溫室溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_畢業(yè)論

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題 目： 溫室溫度控制系統(tǒng) </p><p>　　的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) </p><p>　　學(xué) 院： 信息與通信學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p&

2、gt;　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： 副教授 </p><p>　　題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)&

3、lt;/p><p>　　2014 年 5 月 20 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前，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。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的溫室參數(shù)進(jìn)行檢測和控制是溫室管理的一個(gè)重要方面。</p><p>　　本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，

4、利用溫度傳感器DS18B20對蔬菜大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與控制，實(shí)現(xiàn)溫室溫度的自動(dòng)控制。本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)模塊、溫度采集模塊、加熱模塊、降溫模塊、按鍵以及顯示模塊六個(gè)部分組成。該系統(tǒng)可以通過按鍵設(shè)定溫室的溫度值，采集的溫度和設(shè)定的溫度通過LED數(shù)碼管顯示。當(dāng)所設(shè)定的溫度值比采集的溫度大時(shí)，通過加熱器加熱，以達(dá)到設(shè)定值；反之，開啟降溫風(fēng)扇，以快速達(dá)到降溫效果。</p><p>　　通過該系統(tǒng)，對蔬菜大棚內(nèi)的溫度進(jìn)

5、行有效、可靠地檢測與控制，從而保證大棚內(nèi)作物在最佳的溫度條件下生長，提高質(zhì)量和產(chǎn)量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度測量；溫度控制</p><p><b>　　Abstraet</b></p><p>　　Currently, the greenhouse has become an important part of efficie

6、nt agriculture. In modern agricultural production, strengthen the agricultural production of greenhouse environment parameters to detect and control is an important aspect of greenhouse management. </p><p>　

7、　The system to AT89C51 control core temperature using the temperature sensor DS18B20 vegetable greenhouses in real-time acquisition and control, automatic temperature control greenhouse. The system consists of single-chi

8、p system module, temperature acquisition module, the heating module, cooling module, the buttons and the display module is composed of six parts. The system can be set through the key greenhouse temperature, collecting t

9、emperature and set temperature through the LED digital displa</p><p>　　With this system, the temperature inside the greenhouse vegetable effective, reliable detection and control, in order to ensure the crop

10、 canopy temperature under optimum conditions for growth, improve quality and yield.</p><p>　　Keywords: Single chip；Temperature control；temperature measurement</p><p><b>　　目 錄</b>&

11、lt;/p><p><b>　　引言6</b></p><p>　　1 課題目的及內(nèi)容7</p><p>　　1.1 溫室控制系統(tǒng)的發(fā)展概況7</p><p>　　1.2 課題的目的意義7</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容8</p><p>　　2 系統(tǒng)整

12、體設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　2.1 主要性能指標(biāo)8</p><p>　　2.2 方案選擇8</p><p>　　2.3 主要芯片的選擇9</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)的選擇9</p><p>　　2.3.2 溫度芯片的選擇10</p><p>　　2.3.3 液晶顯示

13、器LCD160211</p><p>　　2.3.4 光電耦合器12</p><p>　　2.4 整體設(shè)計(jì)框圖13</p><p>　　3 硬件模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)14</p><p>　　3.1 整體電路結(jié)構(gòu)14</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制模塊15</p><p>　　3.3

14、 溫度采集模塊16</p><p>　　3.4 加熱模塊20</p><p>　　3.5 降溫模塊21</p><p>　　3.6 信息顯示模塊22</p><p>　　3.7 按鍵模塊23</p><p>　　3.8 穩(wěn)壓模塊24</p><p>　　3.9 外接設(shè)備25<

15、/p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 Keil 軟件簡介25</p><p>　　4.2 系統(tǒng)主程序流程26</p><p>　　4.3 溫度采集模塊程序28</p><p>　　4.4 LCD1602顯示模塊程序28</p><p>　　4.5 按鍵子程序

16、29</p><p><b>　　5 系統(tǒng)測試30</b></p><p>　　5.1 測試環(huán)境與測試工具30</p><p>　　5.2 硬件測試工作31</p><p>　　5.3 不足與改進(jìn)方案34</p><p><b>　　6 總結(jié)35</b></

17、p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：37</b></p><p><b>　　附 錄38</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度

