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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 論文題目: 農(nóng)田現(xiàn)代監(jiān)控網(wǎng)的設(shè)計(jì)(硬件部分)</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 這次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是現(xiàn)代農(nóng)田監(jiān)控網(wǎng),該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是模擬農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境,對(duì)大棚中的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)如溫度、土壤濕度、二氧化碳濃度及光照度等進(jìn)行測(cè)量和控制。</p><p> 本設(shè)計(jì)主要利用51單片機(jī)為核心控制芯片,由數(shù)字式溫
2、濕度傳感器DHT11作為數(shù)據(jù)采集器,并在LCD液晶上進(jìn)行顯示。通過(guò)一系列的程序設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值并通過(guò)相應(yīng)的控制器進(jìn)行控制,使大棚中的環(huán)境指標(biāo)保持在一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍之中,從而達(dá)到對(duì)大棚環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)控。</p><p> 本設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn),功能齊全,具有一定的擴(kuò)展性,顯示界面簡(jiǎn)單明了,控制方式靈活多變,具有一定的實(shí)用意義。</p><p> 關(guān)鍵詞:農(nóng)田溫濕度控制系統(tǒng),51單片機(jī),溫濕度傳感器,
3、LCD1602顯示</p><p> Subject: Design of Modern Farms Monitoring System</p><p><b> Abstract</b></p><p> The design of the content is a modern farm monitoring ne
4、twork, designed to achieve a simulation of the greenhouse environment, agriculture, the environment of the greenhouses in indicators such as temperature, soil moisture, carbon dioxide concentration and light intensity an
5、d other measurement and control. </p><p> The main advantage of this design as the core control chip microcontroller 51, by the digital temperature and humidity sensors DHT11 as a data collector, and the LC
6、D display on the LCD. Through a series of programs set the standard value by the corresponding controller to control the greenhouse in the environmental indicators remain relatively stable in a range, thereby to automati
7、cally control the greenhouse environment. </p><p> The design is easy to implement, fully functional, has some scalability, display interface is simple, flexible control, has some practical significance. &l
8、t;/p><p> Key words: monolithic integrated circuits, sensor , design of modern farms monitoring system, LCD1602 display screen</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 第一章
9、前言1</b></p><p> 1.1農(nóng)業(yè)現(xiàn)代監(jiān)控網(wǎng)設(shè)計(jì)的研究背景1</p><p> 1.2農(nóng)田監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)1</p><p> 1.3關(guān)于農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)溫濕度控制等方面國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀2</p><p> 1.4溫室大棚簡(jiǎn)介2</p><p> 1.5畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的主要任務(wù)3<
10、/p><p> 第二章 農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案4</p><p> 2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理4</p><p> 2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理5</p><p> 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p> 3.1硬件設(shè)計(jì)電路圖6</p><p> 3.2單片機(jī)簡(jiǎn)介8</p&
11、gt;<p> 3.2.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)8</p><p> 3.2.2 功能特性描述10</p><p> 3.2.3 單片機(jī)的工作方式12</p><p> 3.3 看門狗電路14</p><p> 3.4復(fù)位電路16</p><p> 3.5 數(shù)字溫濕度傳感器DHT
12、1118</p><p> 3.5.1 傳感器18</p><p> 3.5.2傳感器的選型原則18</p><p> 3.5.3 DHT1119</p><p> 3.6 LCD顯示電路的設(shè)計(jì)22</p><p> 3.7 繼電器原理24</p><p> 第四章 軟
13、件系統(tǒng)設(shè)計(jì)25</p><p> 4.1 主程序設(shè)計(jì)25</p><p> 第五章 系統(tǒng)調(diào)試26</p><p> 5.1 Proteus軟件仿真26</p><p> 5.2 硬件調(diào)試方法27</p><p> 5.3 在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題27</p><p>
14、第六章 總結(jié)29</p><p> 6.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)29</p><p> 6.2 設(shè)計(jì)心得29</p><p><b> 致 謝31</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)32</b></p><p> 附錄一 硬件電路圖33</p>
15、<p> 附錄二 實(shí)物圖34</p><p><b> 第一章 前言</b></p><p> 1.1農(nóng)業(yè)現(xiàn)代監(jiān)控網(wǎng)設(shè)計(jì)的研究背景</p><p> 隨著建國(guó)以來(lái)的蓬勃發(fā)展,科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,農(nóng)業(yè)的發(fā)展也變得更加效率。自動(dòng)化控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中所扮演者更加重要的角色。農(nóng)業(yè)的大棚測(cè)量控制系統(tǒng)也起了非常重要的作
