畢業(yè)論文--基于農(nóng)業(yè)大棚智能控管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目： 基于農(nóng)業(yè)大棚智能控管系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　院 （系）： 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)年級(jí)： 2011級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) </p><p>　　姓 名:

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　摘要<

3、;/b></p><p>　　本課題就如何方便有效地對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，如何提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化水平，通過(guò)對(duì)溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。運(yùn)用AT89C51單片機(jī)和MCS-51系列單片機(jī)，并分別通過(guò)其作出時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。同時(shí)采用TM101空氣溫度采集模塊、THM101空氣濕度采集模塊、PR-101光量子采集模塊、通次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、LCD液晶顯示器、CRT圖形顯示器、鍵盤，以及基于LED

4、顯示接口電路和信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)的人機(jī)對(duì)話口電路；由水泵、排風(fēng)扇、側(cè)窗等組成的電氣控制電路。在元器件方面選用熱繼電器、CJ20系列交流接觸器、D22Y-100131/D220Y-200131斷路器、熔斷器。并且用Visual Basic寫出程序代碼組成整個(gè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)溫室智能控管。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C5單片機(jī)、人機(jī)對(duì)話口電路、電氣控制電路、Visual Basic、智能控管</p>

5、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 引言.............................................................. 1</p><p>　　1.1遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景...................................1</p>

6、<p>　　1.2國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控技術(shù).....................................................1</p><p>　　1.2.1國(guó)外溫室測(cè)控技術(shù)研究狀況......................................... 1 </p><p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)溫室測(cè)控技術(shù)研究狀況..................

7、....................... 2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)組成.......................................................... 5</p><p>　　2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)...........................................................5</p>

8、<p>　　2.2系統(tǒng)總體功能...........................................................7</p><p>　　2.2.1上位機(jī)軟件功能...................................................7</p><p>　　2.2.2 下位機(jī)功能..................

9、.................................... 7</p><p>　　第三章 下位機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件）............................................9</p><p>　　3.1 控制中心的設(shè)計(jì)........................................................ 9</p

10、><p>　　3.1.1 單片機(jī)的造型.................................................... 9</p><p>　　3.1.2 AT89C51單片機(jī)概述...............................................9</p><p>　　3.1.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì).............

11、...................................... 11</p><p>　　3.1.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)................................................... 12</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集處理電路的設(shè)計(jì)............................................... 13&l

12、t;/p><p>　　3.2.1 傳感器的選型................................................... 13</p><p>　　3.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器..................................................... 14</p><p>　　3.3 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì)......

13、........................................... 16</p><p>　　3.3.1 LED顯示接口的電路設(shè)計(jì).......................................... 16</p><p>　　3.3.2 鍵盤.........................................................

14、.. 16</p><p>　　3.4 信號(hào)調(diào)理電路......................................................... 17</p><p>　　第四章 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控設(shè)施的電氣控制電路設(shè)計(jì)...................................18</p><p>　　4.1 電器控制電路.........

15、................................................18</p><p>　　4.1.1 電器控制電路設(shè)計(jì)...............................................18</p><p>　　4.1.2 工作原理...................................................

16、....19</p><p>　　4.2 主要元器件的選型.....................................................19</p><p>　　4.2.1 熱繼電器.......................................................19</p><p>　　4.2.2 接觸器..

17、.......................................................20</p><p>　　4.2.3 斷路器.........................................................21</p><p>　　4.2.4 熔斷器........................................

18、.................21</p><p>　　第五章 軟件設(shè)計(jì).........................................................22</p><p>　　5.1 軟件設(shè)計(jì)工具的選用...................................................22</p><p>

19、　　5.1.1 編程語(yǔ)言的選用.................................................22</p><p>　　5.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的選用...................................................22</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計(jì)...................................

20、..........................23</p><p>　　5.2.1 軟件的總體框架.................................................23</p><p>　　5.2.2 各個(gè)模塊的細(xì)化.................................................24</p><p&

21、gt;　　5.3 人機(jī)交互界面的創(chuàng)建...................................................27</p><p>　　5.3.1 人機(jī)交互界面的基本概念.........................................27</p><p>　　5.3.2 人機(jī)交互界面的組成............................

22、.................27</p><p>　　5.3.3 系統(tǒng)中各界面的創(chuàng)建.............................................28</p><p>　　5.3.4 主要控件功能的實(shí)現(xiàn).............................................33</p><p>　　結(jié) 論....

23、...............................................................40</p><p>　　致 辭...................................................................41</p><p>　　參考文獻(xiàn)................................

24、.................................42</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著控制技術(shù)、Internet和移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化水平不斷提高，“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)”的研究已經(jīng)越來(lái)越為人們所重視。如何方便有效地對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，如何提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化水平是目前可控環(huán)境農(nóng)業(yè)研究

25、的重點(diǎn)。本章簡(jiǎn)要說(shuō)明了課題的研究背景和現(xiàn)實(shí)意義，并綜述了溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上提出了本文的研究?jī)?nèi)容。</p><p>　　1.1 遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景</p><p>　　自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)工程科技人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)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，希望通過(guò)改變植物生長(zhǎng)的自然環(huán)境、

26、創(chuàng)造適合植物最佳的生長(zhǎng)條件、避免外界惡劣的氣候，達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、防治病蟲害等目的。由此而引發(fā)的各種溫室測(cè)控技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與研究也取得了長(zhǎng)足發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)向高層次的自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，形成了現(xiàn)代化水平高，比較完善的技術(shù)體系。我國(guó)溫室測(cè)控技術(shù)應(yīng)用研究雖然也取得了一定的進(jìn)展，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比依舊存在較大差距。隨著世界設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)發(fā)展迅速，溫室面積和產(chǎn)量大幅增加，對(duì)各種溫室測(cè)控技術(shù)以及與之緊密相關(guān)的通信技術(shù)的研究，已經(jīng)

27、引起該領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控技術(shù)</p><p>　　1.2.1 國(guó)外溫室測(cè)控技術(shù)研究狀況</p><p>　　發(fā)達(dá)國(guó)家如荷蘭、美國(guó)、英國(guó)等都大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、CO2濃度、水、氣、營(yíng)養(yǎng)液等實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)調(diào)控。荷蘭在1974年首次研制出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)CECS。 l978年日本東京大學(xué)的學(xué)