18、的物理量。在很多生產(chǎn)過程中，特別是在冶金、化工、農(nóng)業(yè)、食品、機(jī)械、等產(chǎn)業(yè)中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。中國是人口大國，也是農(nóng)業(yè)大國，通過發(fā)展高科技提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量有著十分現(xiàn)實(shí)的實(shí)際意義。運(yùn)用農(nóng)業(yè)恒溫系統(tǒng)是現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的核心內(nèi)容之一，集農(nóng)業(yè)科技上的高、精、尖技術(shù)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)于一體，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)。</p><p

19、>　　溫室環(huán)境控制是在充分利用自然資源的基礎(chǔ)上，通過改變環(huán)境變量，如溫度、濕度、光度等來獲得植物的最佳生長環(huán)境，從而達(dá)到增加作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、調(diào)節(jié)作物生長周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。傳統(tǒng)的恒溫系統(tǒng)采用模擬電路設(shè)計(jì)，存在不可避免的缺陷，如溫度控制的精度差，易出現(xiàn)溫度的漂移，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺乏友好的人機(jī)截面，溫度控制的實(shí)時(shí)性差等。隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對大棚的自動(dòng)化程度要求也越

20、來越高。隨著單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋?lt;/p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均離不開單片機(jī)的應(yīng)用。將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。本文設(shè)計(jì)的恒溫系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)控制技術(shù)對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有操作簡單便

21、捷、采集方便準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低以及節(jié)省能源的特點(diǎn)，可明顯增加使用者的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)不但可以推行到溫室中，還可以應(yīng)用于其他進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的場合。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這種溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)有了越來越多的應(yīng)用，給人們的生活和生產(chǎn)帶來了極大的便利。比如說溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用在各種高檔智能連棟溫室、日光溫室生態(tài)酒店、生態(tài)洗浴工程設(shè)計(jì)、家庭休閑溫室、異型溫室、樓頂溫室設(shè)計(jì)、現(xiàn)代化畜禽舍的設(shè)計(jì)等等。</p><p>　　1

22、 課題目的及內(nèi)容</p><p>　　1.1溫室控制系統(tǒng)的發(fā)展概況</p><p>　　溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊Ｋ圆晒飧采w材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終

23、目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。</p><p>　　對溫室環(huán)境控制技術(shù)研究，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。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)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。 </p><p>　　1.2 課題的目

24、的意義</p><p>　　中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，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。現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。例如：空氣的溫度。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)

25、合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。而當(dāng)今大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須

26、大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)高效益的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C51為核心，制作一個(gè)溫室溫度的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。主要功能如下：</p><p>

27、　?。?）溫度的測量，使用DS18B20溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對溫度的實(shí)時(shí)測量。</p><p>　　（2）溫度的顯示，使用LED1602，通過傳感器對溫度的測量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示。</p><p>　?。?）可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，加熱系統(tǒng)啟動(dòng)；高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，降溫系統(tǒng)啟動(dòng)。</p><p>　　（4）具有可調(diào)節(jié)監(jiān)控溫度范圍功能，可實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的溫度

28、監(jiān)控，亦可實(shí)現(xiàn)對恒溫的監(jiān)控，便于應(yīng)對不同情形。</p><p>　　2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 主要性能指標(biāo)</p><p>　?。?）測量精度：± 0.5℃；</p><p>　?。?）測量溫度范圍：室溫～125℃；</p><p>　?。?）控制精度：± 1℃。</

29、p><p><b>　　2.2 方案選擇</b></p><p>　　溫度傳感器的選擇 。</p><p>　　方案一：采用AD590溫度傳感器。AD590溫度傳感器是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。AD590性能描述：測量范圍在-50℃-- +150℃，滿刻度范圍誤差為±0.3℃，當(dāng)電源電壓在5—10V

30、之間，穩(wěn)定度為1﹪時(shí)，誤差只有±0.01℃ 。AD590為電流型傳感器溫度每變化1℃其電流變化1uA在35℃和95℃時(shí)輸出電流分別為308.2uA 和368.2uA 。 </p><p>　　方案二：采用DS18B20溫度傳感器。美國DALLAS公司的產(chǎn)品可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度信號的采集，有很多優(yōu)點(diǎn)：如直接輸出數(shù)字信號，故省去了后

31、繼的信號放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，外圍電路簡單，成本低;單總線接口，只有一根信號線作為單總線與CPU連接，且每一只都有自己唯一的64位系列號存儲(chǔ)在其內(nèi)部的ROM存儲(chǔ)器中，故在一根信號線上可以掛接多個(gè)DS18B20,便于多點(diǎn)測量且易于擴(kuò)展。 </p><p>　　綜合比較方案一和方案二，兩方案都可以滿足設(shè)計(jì)所要求的精度溫度要求，但方案一的后續(xù)電路復(fù)雜，需要經(jīng)過放大，數(shù)模轉(zhuǎn)換等步驟，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和成本，并需

