧光照、氣流、植物保護(hù)、二氧化碳濃度、水量、水溫、pH值、溶氧量、營養(yǎng)液系統(tǒng)等。而且溫室環(huán)境控制的對(duì)象種類繁多，都是在生長的生物，不同種類、不同品種的需求大不一樣，即便是同一品種，在不同生長階段的需求也不同，再加上受能源、資金、勞動(dòng)力、生產(chǎn)資料等資源的限制及市場(chǎng)與天氣變化的影響，溫室環(huán)境控制必須在極有效率的狀態(tài)下進(jìn)行。</p><p>　　我國的農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)、高效

50、、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。在前面的論述中，作者結(jié)合相關(guān)資料和實(shí)際應(yīng)用情況，綜合比較了幾種測(cè)控系統(tǒng)的模式，提出了溫室測(cè)控裝置的發(fā)展方向。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實(shí)際，從溫室控制裝置的四個(gè)發(fā)展趨勢(shì)中選擇基于單片機(jī)和RS－485的溫室現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式作為論文的主要研究方向。</p><p><b>　　1.4.2研究內(nèi)容</b></p><p>　　基于單片機(jī)的控制系

51、統(tǒng)，通過RS232接口，與單片機(jī)實(shí)時(shí)通訊，通過DS18B20溫度傳感器把溫度送到用74HC573顯示驅(qū)動(dòng)器控制的LED顯示器，讀出溫度值。并根據(jù)溫度的高低做出相應(yīng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.溫室溫度測(cè)控方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1溫室溫度單片機(jī)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)</p><p>　　在緒論中我們已經(jīng)講述了目前我國溫室測(cè)控系統(tǒng)大部分仍依靠進(jìn)口，不僅引進(jìn)設(shè)備

52、的花費(fèi)高，而且很大一部分在實(shí)際使用中并不適合我國當(dāng)?shù)氐膰?，使用一段時(shí)間后閑置不用或僅部分使用的情況比比皆是，如杭州蔬菜研究所引進(jìn)的以色列溫室測(cè)控設(shè)備在使用一年后，由于設(shè)備運(yùn)行成本高和操作不便等原因，基本上己不用了。所以在考慮到上述的情況下，發(fā)展符合國情的現(xiàn)代化溫室測(cè)控系統(tǒng)非常必要。</p><p>　　在溫室環(huán)境單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：</p><p>　　1．實(shí)

53、時(shí)采集與顯示溫室內(nèi)環(huán)境溫度參數(shù)。</p><p>　　本裝置能實(shí)時(shí)采集與顯示的溫室環(huán)境溫度參數(shù)的變化。</p><p>　　2．根據(jù)用戶需要在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。</p><p>　　本系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制溫室內(nèi)的所有環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，將溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)到操作人員設(shè)定的參數(shù)值或作物最適宜的生長參數(shù)范圍內(nèi)。</p><p>　　3．

54、能夠根據(jù)季節(jié)、地區(qū)和作物的不同，設(shè)置不同的控制參數(shù)。</p><p>　　管理人員可以根據(jù)不同的季節(jié)、地區(qū)和作物，來設(shè)置不同的控制參數(shù)。</p><p>　　4．與上位機(jī)進(jìn)行通訊。</p><p>　　本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，這可以方便的實(shí)現(xiàn)溫室的遠(yuǎn)距離控制。在上位機(jī)上能以友好的界面顯示溫室的狀態(tài)，這大大方便管理人員操作和科研人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。</p&

55、gt;<p>　　2.2溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的組成與工作原理</p><p>　　考慮到溫室環(huán)境的控制要求及生產(chǎn)管理需要，我們對(duì)溫室控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、控制特點(diǎn)、控制策略和控制對(duì)象進(jìn)行了研究，并對(duì)其自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的控制功能由上位機(jī)和下位機(jī)來實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)可以是工控計(jì)算機(jī)或個(gè)人PC 機(jī)，其主要功能是：設(shè)定下位機(jī)的控制參數(shù)；實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；通過串行通訊口，接收下位機(jī)傳送的歷史數(shù)據(jù)；完