28、者研制出微型計(jì)算機(jī)溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)。目前，日本、荷蘭、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家可以根據(jù)溫室作物的特點(diǎn)和要求，對(duì)溫室內(nèi)的諸多環(huán)境因子進(jìn)行環(huán)境控制。 </p><p>　　在日本，作為設(shè)施農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容的設(shè)施園藝相當(dāng)發(fā)達(dá)，塑料溫室和其它人工栽培設(shè)施達(dá)到普遍應(yīng)用，設(shè)施栽培面積位居世界前列。蔬菜、花卉、水果等普遍實(shí)行設(shè)施栽培生產(chǎn)。針對(duì)種苗生產(chǎn)設(shè)施的高溫、多濕等不良環(huán)境。日本有關(guān)部門進(jìn)行了如下幾種設(shè)施項(xiàng)目的研究。主要有設(shè)施內(nèi)播種裝

29、置、苗灌水裝置、換氣扇的旋轉(zhuǎn)和遮光裝置的開閉裝置(溫度、濕度及光照控制)、缺苗不良苗的檢測(cè)及去除和補(bǔ)栽裝置、CO2施肥裝置等方面的自動(dòng)化研究[2]。而在韓國(guó)，從l992年以來(lái)，政府就把設(shè)施園藝作為重點(diǎn)事業(yè)來(lái)推進(jìn)發(fā)展，到1992年底，設(shè)施栽培面積為5.3萬(wàn)mm2，其中帶環(huán)境控制的現(xiàn)代化設(shè)施的設(shè)置面積占10%左右[3]。</p><p>　　由于溫室能完全控制作物生長(zhǎng)的各種條件，近年來(lái)溫室農(nóng)業(yè)在以色列得到了飛速發(fā)展。

30、以色列溫室結(jié)構(gòu)非常先進(jìn)：它裝有幕簾、天窗及遮陽(yáng)網(wǎng)，可根據(jù)光線強(qiáng)度的不同自動(dòng)調(diào)節(jié)和移動(dòng)，并裝有空氣溫度和濕度調(diào)控等溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)。以色列科學(xué)家成功地開發(fā)了一系列計(jì)算機(jī)軟件、硬件，實(shí)現(xiàn)了溫室中供水、施肥和環(huán)境自動(dòng)化控制。最新的彌霧氣候控制技術(shù)，使溫室降溫所需的能量非常小[4]。以色列的溫室從80年代到90年代更新了三代，利用計(jì)算機(jī)控制水、肥和溫室小氣候，自動(dòng)調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)光，而且結(jié)構(gòu)非常先進(jìn)，促進(jìn)了工廠化農(nóng)業(yè)的大發(fā)展。</p&

31、gt;<p>　　荷蘭園藝溫室發(fā)展較早，由于地處高緯度地區(qū)，日照短，全年平均氣溫較低，因此，集中較大力量發(fā)展經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的鮮花和蔬菜，大規(guī)模地發(fā)展玻璃溫室和配套的工程設(shè)施，全部采用計(jì)算機(jī)控制。荷蘭的全自動(dòng)化溫室成套設(shè)備在世界市場(chǎng)上享有很高的技術(shù)聲譽(yù)，但荷蘭的溫室業(yè)是一種高能耗的產(chǎn)業(yè)，全國(guó)每年溫室消耗天然氣達(dá)42億立方米[5]。</p><p>　　英國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)溫室的設(shè)計(jì)和建造也很重視，在英國(guó)西爾索農(nóng)業(yè)

32、工程研究院，科學(xué)家們進(jìn)行了溫室環(huán)境(溫度、濕度、光照、通風(fēng)及CO2及施肥等)與作物生理、溫室環(huán)境因子的計(jì)算機(jī)優(yōu)化、溫室節(jié)能、溫室自動(dòng)控制、溫室作物栽培與產(chǎn)后處理、無(wú)土栽培的研究。目前，英國(guó)的溫室大量采用計(jì)算機(jī)管理，主要控制溫度、濕度、通風(fēng)、CO2濃度、施肥、營(yíng)養(yǎng)液供給及pH值等。倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院研制的計(jì)算機(jī)遙控技術(shù)，可以觀測(cè)50km 以外溫室內(nèi)的溫度、濕度等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控[6]。</p><p>　　另外，國(guó)

33、外溫室業(yè)正致力于高科技發(fā)展遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中，Alves-Serodio，C.M.J等在 ISIE’98國(guó)際會(huì)議中提出一體化的溫室網(wǎng)絡(luò)管理體系模型，可將氣候的調(diào)節(jié)、灌溉系統(tǒng)與營(yíng)養(yǎng)液的供給系統(tǒng)作為一個(gè)整體，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)溫室測(cè)控技術(shù)研究狀況 </p><p>　　a)集散控制系統(tǒng)(DCS)</p&g

34、t;<p>　　智能溫室的自動(dòng)控制系統(tǒng)一般是由控制計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)部件組成的多輸入、多輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代溫室測(cè)控系統(tǒng)中，運(yùn)用最多，技術(shù)最成熟的是集散控制系統(tǒng)，總線結(jié)構(gòu)一般采用RS485.溫室群集散控制系統(tǒng)一般以PC機(jī)或工控機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)組成。</p><p>　　下位機(jī)的任務(wù)是完成現(xiàn)場(chǎng)與作物有關(guān)的環(huán)境參量及作物生理參量的信息采集、分析處理和存儲(chǔ)顯示，并通過(guò)RS48

35、5總線同上位機(jī)相連；上位機(jī)則主要實(shí)現(xiàn)環(huán)境的調(diào)控策略、集中操作管理、通信控制等功能，協(xié)調(diào)各從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有效管理。隨著單片機(jī)及微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采用微機(jī)與多臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成小型集散控制系統(tǒng)在現(xiàn)代溫室測(cè)控領(lǐng)域的運(yùn)用非常普遍。它利用單片機(jī)價(jià)格低、功能強(qiáng)、抗干擾能力好、溫限寬和面向控制等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合微機(jī)的軟硬件支撐，是一般規(guī)模溫室測(cè)控系統(tǒng)的常用選擇方案。但是這類溫室集散控制系統(tǒng)存在著固有的缺陷：控制系統(tǒng)的物

36、理層采用上下位機(jī)主從集散控制結(jié)構(gòu)，一旦上位機(jī)出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)癱瘓，危險(xiǎn)過(guò)于集中，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性不佳；同時(shí)該測(cè)控系統(tǒng)采用RS485總線，有效傳輸范圍不超過(guò)1200m。這將成為現(xiàn)代溫室集群化方向發(fā)展的瓶頸，系統(tǒng)的拓展性不好，布線復(fù)雜，成本較高。但是作為主流的溫室測(cè)控系統(tǒng)架構(gòu)方案，集散控制系統(tǒng)采用基于RS485、RS422等總線結(jié)構(gòu)的通信方式在國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控領(lǐng)域仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。</p><p>　