16、用。農(nóng)業(yè)的測(cè)量控制系統(tǒng),即監(jiān)控系統(tǒng),能夠大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,增加勞動(dòng)舒適性,而且隨著經(jīng)濟(jì)的全球化,面臨農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)放進(jìn)口和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)只有通過(guò)進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品品質(zhì)才能生存。從這些新的需求出發(fā),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著高效率和高精度的機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展是必然的選擇。</p><p> 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的農(nóng)田監(jiān)控措施,以大棚為例,非常需要儀器儀表技術(shù)的輔助。其溫度的控制,濕度的控制等其他方面,都非常
17、重要。而且這些數(shù)據(jù)的采集和測(cè)量以及后面的信號(hào)處理也是非常重要,與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)利益相掛鉤。我們這個(gè)農(nóng)業(yè)監(jiān)控網(wǎng)的設(shè)計(jì)就是模擬大棚,對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行控制,并顯示出來(lái)。</p><p> 關(guān)于這個(gè)課題設(shè)計(jì)就是以51單片機(jī)和傳感器為核心,具有數(shù)據(jù)采集功能,信號(hào)反應(yīng)調(diào)節(jié)功能和LED顯示功能。在根據(jù)不同的時(shí)間不同的待測(cè)環(huán)境下,設(shè)定不同的標(biāo)準(zhǔn)值,顯示當(dāng)前采集的溫度量,濕度量等等,并在LED上進(jìn)行顯示。</p>&
18、lt;p> 1.2農(nóng)田監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)</p><p> 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,電子技術(shù)也在不斷攀升。大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生使得農(nóng)業(yè)采用現(xiàn)代化技術(shù)成為了可能。大棚內(nèi)的農(nóng)作物的生長(zhǎng)可以在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的幫助下更好的成長(zhǎng),獲得更加巨大的經(jīng)濟(jì)效益。其內(nèi)部的溫度、濕度、光照量等都可以進(jìn)行很好的測(cè)量控制。單片機(jī)現(xiàn)如今正廣泛的應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也是可以采用其來(lái)進(jìn)行有效的幫助。它可以改造落后的設(shè)備,提高生產(chǎn)性
19、價(jià)比、降低應(yīng)用設(shè)備的損耗、集成自動(dòng)化高效。以農(nóng)業(yè)大棚的溫濕度控制為例,這兩者因素是最影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方面,對(duì)溫度濕度進(jìn)行良好有效的測(cè)量,可以減少不必要的措施和損耗。而且單片機(jī)控制器可以大大降低響應(yīng)速度,提高抗干擾能力,支持總線功能,這是以往的都沒(méi)有的高效。數(shù)字化,智能化的控制器控制系統(tǒng)的出現(xiàn),對(duì)現(xiàn)代生活,尤其是農(nóng)業(yè)的應(yīng)用前景有著非常重要的舉措。</p><p> 1.3關(guān)于農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)溫濕度控制等方面國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀<
20、;/p><p> 在國(guó)外的農(nóng)業(yè)發(fā)展看來(lái),其農(nóng)業(yè)水平的科技含量高,投入高,產(chǎn)出高,效益高,發(fā)展速度很快,農(nóng)業(yè)大棚等設(shè)計(jì)面積高。以美國(guó),日本等一些國(guó)家為例,其設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化程度等一系列的措施都有較高的水準(zhǔn),居世界的領(lǐng)先地位。他們采取多種自動(dòng)化技術(shù),包括機(jī)械化育苗技術(shù),機(jī)器人栽培,自動(dòng)噴灌溉系統(tǒng),自動(dòng)控制技術(shù)的開(kāi)發(fā),引入模糊控制和人工智能控制,有效的提高農(nóng)業(yè)的智能化、科學(xué)化管理水平。自動(dòng)化調(diào)控裝置也是其中的一部分。對(duì)溫度、濕
21、度、光照等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析,進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理等方法,逐漸提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平。</p><p> 在國(guó)內(nèi)的農(nóng)業(yè)發(fā)展看來(lái),我們國(guó)家的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化水平的發(fā)展,與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然有很多不足之處。我國(guó)除了一些大城市近郊外,農(nóng)業(yè)設(shè)施一般都是因地制宜,就地取材,保護(hù)性的措施低,抵御自然災(zāi)害的能力弱,耐久性也很差。自動(dòng)化、智能化、機(jī)械化的生產(chǎn)仍然是一片空白,工作效率低,作業(yè)環(huán)境差,產(chǎn)量水平不高,產(chǎn)品質(zhì)量不足以滿足市場(chǎng)。通過(guò)
22、引進(jìn)高新技術(shù),建立初步良好的智能化控制體系是我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到的目標(biāo),但是仍然有許多地方需要努力。我國(guó)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)體系已經(jīng)初步走上正軌。</p><p><b> 1.4溫室大棚簡(jiǎn)介</b></p><p> 溫室又稱暖房。能透光、保溫(或加溫),用來(lái)栽培植物的設(shè)施。在不適宜植物生長(zhǎng)的季節(jié),能提供生育期和增加產(chǎn)量,多用于低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或
23、育苗等。溫室的種類多,依不同的屋架材料、采光材料、外形及加溫條件等又可分為很多種類,如玻璃溫室、塑料溫室;單棟溫室、連棟溫室;單屋面溫室、雙屋面溫室;加溫溫室、不加溫溫室等。溫室結(jié)構(gòu)應(yīng)密封保溫,但又應(yīng)便于通風(fēng)降溫?,F(xiàn)代化溫室中具有控制溫濕度、光照等條件的設(shè)備,用電腦自動(dòng)控制創(chuàng)造植物所需的最佳環(huán)境條件。大棚控制網(wǎng)如圖1.1所示:</p><p> 圖1.1 現(xiàn)代大棚控制網(wǎng)</p><p>