32、要占用單片機(jī)較多的I/O口。方案二的后續(xù)電路簡單，占用的I/O口數(shù)量少，為整體設(shè)計(jì)留出了足夠的I/O口資源。故我們采用方案二作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。 </p><p>　　2.3 主要芯片的選擇</p><p>　　2.3.1單片機(jī)的選擇</p><p>　　STC系列單片機(jī)是晶宏公司推出的新型51內(nèi)核的單片機(jī)類型。片內(nèi)主要含有[1]：中央處理器（CPU）

33、，程序存儲(chǔ)器（Flash），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM），定時(shí)器等模塊。該器件的基本功能與普通的51單片機(jī)完全兼容。內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，機(jī)器周期：增強(qiáng)型為6時(shí)鐘，普通型為12時(shí)鐘; 工作頻率范圍：0~40MHZ，相當(dāng)于普通8051的0~80MHZ; STC89C5xRC對應(yīng)Flash空間：4KB\8KB\15KB; 內(nèi)部存儲(chǔ)器（RAM)：512B; 定時(shí)器\計(jì)數(shù)器：3個(gè)16位；通用異步通信口（UART）1

34、個(gè)；中斷源:8個(gè)；有ISP(在系統(tǒng)可編程）\IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器\仿真器； 通用I\O口：32\36個(gè)； 工作電壓：3.8~5.5V。引腳結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 </p><p><b>　　圖2-1引腳結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口

35、用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時(shí)可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　P1口:P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTE邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)

36、，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入和輸入。</p><p>　　P2口:P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存

37、儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。</p><p>　　P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。</p><p>　　2.3.2 溫度

38、芯片的選擇</p><p>　　DS18B20，常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。引腳結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2溫度芯片引腳結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　主要特性[2]：</b></p><p>　　1.1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄

39、生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電</p><p>　　1.2、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</p><p>　　1.3、DS18B20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，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫</p><p>　　1.4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感

40、元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)</p><p>　　1.5、溫范圍－55℃～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃</p><p>　　1.6、可編程 的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫</p><p>　　1.7、在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)

41、把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快</p><p>　　1.8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力</p><p>　　1.9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。</p><p><b&g

42、t;　　引腳定義：</b></p><p>　　DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；</p><p><b>　　GND為電源地；</b></p><p>　　VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。</p><p>　　2.3.3液晶顯示器LCD1602</p><p>　　

43、LCD1602液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等等。其引腳結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 LCD1602引腳圖</p><p>　　LCD1602特性：3.3V或5V工作電壓，對比度可調(diào)；內(nèi)

44、含復(fù)位電路；提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM；內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM；8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。LCD管腳功能[3]：</p><p>　　第1腳：GND為電源地。</p><p>　　第2腳：VCC接5V電源正極。</p><p>　　第3腳

45、：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度）。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。</p><p>　　第6

46、腳： EN端為使能端,高電平時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。</p><p>　　2.3.4 光電耦合器</p><p>　　光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密

47、閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光電耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—

48、光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。光電耦合器引腳結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4光電耦合器引腳結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)電信號送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止

49、，CE不通。對于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。</p><p>　　2.4 整體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本課題要設(shè)計(jì)的溫室溫度控制系統(tǒng)主要包括：（1）單片機(jī)控制模塊：ATC89C51；（2）數(shù)據(jù)顯示模塊（3）加熱模塊（4）降溫模塊 （5）溫度采集模塊 （6）按鍵模塊。系統(tǒng)總的電路框

50、圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 系統(tǒng)總的電路框圖</p><p>　　(1）單片機(jī)控制模塊</p><p>　　主要采用STC89C52芯片設(shè)計(jì)，為本設(shè)計(jì)的核心模塊，主要負(fù)責(zé)對其他部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制。</p><p>　　(2）DS18B20溫度采集模塊</p><p>　　采用數(shù)字DS18B20

51、的溫度傳感器負(fù)責(zé)測量當(dāng)前室內(nèi)空氣的溫度，并輸送到單片機(jī)由其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　(3）加熱與降溫模塊</p><p>　　負(fù)責(zé)對制冷和加熱設(shè)備啟動(dòng)與關(guān)閉的控制，當(dāng)溫度高于所設(shè)計(jì)的上限溫度時(shí)，負(fù)責(zé)制冷的設(shè)備的繼電器閉合，負(fù)責(zé)制熱的設(shè)備的繼電器斷開；當(dāng)溫度低于所設(shè)計(jì)的下限溫度時(shí)，啟動(dòng)加熱模塊。</p><p>　　(4）數(shù)碼管溫度顯示模塊</p>