37、　b)國(guó)內(nèi)溫室測(cè)控技術(shù)</p><p>　　我國(guó)農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代，20世紀(jì)80年代中期開始應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域。從1979至1987年陸續(xù)從6個(gè)國(guó)家(荷蘭、日本、美國(guó)、意大利、羅馬尼亞、保加利亞)等引進(jìn)24套溫室，總而積19萬(wàn)平方米。這些溫室系統(tǒng)的引進(jìn)，總計(jì)投資960萬(wàn)美元，人民幣2570萬(wàn)元。每平方米面積投資80-100美元，還不包括修建鍋爐房、水塔等輔助建筑的投資和國(guó)內(nèi)運(yùn)費(fèi)、關(guān)稅等開

38、支[7]。從國(guó)外引進(jìn)的現(xiàn)代化溫室，雖然在國(guó)外經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善，技術(shù)上也比較成熟和先進(jìn)，但是在使用中卻出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如體積大、能耗大、濕簾降溫較差；從經(jīng)濟(jì)效益上看，因?yàn)樵O(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，產(chǎn)值較低，普遍虧損等，所以并末得到普及。實(shí)踐證明，如果既要符合我國(guó)自己的氣候特點(diǎn)，又可降低投資費(fèi)用，根本出路在于吸收國(guó)外溫室設(shè)施的有益經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，建設(shè)我國(guó)自己的溫室產(chǎn)業(yè)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和各種氣候特點(diǎn)的溫室系列[8]。</p>

39、;<p>　　從80年代開始，我國(guó)的農(nóng)業(yè)工程科技人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)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CO2等單項(xiàng)環(huán)境因子控制技術(shù)的研究，并逐步推出適宜我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平又能滿足不同生態(tài)氣候條件需要的溫室產(chǎn)品。</p><p>　　20世紀(jì)90年代初期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所和蔬菜花卉研究所，研制開發(fā)了溫室控制與管理系統(tǒng)，并采用Visual Basic開發(fā)了基于windows操作

40、系統(tǒng)的控制軟件。90年代中后期，江蘇理工大學(xué)毛罕平等研制開發(fā)了溫室軟硬件控制系統(tǒng)，能對(duì)營(yíng)養(yǎng)液系統(tǒng)、溫度、光照、CO2，施肥等進(jìn)行綜合控制，是目前國(guó)產(chǎn)化溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)較為典型的研究成果。在此期間，中國(guó)科學(xué)院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，研究溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)控制與管理技術(shù)，“九五”期間，國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委，均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè)(設(shè)施農(nóng)業(yè))研究項(xiàng)目，并且在項(xiàng)目中加大

41、了計(jì)一算機(jī)應(yīng)用研究的力度。90年代末河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的目忠文研制了蔬菜大棚溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。吉林工業(yè)大學(xué)于海業(yè)、馬成林等人(1999)研制的溫室環(huán)境 (溫度、濕度)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是以一臺(tái)IBM/PC及其兼容機(jī)作為主控機(jī)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換采用插入式數(shù)據(jù)采集板卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。還有許多高等院校、科研所都在進(jìn)行溫室控制系統(tǒng)的相關(guān)研究，并且許多單位都己建起或?qū)⒁ㄆ饻厥铱刂葡到y(tǒng)的總體</p><p&

42、gt;<b>　　2 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的溫室控制系統(tǒng)，大致可分為以下三種：</p><p>　　1) 單獨(dú)式多單元溫室系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)主要利用專門的溫室氣候控制計(jì)算機(jī)來(lái)檢測(cè)多個(gè)傳感器的輸入信號(hào)及輸出控制信號(hào)，這種控制計(jì)算機(jī)的外形與PC機(jī)相似，所有的傳感器和

43、繼電器由電纜與它直接相連，通過(guò)顯示屏以畫面的形式生動(dòng)地顯示溫室運(yùn)行情衫之，并可以存儲(chǔ)、打印、統(tǒng)計(jì)分析、曲線說(shuō)明等。但這種控制系統(tǒng)的價(jià)格比較昂貴。</p><p>　　2) 單片機(jī)控制一個(gè)溫室單元系統(tǒng)。這是隨單片機(jī)的發(fā)展而出現(xiàn)的，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外許多溫室中。它充分利用了單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸方便快捷、接口通道配置靈活、性能穩(wěn)定可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但這種控制結(jié)構(gòu)由于單片機(jī)存儲(chǔ)容量小，不能保存大盤的數(shù)據(jù)，不利于分析，

44、且人力消耗大。</p><p>　　3) 分布式多單元系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要針對(duì)由多個(gè)溫室構(gòu)成的溫室群地區(qū)而提出的，它將PC機(jī)與前面兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)融為一體，每個(gè)溫室由前沿機(jī)(氣候控制計(jì)算機(jī)或單片機(jī)控制系統(tǒng))進(jìn)行分散控制。主控室中的PC機(jī)對(duì)溫室群集中管理。這種系統(tǒng)在提高工作效率、安全、舒適性方面有著不可比擬的優(yōu)越性，是現(xiàn)代溫室監(jiān)控系統(tǒng)的典型模式。</p><p>　　單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、物美價(jià)廉、設(shè)計(jì)

45、與使用方便、抗干擾性及適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)。因而常被用作自動(dòng)化系統(tǒng)的前端處理器(下位機(jī))，深入到現(xiàn)場(chǎng)，采集各種數(shù)據(jù)及信息，進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理后送至上位機(jī)。同時(shí)它也是一種控制器，接收上位機(jī)下達(dá)的命令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行有關(guān)的控制。微機(jī)功能強(qiáng)大、人機(jī)界面友好，能處理很復(fù)雜的問(wèn)題。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，通常用作中央處理器 (上位機(jī))，接收來(lái)自下位機(jī)的信息和數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后在微機(jī)界面上顯示，并向下位機(jī)下達(dá)命令，通過(guò)下位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施控制[10]。</p>

46、<p>　　本課題兼顧單片機(jī)和微機(jī)的特點(diǎn)，采用分布式監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本系統(tǒng)由許多分布在各溫室中的控制器 (下位機(jī))和主控計(jì)算機(jī) (上位機(jī))組成，每個(gè)控制器連接到主控計(jì)算機(jī)上，處理各種傳感器所采集的數(shù)據(jù)并對(duì)控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制：主控計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、顯示控制器傳送來(lái)的數(shù)據(jù)，并可以向每個(gè)控制器發(fā)送控制設(shè)