24、 1.5畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的主要任務(wù)</p><p> 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的主要任務(wù)就是在于模擬大棚,并對(duì)大棚內(nèi)部的溫度濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集測(cè)量處理,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚的溫度濕度測(cè)量控制一體化,實(shí)時(shí)的監(jiān)控可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)其中可能存在的某些問(wèn)題,并得到及時(shí)的糾正。在問(wèn)題出現(xiàn)的萌芽階段進(jìn)行改正,預(yù)防有可能會(huì)產(chǎn)生的事故。當(dāng)然,對(duì)本身系統(tǒng)的再開(kāi)發(fā)也是有著巨大的意義。</p><p> 第二章 農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
25、方案</p><p> 2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p> 系統(tǒng)通過(guò)一系列的傳感器,對(duì)大棚中土壤濕度、溫度、二氧化碳濃度及光照度進(jìn)行測(cè)量,使工作人員能夠掌握大棚中的重要環(huán)境屬性;同時(shí)利用電熱絲、卷簾、濕簾風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)等控制器件對(duì)相應(yīng)的環(huán)境進(jìn)行控制,以此達(dá)到自動(dòng)控制的目的。系統(tǒng)理想原理如圖2.1所示</p><p> 圖2.1 農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)理想原理圖&l
26、t;/p><p> 該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng),控制方便,維護(hù)少,顯示直接。同時(shí),具有很強(qiáng)的可塑性,可以根據(jù)使用者的需要增加功能。</p><p> 傳感器與單片機(jī)直接連接,經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程,將最終測(cè)得的數(shù)據(jù)顯示在LCD1602上。</p><p> 在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于技術(shù)實(shí)現(xiàn)困難和制作成本太高等問(wèn)題,我們放棄了二氧化碳濃度及光照度的測(cè)量和控制部分,只模擬了大
27、棚中溫度及濕度的測(cè)量及控制。實(shí)際原理如圖2.2所示</p><p> 圖2.2 實(shí)際設(shè)計(jì)原理圖</p><p> 這種控制系統(tǒng)就是自動(dòng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度濕度的大小采取不同的措施,同時(shí),加熱燈泡不僅可以用做加熱的熱源,一定情況下,如果要實(shí)現(xiàn)光照的控制,也可以用作光源來(lái)使用。同時(shí),在設(shè)計(jì)時(shí)也保留了二氧化碳濃度的測(cè)量及控制功能的拓展,在需要時(shí)也可以通過(guò)改進(jìn)增加這兩項(xiàng)功能。</p>&
28、lt;p> 2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p> 在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,我們采取了原理圖最終的方案,即對(duì)溫度和濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量采集。首先通過(guò)系統(tǒng)本身的初始化,然后接著對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集,通過(guò)判斷是否高于臨界值來(lái)進(jìn)行溫度的控制變化;同理,濕度的數(shù)據(jù)采集和控制亦是如此。程序流程圖如圖2.3所示</p><p> 圖2.3 軟件流程圖</p><p> 第
29、三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 3.1硬件設(shè)計(jì)電路圖 </p><p> 根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖,系統(tǒng)可以分為數(shù)據(jù)采集、顯示和控制三個(gè)模塊,采用89C51芯片作為核心控制芯片,用LCD1602作為顯示芯片,數(shù)據(jù)的測(cè)量采用溫濕度數(shù)字傳感器DHT11。在控制電路中,使用天波繼電器hjr-3ff-s-z控制電機(jī)等的開(kāi)關(guān),用8550三極管作為放大器和開(kāi)關(guān)作用。硬件電路如圖3.1所示</
30、p><p> 圖3.1 系統(tǒng)硬件電路圖</p><p> 本設(shè)計(jì)測(cè)量的是大棚中土壤的濕度,但是由于土壤濕度傳感器成本過(guò)高,因此采用測(cè)量空氣濕度模擬該過(guò)程,由DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器作為數(shù)據(jù)采集器。建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻信號(hào)輸入模塊如圖3.2所示</p><p> 圖3.2 信號(hào)輸入模塊</p&
31、gt;<p> 由LCD1602作為顯示端,LCD1602顯示簡(jiǎn)潔明了,成本低廉,很適合作為本系統(tǒng)的顯示器。顯示模塊如圖3.3所示</p><p><b> 圖3.3 顯示模塊</b></p><p> 本系統(tǒng)的控制器由繼電器作為控制開(kāi)關(guān),8550三極管起到了信號(hào)放大和開(kāi)關(guān)的作用??刂颇K如圖3.4所示</p><p>
32、圖3.4 控制模塊電路圖</p><p> 下面將對(duì)這些器件做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。</p><p><b> 3.2單片機(jī)簡(jiǎn)介</b></p><p> 3.2.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)</p><p> 我們這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要采用由ATMEL公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī),其低功耗、高性能的8位單片機(jī)AT89C51為
33、總體控制單元。AT89C51單片機(jī)物美價(jià)廉,適合我們本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p> 復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書推薦C 取10u,R取
34、8.2K.當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期的高電平.至于如何具體定量計(jì)算,可以參考電路分析相關(guān)書籍.</p><p> 晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12MHz(產(chǎn)生精確的us級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作)</p><p> 單片機(jī):一片AT89S51/52或其
35、他51系列兼容單片機(jī)</p><p> 特別注意:對(duì)于31腳(EA/Vpp),當(dāng)接高電平時(shí),單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開(kāi)始執(zhí)行;當(dāng)接低電平時(shí),復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開(kāi)始執(zhí)行.這一點(diǎn)是容易忽略的.</p><p> 因此可以看出,其實(shí)要熟悉51單片機(jī)的40個(gè)引腳功能也很容易:</p><p> 總共40個(gè)腳,電源用2個(gè)(Vcc和GND),