56、成數(shù)據(jù)管理、歷史資料統(tǒng)計(jì)及分析任務(wù)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、編輯、存儲(chǔ)、打印輸出等。下位機(jī)是控制系統(tǒng)的核心。下位機(jī)可以選用單片機(jī)（本系統(tǒng)選用89C51型單片機(jī)），其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫度因子的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和控制任務(wù)。下位機(jī)通過傳感器采集有關(guān)環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)暫時(shí)儲(chǔ)存起來，然后與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過判斷行程位置開關(guān)以及其它有關(guān)開關(guān)狀態(tài)、系統(tǒng)的輸出命令，確定控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如冷熱風(fēng)機(jī)是否開啟，經(jīng)過模糊控制等人工智能控制算

57、法，給出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制相關(guān)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境要素的調(diào)控；同時(shí)將環(huán)境數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在備有后備電源的RAM 中，在一定的條件下經(jīng)過串行通訊口將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。通過溫度傳感器、濕度傳感器等組成的傳感檢測(cè)系統(tǒng)，下位單片機(jī)、A/D 轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)</p><p>　　在溫室環(huán)境單片機(jī)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮以下幾方面的內(nèi)容：</p><p>　　1．考慮我國不同區(qū)域的氣候特點(diǎn)，結(jié)合不同地區(qū)的溫室結(jié)構(gòu)

58、，設(shè)計(jì)出能切實(shí)適合當(dāng)?shù)厍闆r的實(shí)用型溫室測(cè)控系統(tǒng)；</p><p>　　2．運(yùn)用測(cè)控方面的成熟技術(shù)和控制算法，以及成熟的器件、傳感器和測(cè)控電路，防止一味求新求全；</p><p>　　3．體現(xiàn)優(yōu)越的性價(jià)比，即在總體技術(shù)不落后于國外溫室測(cè)控設(shè)備的前提下，明顯表現(xiàn)出成本上的優(yōu)勢(shì)；</p><p>　　4．溫室測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)操作簡(jiǎn)便，維護(hù)方便，故障率低，易維修；</p&g

59、t;<p>　　5．溫室的測(cè)控系統(tǒng)不應(yīng)完全照搬工業(yè)上的測(cè)控應(yīng)用，應(yīng)與溫室所處的地理環(huán)境、氣候環(huán)境，溫室結(jié)構(gòu)，植物生理和栽培技術(shù)等相配合。</p><p>　　2.3溫度溫室測(cè)控裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　溫室測(cè)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)在第二章中已經(jīng)做了交代。為了檢驗(yàn)我們的設(shè)計(jì)的可行性，我們以溫度測(cè)控為例進(jìn)行驗(yàn)證。其中的設(shè)計(jì)框架基本符合前面的總體設(shè)計(jì)，在總體不變的情況下，局部結(jié)合溫度

60、測(cè)控的實(shí)際情況做了改進(jìn)。主要體現(xiàn)在傳感器和A/D轉(zhuǎn)換部分，采用數(shù)字式傳感器，去掉了A/D轉(zhuǎn)換。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3。</p><p>　　圖2-3溫室測(cè)控結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.4單片機(jī)（STC89C51）</p><p>　　單片機(jī)(Micro Controller Unit)，又稱為微控制器。是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、程

61、序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行I/0接口等部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。目前，新型單片機(jī)內(nèi)還有A/D,D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入輸出部件、DMA通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等特殊功能部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合。單片機(jī)是整個(gè)溫室模型溫度測(cè)控裝置的核心部分。</p><p>　　2.4.1 STC89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><

