溫室智能控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)也延伸到各生產(chǎn)領(lǐng)域。我們國家正在走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)道路，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，這對(duì)于農(nóng)作物的生長發(fā)育有非常大的促進(jìn)作

2、用，可以避免因?yàn)橥獠繗夂虻膭×易兓瘜?duì)農(nóng)作物造成的傷害，使農(nóng)作物能夠在一個(gè)最適合它的溫度、濕度和光照的環(huán)境中生長發(fā)育，從而可以提高產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)，由ATmega16單片機(jī)作為控制的核心器件的單片機(jī)模塊，外加溫度采集模塊、濕度采集模塊、光照采集模塊、加熱模塊、降溫模塊、補(bǔ)光模塊、報(bào)警模塊以及顯示模塊組成。采用DS18B20、DHT11和光敏電阻進(jìn)行信息采集，將其采集到的數(shù)字信號(hào)傳入ATmega16單片機(jī)，并在Nokia5110屏

3、上顯示其實(shí)時(shí)值。單片機(jī)通過比較輸入溫度與設(shè)定溫度來控制風(fēng)扇或加熱電路驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)棚內(nèi)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)不對(duì)風(fēng)扇、棚頂電動(dòng)窗或加熱電路發(fā)出動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚里植物生長溫度及土壤和空氣濕度的檢測(cè)、監(jiān)控，并能對(duì)超過正常溫度、光強(qiáng)范圍</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)； 濕度檢測(cè)； 控制系統(tǒng)； 報(bào)警系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b><

4、/p><p>　　With the development of science and technology, especially the development of computer application technology, computer control technology and automation technology also extends to all areas of product

5、ion. The design, by the microcontroller ATmega16 microcontroller as the core module control device, plus temperature acquisition module, humidity acquisition module, light acquisition module, heating module, cooling modu

6、le, fill light module, alarm module and display module. Using a temperature sen</p><p>　　Key words: temperature testing; humidity testing; control system; alarm syste</p><p><b>　　目錄<

7、/b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景1</p><p>　　1.2 課題研究的意義2</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、難點(diǎn)和趨勢(shì)3</p><p>　　1.3.1 國外研究現(xiàn)狀3</p><

8、;p>　　1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3.3 智能溫室大棚的發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.3.4 溫室智能控制發(fā)展存在的難點(diǎn)4</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)6</p><p>　　2.2

9、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路7</p><p>　　2.3 硬件設(shè)備的選擇方案7</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)的選擇8</p><p>　　2.3.2 顯示模塊的選擇8</p><p>　　2.3.3 溫度傳感器的選擇9</p><p>　　2.3.4 濕度傳感器的選擇10</p><p&g

10、t;　　2.3.5 光敏電阻的選擇11</p><p>　　2.3.6 繼電器的選擇11</p><p>　　2.3.7 動(dòng)力電機(jī)的選擇11</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 主控電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.1 ATmega16單片機(jī)12</p>

11、;<p>　　3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)16</p><p>　　3.2 溫度檢測(cè)與控制16</p><p>　　3.2.2 溫度測(cè)量傳感器16</p><p>　　3.2.3 DS18B20與單片機(jī)的接法17</p><p>　　3.2

12、.3 溫度控制電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.3 濕度監(jiān)測(cè)19</p><p>　　3.3.1 DHT11濕度傳感器19</p><p>　　3.3.2 DHT11與單片機(jī)的接法電路20</p><p>　　3.4 光強(qiáng)測(cè)量與控制21</p><p>　　3.4.1 光敏電阻21</p&g

13、t;<p>　　3.4.2 測(cè)光電路21</p><p>　　3.4.3 補(bǔ)光電路22</p><p>　　3.5 顯示電路22</p><p>　　3.5.1 Nokia5110引腳說明22</p><p>　　3.5.2 顯示電路原理圖23</p><p>　　3.6 報(bào)警電路23<

14、;/p><p>　　3.7 電源電路24</p><p>　　4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1 主程序流程圖27</p><p>　　4.2 DS18B20軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.1.1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)29</p><p>　　4.1.2

15、DS18B20與單片機(jī)通訊設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.3 DHT11軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.3.1 DHT11與單片機(jī)通訊設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.3.2 數(shù)字‘0’信號(hào)和‘1’信號(hào)的表示方法33</p><p>　　4.4 Nokia5110顯示設(shè)計(jì)34</p><p>

16、;　　4.4.1 液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)指令34</p><p>　　4.4.2 寫數(shù)據(jù)到模塊35</p><p>　　4.4.3 Nokia5110初始化時(shí)序36</p><p><b>　　總結(jié)37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p

17、><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　附錄40</b></p><p>　　附錄A 電路設(shè)計(jì)圖40</p><p>　　附錄B 程序清單41</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　在人類的進(jìn)

18、化史中，溫濕度扮演著極其重要的角色。隨著時(shí)間的推移，溫度已經(jīng)融入了我們?nèi)祟惿畹母鱾€(gè)方面。無論身在哪里，從事何種工作，溫度已經(jīng)成為了我們不可避免的與之打交道的的朋友。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫濕度有著密切的聯(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濕度的因素。溫濕度不但對(duì)于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫濕度度的監(jiān)測(cè)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

19、積更少且農(nóng)業(yè)活動(dòng)的生產(chǎn)效率較發(fā)達(dá)國家低。顯而易見，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，想辦法來提高單位產(chǎn)量。溫室大棚技術(shù)就是其中一個(gè)好的方法。溫室大棚就是建立一個(gè)模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個(gè)人工氣象環(huán)境，來消除溫度對(duì)生物生長的約束。而且，溫室大棚能減小農(nóng)作物生長對(duì)其所處環(huán)境的依賴性，能讓大多數(shù)農(nóng)作物在不適合自身生長的季節(jié)產(chǎn)出，使農(nóng)作物對(duì)季節(jié)和氣候條件的依賴性大大降低，部分甚至完全擺脫了農(nóng)作物對(duì)自然條件