36、晶振用2個(gè),復(fù)位1個(gè),EA/Vpp用1個(gè),剩下還有34個(gè).29腳PSEN,30腳ALE為外擴(kuò)數(shù)據(jù)/程序存儲(chǔ)器時(shí)才有特定用處,一般情況下不用考慮,這樣,就只剩下32個(gè)引腳,對(duì)于初學(xué)者,這32個(gè)引腳就是要經(jīng)常跟它們打交道的了.它們是:</p><p> P0端口P0.0~P0.7 共8個(gè)</p><p> P1端口P1.0~P1.7 共8個(gè)</p><p> P2
37、端口P2.0~P2.7 共8個(gè)</p><p> P3端口P3.0~P3.7 共8個(gè)</p><p> AT89C51是ATMEL公司生產(chǎn)的一種低功耗/低電壓,高性能的8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè)8KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)。它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù),而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC-51兼容。片內(nèi)的FLASH
38、存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程,操作十分方便。目前,又很多的單片機(jī)都與AT89C51的管腳和功能兼容,可以在許多場(chǎng)合進(jìn)行替換。選用AT89C2051作為主CPU芯片。AT89C2051的最大的優(yōu)點(diǎn)是體積小、低成本,是當(dāng)前性/價(jià)比較高的一種八位單片機(jī),完全符合本課題的要求。</p><p> AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含4K b
39、ytes的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合,可靈活應(yīng)用與各種控制領(lǐng)域。單片機(jī)管腳圖如圖3.5所示</p><p> 圖3.5 AT89C51管腳圖</p&
40、gt;<p> 3.2.2 功能特性描述</p><p> AT89C51提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能: 4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器,128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線,兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí),AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式??臻e方式停止CPU的工作,但允許RAM,定時(shí)/計(jì)數(shù)器,串行通
41、信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p> AT89C51的管腳說(shuō)明如下:</p><p> VCC:供電電壓。 </p><p><b> GND:接地。 </b></p><p> P0口:P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O
42、口,每腳可吸收8 TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí),被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí),P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部必須被拉高。 </p><p> P1口:P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,
43、P1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P1口作為第八位地址接收。 </p><p> P2口:P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個(gè)TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí),P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)
44、據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 </p><p> P3口:P3口管腳是8個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P
45、3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。 </p><p> RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 </p><p> ALE/ :當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出
46、的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí), ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無(wú)效。 </p><p> /PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有
47、效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 </p><p> /VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí),/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 </p><p> XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路
48、的輸入。 </p><p> XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p> 89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.6所示</p><p> 圖3.6 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p> 3.2.3 單片機(jī)的工作方式</p><p> AT89C51單片機(jī)有復(fù)位、程序執(zhí)行、單步執(zhí)行、低功耗、掉電保護(hù)以及Fl
49、ash編程和校驗(yàn)等工作方式。</p><p> ?。?)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。復(fù)位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。除此之外,當(dāng)單片機(jī)程序運(yùn)行出錯(cuò)或系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)等情況時(shí),需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位以重新啟動(dòng)機(jī)器。</p><p> ?。?)程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式,即執(zhí)行用戶編寫好的、存放于程序存儲(chǔ)器中的程序。<
50、/p><p> (3)單步執(zhí)行方式是通過(guò)外來(lái)脈沖控制程序的執(zhí)行,每產(chǎn)生一個(gè)脈沖即執(zhí)行一條指令。而外來(lái)脈沖通常是通過(guò)按鍵產(chǎn)生的,因此實(shí)際上單步執(zhí)行就是按一次鍵執(zhí)行一條指令。單步執(zhí)行需要外部電路產(chǎn)生控制脈沖信號(hào),通??山柚鷨纹瑱C(jī)的外部中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p> ?。?)低功耗方式是為了適應(yīng)電源功耗要求低的應(yīng)用場(chǎng)合,有空閑方式和掉電保護(hù)方式。</p><p> 在空閑