52、;<p>　　由LCD1602組成，負(fù)責(zé)對當(dāng)前溫度和設(shè)定的上下限溫度顯示，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度。</p><p><b>　　(5）按鍵調(diào)節(jié)模塊</b></p><p>　　通過按鍵的按下，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)上下限溫度值，以達(dá)到自己想要的溫度范圍，并通過外接的制冷設(shè)備或加熱設(shè)備，進(jìn)行調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度在所設(shè)定的范圍之內(nèi)。</p><p>　　3

53、 硬件模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　3.1 整體電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　由STC89C51單片機(jī)構(gòu)成的核心處理模塊；由DS18B20構(gòu)成的溫度測量模塊；由LCD1602液晶屏組成溫度顯示模塊；由5個(gè)按鍵組成功能按鍵功能設(shè)置模塊，用于設(shè)置需要監(jiān)控的溫度范圍；由風(fēng)扇和制冷制熱片組成的制冷和加熱設(shè)備模塊，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)溫度；以及控制電壓輸出的電源模塊。系統(tǒng)總電路圖如圖3-1所示。

54、</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總電路圖</p><p>　　單片機(jī)處理模塊內(nèi)含了震蕩電路和復(fù)位電路，該模塊主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)功能的控制；LCD1602組成的顯示模塊主要負(fù)責(zé)對實(shí)時(shí)溫度的顯示，還顯示需要監(jiān)控的溫度范圍數(shù)據(jù)。DS18B20的溫度檢測模塊負(fù)責(zé)對模擬溫室溫度的測量，把數(shù)據(jù)返回單片機(jī)進(jìn)行處理，及時(shí)的做出相應(yīng)的調(diào)整；加熱模塊則由陶瓷加熱片負(fù)責(zé)加熱，小型電風(fēng)扇

55、則通過通風(fēng)散熱達(dá)到降溫的目的；電源模塊則可以把高電壓轉(zhuǎn)變成合適的電壓供各個(gè)模塊正常運(yùn)行。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制模塊</p><p>　　控制和數(shù)據(jù)處理模塊采用STC89C51片構(gòu)成，由于該單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算能力強(qiáng)，而且利用軟件編程靈活，具有功耗低、體積小、I/O口資源豐富、通用性強(qiáng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-2。</p><p>　　圖3-2

56、單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　AT89C51內(nèi)部已具備振蕩電路，只要在接地引腳上面的兩個(gè)引腳（即XT1、XT2腳）連接石英晶體與電容即可。引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體一起構(gòu)成自激振蕩器， </p><p>　　為確保單片機(jī)機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般單片機(jī)機(jī)

57、電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于單片機(jī)機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號才會(huì)撤除，單片機(jī)機(jī)電路開始正常工作。</p><p>　　復(fù)位電路工作原理：VCC上電時(shí)，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得

58、單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下開關(guān)，電容C放電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位電路要求有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，加上電容可以利用其兩端電壓不能突變的特性，使復(fù)位電平維持一定時(shí)間，使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)一般有兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位，在系統(tǒng)一上電時(shí)利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個(gè)短時(shí)的高電平；按鍵復(fù)位，通過按鍵接通高電平給系統(tǒng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)中采用的是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位同時(shí)有效。</p><p>　　

59、在MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘電路，其核心是一個(gè)高增益單極反相放大器，將晶體振蕩器提供的振蕩信號放大。XTAL1引腳和XTAL2引腳就分別是此放大器的輸入端和輸出端。</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部雖然有這個(gè)時(shí)鐘電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接附加電路。用不用這個(gè)內(nèi)部放大器，就形成了單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生的不同方式：若采用這個(gè)放大器，即為內(nèi)部方式；若采用外部放大器，即為外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式，振蕩器在加電10m

60、s開始起振，XTAL2輸出3V左右的正弦波。</p><p>　　晶振頻率可以在1.2~12MHz之間任選，由于制造工藝的改進(jìn)，有些單片機(jī)的振蕩頻率范圍正向兩端延伸，可達(dá)到40MHz。振蕩頻率越高表示單片機(jī)的運(yùn)行速度越快，但同時(shí)對存儲(chǔ)器的速度和印刷電路板的要求也就越高。如果存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度跟不上的話，再快的CPU也是沒用。</p><p>　　這個(gè)并聯(lián)諧振電路對電容的值沒有嚴(yán)格的要求，但電

