溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

鄭州輕工業(yè)學(xué)院鄭州輕工業(yè)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題 目 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 09 1 班 學(xué) 號(hào) 院 系 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2013 年 6 月 1 日 鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 題目 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名 主要內(nèi)容 基本要求 主要參考資料等 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 了解溫室大棚控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 技術(shù)特點(diǎn) 利用單片機(jī) 自動(dòng)控制等技術(shù)設(shè)計(jì)溫室大棚控制系統(tǒng) 基本要求基本要求 利用 PID 調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)加熱器的溫度進(jìn)行控制 其加熱器功率 20KW 溫度測(cè)控范圍 10 70 測(cè)控精度 0 4 濕度測(cè)控范圍 0 90 RH 精度 3 RH 利用單片機(jī)作為控制器的 MCU 搭建相關(guān)外圍電路進(jìn)行相應(yīng)的控制 控制器系統(tǒng)具有溫濕度設(shè)定 溫濕度顯示 超溫報(bào)警 漏電檢測(cè)并自動(dòng)關(guān)斷電 源等功能 按照要求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明 給出總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)原理 軟件編程必須給出流程圖 程序必須加注釋 各程序段的開(kāi)始要注明該段功能 和作用 主要參考資料主要參考資料 1 李俊 張曉東 基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究 J 微計(jì)算機(jī)信息 2008 24 17 116 118 2 陶然 王樹(shù)文 智能化溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2003 33 2 53 55 3 趙娜 趙剛 基于51單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng) J 微計(jì)算機(jī)信息 2007 23 1 146 148 4 劉攀 俞杰 基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng) J 蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào) 2005 6 12 103 106 完完 成成 期期 限 限 2 20 01 13 3 0 02 2 2 20 01 13 3 0 06 6 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師簽簽章章 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章 20132013 年年 2 2 月月 2626 日日 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著大棚技術(shù)的普及 溫室大棚數(shù)量不斷增多 對(duì)于蔬菜大棚來(lái)說(shuō) 最重要的 一個(gè)管理因素是溫濕度控制 溫濕度太低 蔬菜就會(huì)被凍死或則停止生長(zhǎng) 所以要 將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍內(nèi) 傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸 掛溫度計(jì) 工人依據(jù)讀取的溫度值來(lái)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度 如果僅靠人工控制既耗人 力 又容易發(fā)生差錯(cuò) 現(xiàn)在 隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高 對(duì)于數(shù)量較多的大棚 傳 統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局性 為此 在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有 溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng) 以控制蔬菜大棚溫濕度適應(yīng)生產(chǎn)需要 本文利用 89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)溫室大棚的溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng) 對(duì)濕室內(nèi)的 溫濕度進(jìn)行檢測(cè)控制并實(shí)時(shí)顯示 其中溫濕度傳感器采用 AM2301 數(shù)字溫濕度傳感 器 通過(guò) 89C51 單片機(jī)的處理把溫濕度值顯示在 1602 液晶上 并實(shí)時(shí)判斷溫濕度 值是否滿足設(shè)定的溫濕度范圍 若超出設(shè)定范圍 通過(guò) 89C51 啟動(dòng)溫濕度控制系統(tǒng) 達(dá)到恒溫恒濕的目的 關(guān)鍵詞 89C51 單片機(jī) AM2301 傳感器 1602 液晶 控制系統(tǒng) 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) II DESIGN OF CONTROL SYSTEM OF GREENHOUSE ABSTRACT With the popularization of trellis technology greenhouse trellis an ever growing number for vegetable shed speaking one of the most important management factor is the temperature and humidity control Temperature is too low the vegetables will freeze to death or stop growing so will always control temperature and humidity in a suitable vegetable growth range Traditional temperature control is in greenhouse trellis internal hanging a thermometer workers according to regulate the temperature reading the temperature inside the shelter If only by artificial control both consumption manpower and easy to place regular orders Now with the improvement of agricultural industry scale for larger quantity of trellis traditional temperature control measures will show great bureau sex Therefore in modern vegetable shed management zhongtong often temperature and humidity automatic control system in order to control the temperature and humidity adapt to the trellis vegetable production needs In this paper using 89C51 MCU to design a greenhouse temperature and humidity measurement and control system Detection and control the indoor temperature and humidity and real