51、工作方式,CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài),這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí),片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變??臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。</p><p> 終止空閑工作模式的方法有兩種,其一是任何一條被允許中斷的事件激活,IDL(PCON.0)被硬件清除,即刻終止空閑工作模式。程序會(huì)首先響應(yīng)中斷,進(jìn)入中斷服務(wù)程序,執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RETI(中斷返回)指令后,下一
52、條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后面的一條指令。</p><p> 其二是通過(guò)硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。當(dāng)由硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí),CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的,要完成內(nèi)部復(fù)位操作,硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘周期)有效,在這種情況下,內(nèi)部禁止CPU訪問(wèn)片內(nèi)RAM,而允許訪問(wèn)其它端口。為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫入,激活空閑模式的那條指
53、令后一條指令不應(yīng)該是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫入指令,其外部引腳狀態(tài)如表。</p><p> 表3.1空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)</p><p> 在掉電模式下,振蕩器停止工作,進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令,片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位,復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容,在VCC恢復(fù)到正常工
54、作電平前,復(fù)位應(yīng)無(wú)效,且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。</p><p> ?。?)掉電保護(hù)方式是為了防止單片機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)生掉電故障,以致丟失RAM和寄存器中程序的數(shù)據(jù)。它先將有用的信息轉(zhuǎn)存,在啟用備用電源維持供電。</p><p> ?。?)Flash編程和校驗(yàn)方式主要包括:讀片內(nèi)簽名字節(jié)、Flash存儲(chǔ)器編程、程序校驗(yàn)、程序加密和程序擦除。</p>
55、<p> AT89C51是ATMEL公司生產(chǎn)的一種低功耗/低電壓,高性能的8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè)8KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)。它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù),而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC-51兼容。片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程,操作十分方便。目前,又很多的單片機(jī)都與AT89C51的管腳和功能兼容,
56、可以在許多場(chǎng)合進(jìn)行替換。選用AT89C2051作為主CPU芯片。AT89C2051的最大的優(yōu)點(diǎn)是體積小、低</p><p> 成本,是當(dāng)前性價(jià)比較高的一種八位單片機(jī),完全符合本課題的要求。</p><p><b> 3.3 看門狗電路</b></p><p><b> 1.MAX692</b></p>
57、<p> 由專用芯片MAX692構(gòu)成的看門狗電路如圖3.2所示,系統(tǒng)所用外圍元件少。缺點(diǎn)是定時(shí)周期固定無(wú)法改變,成本高。MAX692是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片,具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。其中WDI是看門狗檢測(cè)輸入端,接到DSP的一個(gè)專用I/O口或一個(gè)總線口上。是復(fù)位信號(hào)輸出端,接DSP的復(fù)位端。MAX692的WDI定時(shí)周期為1.6s,復(fù)位脈沖寬度是200ms。如果WDI保持高或低,超過(guò)"看門狗&quo
58、t;定時(shí)周期(1.6s),端將發(fā)生200ms寬(最小140ms)的負(fù)脈沖使DSP復(fù)位。電路如圖3.7所示</p><p> 圖3.7 MAX692構(gòu)成的看門狗電路</p><p><b> 2.MAX1232</b></p><p> MAX1232 是MAXIM公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)視器,不光提供了看門的功能,而且同時(shí)還能檢測(cè)供電電源的變
59、化,并提供了高電平、低電平上電復(fù)位方式,用戶能夠設(shè)置它的超時(shí)時(shí)間、設(shè)定電源電壓被動(dòng)允許范圍。用MAX1232芯片作為單片機(jī)系統(tǒng)以及其他電子設(shè)備的看門狗電路,不需要其他的電子元器件配合,可以直接和微控制器相連,使用簡(jiǎn)單方便,性能可靠,被大量應(yīng)用在一些單片機(jī)系統(tǒng)上。</p><p> 電源電壓下降到設(shè)置的復(fù)位電壓處,即檢測(cè)到了下降值超過(guò)所設(shè)置的5%或10%的允許波動(dòng)電壓(4.62v或4.37v);PB/RST引腳電
60、壓被拉低;ST引腳沒(méi)在設(shè)定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)收到喂狗信號(hào);電源上電。</p><p> TOL是電源電壓波動(dòng)允許設(shè)置(接地為5%,接VCC為10%)。</p><p> MAX1232引腳如圖3.8所示</p><p> 圖3.8 MAX1232引腳圖 </p><p><b> 3.4復(fù)位電路</b></p&g
61、t;<p> 上電復(fù)位電路如圖3.9所示</p><p> 圖3.9 上電復(fù)位電路圖</p><p> 上電復(fù)位時(shí)在單片機(jī)接通電源時(shí),通過(guò)對(duì)電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如上圖所示。上電瞬間RST引腳的點(diǎn)位與VCC相同,隨著充電電流的減小,RST引腳的電位逐漸下降,只要在RST引腳上能足夠長(zhǎng)時(shí)間保持闕值電壓,單片機(jī)就可以復(fù)位。上電復(fù)位所需要的最短時(shí)間是振蕩器震蕩建立時(shí)間加兩個(gè)機(jī)器周
62、期。復(fù)位電路的阻容參數(shù)通常根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,目的是為了保證RST引腳上能夠足夠保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。在上圖所示的電路中,晶振頻率為6MHz,C可取22uF,R可取1KΩ,可以在RST端上得到足夠的高電平脈沖,使單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。</p><p> 手動(dòng)復(fù)位如圖3.10、3.11所示</p><p> 圖3.10 RST引腳電壓和時(shí)間的關(guān)系</p>&
63、lt;p> 圖3.11手動(dòng)復(fù)位電路圖</p><p> 本次設(shè)計(jì)考慮可以隨時(shí)調(diào)節(jié)上下線的考慮,采用了手動(dòng)復(fù)位電路圖。</p><p> 3.5 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11</p><p><b> 3.5.1 傳感器</b></p><p> 傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)