62、;p>　　STC89C51單片機(jī)加密性強(qiáng)，無法解密，具有超強(qiáng)抗干擾能力。它可以高抗靜電，輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾，它具有寬電壓不怕電源抖動(dòng)。它的寬溫度范圍從-40℃到85℃。此芯片的I/O口是經(jīng)過特殊處理的，此外單片機(jī)內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，看門狗電路都是經(jīng)過特殊處理。在系統(tǒng)可編程時(shí)，無需編程器，無需仿真器，可送STC-ISP下載編程器。其芯片如圖2-4。</p><p>　　圖2-

63、4 STC89C51引腳圖及實(shí)物圖</p><p>　　2.5溫度傳感器和測(cè)溫電路</p><p>　　2.5.1溫度傳感器概述</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的狀態(tài)量，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最基本、最重要的物理量。與溫度變化有關(guān)的物質(zhì)屬性很多，因而溫度檢測(cè)的方法也是多種多樣的。在長期實(shí)踐中一些經(jīng)常用到的較為精確方便的測(cè)溫原理與方法可以歸納為3類：</p

64、><p>　　1．利用物體的電參數(shù)如電勢(shì)、電阻等隨溫度而變化的特性來檢測(cè)溫度，如常用的熱電偶、熱電阻等。</p><p>　　2．是利用物體受熱膨脹的原理來檢測(cè)溫度，如水銀溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)等。</p><p>　　3．是利用物體表面熱輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系來檢測(cè)溫度，如輻射溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)等。</p><p>　　常用的溫度傳感器有熱電阻、熱

65、電偶、PN結(jié)溫度傳感器、集成溫度傳感器等。</p><p>　　1熱電阻：利用半導(dǎo)體的電阻隨著溫度變化而顯著變化的特性制成的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。目前使用的多為陶瓷熱敏電阻。它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，工作溫度范圍寬，穩(wěn)定好，過載能力強(qiáng)，體積小。但它的不足之處在于非線性和互換性差。</p><p>　　2熱電偶：利用物理學(xué)中的金屬熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。測(cè)量精度高，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度在小范圍內(nèi)基本呈單值、

66、線性關(guān)系，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，響應(yīng)時(shí)間較快;測(cè)溫范圍寬，高溫?zé)犭娕紲y(cè)溫上限可達(dá)2800℃；</p><p>　　3．PN結(jié)溫度傳感器：實(shí)質(zhì)是一種半導(dǎo)體集成電路，利用晶體二極管、三極管的PN結(jié)電壓隨著溫度變化而變化的原理制成。線性度好，熱慣性小，靈敏度高。</p><p>　　4．集成溫度傳感器：是將測(cè)溫元件、放大電路、偏置電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。相對(duì)其它傳感器有較好的

67、線性度和一致性，且體積小，使用方便。溫室內(nèi)環(huán)境溫度的變化范圍一般為0－40℃，在華北地區(qū)室外溫度的變化的最大可能范圍為－20～50℃。溫室是一個(gè)有較大慣性的被控對(duì)象，溫度的變化速度較慢，因而不需要傳感器的反應(yīng)速度太高；但要求傳感器有優(yōu)良的物理及化學(xué)穩(wěn)定性。用的較多的是以鉑電阻為代表的模擬傳感器和以DS18B20為代表的數(shù)字傳感器。考慮到鉑電阻需要信號(hào)調(diào)理電路，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能被單片機(jī)接受，信號(hào)調(diào)理電路的相對(duì)

68、復(fù)雜，抗干擾性比較差，而且價(jià)格較高，而DS18B20不僅價(jià)格便宜——僅7元一只——而且使用方便測(cè)溫準(zhǔn)確，精度較高。為了節(jié)省成本，提高效率，方便測(cè)控系統(tǒng)以后的進(jìn)一步擴(kuò)展和完善，本溫室測(cè)控模型采用DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器。</p><p>　　2.5.2 DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器概述</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字式溫度計(jì)芯片，它