time display The temperature and humidity sensor using AM2301digital temperature and humidity sensor The temperature and humidity are displayed in the 1602 LCD through the 89 C51 single chip computer processing And the real time temperature and humidity value judgment whether meet the set the humidity and temperature of the range If it exceeds the setting range through the 89C51 start the temperature and humidity control system to achieve the purpose of constant temperature and humidity KEY WORDS 89C51MCU AM2301 sensor 1602LCD control system 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 課題背景 1 1 2 立題的目的和意義 1 1 3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 2 1 4 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容 2 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 2 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求 3 2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 3 2 2 1 可靠性 3 2 2 2 操作維護(hù)方便 3 2 2 3 性價(jià)比 4 2 3 系統(tǒng)的組成和工作原理 4 2 3 1 系統(tǒng)的組成 4 2 3 2 系統(tǒng)的工作原理 4 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 3 1 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 6 3 1 1 AT89C51 單片機(jī) 6 3 1 2 時(shí)鐘電路 7 3 1 3 復(fù)位電路 7 3 1 4 5V 穩(wěn)壓電源電路 8 3 2 傳感器的選型和接口電路設(shè)計(jì) 8 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 1 傳感器的基本特性 8 3 2 2 AM2301 數(shù)字溫濕度傳感器 9 3 3 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 13 3 3 1 液晶顯示電路設(shè)計(jì) 13 3 3 2 按鍵電路的設(shè)計(jì) 17 3 4 光聲報(bào)警電路與溫濕度控制電路設(shè)計(jì) 18 3 4 1 光聲報(bào)警電路 18 3 4 2 溫濕度控制電路 19 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 4 1 初始化模塊 21 4 2 溫濕度檢測(cè)模塊 22 4 3 溫濕度控制模塊 23 4 4 1602 液晶顯示模塊 23 4 5 按鍵識(shí)別模塊 24 4 6 報(bào)警模塊 25 結(jié)束語(yǔ) 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 附錄 1 29 附錄 2 30 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1 1 課題背景 隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展 人們對(duì)生活質(zhì)量要求顯著提高 對(duì)植被也要求越 來(lái)越嚴(yán)格 如何種植出品種優(yōu)良的植物 一直是人們研究的話題 而基于單片機(jī)的 溫濕度控制系統(tǒng)對(duì)解決這些問(wèn)題有著非常重大的意義 植被 設(shè)施栽培 即 保護(hù)地栽培 它是指在某種類型的保護(hù)設(shè)施內(nèi) 如 陽(yáng)畦 溫室 大棚等 人為地創(chuàng)造適宜植被生長(zhǎng)發(fā)育的最佳環(huán)境條件 在不同季 節(jié)內(nèi) 尤其是不利于植被生長(zhǎng)的季節(jié)內(nèi)進(jìn)行植被栽培的一種措施 設(shè)施栽培是人類 利用自然 改造自然的一種創(chuàng)造 由于設(shè)施內(nèi)的條件是可以人為控制的 使得植被 調(diào)節(jié)的周年生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn) 玻璃溫室和塑料薄膜溫室出現(xiàn)后 植被生產(chǎn)出現(xiàn)了劃時(shí) 代的變化 現(xiàn)在人們可以根據(jù)自己的意愿 隨時(shí)生產(chǎn)出所需要的各種植被 可以說(shuō) 這是 設(shè)施栽培 的功勞 以前種植植被一般都用溫室栽培 為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù) 就必需有一套科學(xué)的 先進(jìn)的管理方法 用以對(duì)不同種類植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需 的溫度及濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控 溫濕度控制對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意 義 它代表了一類自動(dòng)控制的方法 而且其應(yīng)用十分廣泛 1 2 立題的目的和意義 環(huán)境的監(jiān)測(cè)與控制在工業(yè) 農(nóng)業(yè) 國(guó)防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用 由于應(yīng)用的場(chǎng) 合不同監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同 其系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是千差萬(wàn)別 在實(shí)際生活中此類系統(tǒng)有著廣 泛的應(yīng)用 室溫環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)中溫度和濕度是兩個(gè)重要的顯示和分析指標(biāo) 必須定 期抽樣檢查室溫環(huán)境溫度和濕度 以便采取相應(yīng)的措施加以調(diào)整和一步步的提高系 統(tǒng)的性能 89C51 單片機(jī)是常用于控制的芯片 在智能儀器儀表 工業(yè)檢測(cè)控制 機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果 用其作為溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)的實(shí)例也 很多 使用 89C51 單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動(dòng)檢測(cè)與控制 而且 89C51 單片 機(jī)易于學(xué)習(xí) 掌握 性價(jià)比高 使用 89C51 型單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng) 可以及時(shí) 精確的反映室內(nèi)的 溫度以及濕度的變化 完成諸如升溫到特定溫度 降溫到特定溫度 在溫度上下限 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式 在濕度控制方面也是如此 將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室 大棚當(dāng)中無(wú)疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境 這對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 實(shí)現(xiàn)農(nóng) 業(yè)現(xiàn)代化 提高國(guó)民生產(chǎn)總值 改善人民生活水平起到了非常重要的作用 1 3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 目前 我國(guó)絕大部分自主開(kāi)發(fā)的大棚溫濕度控制或者進(jìn)口的國(guó)外設(shè)備都屬于這 種系統(tǒng) 雖然這種自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 適合規(guī)?