64、際電工委員會(huì)(IEC: International Electro Technical Committee)的定義為:“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件,它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)法是:“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”,而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個(gè)組成部分,它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。
65、有兩類:有源的和無(wú)源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種,不需要外接的能源或激勵(lì)源。無(wú)源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式,但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能,傳感器承擔(dān)將某個(gè)對(duì)象或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體,而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的,也可以是動(dòng)態(tài)(即過(guò)程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過(guò)多種方式檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的,也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理,它將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換
66、成可測(cè)定的電學(xué)量,然后將此電信號(hào)分離出來(lái),送入傳感器系統(tǒng)加</p><p> 3.5.2傳感器的選型原則</p><p> 傳感器的性能指標(biāo)包括很多方面,企圖使某一傳感器的各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)良,在實(shí)用上沒(méi)有必要。因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求與可能,保證主要性能指標(biāo),放寬對(duì)次要性能指標(biāo)的要求,以提高性能價(jià)格比,恰如其分地選用能滿足使用要求的產(chǎn)品。</p><p> DHT11數(shù)
67、字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件,并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校
68、準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口,使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗,信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上,使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為4 針單排引腳封裝。連接方便,特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。</p><p> 3.5.3 DHT11</p><p> DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫
69、濕度傳感技術(shù),確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件,并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測(cè)型號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口,使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗,信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以
70、上,使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝,連接方便。其實(shí)物如圖3.12所示</p><p> 圖3.12 DHT11實(shí)物圖</p><p> 表3.2DHT11參數(shù)指標(biāo)</p><p> 表3.3傳感器性能說(shuō)明</p><p> 圖3.13典型應(yīng)用電路</p><p>&l
71、t;b> 1.電源引腳</b></p><p> DHT11的供電電壓為3-5.5V。傳感器上電后,要等待1s 以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此</p><p> 期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳(VDD,GND)之間可增加一個(gè)100nF 的電容,用以去耦濾波。</p><p><b> 2.測(cè)量分辨率</b></p>
72、<p> 測(cè)量分辨率分別為8bit(溫度)、8bit(濕度)。</p><p> 表3.4電氣特性 VDD=5V,T = 25℃,除非特殊標(biāo)注</p><p> 注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。</p><p><b> 3.工作與貯存條件</b></
73、p><p> 超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá)3%RH的臨時(shí)性漂移信號(hào)。返回正常工作條后,傳感器會(huì)緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)。要加速恢復(fù)進(jìn)程/可參閱7.3小節(jié)的“恢復(fù)處理”。在非正常工作條件下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)加速產(chǎn)品的老化過(guò)程。</p><p><b> 4.封裝信息</b></p><p> 封裝信息如圖3.14所示</p><p&
74、gt; 圖3.14 DHT11封裝圖</p><p> 表3.5 DHT11引腳說(shuō)明</p><p> 3.6 LCD顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p> 顯示電路采用LCD1602A顯示,P3.0 P3.1 P3.2分別接LCD1602A的RS(4腳) R/W(5腳) E(6腳),從P2口輸出數(shù)據(jù)。LCD如圖3.15、3.16所示</p>
75、<p> 圖 3.15 LCD1602A實(shí)物圖</p><p> 圖3.16 LCD1602引腳圖</p><p> LCD1602顯示屏在市場(chǎng)上非常常見(jiàn),很方便的應(yīng)用于市面上的各種字符型液晶顯示。字符型LCD通常有14條或者16條引腳線的,而LCD1602顯示屏就是有16條引腳線,其表3.5 1602引腳定義</p><p> 下圖為一般的
76、1602 LCD模塊的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖</p><p> 圖3.17 LCD1602封裝</p><p><b> 3.7 繼電器原理</b></p><p> 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向
77、鐵芯,從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開(kāi)觸點(diǎn))吸合。當(dāng)線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置,使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))釋放。這樣吸合、釋放,從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn),可以這樣來(lái)區(qū)分:繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn),稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”;處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路,為低壓控制電路和高壓工作電路。繼電器原理如圖3.17