69、具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需外接元件，采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報(bào)警界限等特點(diǎn)。能在現(xiàn)場(chǎng)采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫、溫室等需要控制溫度的地方。DS18B20是DS1820的改進(jìn)型產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有比DS1820更好的性能，目前，該產(chǎn)品已成為DS1820的替代品而在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。單總線是DALLAS公司的一項(xiàng)專有技術(shù)。它采用單根信號(hào)線既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù)，

70、而且數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的。它具有節(jié)省I/O口線資源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于單個(gè)主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)測(cè)控點(diǎn)。</p><p>　　2.5.3 DS18B20的性能特點(diǎn)</p><p>　　DS18B20主要具有以下的性能特點(diǎn)：</p><p>　　1．DS18B20提供9～12位的溫度測(cè)量精度（包括一位符號(hào)位），并可由編程決定具體位

71、數(shù)；</p><p>　　2．DS18B20具有較寬的溫度測(cè)量范圍，為－55℃～+125℃，在－10℃～+85℃范圍內(nèi)DS18B20具有±0.5℃的精度，增量值最小為0.0625℃；</p><p>　　3．DS18B20響應(yīng)迅速，信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間短。</p><p>　　4．DS18B20可以采用單獨(dú)的電源供電，供電范圍為3.5V～5.5V，也可以采用信號(hào)線

72、寄生供電，這時(shí)就無需額外的電源供電；每個(gè)DS18B20具有唯一的64位序列碼，可使多個(gè)DS18B20在單個(gè)總線上工作；</p><p>　　5．DS18B20抗干擾能力強(qiáng)，使用時(shí)無需標(biāo)定或調(diào)試。</p><p>　　2.5.4 DS18B20的引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程</p><p>　　1．DS18B20的引腳</p><p>　　DS18

73、B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC封裝。3腳TO-92封裝形式和器件圖如</p><p><b>　　圖2-5所示。</b></p><p>　　圖2-5 DS18B20</p><p><b>　　其圖中:</b></p><p><b>　　GND——接地；</b>

74、</p><p>　　DQ——數(shù)據(jù)輸入輸出。漏極開路單線接口。也在寄生電源模式時(shí)給設(shè)備提供電源；</p><p>　　VDD——可選的電源電壓腳。VDD在寄生電源模式時(shí)必須接地。</p><p>　　2．內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作說明</p><p>　　DS18B20的64位ROM保存了設(shè)備的惟一序列碼。高速閃存（scratchpad）包含2字節(jié)的溫度

75、寄存器，保存了溫度傳感器的數(shù)字輸出。該閃存還提供了對(duì)上限（TH）和下限（TL）超標(biāo)報(bào)警寄存器、配置寄存器（各1字節(jié)）的訪問。TH、TL和配置寄存器是非易失性（EEPROM），系統(tǒng)掉電時(shí)它們會(huì)保存數(shù)據(jù)。</p><p>　　DS18B20利用Dallas的單總線控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了利用單線控制信號(hào)在總線上進(jìn)行通信。由于所有的設(shè)備通過漏極開路端（即DS18B20的DQ腳）連在總線上，控制線需要一個(gè)上拉電阻（大約5K）。在

76、這一總線系統(tǒng)中，微控制器（測(cè)控系統(tǒng)中的單片機(jī)）通過惟一的64位序列碼識(shí)別和訪問總線上的器件。由于每一設(shè)備有惟一的編碼，連在一條總線上可被訪問的器件數(shù)實(shí)際上是無限的。</p><p>　　DS18B20的另一個(gè)特點(diǎn)是在沒有外部電源下操作的能力。電源由總線為高電平時(shí)DQ腳上的上拉電阻提供（寄生供電模式），此時(shí)VDD腳接地。</p><p>　　3．DS18B20的測(cè)溫原理</p>

77、<p>　　DS18B20通過使用在板（on-board）溫度測(cè)量專利技術(shù)來測(cè)量溫度。首先用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)得到溫度值，計(jì)數(shù)器預(yù)置對(duì)應(yīng)于－55℃的基數(shù)，如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前計(jì)數(shù)器達(dá)到0，那么溫度寄存器（它也被預(yù)置到－55℃）的數(shù)值將增加，表明溫度將大于－55℃。同時(shí)計(jì)數(shù)器將被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡累加器電路所決定，斜坡累加器電路用來補(bǔ)