20、的依賴。加之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><b>　　課題研究的背景</b></p><p>　　溫室大棚即我們?nèi)粘Ｋ姷娜展鉁厥?，可以用來養(yǎng)花、種植反季蔬菜。隨著改革開放的進(jìn)一步深入，人民生活水平不斷提高，農(nóng)村人也改變了吃菜靠田間地頭自給自足的方式。隨著生活條件的逐步轉(zhuǎn)好，我們餐桌上的菜肴早

21、就不局限于本地的特產(chǎn)和時(shí)令蔬菜。特別是北方，每到冬季，每家每戶都會(huì)儲(chǔ)存冬白菜，飯桌上幾乎看不到其它的菜品。但是現(xiàn)在不同了，由于溫室大棚技術(shù)的發(fā)展，在北方即使是寒冷的冬季，很多夏季蔬菜和南方的水果也漸漸的出現(xiàn)在了人們的餐桌上，再也不會(huì)只有白菜相伴了。眾所周知，植物的生長都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對(duì)植物生長影響最大的是環(huán)境中的溫度、濕度和光照。在不同的環(huán)境中，晝夜的溫度和濕度變化是不同的，這其對(duì)植

22、物生長是極為不利的。因此必須對(duì)不同環(huán)境環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，使植物能在這些不同的環(huán)境下正常地生長，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量?，F(xiàn)在在許多溫室大棚中還是沿用人工值守的方法來看管大棚，浪費(fèi)了大量的人力和物力，而且大棚的溫濕度控制并不精確，隨之造成各種調(diào)控措施不及時(shí)，于是農(nóng)作物也往往因?yàn)闇貪穸瓤刂撇划?dāng)而減產(chǎn)，給菜農(nóng)帶來了極大的損失。</p><p>　　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，在大棚中培育的農(nóng)產(chǎn)

23、品品種越來越多，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。因此發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)對(duì)日光溫室的要求越來越高。隨著溫室控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，需要監(jiān)控的對(duì)象趨于多樣化，所以必須使用具有統(tǒng)一規(guī)范、可靠性高、組建靈活、擴(kuò)展性好、維護(hù)簡便、性價(jià)比高的方式來組建系統(tǒng)。然而國外有一些自動(dòng)檢測(cè)控制儀器都是造價(jià)很昂貴的，對(duì)于普通農(nóng)民來說是很難接受的。所以尋求一種簡單實(shí)用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)是非常有必要的。因此，作為日光溫室的一個(gè)重要組成部分—溫度濕

24、度光強(qiáng)的測(cè)控裝置的研制非常需要。</p><p>　　在日光溫室中，由于溫度過高、過低，環(huán)境濕度過大光照強(qiáng)度過大、過小等都會(huì)影響農(nóng)作物正常生長，若能有一測(cè)控系統(tǒng)能夠有效地將溫度控制在作物所需溫度范圍之內(nèi)，也可以很好的改善大棚濕度，同時(shí)光強(qiáng)也保證在一定的范圍之內(nèi)，為農(nóng)作物的生長提供一個(gè)良好的環(huán)境，并可以針對(duì)我國南方、北方的溫度、濕度差異進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將會(huì)對(duì)溫室大棚技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣，以及對(duì)增加廣大農(nóng)民的收入貢

25、獻(xiàn)不可替代的力量。因此設(shè)計(jì)這樣一種大棚溫濕光測(cè)控系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。</p><p>　　要想實(shí)現(xiàn)這種控制系統(tǒng)，傳感器的應(yīng)用是必不可少的。傳感器(Transducer/Sensor)是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩大部分組成。有時(shí)也將轉(zhuǎn)換電路及輔助電路作為其組成部分。傳感器技術(shù)未來將向以下幾個(gè)方面發(fā)展：1)高精確度；2)小型化；3)多功能集成

26、化；4)數(shù)字化；5)智能化。鑒于本系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的依賴性，對(duì)傳感器的選擇和應(yīng)用成為非常重要的環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　課題研究的意義</b></p><p>　　隨著單片機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，溫室大棚環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性價(jià)比，逐步取代傳統(tǒng)的溫濕度控制措施。傳統(tǒng)的應(yīng)用于溫室大棚的溫

27、濕度檢測(cè)系統(tǒng)大多是采用模擬傳感器、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)。這種采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時(shí)線路上傳送的是模擬信號(hào)，易受干擾和損耗，測(cè)量誤差也比較大。</p><p>　　本文介紹的溫濕光測(cè)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)的溫濕度及光強(qiáng)進(jìn)行采集，利用傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度濕度及光強(qiáng)

28、的變化，變換成數(shù)字量，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度濕度和光強(qiáng)，同時(shí)通過與預(yù)設(shè)量比較，對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果超過我們預(yù)先設(shè)定的濕度限制，濕度報(bào)警模塊將進(jìn)行報(bào)警。這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了溫度濕度和光強(qiáng)的實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的測(cè)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(jià)比高，可維護(hù)性好。這種溫濕度測(cè)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(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，是

29、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)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、難點(diǎn)和趨勢(shì)</p><p><b>　　國外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　世界發(fā)達(dá)國家大力發(fā)展集約化的溫室生產(chǎn)，用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效科學(xué)的環(huán)境調(diào)控與水肥管理，并從專用品種選育、