78、所示</p><p> 圖3.17 繼電器原理圖</p><p> 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b> 4.1 主程序設(shè)計(jì)</b></p><p> 硬件要在軟件的配合下才能完成預(yù)先確定要實(shí)現(xiàn)的各種功能。硬件設(shè)計(jì)具有通用性,軟件設(shè)計(jì)的大部分是針對(duì)某個(gè)特定對(duì)象,可以完成硬件不能完成的功能。軟件是整個(gè)控
79、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心,它具有充分的靈活性,可以根據(jù)系統(tǒng)的要求而變化。單片機(jī)的智能控制功能主要由軟件來(lái)完成。我們本次課題采用模塊化設(shè)計(jì),使程序簡(jiǎn)單有序,清晰,方便調(diào)試和修改。主要包括主程序、LCD顯示程序、控制、數(shù)據(jù)傳送等模塊。</p><p> 主程序在整個(gè)軟件起主導(dǎo)作用。主程序設(shè)計(jì)正確與否,影響整個(gè)程序是否能正常執(zhí)行,影響到整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。在主程序里通過(guò)調(diào)用其它模塊子程序,來(lái)完成各個(gè)功能。主程序主要完成系統(tǒng)上
80、電復(fù)位和自檢、初始化等,在主程序中,主要是傳感器DHT11對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,判斷后調(diào)用函數(shù),提示溫度的增高或者降低,以及是否超過(guò)量程,然后再啟動(dòng)控制程序來(lái)表示風(fēng)扇、馬達(dá)和燈泡的開(kāi)或者關(guān);最后采取顯示程序,顯示出當(dāng)前測(cè)量的溫度和濕度值。流程圖如下:如圖4.1所示。</p><p> 圖4.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p><b> 第五章 系統(tǒng)調(diào)試</b><
81、/p><p> 5.1 Proteus軟件仿真</p><p> 本設(shè)計(jì)采用了Proteus軟件仿真。Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件(該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司)。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機(jī)愛(ài)好者
82、、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件),從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái),其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,
83、2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編輯器。</p><p> 5.2 硬件調(diào)試方法</p><p><b> 1.靜態(tài)調(diào)試</b></p><p> 靜態(tài)調(diào)試一般是指在沒(méi)有外加信號(hào)的條件下所進(jìn)行的直流測(cè)試和調(diào)整過(guò)程。我們?cè)谡{(diào)試時(shí)首先<
84、/p><p><b> 2.動(dòng)態(tài)調(diào)試</b></p><p> 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上,在電路的輸入端接入適當(dāng)頻率的幅值和信號(hào),并循著信號(hào)的流向逐級(jí)檢測(cè)各點(diǎn)有關(guān)的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)。</p><p><b> 3.調(diào)試思路</b></p><p> 我們?cè)谡{(diào)試時(shí),采取的模塊式的調(diào)試方法。
85、在硬件和軟件分別調(diào)試完成后的軟硬件聯(lián)調(diào)中,根據(jù)系統(tǒng)完成的不同功能將系統(tǒng)分成幾個(gè)模塊,先逐個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試,然后集中起來(lái)進(jìn)行整體的調(diào)試。這種調(diào)試方式條理清楚,易于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。</p><p> 5.3 在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題</p><p> 1.當(dāng)給繼電器送入電壓信號(hào)時(shí),繼電器工作方式不正常</p><p> 我們需要的是當(dāng)給繼電器一個(gè)電壓信號(hào)時(shí),繼
86、電器的開(kāi)關(guān)會(huì)跳轉(zhuǎn),由常閉點(diǎn)跳至常開(kāi)點(diǎn),然后再次給如電壓信號(hào)時(shí),繼電器開(kāi)關(guān)會(huì)由常開(kāi)點(diǎn)跳回常閉點(diǎn),由此完成對(duì)電燈、風(fēng)扇及電機(jī)的控制。但是在實(shí)際調(diào)試中,繼電器不能按照預(yù)定情況跳轉(zhuǎn),經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查后我們發(fā)現(xiàn),由于設(shè)計(jì)最初選定的三極管為PNP型三極管(見(jiàn)控制部分電路圖),但是實(shí)際當(dāng)中使用的三極管是NPN型,雖然兩種三極管的硬件連接方式相同,但是軟件的編程方式不同,所以會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤,最后我們修改了軟件的編程,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。</p>&
87、lt;p> 2.LCD顯示的測(cè)量值固定不變</p><p> 按照實(shí)際情況來(lái)說(shuō),一段時(shí)間內(nèi)的環(huán)境溫濕度雖然在總體是穩(wěn)定的,但是也是會(huì)有一些微小的變化,但是我們測(cè)出來(lái)的溫度和濕度值確是個(gè)穩(wěn)定的值,這明顯不符合實(shí)際情況。我們一開(kāi)始以為是LCD的顯示部分有問(wèn)題,但是經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)顯示部分的軟硬件都是正常的,隨后我們對(duì)傳感器加熱,發(fā)現(xiàn)傳感器只有在供電最開(kāi)始的時(shí)候才會(huì)采集到數(shù)據(jù)的變化量,我們以為是連接的上拉電阻值過(guò)
88、大(見(jiàn)DHT11連接圖),然后我們將阻值由10K歐換成5K歐,但是情況仍然不變,于是我們懷疑是傳感器本身出現(xiàn)故障。我們買了新的傳感器并連接之后,數(shù)據(jù)依舊不變,這說(shuō)明硬件部分是沒(méi)問(wèn)題的,最后,經(jīng)過(guò)我們的反復(fù)試驗(yàn)與推測(cè),發(fā)現(xiàn)原來(lái)是程序中采樣頻率的設(shè)置有問(wèn)題。DHT11傳感器的采樣頻率不能過(guò)快,否則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法采樣的情況,于是我們降低采樣頻率,解決了這個(gè)問(wèn)題。</p><p> 3.風(fēng)扇一旦啟動(dòng),單片機(jī)就會(huì)被復(fù)位<