78、償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。DS18B20內(nèi)部對(duì)此計(jì)算的結(jié)果可提供0.5℃的分辨力。</p><p>　　4．DS18B20的工作過程及常用指令</p><p>　　DSl8B20工作過程中的協(xié)議如下：</p><p><b>　　初始化；</b></p><p&

79、gt;<b>　　ROM操作命令;</b></p><p><b>　　存儲(chǔ)器操作命令;</b></p><p><b>　　處理數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　每一次訪問DS18B20時(shí)必須遵循這一順序，如果其中的任何一步缺少或打亂它們的順序，DS18B20將不會(huì)響應(yīng)。</p>&

80、lt;p><b>　?。?）初始化</b></p><p>　　單總線上的所有處理均從初始化開始。所有與DS18B20的通信首先必須初始化：控制器發(fā)出復(fù)位脈沖，DS18B20以存在脈沖響應(yīng)。當(dāng)DS18B20發(fā)出存在脈沖對(duì)復(fù)位響應(yīng)時(shí)，它指示控制器該DS18B20已經(jīng)在總線上并準(zhǔn)備好操作。</p><p>　?。?）ROM操作命令</p><p&

81、gt;　　總線主機(jī)檢測(cè)到DSl8B20的存在便可以發(fā)出ROM操作命令，這些命令如指令代碼：</p><p>　　Read ROM(讀ROM)[33H]；</p><p>　　Match ROM(匹配ROM)[55H]；</p><p>　　Skip ROM(跳過ROM][CCH]</p><p>　　Search ROM(搜索ROM)[F0H

82、]；</p><p>　　Alarm search(告警搜索)[ECH]；</p><p>　?。?）存儲(chǔ)器操作命令</p><p>　　這里常用的指令代碼有：</p><p>　　Write Scratchpad(寫暫存存儲(chǔ)器)[4EH]；</p><p>　　Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器)[BEH]

83、；</p><p>　　Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器)[48H]；</p><p>　　Convert Temperature(溫度變換)[44H]；</p><p>　　Recall EPROM(重新調(diào)出)[B8H]；</p><p>　　Read Power supply(讀電源)[B4H]；</p>&l

84、t;p>　　2.5.5測(cè)控系統(tǒng)中的測(cè)溫電路</p><p>　　在前面的討論DS18B20的特性的時(shí)候，說明了DS18B20有兩種供電方式：寄生電源和外接電源方式。當(dāng)溫度較高時(shí)，由于DS18B20的漏電流比較大，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸無法進(jìn)行。所以本設(shè)計(jì)中采用外接電源法。同時(shí)，數(shù)據(jù)輸入輸出腳與單片機(jī)89C51 I/O口的P3.7即第17腳相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的傳輸。具體電路圖如圖2-6。</p>

85、<p><b>　　圖2-6測(cè)溫電路圖</b></p><p>　　2.6單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖</p><p>　　STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTALI和XTALZ分別為此放大器的輸人端和輸出端，其頻率范圍為1.2一12MHz。該放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器(簡(jiǎn)稱晶振)一起構(gòu)成自激振蕩器。89C52單片機(jī)雖

86、然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，這種方式稱為內(nèi)部時(shí)鐘方式。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)。定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。如果振蕩器已起振，則在XTALZ引腳上輸出3V左右的正弦波。振蕩頻率fosC取決于晶振的頻率。常用的晶振頻率有6MHZ、12M凡和一1.0592MHz。電容C1和C2主要作用是幫助起振(諧振)

87、，稱其為諧振電容，其值的大小對(duì)振蕩頻率也有影響。因此常用調(diào)節(jié)偏C1或C2的容量大小對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)，電容容量一般在20一100pF之間選擇，當(dāng)時(shí)鐘頻率為12MHz時(shí)典型值為30pF。外接陶瓷諧振器時(shí)，C1和C2的典型值約為47PF。。</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正常）或死機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位。MCS-5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（ 第9 管腳） 出現(xiàn)