47、定值和其它控制參數(shù)，對(duì)溫室進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。該模式不僅適用于溫室群的集中管理，而且能夠根據(jù)用戶需要通過(guò)方便、靈活的系統(tǒng)配置及功能重組，實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫室的控制管理。</p><p>　　由于溫室下位機(jī)具有異步串行通信接口，通過(guò)設(shè)計(jì)TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路，就可以與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)。從上位機(jī)串口出來(lái)的 RS-232信號(hào)，通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，經(jīng)RS-485通信線與各下位機(jī)連接，就可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)

48、與各下位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，而且由于 RS485的通信距離可以達(dá)到1200米，本系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信。通信線路如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2系統(tǒng)通信線路圖</p><p>　　各下位機(jī)在通信接口上采用具有“平衡差動(dòng)式”傳輸特性的RS-485串行接口，其抗干擾性好，可進(jìn)行千米左右的遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸。裝在上位機(jī)主板ISA插座上的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，主要完成上位機(jī)與下位機(jī)之間數(shù)

49、據(jù)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換工作以及增強(qiáng)上位機(jī)串口的帶負(fù)載能力。該網(wǎng)絡(luò)采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型結(jié)構(gòu)。信息傳輸?shù)目煽啃愿?，不存在信息阻塞?wèn)題，可通過(guò)對(duì)總線控制和通信約定來(lái)保證在任一時(shí)刻總線上同時(shí)只能有一對(duì)點(diǎn)通信：由主機(jī)分配總線的使用權(quán)，各從機(jī)共享串行總線，從機(jī)之間不能直接進(jìn)行通信。上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信采用定時(shí)查詢方式，每臺(tái)下位機(jī)對(duì)應(yīng)各自的機(jī)器號(hào)，上位機(jī)依次呼叫各下位機(jī)，下位機(jī)檢查到上位機(jī)發(fā)送的地址幀與自己的號(hào)碼相符時(shí)，就發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二者之間的

50、通信。這時(shí)，即使其它下位機(jī)上報(bào)數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備就緒，也不能與上位機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這樣，就避免了上、下位機(jī)通信的沖突，保證了通信的可靠性。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體功能</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理，每個(gè)溫室的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境控制由各自的下位機(jī)來(lái)完成。在運(yùn)行狀態(tài)下，上位機(jī)實(shí)時(shí)接收下位機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)，并將歷史數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件中，在計(jì)算機(jī)的屏幕上，

51、可通過(guò)畫面的切換來(lái)顯示各溫室實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)每次接到數(shù)據(jù)后，就對(duì)屏幕進(jìn)行刷新，從而使溫室管理人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況一目了然。系統(tǒng)的軟件由上位機(jī)和下位機(jī)軟件組成。</p><p>　　2.2.1上位機(jī)軟件功能：</p><p>　　a)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)：上位機(jī)通過(guò)通信系統(tǒng)接收各下位機(jī)從各溫室現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，而一些需要發(fā)送到下位機(jī)的數(shù)據(jù)(如參考參數(shù)等)又通過(guò)通信系統(tǒng)傳給下位機(jī)，使整個(gè)監(jiān)控

52、系統(tǒng)能高效、準(zhǔn)確、及時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　b)實(shí)時(shí)畫面監(jiān)測(cè)：系統(tǒng)通過(guò)在計(jì)算機(jī)屏幕上以數(shù)據(jù)表格顯示與實(shí)時(shí)曲線的配合使用，能從整體和細(xì)節(jié)兩個(gè)方面對(duì)所有溫室的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)隨時(shí)刷新顯示器上的內(nèi)容，使模擬顯示具有實(shí)時(shí)性。</p><p>　　c)實(shí)時(shí)報(bào)警：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可根據(jù)各下位機(jī)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷，對(duì)一些重要的環(huán)境參數(shù)，可進(jìn)行實(shí)際值與參考值的對(duì)比，如越界就產(chǎn)生

53、報(bào)警信號(hào)，并針對(duì)具體情況提供具體解決辦法。</p><p>　　d)信息存儲(chǔ)查詢：系統(tǒng)在實(shí)時(shí)檢測(cè)各溫室的運(yùn)行狀況的同時(shí)，還對(duì)信息 (主要指歷史數(shù)據(jù))進(jìn)行存儲(chǔ)和輸出。各項(xiàng)數(shù)據(jù)既可根據(jù)需要存儲(chǔ)在上位機(jī)系統(tǒng)中，又可統(tǒng)計(jì)生成各種報(bào)表，方便查詢。</p><p>　　e)上位機(jī)遙控下位機(jī)：系統(tǒng)可由客戶根據(jù)需要將作物生長(zhǎng)適宜的環(huán)境參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要時(shí)將根據(jù)專家系統(tǒng)的意見傳至下位機(jī)調(diào)控設(shè)備來(lái)改變作

54、物的生育環(huán)境，其中包括作物生長(zhǎng)需要的幾項(xiàng)主要的環(huán)境因素：溫度、濕度、光照等。</p><p>　　2.2.2 下位機(jī)功能：</p><p>　　下位機(jī)主要負(fù)責(zé)各溫室現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和環(huán)境設(shè)備的控制，采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在下位機(jī)單片機(jī)控制的裝置面板上，若需要控制相關(guān)的設(shè)備，如通信口有通信要求，則與上位機(jī)進(jìn)行通信。</p><p>　　a)監(jiān)控溫室環(huán)境：各下位機(jī)監(jiān)視溫室內(nèi)

55、環(huán)境參數(shù)的變化和現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的工作情況，并實(shí)時(shí)地把采集到的數(shù)據(jù)顯示在控制面板上，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)設(shè)定的要求通過(guò)控制子程序控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　　b)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)打?。簻厥椰F(xiàn)場(chǎng)采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可由下位機(jī)的打印設(shè)備實(shí)時(shí)打印出來(lái)，以便作為歷史數(shù)據(jù)保存起來(lái)。</p><p>　　c)傳送和接收數(shù)據(jù)：下位機(jī)把溫室現(xiàn)場(chǎng)待機(jī)的數(shù)據(jù)根據(jù)上位機(jī)的需要，通過(guò)通信線路傳送給上位機(jī)，下位機(jī)也可

56、接收上位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)或命令。</p><p>　　3 下位機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件）</p><p>　　3.1 控制中心的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)的選型</p><p>　　電子技術(shù)、微電子技術(shù)特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和成熟，使得計(jì)算機(jī)不斷的更新?lián)Q代，尤其是微型計(jì)算機(jī)，其發(fā)展速度之迅猛，應(yīng)用范圍之廣