30、工廠化育苗、病蟲害的生物防治，到產(chǎn)品的采收、分級(jí)包裝、冷藏運(yùn)輸，形成了完整的市場(chǎng)化技術(shù)服務(wù)體系。國外溫室的主要特點(diǎn)是規(guī)模大、設(shè)備齊全、環(huán)境控制系統(tǒng)先進(jìn)。計(jì)算機(jī)用于溫室環(huán)境控制的技術(shù)研究開始于上世紀(jì)70年代末，東京大學(xué)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，設(shè)施環(huán)境調(diào)控技術(shù)在日本、荷蘭、以色列、美國等發(fā)達(dá)國家得到了迅速的發(fā)展。目前日本、荷蘭、以色列、美國等發(fā)達(dá)國家可以根據(jù)溫室作物的生長要求和特點(diǎn)，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度

31、、水分、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)控制。</p><p><b>　　國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　我國對(duì)溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的研究起步較晚，農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代，80年代開始應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域。我國近代溫室經(jīng)歷了發(fā)展改良日光溫室、大型玻璃室和現(xiàn)代化溫室三階段，并且各階段溫室仍然并存，其中有一半為一面坡節(jié)能型日光溫室，用于蔬菜、花卉的反季

32、節(jié)生產(chǎn)。現(xiàn)今我國溫室的類型主要包括以玻璃為通明覆蓋材料的玻璃溫室、利用太陽能為能源的日光溫室、活動(dòng)屋面溫室以及塑料溫室等。我國溫室大棚種植技術(shù)已突破了傳統(tǒng)的農(nóng)作物種植受制于自然等環(huán)境諸多因素的限制，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。我國的溫室自動(dòng)控制研究大致有兩個(gè)方向，一是智能環(huán)境控制系統(tǒng)，二是華北型連棟溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用以單片機(jī)為主控芯片的系統(tǒng)對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制。從總體上說，我國自行研制開發(fā)的溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)的技術(shù)水平和調(diào)控能力與發(fā)

33、達(dá)國家相比還有一定的差距。</p><p>　　智能溫室大棚的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著現(xiàn)代溫室朝著集約化、規(guī)模化方向發(fā)展和溫室管理智能化要求的提高，溫室測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)生產(chǎn)和管理的一體化，是現(xiàn)代智能溫室發(fā)展的必然趨勢(shì)；現(xiàn)代傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又為這一發(fā)展趨勢(shì)推波助瀾。溫室大棚主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一方面是溫室結(jié)構(gòu)工程，另一方面

34、是溫室測(cè)控系統(tǒng)，而溫室測(cè)控系統(tǒng)又是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與溫室大棚環(huán)境控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成的，兩者相輔相成缺一不可。國外溫室業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展，遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中。</p><p>　　近年來我國溫室大棚智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要是針對(duì)我國的國情和日光溫室大棚的改造：應(yīng)用模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論，開發(fā)智能型的溫室大棚專家系統(tǒng)。利用上位機(jī)強(qiáng)大的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度快的優(yōu)點(diǎn)

35、，盡量使硬件功能軟件化，增加上位機(jī)管理軟件的功能；進(jìn)行溫室多環(huán)境因子的聯(lián)合檢測(cè)與控制的研究工作，提出一種適合我國本土的溫室大棚的多環(huán)境因子智能控制模型，逐步向著自動(dòng)測(cè)試、智能化控制等方面發(fā)展。我國溫室未來的發(fā)展呈現(xiàn)出現(xiàn)代化、精準(zhǔn)化、多元化和都市型。 </p><p>　　溫室智能控制發(fā)展存在的難點(diǎn)</p><p>　　當(dāng)前流行的智能溫室是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，科學(xué)、合理的控制影響作物生長的多

36、種環(huán)境因子，營造適合作物生長的人工氣候環(huán)境，使作物能夠部分或者全部克服外界氣候和土壤因素的制約，做到既有利于作物的良好生長和適時(shí)上市，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，又能盡量降低生產(chǎn)成本。它對(duì)改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、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，進(jìn)一步降低人類的勞動(dòng)強(qiáng)度有積極的作用。因此在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　我國由于受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技水平、農(nóng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響，長

37、期以來缺乏設(shè)施農(nóng)業(yè)方面的基礎(chǔ)研究與戰(zhàn)略發(fā)展研究，在技術(shù)理論、生產(chǎn)發(fā)展與市場(chǎng)引導(dǎo)、宏觀政策等方面均存在很多的空白，因此溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也受到了一定的限制。我們的研究成果較少，制約了溫室企業(yè)技術(shù)和質(zhì)量方面的創(chuàng)新。使我國溫室企業(yè)在與國外溫室企業(yè)的競爭中，從一開始就處于劣勢(shì)。</p><p>　　目前我國問世的環(huán)境控制水平總體上仍然較低，不能完全滿足作物栽培的要求。因此，應(yīng)通過對(duì)溫室的結(jié)構(gòu)、材料、環(huán)境控制技術(shù)、再生能源綜合

38、利用技術(shù)、補(bǔ)充光源、環(huán)境控制的儀器設(shè)備及自動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)等方面做進(jìn)一步的研究和開發(fā)，盡快提高我國溫室生產(chǎn)的水平。</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)</b></p><p>　　本論文采用單片機(jī)為執(zhí)行器（核心器件），通過溫度檢測(cè)電路，濕度檢測(cè)電路，光強(qiáng)檢測(cè)電路，

39、控制系統(tǒng)，報(bào)警電路，顯示電路等部分形成了大棚溫濕度測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈锘蚴覂?nèi)的溫度、濕度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制，不僅具有控制方便、簡單靈活等特點(diǎn)，而且可以大大提高被控制溫度、濕度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。</p><p>　　其預(yù)期實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能如下：</p><p>　　溫度控制：根據(jù)使用大棚的具體面積均勻分布溫度傳感器，借以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。每個(gè)測(cè)溫模塊由溫度傳