89、;/p><p> 我們的設(shè)計(jì)中,當(dāng)濕度過(guò)低時(shí),電機(jī)會(huì)啟動(dòng),當(dāng)濕度過(guò)高時(shí),風(fēng)扇會(huì)啟動(dòng)。但是實(shí)際調(diào)試中,電機(jī)和風(fēng)扇一旦啟動(dòng),單片機(jī)就會(huì)復(fù)位,系統(tǒng)就不能穩(wěn)定運(yùn)行。我們的電機(jī)和風(fēng)扇最初是由單片機(jī)來(lái)供電,因?yàn)殡姍C(jī)和風(fēng)扇都是5V的,但是這樣一來(lái),會(huì)使電源給單片機(jī)的供電出現(xiàn)電壓不足,所以單片機(jī)會(huì)復(fù)位。于是我們采用分別供電的方法,用另外的電源給電機(jī)和風(fēng)扇提供5V電,這個(gè)問(wèn)題迎刃而解。</p><p> 4
90、.LCD1602背光不亮</p><p> LCD1602本身是帶有背光的功能的,但是我們的1602背光卻始終不亮,這是由于1602的第3腳接的電阻過(guò)大導(dǎo)致的,換成較小的電阻后,背光正常點(diǎn)亮。</p><p> 5.燈泡短路導(dǎo)致跳閘</p><p> 在第一次正式的實(shí)驗(yàn)中,出現(xiàn)了220V燈泡部分電路短路的事故,當(dāng)時(shí)直接導(dǎo)致整個(gè)房間的跳閘,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),燈泡底座的
91、連接線暴露在外的銅絲過(guò)多,很容易接觸在一起發(fā)生短路,于是我們將暴露在外的電線包裹起來(lái)并固定,之后就再?zèng)]出現(xiàn)過(guò)短路的情況。</p><p><b> 第六章 總結(jié)</b></p><p><b> 6.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)</b></p><p> 本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51芯片為中心控制器來(lái)設(shè)計(jì)現(xiàn)代農(nóng)田
92、大棚中的溫度濕度等環(huán)境的模擬和控制。</p><p> 整個(gè)系統(tǒng)模擬了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚中的濕度、溫度的測(cè)量和控制,通過(guò)控制電路實(shí)現(xiàn)了一個(gè)整體的自動(dòng)控制的過(guò)程,達(dá)到了現(xiàn)代化、自動(dòng)化的目的。同時(shí)系統(tǒng)開(kāi)放性較好,可以很方便的拓展其他功能。系統(tǒng)利用LCD1602作為顯示輸出,顯示簡(jiǎn)單明確,一目了然。</p><p> 系統(tǒng)同樣也有很多缺點(diǎn),首先由于傳感器的精度和穩(wěn)定性等原因,控制的精確度還不是那么
93、的完美,如果更換成更好的傳感器,可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。其次系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)外部修改溫濕度上下限的功能,如果要修改,只能在程序里完成,這使得系統(tǒng)的實(shí)用性大打折扣,如果需要,可以增加這一功能。</p><p> 在最初的設(shè)計(jì)中,我們除了溫度和濕度的控制之外,還設(shè)計(jì)了關(guān)于二氧化碳濃度及光照度的測(cè)量與控制,但是由于光敏二極管測(cè)得的電壓信號(hào)無(wú)法很好的標(biāo)定,而成品的光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器的購(gòu)買成本又過(guò)于高昂,所以這兩
94、項(xiàng)功能在實(shí)際的制作中沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。</p><p><b> 6.2 設(shè)計(jì)心得</b></p><p> 在設(shè)計(jì)當(dāng)中,我負(fù)責(zé)了整個(gè)硬件部分的制作,從最初的設(shè)計(jì)硬件電路圖,到購(gòu)買原器件和電路的焊接,到后來(lái)硬件部分的調(diào)試及整個(gè)大棚模擬環(huán)境的制作都是我主要完成的,看著我們的設(shè)計(jì)從無(wú)到有,并能夠按照我們的設(shè)想去工作,是一個(gè)很美妙的過(guò)程。而和同組的同學(xué)一同調(diào)試,一起修改設(shè)計(jì)也是
95、人生很難得的經(jīng)歷。</p><p> 在調(diào)試中,我們也遇到過(guò)很多的問(wèn)題,有軟件上的也有硬件上的,整個(gè)的調(diào)試過(guò)程就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和修改問(wèn)題的過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中,我們不僅更加熟悉所用到的工具和元器件,同時(shí)也鍛煉了我們處理問(wèn)題的能力及面對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)變能力。</p><p> 經(jīng)過(guò)了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),我學(xué)到了很多東西,不論是在硬件的知識(shí)上,還有如何設(shè)計(jì),如何制作,我都經(jīng)歷了一個(gè)完整的過(guò)程,而在
96、軟硬件聯(lián)調(diào)的過(guò)程中,我對(duì)于我一直都不太熟悉的軟件部分也有了很多的學(xué)習(xí)和收獲。</p><p> 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),不僅讓我對(duì)于單片機(jī)知識(shí)有了更深刻的體會(huì),同時(shí),在設(shè)計(jì)當(dāng)中,我對(duì)于以前學(xué)的模電、數(shù)點(diǎn),以及測(cè)控專業(yè)的很多相關(guān)知識(shí)都有了新的體會(huì),還有很多的元器件的使用及特性我也有了不少的了解,這些都讓本來(lái)就對(duì)硬件設(shè)計(jì)感興趣的我對(duì)它們更加的愛(ài)好了。整個(gè)畢設(shè)的過(guò)程對(duì)我來(lái)說(shuō)更是一次難忘的體驗(yàn)。</p><
97、p><b> 致 謝</b></p><p> 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文創(chuàng)作中,首先要感謝我的指導(dǎo)老師XXXX。XX老師在百忙之中抽出時(shí)間來(lái)指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì),為我們的設(shè)計(jì)最終的成功提供了很大的幫助,不論是最初設(shè)計(jì)的思路,還是軟硬件功能的實(shí)現(xiàn)方法,都離不開(kāi)XX老師的指點(diǎn)。而XX老師對(duì)人和藹友善,對(duì)待學(xué)科嚴(yán)謹(jǐn)專注的態(tài)度也讓我們受益匪淺。我們的設(shè)計(jì)之所以能夠成功,離不開(kāi)XX老師的耐心指點(diǎn)和
98、關(guān)心,在此,我對(duì)XX老師表達(dá)誠(chéng)摯的謝意。</p><p> 其次我還要感謝我的家人,在做畢設(shè)的時(shí)間里多虧有家人的理解和支持,才讓我能夠全身心的投入設(shè)計(jì)之中,畢設(shè)制作的成功也有我家人的一份功勞。</p><p> 最后我要感謝學(xué)校和學(xué)院提供給我們這次難得的機(jī)會(huì),不僅鍛煉了我們,也讓我們對(duì)自己的能力有個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。</p><p> 我謹(jǐn)在此對(duì)以上提到的所有人表達(dá)
99、我最誠(chéng)摯的謝意!</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 陳毅靜,王再英,劉淮霞.過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.1</p><p> [2] 王振龍 無(wú)土栽培教程 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社.2001.2</p><p> [3] 羅金耀 節(jié)水灌溉理論與技術(shù) 武漢大
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