61、容的大小多少會(huì)影響振蕩器的穩(wěn)定性、振蕩器頻率的高低、起振的快速性等。所以一般外接晶體時(shí)，C1、C2的值通常選為20~100pF，在60~70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。</p><p>　　本系統(tǒng)選用石英晶體振蕩器，晶振頻率為12MHz，目的是方便計(jì)算；C1、C2的值為30PF。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，進(jìn)一步保證振蕩器的穩(wěn)定性。</p><p>

62、　　3.3 溫度采集模塊</p><p>　　溫度采集模塊的核心器件是DS18B20，通過2管腳連接單片機(jī)P1.1端口，而取測量到的溫度值。DS18B20是1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器，它將數(shù)據(jù)線、控制線、地址線合為一根信號線，并且允許在這根信號線掛接多個(gè)1-Wire總線器件。1-Wire總線技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省I/O資源、便于總線擴(kuò)展、成本低廉和便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。最典型的DS18B20是DALLS公司生產(chǎn)的，

63、它是采用1-Wire總線技術(shù)的典型產(chǎn)品，其內(nèi)部由以下4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件組成。64位激光ROM：64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是該產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是產(chǎn)品的自身序列號，最后8位是其前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在一根總線上掛多個(gè)DS18B20的目的。靈敏部件：DS18B20溫度傳感器可完成對溫度的測量；非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)

64、器TH與TL：可通過軟件編程寫入用戶設(shè)定報(bào)警的上下限值；配置寄存器：為中間結(jié)果暫存器中字節(jié)4，可以自行設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的分辨率，其對應(yīng)的可分辨率溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.</p><p>　　圖3-3 溫度采集模塊</p><p>　　由于DS18B20的本身特性，需要很高的電流，故沒有采用寄生電源，而是直接外接一個(gè)電源。DS18B20在出廠時(shí)以配置為12位，讀取溫度時(shí)

65、共讀取16位，前5個(gè)位為符號位，當(dāng)前5位為1時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前5位為0時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。</p><p><b>　　(1) 初始化時(shí)序</b></p><p>　　總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.

66、7KΩ上拉電阻將總線拉高，延時(shí)15～60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us。DS18B20初始化如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 初始化時(shí)序</p><p><b>　　(2) 寫時(shí)序</b></p><p>　　寫時(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之

67、間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us[8]。寫時(shí)序如圖3-5所示。</p><p><b>　　圖3-5寫時(shí)序</b></p><p><b>　　(3) 讀時(shí)序</b></p><p&

68、gt;　　總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us。每一片DSl8

69、B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。</p><p>　　程序可以先跳過ROM，啟動(dòng)所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回每個(gè)DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。讀時(shí)序如圖3-6所示。</p><p><b>　　圖3-6 讀時(shí)序</b></p><p>　　低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度

70、的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 ℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)

71、數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。控制指令如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 ROM操作命令</p><p>　　另外，由

72、于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3.4加熱模塊</b></p><p>　　該模塊主要由光電耦合器和場效應(yīng)管組成，二者共同組成一個(gè)開關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)對模擬

73、溫室加熱的控制。其中光電耦合器連接單片機(jī)P1.0端口，由單片機(jī)的信號判斷是否接通光電耦合器，繼而繼續(xù)控制場效應(yīng)管，當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通后，對與它連接的陶瓷加熱片通電，從而實(shí)現(xiàn)加熱。加熱模塊原理圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7加熱模塊原理圖</p><p>　　加熱模塊的主要工作原理是：單片機(jī)P1.0端口連接光電耦合器PTC端，由于STC89C51單片機(jī)需要的電壓為5V，而陶瓷加熱

74、片的驅(qū)動(dòng)電壓為12V，單片機(jī)提供的電壓不足以驅(qū)動(dòng)陶瓷加熱片，所以要外接12V電源。當(dāng)檢測到的溫度過低時(shí)， PTC端輸入一個(gè)低電平信號，1，2管腳形成一個(gè)回路，使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，另一側(cè)的光敏原件收到光照后，形成回路，即可向莫斯管輸送一個(gè)足以驅(qū)動(dòng)它的電壓，之后讓與之連接的陶瓷加熱片（PLUG）通上12V的電壓，從而對模擬溫室進(jìn)行加熱。 </p><p>　　在該電路中，光電耦合器不單