40、感器組成，在每個(gè)模塊里采集該傳感器所屬區(qū)域的實(shí)時(shí)溫度傳回主控單片機(jī)，經(jīng)由主控模塊的單片機(jī)處理數(shù)據(jù)判斷是否符合所需溫度：符合則不動(dòng)作，繼續(xù)監(jiān)測(cè)；假若溫度過低則由主控單片機(jī)發(fā)出命令啟動(dòng)報(bào)警電路同時(shí)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)補(bǔ)溫模塊即電熱絲；如果經(jīng)判斷溫度過高則發(fā)出命令啟動(dòng)報(bào)警電路同時(shí)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)降溫設(shè)備即溫室棚棚頂和側(cè)壁上的電動(dòng)窗，同時(shí)啟動(dòng)側(cè)壁的風(fēng)扇以便于空氣流通加快降溫速度。當(dāng)以上兩種措施實(shí)施的繼續(xù)監(jiān)測(cè)溫度送回主機(jī)判斷，符合溫度設(shè)置值測(cè)發(fā)出命令

41、停止。</p><p>　　濕度控制：根據(jù)使用大棚的具體面積均勻分布濕度度傳感器，借以實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。 每個(gè)濕度監(jiān)測(cè)模塊由濕度傳感器構(gòu)成，用以監(jiān)測(cè)器所屬區(qū)域的實(shí)時(shí)濕度。然后把監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳回主機(jī)，經(jīng)由主控模塊的單片機(jī)處理數(shù)據(jù)判斷是否符合所需濕度，若果符合則不動(dòng)作，繼續(xù)監(jiān)測(cè)；假若濕度過低則發(fā)出命令啟動(dòng)報(bào)警電路并同時(shí)經(jīng)由啟動(dòng)電路啟動(dòng)埋在土地中的噴水裝置對(duì)該域增區(qū)加濕度。</p><p>

42、　　光強(qiáng)控制：光強(qiáng)監(jiān)測(cè)模塊由光敏電阻組成，監(jiān)測(cè)到實(shí)時(shí)的光照強(qiáng)度參數(shù)后傳入主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，正常的話不動(dòng)作繼續(xù)監(jiān)測(cè)，假若光照強(qiáng)度過低則啟動(dòng)報(bào)警電路，同時(shí)單片機(jī)發(fā)出命令到繼電器然后啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備即照明燈；假若光照強(qiáng)度過高則由單片機(jī)發(fā)出命令由電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路放下安裝在棚頂?shù)恼诠饩W(wǎng)。</p><p>　　人機(jī)交互設(shè)計(jì)：顯示屏上不僅可以顯示時(shí)間，而且還可以通過按鍵實(shí)時(shí)設(shè)定被監(jiān)測(cè)溫度的上下限、被監(jiān)測(cè)濕度和被監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度的下限值。

43、這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制，還可以根據(jù)作物的不同生長階段，對(duì)溫度、濕度和光照強(qiáng)度的不同需要進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)定，更可以保證作物健康生長。</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)包括硬件部分與軟件部分兩個(gè)部分，硬件部分包括檢測(cè)子部分和控制子部分。硬件部分總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示；軟件部分見本論文第四章。</p>

44、<p>　　系統(tǒng)整體框圖如圖2-1所示。</p><p><b>　　圖2-1系統(tǒng)總框圖</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)硬件組成部分中，檢測(cè)子部分主要由溫度傳感器、濕度傳感器和光敏電阻；控制子部分主要包括動(dòng)作電路、報(bào)警電路、顯示電路和按鍵。其中，動(dòng)作電路包括升溫電路、降溫電路、增加濕度電路、減小濕度電路、補(bǔ)光電路和減弱光強(qiáng)電路。檢測(cè)子部分將從現(xiàn)場(chǎng)采集的溫

45、度、濕度、光強(qiáng)等參數(shù)實(shí)時(shí)發(fā)送至控制子部分的單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)傳回的數(shù)據(jù)、通過按鍵設(shè)定的各設(shè)定值進(jìn)行相應(yīng)的處理，以確定大棚內(nèi)溫度實(shí)時(shí)狀態(tài)、濕度實(shí)時(shí)狀態(tài)、光強(qiáng)實(shí)時(shí)狀態(tài)：當(dāng)溫度、濕度或者光強(qiáng)發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)控制動(dòng)作電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度以及光強(qiáng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。另外，本系統(tǒng)還可以顯示實(shí)時(shí)溫度、實(shí)時(shí)濕度、實(shí)時(shí)光強(qiáng)由主機(jī)來控制各個(gè)調(diào)節(jié)電路的動(dòng)作與否，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)了大棚內(nèi)溫度、濕度、光強(qiáng)的自動(dòng)

46、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。</p><p><b>　　硬件設(shè)備的選擇方案</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要包括三大部分，如圖2-1所示，左邊為信號(hào)采集部分，主要由各模塊傳感器及其所在電路構(gòu)成，包括溫度采集、光線采集、濕度采集等三塊內(nèi)容，被稱為傳感器模塊。中間為主控模塊，由單片機(jī)Atmega16主控模塊組成，是本設(shè)計(jì)的主要處理部分，主要負(fù)責(zé)各個(gè)傳感器傳來的信號(hào)的處理和將各