57、泛是以往任何技術(shù)都無(wú)法比擬的。而作為微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特分支的單片機(jī)技術(shù)，使得許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度大大提高，可以說(shuō)當(dāng)今世界正在經(jīng)受一場(chǎng)以單片機(jī)技術(shù)為標(biāo)志的新技術(shù)革命浪潮的沖擊。單片機(jī)一經(jīng)出現(xiàn)，便以其小巧價(jià)廉，功能強(qiáng)，穩(wěn)定可靠，集成度高，運(yùn)算速度快，功耗低，擴(kuò)展容易，抗干擾能力強(qiáng)，系列齊全:使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域，這使得單片機(jī)成為當(dāng)今世界上銷售量最大、應(yīng)用面最廣、價(jià)格

58、最便宜的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。</p><p>　　為了適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的需要，世界各國(guó)都在不斷地進(jìn)行研制和開發(fā)。目前世界上最具實(shí)力的單片機(jī)開發(fā)公司有:美國(guó)的Intel, ATMEL,荷蘭的Philips，德國(guó)的Siemens等。其中Intel公司開發(fā)的MCS-51高性能8位機(jī)代表著單片機(jī)的發(fā)展方向，成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品，其他公司則紛紛推出了與MCS

59、-51系列兼容的單片機(jī)，ATMEL公司的89系列Flash單片機(jī)便是其中的一種。其以Intel 80C51/52作為內(nèi)核，并采用可重復(fù)編程的Flash ROM技術(shù)，是一種源于8051而又優(yōu)于8051的單片機(jī)，己成為廣大MCS-51用戶進(jìn)行電子設(shè)計(jì)與開發(fā)的優(yōu)選單片機(jī)品種。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的功能和要求，設(shè)計(jì)選用ATMEL公司89系列標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89C51作為控制中心。</p><

60、p>　　3.1.2 AT89C51單片機(jī)概述</p><p>　　a)AT89C51單片機(jī)的性能特點(diǎn)</p><p>　　AT89C51是一種低功耗、低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4KB Flash EPROM，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的NURAM技術(shù)，且引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS-51產(chǎn)品兼容，最大特點(diǎn)就是其閃速其主要性能如下:存儲(chǔ)器優(yōu)越的在線可重復(fù)編程性能

61、。其主要性能如下：</p><p>　　4KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器，可經(jīng)受1,000次的寫入/擦除周期；全靜態(tài)工作:OHZ～24MHZ；</p><p>　　三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密；</p><p>　　128B (8位)內(nèi)部RAM；</p><p>　　32條可編程I/0口線；</p><p>　　2個(gè)16位定時(shí)器

62、/計(jì)數(shù)器；</p><p><b>　　5個(gè)中斷源；</b></p><p><b>　　可編程串行通道；</b></p><p><b>　　片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器；</b></p><p>　　低功耗的閑置及掉電保護(hù)模式。</p><p>　　AT89C51

63、型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，它包含以下功能部件：</p><p>　　圖3.1 AT89C51型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　b)引腳配置</b></p><p>　　AT89C51單片機(jī)有40個(gè)引腳，為CMOS工藝雙列直插封裝(DIP) 其引腳配置見圖3.2。</p><p><b>　

64、　(1)主電源引腳</b></p><p>　　VCC 接十5V電源正端</p><p>　　GND 接+5V電源地端</p><p>　　(2)時(shí)鐘震蕩電路引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　(3)控制或與其它電源復(fù)用引腳RST、ALE/PROG、和/VP</p><p>　　RST為復(fù)位輸入

65、端；ALE為地址鎖存允許信號(hào)，為Flash存儲(chǔ)器編程脈沖輸入端；為外部程序存儲(chǔ)的讀選通信號(hào)；為訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器允許端，VPP為Flash存儲(chǔ)器編程電源12V輸入端。</p><p>　　(4)輸入/輸出引腳PO.O-PO.7, Pl.0-Pl.7, P2.O-P2.7和P3.O-P3.7</p><p>　　PO口(P0.0-P0.7)是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線。P1口(P1.0-P1.

66、7 )是準(zhǔn)雙向口，專門供用戶使用的I/O口。P2口(P2.O-P2.7 )也是準(zhǔn)雙向口。P3口(P3.O-P3.7)是雙功能口，第一功能是一般I/O口，第二功能定義具體見表3.1所示。</p><p>　　表3.1 P3口各引腳兼用功能表</p><p><b>　　c)存儲(chǔ)器的配置</b></p><p>　　AT89系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器采用的

67、是哈佛結(jié)構(gòu)即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開編址的，它們有各自的尋址系統(tǒng)、控制信號(hào)和特定功能。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理和邏輯上均分為兩個(gè)地址空間:內(nèi)部存儲(chǔ)空間和外部存儲(chǔ)空間。</p><p>　　這里系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量不太大，程序也不太長(zhǎng)，AT89C51片內(nèi)的4KB ROM閃速存儲(chǔ)器和128B的RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器即可滿足要求，無(wú)需擴(kuò)展片外RAM和ROM, CPU只需訪問(wèn)內(nèi)部RAM和ROM，故在硬件電路設(shè)計(jì)上將和引腳連在一起接V

68、CC，由一上拉電阻將其拉高。</p><p>　　AT89內(nèi)部存儲(chǔ)器地址空間分配為:片內(nèi)4KB程序Flash存儲(chǔ)空間(0000H～0FFFFH )；片內(nèi)128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 (00H～7FH)；特殊功能寄存器空間 (80H～FFH)；位尋址空間 (OOH～FFH)。</p><p>　　3.1.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有

69、個(gè)振蕩器，可以用作CPU的時(shí)鐘源。這里系統(tǒng)時(shí)鐘選用內(nèi)部方式，因?yàn)檫@種方式結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、可靠性高。</p><p>　　AT89C51內(nèi)部含有一個(gè)高增益的反相放大器，通過(guò)XTAL 1(輸入端)、XTAL2(輸出端)外接作為反饋元件的片外石英晶體 (或陶瓷諧振器)和電容Cl, C2組成的并聯(lián)諧振電路后便構(gòu)成片內(nèi)自激振蕩器，從而利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘。連接方法見圖3.3所示，其中晶體呈感性，其決定著振蕩器的振

70、蕩頻率;電容Cl, C2對(duì)頻率有微調(diào)作用。電路中反饋元件選用石英晶體，電容CI和C2均為30PF，電容的安裝位置應(yīng)盡量靠近單片機(jī)。</p><p>　　圖3.3 時(shí)鐘電路連接圖</p><p>　　3.1.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)在上電時(shí)需要對(duì)內(nèi)部寄存器以及I/O口的進(jìn)行復(fù)位，這樣才能保證運(yùn)行的可靠性。本設(shè)計(jì)采用的復(fù)位電如圖3.