88、2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。圖2 中所示的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時(shí)電容的負(fù)極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復(fù)位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒

89、有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。一般來說，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。圖中所示的復(fù)位電阻和電容為經(jīng)典值，實(shí)際制作是可以用同一數(shù)量級(jí)的電阻和電容代替，讀者也可自行計(jì)算RC 充電時(shí)間或在工作環(huán)境實(shí)際測(cè)量，以確保單片機(jī)的復(fù)位電路可靠。最小系統(tǒng)原理圖如圖2-7。</p><p>　　圖2-7單片機(jī)的最小系統(tǒng)電

90、路</p><p><b>　　2.7人機(jī)交互</b></p><p>　　一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)必定需要擁有一個(gè)人機(jī)交互的模塊。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人機(jī)交互由兩部分組成，即鍵盤輸入電路和顯示電路。</p><p>　　2.7.1鍵盤輸入電路</p><p>　　本系統(tǒng)中采用獨(dú)立式鍵盤，本鍵盤完成的功能為輸入控制系統(tǒng)的設(shè)定值，以便與測(cè)控系

91、統(tǒng)的采用值進(jìn)行比較，供系統(tǒng)的控制程序調(diào)用。該鍵盤輸入電路由四個(gè)按鈕組成，由于數(shù)目較少，就不再使用鍵盤擴(kuò)展芯片。簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)效率，減少了干擾。其電路如圖2-8。</p><p>　　圖2-8鍵盤輸入電路</p><p>　　第一個(gè)鍵用來表示復(fù)位的。若沒有按下則表示的是室溫。按下則轉(zhuǎn)入鍵盤處理子程序。用第二個(gè)鍵用來表示加操作的，按一下則加一。第三個(gè)按鍵表示減操作按一下則減一，第四個(gè)按

92、鍵表示確定。</p><p><b>　　2.7.2顯示電路</b></p><p>　　1．LED顯示器簡(jiǎn)介</p><p>　　在單片機(jī)顯示系統(tǒng)中，使用的顯示器件主要有LED發(fā)光二極管，LCD液晶顯示器，近年來也有使用簡(jiǎn)易形式的CRT接口，其中LED顯示器最為常見，具有成本低廉、配置靈活、與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單方便、易于編程等特點(diǎn)，在低端領(lǐng)域使

93、用廣泛，而LCD液晶顯示器多用于高端場(chǎng)合。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用LED顯示器。LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段促成的器件，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，這種顯示器分共陰極和共陽極兩種。其結(jié)構(gòu)圖如圖2-9。</p><p>　　圖2-9 LED數(shù)碼管</p><p>　　共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極LED數(shù)碼管的發(fā)

94、光二極管的陽極接+5V電源。</p><p>　　LED顯示器有兩種顯示方式——靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。在靜態(tài)工作方式下，共陰極接地或者共陽極接＋5V，每一位的段選線（a~g，dp）與一個(gè)8位的并行I/O口相連。在動(dòng)態(tài)工作方式中，要將所有位的段選線并接在一個(gè)I/O口上，共陰極或共陽極分別由相應(yīng)的I/O口線控制。由于每一位的段選線都接在一個(gè)I/O口上，所以每送一個(gè)段選碼，各位顯示器都顯示同一個(gè)字符，這樣的顯示器

95、是不能用的，解決方法是利用人的視覺滯留，從段選線I/O口上按位次分別送顯示字符的段選碼，在位選控制口也按相應(yīng)的次序分別選通相應(yīng)的顯示位（共陰極送低電平，共陽極送高電平），選通位就顯示相應(yīng)字符，并保持幾毫秒的延時(shí)，未選通位不顯示字符（熄滅），這樣對(duì)各位的顯示就是一個(gè)循環(huán)的過程。由于人的視覺滯留，這種動(dòng)態(tài)變化是觀察不到的，從效果看，各位顯示器能連續(xù)而穩(wěn)定的顯示不同字符。</p><p><b>　　2．顯示