75、起到驅(qū)動(dòng)的作用，還起到了隔離電路的作用。由于單片機(jī)的電壓是5V，而陶瓷加熱片的工作電壓是12V，這樣高電壓很容易干擾到低電壓，使系統(tǒng)不能正常運(yùn)作，甚至毀壞器件。光電耦合器是一種以光為媒介的電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成，把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏三極管，其工作原理是：在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源

76、發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，從受光器輸出端引出，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電一光一電的轉(zhuǎn)換。而電一光一電很好的解決了電一電之間的干擾。而場效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)電壓是8V至12V左右，單片機(jī)的工作電壓不能直接驅(qū)動(dòng)，通過這個(gè)光電耦合器以電一光一電的轉(zhuǎn)換，提供一個(gè)足夠高的電壓驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管。</p><p><b>　　3.5 降溫模塊</b><

77、/p><p>　　該模塊主要作用是通過風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，對模擬溫室進(jìn)行通風(fēng)，打到散熱的目的。光電耦合器和場效應(yīng)管兩個(gè)元器件組成一個(gè)開關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)對溫室降溫模塊的控制。其中光電耦合器連接單片機(jī)P3.5端口，由單片機(jī)的信號判斷是否接通光電耦合器，繼而繼續(xù)控制場效應(yīng)管，當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通后，對與它連接的電風(fēng)扇通電，從而實(shí)現(xiàn)降溫。降溫模塊原理圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 降溫模塊原理圖<

78、;/p><p>　　降溫模塊的主要工作原理是：在該電路中，光電耦合器不單起到隔離的作用，還起到了驅(qū)動(dòng)電路的作用。由于單片機(jī)的電壓是5V，而陶瓷加熱片的工作電壓是12V，這樣高電壓很容易干擾到低電壓，使系統(tǒng)不能正常運(yùn)作，甚至毀壞器件，光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為

79、輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，其工作原理時(shí)：在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電一光一電的轉(zhuǎn)換。而電一光一電很好的解決了電一電之間的干擾。</p><p>　　而場效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)電壓是8V至12V左右，單片機(jī)的工作電壓不能驅(qū)動(dòng)，通過這個(gè)光電耦合器以電一光一電的轉(zhuǎn)換，提供一個(gè)足夠高的電

80、壓驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管。單片機(jī)P3.5端口連接光電耦合器FAN端，由于STC89C51單片機(jī)提供的電壓為5V，而陶瓷加熱片的驅(qū)動(dòng)電壓為12V，單片機(jī)的電壓過低不足以驅(qū)動(dòng)電風(fēng)扇，所以要外接12V電源。當(dāng)檢測到的溫度過高時(shí)， FAN端輸入一個(gè)低電平信號時(shí)，1，2管腳形成一個(gè)回路，使發(fā)光二極管導(dǎo)通，另一側(cè)的光敏原件收到光照后，形成回路，即可向莫斯管輸送一個(gè)足以驅(qū)動(dòng)它的電壓，使與之連接的電風(fēng)扇通上12V的電壓，從而對模擬溫室進(jìn)行通風(fēng)降溫。</p&

81、gt;<p>　　3.6 信息顯示模塊</p><p>　　信息顯示模塊主要由LCD1602組成，液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電 就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成 電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。顯示模塊如圖3-9所示。</p>

82、<p>　　圖3-9 顯示模塊原理圖</p><p>　　LCD1602管腳1為接地，管腳2連接5V的電源，管腳VL的作用是調(diào)節(jié)顯示屏的對比度，它與一個(gè)電位器R3連接，P7~P14分別是I/O端口，與單片機(jī)的P0.0~P0.7連接。</p><p>　　電位器是可變電阻器的一種，通常是由電阻體與轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成，即靠一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上移動(dòng)，獲得部分電壓輸出。電位器的作用—

83、—調(diào)節(jié)電壓（含直流電壓與信號電壓）和電流的大小。電位器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——電位器的電阻體有兩個(gè)固定端，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上的位置，則改變了動(dòng)觸點(diǎn)與任一個(gè)固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。它是由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個(gè)固定觸點(diǎn)之間外加一個(gè)電壓時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)改變觸點(diǎn)在電阻體上的位置，在動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個(gè)與動(dòng)觸點(diǎn)位置成一定關(guān)系的電壓。通過電位器來控制對比度，可以在