71、4所示，其由三部分組成，1、上電自動(dòng)復(fù)位電路；2、手動(dòng)復(fù)位電路；3、外部看門狗電路。上電自動(dòng)復(fù)位電路上電時(shí)將單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，程序從開始運(yùn)行。手動(dòng)復(fù)位電路是系統(tǒng)調(diào)試時(shí)或者出現(xiàn)異常，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位時(shí)使用的，只需按一下鍵就可以將系統(tǒng)復(fù)位?？撮T狗電路是MAXIM公司的微處理器監(jiān)控芯片 MAX706及其外圍元件構(gòu)成的，待系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)或者程序跑飛時(shí)，單片機(jī)給WDI端的脈沖消失，MAX706的RESET端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)將單片機(jī)復(fù)位，從而使系統(tǒng)

72、完成復(fù)位功能。</p><p>　　圖3.4 復(fù)位電路</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集處理電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 傳感器的選型</p><p>　　傳感器是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件?？焖?、準(zhǔn)確地測(cè)定溫室環(huán)境信息，對(duì)于探明作物生長(zhǎng)環(huán)境此時(shí)是否為最佳狀態(tài)，以便適時(shí)做出排風(fēng)、排水和空氣濕度調(diào)節(jié)等措施具有重要意義。</

73、p><p>　　a)傳感器的選擇及性能指標(biāo)</p><p>　　系統(tǒng)采用了溫度，濕度，光照度，地表水勢(shì)、地表濕度四種傳感器，為系列化產(chǎn)品，均設(shè)計(jì)有液晶顯示窗口和RS-232數(shù)據(jù)接口。其使用環(huán)境為:-10℃～+70℃；0～100% RH；電源供電為:8～24V DC，<20MA；數(shù)據(jù)傳輸參數(shù):9600波特；8位數(shù)據(jù)位；1位停止位，最大傳輸距離:1200米。各傳感器的性能指標(biāo)如表3.2所示

74、。</p><p>　　表3.2 傳感器性能指標(biāo)</p><p>　　b)傳感器的工作原理</p><p>　　下面以THM101溫度傳感器為例介紹其基本的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，如圖3.5所示。</p><p>　　圖 3.5 THM101溫度采集模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖</p><p>　　系統(tǒng)工作時(shí)，溫度傳感器直接將溫度信

75、號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，由MCU讀出。濕度傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)AD變換器變換成數(shù)字信號(hào)后經(jīng)MCU讀出。在整個(gè)工作過(guò)程中MCU不斷采集溫度和濕度數(shù)據(jù)并經(jīng)由LED顯示器交替顯示出當(dāng)前的溫、濕度數(shù)值。其他只能傳感器模塊的工作原理類似。</p><p>　　c)傳感器的通信命令和數(shù)據(jù)格式</p><p>　　以THM 101溫濕度采集模塊為例介紹傳感器的通信命令和數(shù)據(jù)格式。THM101溫濕度采集模塊的

76、通信方式采用“呼叫一應(yīng)答”方式。在工作中，模塊的MCU控制RS-232接口電路平時(shí)處于接收狀態(tài)，一旦接收到總線傳來(lái)的呼叫命令后，立即對(duì)呼叫命令進(jìn)行命令及地址的解析，并將地址與存貯在EEPROM中的本站地址相比較，如果地址與本站相符，則立即根據(jù)呼叫指令將本站的溫度或濕度數(shù)據(jù)送出作為應(yīng)答。</p><p>　　3.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器</p><p>　　a)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選型</p>

77、;<p>　　在以單片機(jī)為核心的實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中，被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)參量是一些連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等物理量，而單片機(jī)只接受數(shù)字量，所以這些模擬量必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。若輸入的是非電量模擬信號(hào)，還需通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并加以放大。模數(shù)轉(zhuǎn)換器便是實(shí)現(xiàn)模擬量變換成數(shù)字量的設(shè)備，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)便成為數(shù)字測(cè)控系統(tǒng)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)。</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片

78、種類很多如:計(jì)數(shù)比較型、逐次逼近型、雙積分型、并行式、改進(jìn)式等，而在選擇轉(zhuǎn)換器時(shí)應(yīng)主要從速度、精度和價(jià)格上綜合考慮。經(jīng)分析比較，以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的性價(jià)比為最宜。其在轉(zhuǎn)換速度和精度上都比較適中，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在us級(jí)，轉(zhuǎn)換精度一般在0.1%上下，只是抗干擾能力較弱，適用于一般場(chǎng)合。但因逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器具有接口簡(jiǎn)單、清晰、軟件配置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)且價(jià)格適中，被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。國(guó)內(nèi)使用較多的有ADC0808/0809, AD

79、C0801-ADC0805及AD0816/0817和AD574等。這里選擇應(yīng)用廣泛的逐次逼近式ADC0809芯片。ADC0809管腳配置如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 ADC0809管腳配置</p><p>　　b)ADC0809引腳配置及其接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　ADC0809芯片屬ADC0808系列多通道8位CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其芯片

80、內(nèi)置有多路模擬開關(guān)以及通道地址譯碼和鎖存電路，因此能夠?qū)Χ嗦纺M信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集與轉(zhuǎn)換。ADC0809是8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，28引腳，雙列直插封裝，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一+5V電源，其模擬輸入電壓范圍為0～十5V，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量為OOH-FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us,無(wú)須調(diào)零或調(diào)整滿量程。因此能夠?qū)崿F(xiàn) 8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集和轉(zhuǎn)換 (每個(gè)瞬間只能轉(zhuǎn)換一路)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。</p&

81、gt;<p>　　A/D轉(zhuǎn)換原理及過(guò)程:ADC0809最多允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由A, B, C編碼選擇通道號(hào)通過(guò)最高位 (DN-1，)至最低位Do的逐次檢測(cè)來(lái)逼近被轉(zhuǎn)換的輸入電壓。 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程主要包括采樣量化及編碼。采樣是使模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化，量化及編碼是把采樣后的值按比例變換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼口如8位A/D轉(zhuǎn)換器所采集到的0-5V電壓轉(zhuǎn)換成為OOH-FFH相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。通過(guò)數(shù)字

82、量的運(yùn)算比較的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的測(cè)量及控制。</p><p>　　3.3 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 LED顯示接口電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　在微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中，通常要進(jìn)行信息顯示，包括單個(gè)狀態(tài)的顯示和信息數(shù)據(jù)的顯示等。其中常用的顯示器有:LED發(fā)光二極管顯示器