47、個(gè)數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比處理，如果滿足要求，則不做動(dòng)作，若不滿足要求，則進(jìn)行相應(yīng)處理。最右邊為動(dòng)作電路，主要包括顯示模塊、報(bào)警電路、溫度過限控制電路、光強(qiáng)過限控制電路。這三部分組成的一個(gè)系統(tǒng)就是本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，通過這個(gè)設(shè)計(jì)，使所要控制的量，如溫度、濕度、光強(qiáng)都在一個(gè)設(shè)定的范圍內(nèi)，能夠滿足我們的要求。</p><p><b>　　單片機(jī)的選擇</b></p><p>　

48、　方案一：AT89S51有4K的Flash程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的RAM，32條IO口，中斷系統(tǒng)具有6個(gè)中斷源、5個(gè)終端矢量、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個(gè)全雙工的串行通信口。假若采用MCS-51系列單片機(jī)中的AT89C51芯片作為核心器件，其自帶的4K 字節(jié)的內(nèi)部 FLASH EPRAM,能在3V的超低壓下工作，但運(yùn)行速度很慢；所有的I/0口都是準(zhǔn)雙向口，I/0口的驅(qū)動(dòng)能力弱；芯片里面的P0口沒有上拉電阻如果要輸出高電平或者要

49、定義成輸入口，一般要外接電阻上拉；芯片不能定義成內(nèi)部復(fù)位方式，只能用外部微分電路復(fù)位；芯片內(nèi)部沒有RC振蕩，如要芯片正常工作，需要外加振蕩源；但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞，且功耗比較高，抗干擾能力也不是很強(qiáng)。</p><p>　　方案二：采用ATmega16芯片。該芯片有16K

50、字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O 口線。32個(gè)通用工作寄存器同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)。當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，由此不會(huì)對(duì)芯片造成損壞并且是高性能、低功耗，是較51系列處理速度更快的8位AVR微處理器。所以，選擇采用ATmega16作為本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)單

51、片機(jī)。</p><p><b>　　顯示模塊的選擇</b></p><p>　　方案一：采用LCD-1602液晶顯示器，該顯示器是工業(yè)字符型液晶顯示器，能夠顯示32個(gè)字符。它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。由若干個(gè)5×7者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起

52、到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。而此次設(shè)計(jì)的是一個(gè)大棚溫濕度測(cè)控系統(tǒng)。這里我們需要將設(shè)定的溫度值，濕度值，以及采集過來的外界環(huán)境里的溫度值和濕度值顯示出來。而顯然LCD-1602的顯示容量只有兩行，可以顯示八個(gè)漢字，這樣無法直接在一屏里面顯示溫度值和濕度值，需要分多次頁數(shù)來顯示，這樣不便于觀察溫濕度的變化，所以在本次設(shè)計(jì)中不采用LCD-1602液晶顯示器。</p><p>　　方案

53、二：采用Nokia5110顯示器,可以顯示四行漢字，84×8 的點(diǎn)陣LCD，這樣可進(jìn)行比較觀察，清晰明了，易于操作，性價(jià)比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，而Nokia5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字符。接口簡單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)，速度快，是LCD1602的40倍。Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時(shí)工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。因此在本次設(shè)計(jì)中的顯示部分我們選用N

54、okia5110液晶顯示。</p><p><b>　　溫度傳感器的選擇</b></p><p>　　智能溫度傳感器/控制器屬于智能化集成溫度傳感器和控制器。其主要優(yōu)點(diǎn)是采用數(shù)字化技術(shù)，能以數(shù)字形式直接輸出被測(cè)溫度值，具有測(cè)溫誤差小、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、能夠遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)、用戶可設(shè)定溫度上、下限、有越限自動(dòng)報(bào)警功能、自帶串行總線借口等優(yōu)點(diǎn)，適配各種微控制器，含微處理

55、器和單片機(jī)，是研制和開發(fā)具有高性價(jià)比的新一代溫度測(cè)控系統(tǒng)所必不可少的核心器件。</p><p>　　方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個(gè)相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個(gè)電阻變化的分壓值，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計(jì)方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，這樣一來，就增加了硬件成本，而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。</p><p

56、>　　方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,該傳感器為數(shù)字式傳感器。獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊,DS18B20 的測(cè)溫范圍-55℃~125℃，分辨率最大可達(dá)0.0625 ℃。DS18B20 可以直接讀出被測(cè)溫度值。而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合。使其成為我們?cè)谶x擇溫濕度傳感器時(shí)

57、的首選。</p><p>　　DS18B20實(shí)物圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 DS18B20實(shí)物圖</p><p><b>　　濕度傳感器的選擇</b></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50 KHZ

58、～1KHZ，測(cè)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(shí)為1MΩ。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(cè)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(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。</p><p>　　方案二：采用數(shù)字式濕度傳感器DHT11,該傳感器為數(shù)字式傳感器，采集濕度的精度是14位，端口較少，只需

59、要單片機(jī)的一個(gè)端口即可驅(qū)動(dòng)，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)，除此之外，單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。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，傳感器比較簡單，四條引角中有兩條是電源引腳，有兩條是輸出數(shù)據(jù)的引腳，只需要給他供上額定電壓，然后在輸出引腳采集信號(hào)就可以了，因此選擇了DHT11濕度傳感器作為此設(shè)計(jì)傳感器

60、的首選。</p><p>　　DHT11實(shí)物圖如圖2-4所示</p><p>　　圖2-4 DHT11實(shí)物圖</p><p><b>　　光敏電阻的選擇</b></p><p>　　光照強(qiáng)度的測(cè)量選用了常用的光敏電阻。光敏電阻對(duì)于光照敏感度高，光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常

61、用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見光（0.4~0.76μm）的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它阻值的變化。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。&l