84、不同的光線環(huán)境下調(diào)節(jié)顯示屏的可視度。1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的；如表3-2所示。 </p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。 </p><p>　　指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。 </p><p>　　指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S: 屏

85、幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 </p><p>　　指令4：顯示開關(guān)控制。D控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示。C控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)，B控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 </p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 </p>&

86、lt;p>　　指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線。N低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示。F低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。 </p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。 </p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。 </p><p>　　指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，

87、高電平表示忙，此時(shí)模塊不能 接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 </p><p>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　表3-2 LCD1602指令</p><p><b>　　3.7 按鍵模塊</b></p>&l

88、t;p>　　整個(gè)系統(tǒng)通過按鍵模塊對溫度的監(jiān)控范圍值進(jìn)行控制，由5個(gè)單獨(dú)的按鍵通過組合來完成溫度的設(shè)置。</p><p>　　每個(gè)獨(dú)立的按鍵都并聯(lián)了一個(gè)電容，在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。在單片機(jī)啟動(dòng)0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短

89、路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　在按鍵旁邊并聯(lián)電容，還可以防止按鍵抖動(dòng)。開關(guān)抖動(dòng)是開關(guān)動(dòng)作時(shí)機(jī)械的抖動(dòng)，其表現(xiàn)就是開關(guān)上的電壓抖動(dòng)，并聯(lián)一個(gè)電容是利用電容上的電壓

90、不能突變使開關(guān)上的電壓抖動(dòng)減小。按鍵模塊如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 按鍵模塊原理圖</p><p>　　控制說明：該模塊中所有按鍵都直接使用單片機(jī)提供的電源，所以不需要額外的外接電源，直接接地即可。KEY1用來控制下限溫度的減，KEY2控制下限溫度的加。KEY3控制上限溫度的減，KEY4控制上限溫度的加。KEY5是復(fù)位的作用。其中KEY1至KEY4每次按下的增減幅度

91、單位都是1。</p><p><b>　　3.8 穩(wěn)壓模塊</b></p><p>　　由于降溫模塊的電風(fēng)扇和加熱模塊的陶瓷加熱片運(yùn)行電壓是12V，而單片機(jī)的工作電壓是5V，所以需要把外接為12V的電壓通過穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為5V適合單片機(jī)工作的電壓。電源模塊如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 電源模塊原理圖</p>&

92、lt;p>　　穩(wěn)壓模塊中要使用到穩(wěn)壓器，所謂集成穩(wěn)壓器,就是用半導(dǎo)體工藝和薄膜工藝將穩(wěn)壓電路中的二極管、三極管、電阻、電容等元件制作在同一半導(dǎo)體或絕緣基片上,形成具有穩(wěn)壓功能的固體電路.。集成穩(wěn)壓器在近十多年內(nèi)發(fā)展很快.按電路的結(jié)構(gòu)方式分,有單片式集成穩(wěn)壓器和組合式集成穩(wěn)壓器.按電路的工作方式分,有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)式集成穩(wěn)壓器.按管腳的連接方式分,有三端式集成穩(wěn)壓器和多端式集成穩(wěn)壓器。按制造工藝分,有半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器,薄膜混合

93、集成穩(wěn)壓器和厚膜混合集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器是在半導(dǎo)體硅片上使用外延、氧化、光刻、擴(kuò)散和金屬蒸發(fā)等工藝制作而成的穩(wěn)壓電路.這種集成穩(wěn)壓器的各種元件在同一工序中制成。</p><p>　　LM7805是 三端固定式集成穩(wěn)壓器，輸出的電壓時(shí)固定不變值。78系列是正電壓輸出系列，LM7805通過很簡單的電路，即可輸出一個(gè)剛好5V的電壓，供STC89C51運(yùn)行。輸入端和輸出端分別連接上電容，達(dá)到濾波的目的。LM7

94、805的輸出端最大承受電壓時(shí)36V，最低輸出電壓為3V；該電路系統(tǒng)中最大使用電壓為12V，最小使用電壓為5V，LM7805可以很好的勝任。為了讓工作電壓穩(wěn)定，為LM7805加上了散熱板。</p><p><b>　　3.9外接設(shè)備</b></p><p>　　該系統(tǒng)中的模擬溫室由散熱片做成，材料是鋁合金，導(dǎo)熱和散熱性都很適合做模擬溫室。散熱片是一種給電器中的易發(fā)熱電子