83、也稱發(fā)光數(shù)碼管(其有單個(gè)七段式和點(diǎn)陣式等幾個(gè)類型)、LCD液晶顯示器和CRT圖形顯示器等。經(jīng)比較，并考慮系統(tǒng)的功能要求，這里選用簡(jiǎn)單常用的LED七段式數(shù)碼顯示器，數(shù)碼管形狀見圖3.7所示。</p><p>　　其外部有10個(gè)引腳，其中3, 8引腳為公共端也稱位選端</p><p>　　其余引腳為段選端。因?yàn)長(zhǎng)ED顯示器具有工作電壓低，體</p><p>　　積小，功

84、耗小，工作溫度范圍寬( -30～+85 ℃ ),壽命長(zhǎng) 圖3.7 LED引腳圖</p><p>　　(約十萬(wàn)小時(shí))，成本低廉，機(jī)械強(qiáng)度高，亮度中等，配置靈活易于與TTL數(shù)字邏輯電路連接，與單片機(jī)接口容 易方便，引腳可以直接相連，響應(yīng)速度快 (小于lus),顏色豐富等特點(diǎn)，是智能化儀器最常用的顯示器，可進(jìn)行信號(hào)指示和信息數(shù)據(jù)的輸出顯示。</p><p>　　從LED顯示器的顯示原

85、理可知，為了顯示字母、數(shù)字，必須將要顯示數(shù)字的 BCD碼最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼，這種轉(zhuǎn)換可以通過(guò)硬件譯碼器或軟件進(jìn)行譯碼。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)掃描顯示采用單片機(jī)使用廣泛的軟件譯碼顯示接口。因?yàn)檐浖g碼其譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯的限制。單片機(jī)的輸出是通過(guò)查表軟件得到的段選碼，能顯示更多的字符，且接口簡(jiǎn)單，無(wú)需譯碼器，只需鎖存器和驅(qū)動(dòng)器。</p><p><b>　　3.3.2 鍵盤</b&g

86、t;</p><p>　　鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，是一個(gè)人工干預(yù)系統(tǒng)的主要手段。鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。通常，按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過(guò)程。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定的接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5～

87、10ms，這是一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù)，在很多場(chǎng)合都要用到。</p><p>　　按鍵的穩(wěn)定閉合期長(zhǎng)短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作決定的，一般為十分之幾秒到幾秒的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間參數(shù)可作為一般的參考。</p><p>　　3.4 信號(hào)調(diào)理電路</p><p>　　電壓調(diào)理電路由高精度，高增益的運(yùn)算放大器組成，本設(shè)計(jì)是將運(yùn)算放大器組成兩級(jí)反相比例運(yùn)算電路，不但增益高，而且還起

88、到了隔離的作用可以有效的起到電壓轉(zhuǎn)換作用，將傳感器輸出的微弱的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為A/D所需的電壓信號(hào)。信號(hào)條理電路如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 反向比例電路</p><p>　　4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控設(shè)施的電氣控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 電氣控制電路</p><p>　　4.1.1 電氣控制電路的設(shè)計(jì)</p

89、><p>　　溫室現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控設(shè)施主要有：水泵、排風(fēng)扇、遮蔭簾和側(cè)窗等。其中遮蔭簾、側(cè)窗的電氣控制需考慮電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。主電路如圖4.1所示，控制電路如圖4.2所示：</p><p>　　遮蔭簾 排風(fēng)扇 水泵 側(cè)窗 </p><p>　　圖4.1主電路設(shè)計(jì)圖</p><p>　　4.2

90、 控制電路設(shè)計(jì)圖</p><p>　　4.1.2 工作原理</p><p>　　在圖4.1所示電氣線路的主電路中，可以分成M1、M2、M3、M4四個(gè)部分，其控制回路也可相應(yīng)地分解成四個(gè)基本環(huán)節(jié)。</p><p>　　這四個(gè)基本環(huán)節(jié)分別控制電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4。下面以遮蔭簾M1為例描述說(shuō)明，其控制過(guò)程如下：合上刀閘開關(guān)QS，按啟動(dòng)按鈕SB2,接觸器KM1吸引

91、線圈得電，其主觸點(diǎn)KM1閉合，遮蔭簾電機(jī)M1正轉(zhuǎn)。由于接觸器KM1的輔助觸點(diǎn)并接于啟動(dòng)按鈕SB2上，因此當(dāng)松手?jǐn)嚅_啟動(dòng)按鈕后，吸引線圈KM1通過(guò)輔助觸點(diǎn)可以繼續(xù)保持通電維持其吸引狀態(tài)。同理，按下按鈕SB3，由于三相電源中改變了兩相的極性，所以電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，開始反轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，接觸器的吸引線圈失電，其主觸點(diǎn)斷開，遮蔭簾電機(jī)M1失電停轉(zhuǎn)。</p><p>　　4.2 主要元件的選型</p>

92、<p>　　4.2.1 熱繼電器 </p><p>　　a)熱繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　它是用于過(guò)載保護(hù)（不能做短路保護(hù)）的繼電器。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。當(dāng)電流流過(guò)發(fā)熱元件1時(shí)，其附近的膨脹元件2升溫。元件2是由兩個(gè)膨脹系數(shù)不同的金屬片焊合而成，下面的金屬片具有較大的膨脹系數(shù)，它的一端是固定的，另一端在電路正常工作時(shí)頂住L型桿3。當(dāng)控制電路內(nèi)的觸點(diǎn)7保持

93、閉合時(shí)，控制電路內(nèi)有電流，通過(guò)線圈5將鐵芯吸進(jìn)，從而保持負(fù)載電路內(nèi)的觸頭6閉合。</p><p>　　圖4.3繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　如果負(fù)載電路內(nèi)電流超過(guò)預(yù)定的數(shù)值，膨脹元件2溫升很高。因?yàn)橄旅娴慕饘倨蛎浵禂?shù)大，故向上彎曲（如圖中虛線所示）。則L型桿3在彈簧4的拉力下向左偏轉(zhuǎn)，控制電路的觸點(diǎn)7斷開，線圈5內(nèi)的電流消失，鐵芯在彈簧8的作用下向右拉回，于是負(fù)載電路斷開。按鈕9是

94、用來(lái)把L型桿3恢復(fù)到閉合位置的。</p><p><b>　　b)計(jì)算公式</b></p><p>　　I熱 = （0.95~1.05）IN </p><p>　　注：IN —電動(dòng)機(jī)的額定電流</p><p>　　4.2.2 接觸器 </p><p><b>　　a)主要用途：&

95、lt;/b></p><p>　　CJ20系列交流接觸器為交流50Hz或60Hz，額定絕緣電壓為690-1000V，在AC-2使用類別下額定工作電壓為220V時(shí)的額定工作電流為5A-300A，主要供遠(yuǎn)距離接通及分?jǐn)嚯娐分?，適用于控制交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止及反轉(zhuǎn)。符合IEC947，VDE0660，GB14048等標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p><b>　　b)主要特點(diǎn)： <