62、t;/p><p>　　光敏電阻實(shí)物圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5光敏電阻實(shí)圖</p><p><b>　　繼電器的選擇</b></p><p>　　因?yàn)檎{(diào)節(jié)電路中需要啟動(dòng)風(fēng)扇和節(jié)能燈等高電壓設(shè)備，所以要應(yīng)用到繼電器作為高壓設(shè)備啟動(dòng)開關(guān)。本設(shè)計(jì)中采用5引腳大功率超小型繼電器JQC-3FF。繼電器就是通過低電壓

63、小電流，控制高電壓大電流的設(shè)備。JQC-3FF繼電器是一組常開、一組常閉的。JQC-3FF繼電器由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等構(gòu)件組成。在線圈兩端加上一定的電壓，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，接通高壓電路。</p><p><b>　　動(dòng)力電機(jī)的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中在大棚的側(cè)壁裝有通風(fēng)散熱用的電動(dòng)窗和風(fēng)扇，棚頂裝有電動(dòng)窗和卷起遮光薄膜的裝置，這些都

64、需要電機(jī)為其提供動(dòng)力,風(fēng)扇的動(dòng)力電機(jī)選擇一般電風(fēng)扇用的電壓為220V的單相交流電機(jī)；電動(dòng)窗的動(dòng)力電機(jī)選擇則不用選擇太大的電機(jī)，同時(shí)為了滿足動(dòng)力需求，選擇市面上經(jīng)常使用的電動(dòng)窗簾的直流電機(jī)即可。</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　硬件是整個(gè)系統(tǒng)的工作平臺(tái)，各種應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)和軟件的運(yùn)行都是以硬件為基礎(chǔ)的，所以硬件設(shè)計(jì)的合理與否從根本上

65、決定了整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量。</p><p>　　為了充分發(fā)揮單片機(jī)的長處，實(shí)現(xiàn)盡可能多的功能，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，工作得更可靠，操作更具備人機(jī)交互性，并且要使整個(gè)系統(tǒng)能真正的在實(shí)際應(yīng)用中能發(fā)揮作用，對(duì)硬件電路進(jìn)行的精心的設(shè)計(jì)，需要對(duì)每一個(gè)方案都經(jīng)過了反復(fù)的比較和論證，始終做到最佳完美，符合設(shè)計(jì)目的。</p><p><b>　　主控電路設(shè)計(jì)</b></p>

66、;<p>　　ATmega16單片機(jī)</p><p>　　ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。其內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周

67、期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。</p><p>　　ATmega16有如下特點(diǎn)：16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T

68、/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP封裝)的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。</p><p><b>　　其端口介紹如下：</b></p><p><b>　　VCC：電源正</b>&

69、lt;/p><p><b>　　GND：電源地</b></p><p>　　端口A(PA7~PA0)： 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。<

70、/p><p>　　端口B(PB7~PB0)：端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。</p><p>　　端口C(PC7~PC0)：端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的

71、內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能. </p><p>　　端口D(PD7~PD0)：端口D為8位雙向I/O 口，

72、具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能. </p><p>　　RESET：復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門限時(shí)間見P36Table 15。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位

73、。</p><p>　　AVCC：端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。</p><p>　　AREF：A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳</p><p>　　因?yàn)樵骷姆庋b不同，引腳結(jié)構(gòu)也不盡相同。ATmega16L雙列直插式封裝有40個(gè)引腳，而貼片式封裝有44個(gè)引腳。</p>

74、<p>　　下圖3.1為直插式ATmega16單片機(jī)的引腳圖</p><p>　　ATmega16單片機(jī)的引腳圖</p><p><b>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)就是由硬件（單片機(jī)芯片和外圍電路）、軟件（內(nèi)部程序）構(gòu)成，能完成一定功能的設(shè)備。任何單片機(jī)想要正常工作，都有3個(gè)必接的電路：電源電路、時(shí)

75、鐘電路、復(fù)位電路。接好這3種電路的單片機(jī)系統(tǒng)，就稱為單片機(jī)最小系統(tǒng)。</p><p><b>　　(1)時(shí)鐘電路</b></p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近

76、晶振頻率，一般多在1.2MHz～12MHz之間選取。時(shí)鐘電路如圖3-2所示。C1、C2是反饋電容，其值在5pF～30pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為22pF，晶振頻率為7.3728MHz。</p><p>　　單片機(jī)時(shí)鐘電路是用來配合外部晶體實(shí)現(xiàn)振蕩的電路，這樣可以為單片機(jī)提供運(yùn)行時(shí)鐘，如果運(yùn)行時(shí)鐘為0的話，單片機(jī)就不工作，當(dāng)然超出單片機(jī)的工作頻率的時(shí)鐘也會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)不工作，因此了解每種單片機(jī)的

77、時(shí)鐘電路是非常重要的，直接與單片機(jī)是否正常運(yùn)行息息相關(guān)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所用單片機(jī)時(shí)鐘電路接法如示意圖3-2所示</p><p><b>　　時(shí)鐘電路圖 </b></p><p><b>　　(2)復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化

78、為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是上電復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電

79、磁兼容性能。</p><p>　　本設(shè)計(jì)單片機(jī)的復(fù)位電路接法如示意圖3-3所示</p><p><b>　　復(fù)位電路圖</b></p><p>　　無論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“

80、程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。</p><p><b>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)</b></p><p><b>　　單片機(jī)系統(tǒng)圖</b></p><p>　　單片機(jī)的最小系統(tǒng)如示意圖3-4所示,7引腳和8引腳接時(shí)鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTA

81、L2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第4引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路，28、6、18、39引腳為接地端,5、17、38、27、29引腳為電源端。</p><p><b>　　溫度檢測(cè)與控制</b></p><p><b>　　溫度測(cè)量傳感器</b></p><p>