96、電路</b></p><p>　　本測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用74HC573芯片驅(qū)動(dòng)四個(gè)LED數(shù)碼管，顯示電路采用四個(gè)四位七段共陰極LED顯示數(shù)碼管，顯示范圍0～100。</p><p>　　圖2-10 74HC573引腳圖實(shí)物圖 </p><p>　　3．74HC573原理說明：</p><p>　　74HC573的八個(gè)鎖存器都是透明的

97、D型鎖存器，當(dāng)使能（LE）為高時(shí)，輸出Q將隨隨如入數(shù)據(jù)的（D）的變化而變化。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的書數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線皆空相連接并驅(qū)動(dòng)總線，特別適用于緩沖寄存器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。</p><p>　　74HC573的特點(diǎn)：1、三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸

98、出。2、數(shù)去并行存取。3、緩沖控制輸入。4、使能輸入有改善抗擾度的滯后作用。</p><p>　　把單片機(jī)STC89C51與74HC573及四個(gè)LED連接成一個(gè)顯示電路，如圖2.7.4。</p><p>　　圖2-11顯示電路圖</p><p><b>　　2.8控制輸出電路</b></p><p>　　測(cè)控系統(tǒng)的加熱采

99、用熱風(fēng)機(jī)，在溫室模型中，使用普通的吹風(fēng)機(jī)即可，本次選用的是功率為五百瓦的吹風(fēng)機(jī)；考慮到模型的特殊性，參考電腦主機(jī)箱的降溫設(shè)施，降溫使用兩個(gè)直徑為12厘米的風(fēng)扇，一進(jìn)一出，形成對(duì)流，進(jìn)行降溫。測(cè)控電路中采用了晶體管驅(qū)動(dòng)的直流電磁繼電器，由于風(fēng)扇使用的是12V電壓，而吹風(fēng)機(jī)使用的是220V電源，故而使用了不同規(guī)格的繼電器用于控制。當(dāng)P2.2或P2.3為低電平時(shí)，繼電器R1、R2吸合；當(dāng)P2.2或P2.3為低電平時(shí)，繼電器R1、R2釋放。采用

100、這種邏輯控制可以使繼電器在上電復(fù)位或單片機(jī)受控復(fù)位時(shí)不吸合。繼電器有晶體管三極管2N222提供所需的驅(qū)動(dòng)電流，電路圖如圖2-12。</p><p>　　圖2-12控制輸出電路</p><p>　　2.9串口通訊模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　在智能溫室的設(shè)計(jì)中，通信是各個(gè)模塊相互溝通和信息交換的橋梁，如果沒有通信模塊，整個(gè)溫室就沒有統(tǒng)一協(xié)作運(yùn)行的可能。在溫室運(yùn)行之時(shí)，

101、各類干擾較多，要保證通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行極為重要。對(duì)通信系統(tǒng)的抗干擾能力、傳輸距離等要求較高，所以，通信技術(shù)是智能溫室的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　我們?cè)敿?xì)的分析了溫室控制裝置的發(fā)展方向，結(jié)合實(shí)際情況決定采用基于RS485總線的溫室控制模式。因此在通訊模塊的設(shè)計(jì)是基于RS485總線進(jìn)行的。RS485通信方式可以滿足支持多點(diǎn)連接，允許創(chuàng)建多達(dá)32個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)（某些驅(qū)動(dòng)器模塊可增加至128個(gè)，如MAX487等）