96、/b></p><p>　　安全性能好，導(dǎo)電部件不外露；</p><p>　　體積小、重量輕，滅弧罩材料采用不飽和樹脂，耐弧性好，不會(huì)碎裂； 滅弧室呈封閉型，飛弧距離小，可縮小電氣箱體尺寸；</p><p>　　主觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，觸頭磨損小，電壽命增加；</p><p>　　電磁鐵工作可靠，損耗少，噪

97、音小，且具很高的機(jī)械強(qiáng)度；</p><p>　　操作頻率和控制容量高；</p><p>　　3TF30-35系列可外加輔助觸頭座；</p><p>　　SIGUT-西門子專利端接法，接線方便，牢固，接觸可靠性高，抗振性強(qiáng)，安全防護(hù)性好。</p><p><b>　　c)主要參數(shù)：</b></p><p

98、>　　接觸器額定電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，主觸頭電流In：</p><p>　　In=Pn*10/K*Un 或I = M </p><p>　　注：UN—被控電動(dòng)機(jī)的額定電壓 </p><p>　　M—系數(shù)，為1~0.7 </p><p>　　PN—被控電動(dòng)機(jī)的額定功率</p>&l

99、t;p>　　K—是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1~1.4</p><p>　　Pn—被控電機(jī)額定公率（KW）</p><p>　　Un—電動(dòng)機(jī)額定線電壓（V）</p><p>　　4.2.3 斷路器 </p><p>　　斷路器即自動(dòng)開關(guān)，適用于低壓配電點(diǎn)頻繁通斷電控制，其額定電壓大于或等于線路額定電壓。其額定電流大于或等于負(fù)載工作電流。本系統(tǒng)各分配電箱

100、選用DZ2Y-100/31，總線上選DZ20Y-200/31。（DZ塑料外殼式，20設(shè)計(jì)序號(hào)，Y一般型，200額定電流，3極數(shù)，1脫扣方式）。整定電流，過(guò)流時(shí)動(dòng)作電流等于1.7倍的起動(dòng)電流，起動(dòng)電流等于4-7倍的額定電流。過(guò)載脫扣電流與電機(jī)額定電流一致；過(guò)電流整定值大于負(fù)載正常工作尖蜂電流，對(duì)電機(jī)負(fù)載按1.7倍的起動(dòng)電流整定；欠電壓脫扣器額定電壓等于主電路額定電壓。</p><p>　　4.2.4 熔斷器 &l

101、t;/p><p>　　其用于配電電路的嚴(yán)重過(guò)載和短路保護(hù)。根據(jù)單臺(tái)電機(jī)適用選擇輕載及起動(dòng)時(shí)間短時(shí)，系數(shù)為1.5，起動(dòng)負(fù)載較重及起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)， 起動(dòng)次數(shù)較多的情況取2.5。</p><p>　　其計(jì)算公式為 ：Ir=（1.5~2.5）In。選RL1-15型。</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì) </b></p><p>

102、　　5.1 軟件設(shè)計(jì)工具的選用</p><p>　　5.1.1 編程語(yǔ)言的選用</p><p>　　本系統(tǒng)的開發(fā)語(yǔ)言選用Visual Basic(簡(jiǎn)稱VB)。 VB是真正的面向?qū)ο蟮腤indows應(yīng)用程序開發(fā)工具，它以對(duì)象為基礎(chǔ)，并運(yùn)用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì) Windows操作系統(tǒng)的事件響應(yīng)，具有高效、簡(jiǎn)單、易學(xué)和功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。Visual Basic提供了大量控件，可用于設(shè)計(jì)界面和實(shí)現(xiàn)

103、各種功能，程序員可以通過(guò)施放操縱完成用戶界面設(shè)計(jì)。與其它 Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具相比，在設(shè)計(jì)用戶界面時(shí)十分方便，大大減輕了工作量，簡(jiǎn)化了界面設(shè)計(jì)過(guò)程，有效地提高了應(yīng)用程序的運(yùn)行效率與可靠性。利用Visual Basic還可以采用分布式計(jì)算獲得最大的可伸縮性能。使用現(xiàn)有的技能、代碼和技術(shù)，將能夠創(chuàng)建適用于傳統(tǒng)客戶/服務(wù)器、Internet 及 Microsoft Transaction Server 體系結(jié)構(gòu)的可重用ActiveX

104、部件。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中用到了Visual Basic中以下幾個(gè)主要控件：</p><p>　　表5.1 本設(shè)計(jì)常用到的控件</p><p>　　5.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的選用</p><p>　　數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)選用Microsoft Access2003。Access2003是Office2003中文版的組件之一。是一個(gè)中、小型數(shù)據(jù)庫(kù)管

105、理系統(tǒng)，使用方便、功能強(qiáng)大，與其它數(shù)據(jù)庫(kù)有良好的接口。用戶可以方便的使用和曾理數(shù)據(jù)庫(kù)，如創(chuàng)建和編輯數(shù)據(jù)表、設(shè)計(jì)和使用各種查詢工具進(jìn)行查詢操作、設(shè)計(jì)和使用窗體、制作和打印報(bào)表、設(shè)計(jì)和使用宏、設(shè)計(jì)和使用Web頁(yè)等。 </p><p>　　Access 2003不僅可以處理自身的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，還可以處理其它一些數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理軟件所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，能識(shí)別dBase, FoxBase, FoxPro, Paradox

106、, Btrieve等數(shù)據(jù)庫(kù)格式文件，并且支持開放式數(shù)據(jù)庫(kù)互連性標(biāo)準(zhǔn)(ODBC)的SQL[12]。</p><p><b>　　5.2 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.2.1 軟件設(shè)計(jì)的總體框架</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是：完成遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程設(shè)備控制、數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理等應(yīng)用程序，溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)用VB實(shí)現(xiàn)；因此，在編

107、寫程序之前一個(gè)不可忽視的工作就是勾畫軟件設(shè)計(jì)的總體框架。</p><p>　　該設(shè)計(jì)的總體框架是按照設(shè)計(jì)的任務(wù)完成的。分遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，遠(yuǎn)程設(shè)備控制模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊和一個(gè)用戶的注冊(cè)和登陸模塊。各個(gè)模塊之間的關(guān)系是通過(guò)所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)表完成的。</p><p>　　遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊所實(shí)現(xiàn)的主要功能就是將下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并同時(shí)在用戶的界面上顯示出來(lái)，這些參數(shù)包括：溫度、