82、　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。獨(dú)特的單線接口方式，D

83、S18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。</p><p>　　DS18B20與單片機(jī)的接法</p><p>　　在硬件上DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法。一種是將DS18B20的VCC

84、接外部電源，GND接地，其DQ與單片機(jī)的I/O線相連，如圖3.5所示；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)DS18B20的VCC、GND接地，其DQ接單片機(jī)I/O，如圖3.6所示。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，DS18B20的DQ要接5KΩ左右的上拉電阻。注意只要外部電源處于工作狀態(tài)，GND引腳不可懸空。</p><p>　　DS18B20的引腳圖如示意圖3-5所示</p><p>　　DS18

85、B20引腳圖</p><p>　　DS18B20引腳非常簡單，只有三個(gè)引腳，引腳1是接地，引腳2是數(shù)據(jù)輸入/輸出口，引腳3是電源。與單片機(jī)連接時(shí)注意在DQ引腳加上拉電阻即可。</p><p>　　DS18B20與單片機(jī)的接法如示意圖3-6所示</p><p><b>　　溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)

86、計(jì)中，如上圖3-6溫度傳感器的GND為接地端，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出接PB.7，VCC為外接供電電源輸入端。主要功能就是測(cè)大棚內(nèi)的溫度，將測(cè)得的溫度信號(hào)通過串口發(fā)送到單片機(jī)內(nèi)部，由于DS18B20為數(shù)字式傳感器，所以不需要A/D轉(zhuǎn)換，可以直接處理，并且具有極高的精度。</p><p><b>　　溫度控制電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制電路的動(dòng)作都是由主

87、機(jī)控制進(jìn)行完成的。根據(jù)每個(gè)溫度傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)在單片機(jī)中，然后單片機(jī)執(zhí)行循環(huán)掃描數(shù)據(jù)功能，以判斷溫度是否符合作生長的需求。當(dāng)溫度低于設(shè)定的下限值時(shí)，“溫度過低”指示燈亮，主機(jī)會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警電路，相應(yīng)I/O口電平拉低，導(dǎo)通三極管和繼電器，打開加熱燈，以升高溫度。當(dāng)溫度達(dá)到要求值后，則指示燈會(huì)自動(dòng)熄滅，同時(shí)繼電器會(huì)斷開，加熱燈停止工作。</p><p>　　加熱模塊由三極管、繼電器和加熱燈

88、組成。加熱模塊電路圖如圖3-7所示。</p><p><b>　　溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)之初，加熱裝置打算使用電熱絲，但是由于一般農(nóng)作物隨溫度的要求沒有那么高，且電熱絲在加熱的同時(shí)會(huì)釋放很大的熱量，出于安全角度考慮，故使用節(jié)能燈來進(jìn)行代替。</p><p>　　當(dāng)溫度高于設(shè)定的上限值時(shí)，“溫度過高”指示燈亮，同時(shí)主

89、機(jī)相應(yīng)I/O口電平拉低，使三極管導(dǎo)通，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開、常開觸點(diǎn)閉合，接通電機(jī)所在220V電路，打開風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)散熱，同時(shí)打開棚頂和側(cè)壁上的電動(dòng)窗，以加快對(duì)流速度，進(jìn)而加快降低溫度的效果。當(dāng)溫度達(dá)到要求值后，則指示燈會(huì)自動(dòng)熄滅，同時(shí)繼電器會(huì)斷開，切斷電源，風(fēng)扇停止工作，電動(dòng)窗自動(dòng)關(guān)閉。降溫模塊的電路如圖3-8所示</p><p><b>　　散熱模塊電路設(shè)計(jì)</b></p>

90、<p>　　當(dāng)傳感器把檢測(cè)到的信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)處理后，與設(shè)定溫度范圍進(jìn)行對(duì)比，如果低于設(shè)定溫度，則通過圖3.8溫度補(bǔ)償模塊進(jìn)行溫度補(bǔ)償，如果高于設(shè)定溫度范圍，則通過通風(fēng)散熱模塊進(jìn)行散熱處理，如圖3.8。溫度補(bǔ)償模塊主要由兩個(gè)并聯(lián)的三極管，控制兩個(gè)繼電器，實(shí)現(xiàn)雙控功能，加熱器件是電熱絲，由于電熱絲電壓為220V，而控制電壓一般在3V左右，所以選擇繼電器來控制。通風(fēng)散熱模塊主要由一個(gè)三極管和一個(gè)小風(fēng)扇組成，基極與單片機(jī)PC

91、.6相連，為控制端，集電極為供電端，與電源相連，發(fā)射極與小風(fēng)扇一端相連，控制電流通過此斷進(jìn)入小風(fēng)扇，小風(fēng)扇另一端接地，形成一個(gè)通路。這就是通風(fēng)散熱模塊的詳細(xì)構(gòu)成。</p><p><b>　　濕度監(jiān)測(cè)</b></p><p>　　DHT11濕度傳感器</p><p>　　DHT11數(shù)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。

92、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)集成變得簡易快捷。超小的體積、極

93、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>　　DATA用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下：用戶MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11從低

94、功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。</p><p>　　DHT11的供電電壓為3～5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（

95、VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。</p><p>　　長時(shí)間暴露在太陽光下或強(qiáng)烈的紫外線輻射中，會(huì)使性能降低。因此要妥善放置，盡量避免太陽光的直接照射，還要避免高溫，以及雨水的沾濕，這樣才能保證傳感器正常工作。</p><p>　　DHT11與單片機(jī)的接法電路</p><p>　　濕度傳感器與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)</p>