102、，具有傳播距離遠(yuǎn)，最大傳輸距離能達(dá)到1.2km，完全可以滿足大型溫室遠(yuǎn)距離信號(hào)采集的要求，再加上其成本低廉、可靠性高及分布范圍較大，是完全滿足我們要求的。同時(shí)考慮到我們溫室模型的實(shí)際情況，無需進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，目前也還沒有達(dá)到模擬測(cè)控多個(gè)溫室環(huán)境的水平。相比之下，RS232通訊模式比較簡(jiǎn)單實(shí)用一些。因此為了兼顧兩方面的要求，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)用的溫室模型測(cè)控裝置的電路設(shè)計(jì)中使用RS232總線，同時(shí)配備RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)接卡，以滿足不同情形

103、下的需要。</p><p>　　RS232的通訊設(shè)計(jì)采用MAX232芯片，來實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。這部分電路如圖2-13。</p><p>　　圖2-13 RS232通信模塊電路</p><p>　　而如果設(shè)計(jì)和通訊中由于距離較遠(yuǎn)或者要用到多機(jī)通訊的話（如有多個(gè)測(cè)控點(diǎn)、多個(gè)溫室環(huán)境的監(jiān)控等）則可以使用RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)接卡。相關(guān)性能說明如下：</p>

104、<p>　　⑴兼容RS-232、RS-485 TIA/EIA標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　⑵自動(dòng)發(fā)送/接收數(shù)據(jù)，無需外部的流量控制信號(hào)(RTS)；</p><p>　　⑶通信速率：300BPS-115.2KBPS；</p><p>　?、饶軌蜻B接32個(gè)RS-485或RS-422接口設(shè)備；</p><p>　?、赏ㄓ嵕嚯x：5，000米（

105、9，600BPS）；</p><p>　?、孰娫醇皵?shù)據(jù)流量指示燈，可檢測(cè)故障點(diǎn)；</p><p>　?、斯ぷ鞣绞剑寒惒桨腚p工（RS-485）或異步全雙工(RS－422)通用，無需跳線設(shè)置；</p><p>　?、坦怆姼綦x型（隔離電壓2.5KVrms/500VDC絕緣），RS－485/422提供每線600W的防雷保護(hù)和防止共地干擾；</p><p&

106、gt;　?、碗姎饨涌冢篋B9孔型到DB9針型連接器；</p><p>　?、蝹鬏斀橘|(zhì)：雙絞線或屏蔽線；</p><p>　?、线m用于一切所使用的通訊軟件，隨插即用；</p><p>　?、兄С諨OS/WIN95/WIN98/WIN2000/NT/XP Linux等.</p><p><b>　　產(chǎn)品如圖:</b><

107、/p><p><b>　　圖2-14轉(zhuǎn)接卡</b></p><p><b>　　2.10報(bào)警模塊</b></p><p>　　報(bào)警模塊具備兩項(xiàng)功能，即為報(bào)警燈和聲音報(bào)警.當(dāng)用戶輸入溫度的上下限值后，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣，并判斷出當(dāng)前溫度與用戶輸入溫度之間的差異，如果當(dāng)前溫度高于或低于用戶輸入的下限溫度值，則說明當(dāng)前溫度過高或低，

108、系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)警報(bào)燈，此時(shí)警報(bào)燈亮起并發(fā)出紅光。蜂鳴器報(bào)警鳴叫。當(dāng)溫度恢復(fù)在規(guī)定范圍值內(nèi)時(shí)警報(bào)燈熄滅。</p><p>　　圖2-15 報(bào)警模塊電路</p><p><b>　　3.溫度測(cè)控的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　3.1測(cè)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　如果說一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)，硬件裝置是他的骨架的話，那么系統(tǒng)

109、的程序就是他的靈魂。由于本測(cè)控系統(tǒng)的參數(shù)控制算法和控制程序由其他同學(xué)完成，因此，本論文在軟件方面主要完成該系統(tǒng)的外圍模塊的程序設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、按鍵輸入模塊，三大子程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本論文主要是設(shè)計(jì)硬件裝置，但是，任何一個(gè)系統(tǒng)，把軟硬件人為的割裂開來的做法是不合適的。軟硬件相輔相成才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。鑒