95、元件散熱的裝置，多由鋁合金，黃銅或青銅做成板狀，片狀，多片狀等，如電腦中CPU中央處理器要使用相當(dāng)大的散熱片，電視機(jī)中電源管，行管，功放器中的功放管都要使用散熱片。散熱片在使用中要在電子元件與散熱片接觸面涂上一層導(dǎo)熱硅脂，使元器件發(fā)出的熱量更有效的傳導(dǎo)到散熱片上，在經(jīng)散熱片散發(fā)到周圍空氣中去。陶瓷加熱片，它是一種通電后板面發(fā)熱而不帶電且無明火的、 外形呈圓形或方形的、 安全可靠的電加熱平板。家熱板由于使用時(shí)主要靠熱傳導(dǎo)， 因此熱效率高。

96、發(fā)熱板的類型：可分薄殼式發(fā)熱板、鑄板式發(fā)熱板管狀元件鑄板式電熱板。在該系統(tǒng)中為了節(jié)省空間，選擇薄殼型。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) </b></p><p>　　4.1 Keil 軟件簡介</p><p>　　Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功

97、能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。</p><p>　　C51工具包的整體結(jié)

98、構(gòu)，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScop

99、e51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。</p><p>　　Keil有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 全功能的源代碼編輯器； 器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置； 項(xiàng)目管理器用來創(chuàng)建和維護(hù)用戶的項(xiàng)目； 集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用；所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對話框形式的；真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調(diào)試

100、器； 高級GDI(AGDI)接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信。</p><p>　　按照系統(tǒng)需要，我選擇STC89C51作為工程。如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1選擇單片機(jī)類型 </p><p>　　之后把需要添加的程序代碼寫入文檔，檢查修改完畢后，保存到工程里，之后將生成的HEX文件燒錄進(jìn)單片機(jī)。<

101、/p><p>　　4.2 系統(tǒng)主程序流程 </p><p>　　應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替，甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡單，如信息模擬，消除抖動(dòng)等。為了充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，故采用與C51系

102、列單片機(jī)相對應(yīng)的C語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行軟件編程。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的軟件包括主程序，顯示程序以及有關(guān)DS18B20的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序）。流程圖如4-2所示。</p><p><b>　　圖4-2 流程圖</b></p><p>　　4.3 溫度采集模塊程序</p><p>　　該模塊

103、的主要核心是DS18B20，所以程序也圍繞著它進(jìn)行。DS18B20低溫系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，其產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器1；但高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率有明顯改變，其產(chǎn)生的信號為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。程序開始時(shí)，先進(jìn)行對DS18B20的復(fù)位初始化，寫入CCH指令，這條指令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用功能指令，之后再寫入44H指令從而完成溫度轉(zhuǎn)換操作。之后再進(jìn)行一次復(fù)位，通過一段延遲后，溫度轉(zhuǎn)換完成。

104、再次輸入CCH指令，跳過ROM。之后輸入BEH指令，該指令的作用是讀取暫存器的值，之后送入處理模塊。</p><p>　　DS18B20重要代碼如下：</p><p>　　DS18B20_Init(); //初始化</p><p>　　DS18B20_WriteOneChar(0xcc); //跳過讀序列號的操作</p><p&g

105、t;　　DS18B20_WriteOneChar(0x44); //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換</p><p>　　delay(125); //轉(zhuǎn)換需要一點(diǎn)時(shí)間，延時(shí) </p><p>　　DS18B20_Init(); //初始化</p><p>　　DS18B20_WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序列號的操作 </p

106、><p>　　DS18B20_WriteOneChar(0xbe); //讀溫度寄存器（頭兩個(gè)值分別為溫度的低位和高位） </p><p>　　tempL=DS18B20_ReadOneChar();//讀出溫度的低位LSB</p><p>　　tempH=DS18B20_ReadOneChar();//讀出溫度的高位MSB</p><p>

107、;　　4.4 LCD1602顯示模塊程序</p><p>　　該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要通過LCD1602來顯示，LCD1602共16個(gè)管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個(gè)，分別為：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端),R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號）;以后編程便主要圍繞這三個(gè)管腳展開進(jìn)行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。代碼如下：</p><p>　　sbit LCD1602_RS = P2^6; 說明

108、RS端口連接單片機(jī)P2.6端口 </p><p>　　sbit LCD1602_RW = P2^5; 說明RS端口連接單片機(jī)P2.5端口 </p><p>　　sbit LCD1602_EP = P2^7; 說明RS端口連接單片機(jī)P2.5端口 </p><p>　　extern void LCD1602_write_comm(u