96、<p>　　DHT11是數(shù)字傳感器，所以不需要進(jìn)行模數(shù)的轉(zhuǎn)換，具體接口如下</p><p>　　引腳1：VDD供電3～5.5VDC</p><p>　　引腳2：DATA串行數(shù)據(jù)，單總線</p><p>　　引腳3：NC空腳，請(qǐng)懸空</p><p>　　引腳4：GND接地，電源負(fù)極</p><p>　　注意：引

97、腳2在接單片機(jī)時(shí)，同時(shí)要在數(shù)據(jù)線接一上拉電阻，接到電源上。</p><p><b>　　光強(qiáng)測(cè)量與控制</b></p><p><b>　　光敏電阻</b></p><p>　　光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀

98、。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體。 </p><p>　　光敏電阻的應(yīng)用光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及r值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)，路燈，草坪燈，驗(yàn)鈔機(jī)，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動(dòng)開關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸?，燈具等光自?dòng)開關(guān)控制領(lǐng)域。</p>

99、<p><b>　　測(cè)光電路</b></p><p><b>　　感光模塊電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-10為測(cè)光強(qiáng)電路，電路通過上拉電阻R1和R2來使光敏電阻GMDZ1和GMDZ2正常工作，其中GMDZ1和GMDZ2一端接地，一端接I/O端口PA0和PA1。通過I/O端口將采集到的信號(hào)發(fā)送給處理器。</p>

100、<p><b>　　補(bǔ)光電路</b></p><p><b>　　補(bǔ)光模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-11為補(bǔ)光燈模塊，當(dāng)處理器對(duì)比光照強(qiáng)度后，如果光強(qiáng)低于設(shè)定值，則發(fā)出補(bǔ)光信號(hào)，使補(bǔ)光燈模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，補(bǔ)光燈模塊由三極管、繼電器和補(bǔ)光燈串聯(lián)組成。考慮到光強(qiáng)對(duì)作物的影響，以及現(xiàn)實(shí)情況，當(dāng)測(cè)得的光強(qiáng)低于設(shè)定值時(shí)報(bào)警并且補(bǔ)

101、光；如果在設(shè)定值之上（包括設(shè)定值），則不動(dòng)作，因?yàn)槿祟惸芙邮艿墓庹?，作物的接受能力比人類要?qiáng)，所以可以不對(duì)光強(qiáng)上限進(jìn)行設(shè)定即可滿足需求，這就是光控模塊。</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　液晶顯示模塊提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示，畫面移位，睡眠模式等。Nokia5110是一款經(jīng)典機(jī)型，可

102、能由于經(jīng)典的緣故，舊機(jī)器很多，所以很多電子工程師就把舊機(jī)器的屏幕拆下來，自己驅(qū)動(dòng)Nokia5110，用于開發(fā)的設(shè)備顯示，取代LCD1602。并且Nokia5110的控制器／驅(qū)動(dòng)器芯片已綁定到LCD晶片上，模塊的體積很小。接口信號(hào)線數(shù)量相對(duì)LCD1602少的多，并且傳輸速率非常快。</p><p>　　3.5.1 Nokia5110引腳說明</p><p>　　LCD引腳說明如下表3-1所示

103、。</p><p>　　表3-1 諾基亞5110液晶顯示模塊的管腳</p><p>　　3.5.2 顯示電路原理圖</p><p>　　Nokia5110與單片機(jī)有8個(gè)管腳相連，其中1~5為I/O管腳，為信號(hào)輸入端，6為電源輸入，7為背光輸入，8為GND。7管腳直接與6管腳相連，即背光燈一直處于打開狀態(tài)，不論在白天還是黑夜均能觀察LCD上數(shù)據(jù)的變化，以便實(shí)現(xiàn)控制功能

104、。與單片機(jī)相連的原理圖設(shè)計(jì)如下圖3-12所示。</p><p><b>　　顯示電路原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　報(bào)警電路</b></p><p>　　在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的

105、數(shù)據(jù)或經(jīng)過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為正常的采樣值，進(jìn)行顯示和控制。下圖是本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路</p><p><b>　　報(bào)警電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警電路。蜂鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機(jī)ATmega16的1

106、根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖3-13中，蜂鳴器與三極管Q3相連，三極管一端接電源，一端接I/O口PB.0，另一端直接與蜂鳴器相連。蜂鳴器的正極接三極管，負(fù)極接地。濕度傳感器采集來的濕度與單片機(jī)設(shè)定的濕度值相比較，只要其中任何一個(gè)過限，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出蜂鳴音報(bào)警。</p><p><b&

107、gt;　　電源電路</b></p><p>　　電源是電力電子系統(tǒng)的動(dòng)力源，其性能直接決定了系統(tǒng)的工作表現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，采用了我國民用的220V作電源，但系統(tǒng)的部分器件一般都工作在低壓的直流電壓環(huán)境，所以電源電路就是將220V的交流電壓經(jīng)降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等處理后得到具有一定功率的低壓電源。該電源應(yīng)該具有較為穩(wěn)定和干擾少的電壓，為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供有力的保障。根據(jù)前面對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的分析和設(shè)

108、計(jì)，知道在我們的系統(tǒng)中，單片機(jī)ATmega16的電源是+5V，驅(qū)動(dòng)電路中的繼電器需要+12V的電壓。因此我們的系統(tǒng)需要提供兩種不同的電源電路。</p><p><b>　　+5V電源電路圖</b></p><p>　　采用變壓器及整流電路把電壓轉(zhuǎn)換為15V，再選用穩(wěn)壓塊7805，得到穩(wěn)定的5V電壓輸出。穩(wěn)壓塊7805的作用是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載等發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)維持穩(wěn)定