；a(chǎn) 提高了勞動(dòng)生產(chǎn) 率 通過(guò)改變大棚溫室度的設(shè)定目標(biāo) 可以自動(dòng)的對(duì)大棚內(nèi)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié) 但是 這種調(diào)節(jié)對(duì)作物的生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)還是相對(duì)滯后的 難以介入作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律 所以 在這種自動(dòng)控制系統(tǒng)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上 溫濕度自動(dòng)控制向著適合不同作物生長(zhǎng)的智 能化控制發(fā)展 國(guó)外大棚業(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) 用于大棚的管理和控制中 為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù) 就必須有一 套科學(xué)的 先進(jìn)的管理方法 用以對(duì)不同種類植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需的溫度及濕 度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控 溫濕度控制對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義 它代表 了一類自動(dòng)控制的方法 而且其應(yīng)用十分廣泛 近幾年各國(guó)溫度控制技術(shù)提出建立 大棚行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 朝著網(wǎng)絡(luò)化 大眾化 大規(guī)模 無(wú)人化的方向發(fā)展的思路也更加完 善和成熟 采用高性能的控制芯片 89C51 高精度數(shù)字溫濕度傳感器 AM2301 向 模塊化 高速化 智能化的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近 將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室大棚當(dāng) 中無(wú)疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境 符合植物的生活環(huán)境要求 具有良好的 發(fā)展前景 1 4 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容 本系統(tǒng)所要完成的任務(wù)是 1 人性化的設(shè)計(jì) 根據(jù)植物的生活需求 把溫濕度值控制在一定的范圍內(nèi) 2 能夠?qū)崟r(shí) 準(zhǔn)確的顯示采樣溫度值與濕度值 3 通過(guò)采集溫度及濕度值 準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異 及時(shí)的 啟動(dòng)報(bào)警裝置 包括警報(bào)燈的提示功能以及提示音等 進(jìn)行報(bào)警 并采取相應(yīng)的控 制方案 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 4 能夠根據(jù)植被在不同時(shí)間段內(nèi)對(duì)溫濕度的不同要求 用戶可隨機(jī)更改溫度 及濕度值 以滿足用戶不同的需求 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求 系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能是 1 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集 測(cè)量空間的溫度和濕度 由單片 機(jī)對(duì)采集的溫濕度值進(jìn)行循環(huán)檢測(cè) 數(shù)據(jù)處理 顯示 實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能檢測(cè) 2 并能根據(jù)實(shí)際所需要的溫濕度值通過(guò)獨(dú)立按鍵設(shè)定 已達(dá)到更加理想的溫 室大棚條件 3 實(shí)現(xiàn)超越數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警 并啟動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)溫室的目的 4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度 可靠性 抗干擾能力 要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)要求 測(cè)溫范圍 10 70 測(cè)溫精度 0 4 測(cè)濕范圍 0 90 RH 測(cè)濕精度 3 RH 2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高 操作維護(hù)方便 性價(jià)比高等特點(diǎn) 2 2 1 可靠性 高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié) 都應(yīng)該將可靠 性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮 使用可靠性 高的元器件 設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理 對(duì)供電電源采用抗干擾措施 輸入 輸出通道抗干擾措施 進(jìn)行軟硬件濾波 系統(tǒng)自診判斷功能等 2 2 2 操作維護(hù)方便 在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便 盡量減少對(duì) 操作人員專用知識(shí)的要求 以利于系統(tǒng)的推廣 因此在設(shè)計(jì)時(shí) 要盡可能減少人機(jī) 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 交換接口 多采用操作內(nèi)置或簡(jiǎn)化的方法 同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障自動(dòng)診斷程序 一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位 以便進(jìn)行維修 2 2 3 性價(jià)比 單片機(jī)除體積小 功耗低等特點(diǎn)外 最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比 一個(gè)單片 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用 性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素 因此 再設(shè)計(jì)時(shí) 除了 保持高性能外 盡可能降低成本 如簡(jiǎn)化外圍硬件電路 在系統(tǒng)性能和速度允許的 情況下盡可能使用軟件功能取代硬件功能等 2 3 系統(tǒng)的組成和工作原理 2 3 1 系統(tǒng)的組成 以單片機(jī)為控制核心 采用溫濕度測(cè)量 通信技術(shù) 控制技術(shù)等技術(shù) 以溫濕 度傳感器作為測(cè)量元件 構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量控制系統(tǒng) 可分為溫濕度測(cè)量電路 顯示電路 聲光報(bào)警電路 溫濕度控制電路 選用的主要器件有 AT89C51 溫濕度 傳感器 AM2301 1602LCD 顯示模塊 降溫裝置風(fēng)扇 升溫裝置加熱器 増濕裝置 噴霧器 除潮裝置除潮器 紅綠 LED 燈 報(bào)警裝置蜂鳴器等 1 2 系統(tǒng)的組成方框 圖如圖 2 1 所示 圖 2 1 系統(tǒng)的組成 2 3 2 系統(tǒng)的工作原理 本系統(tǒng)以單片機(jī) Atmel89C51 為核心 數(shù)據(jù)采集 傳輸 顯示 報(bào)警都要通過(guò) 單片機(jī) 數(shù)據(jù)采集通過(guò)單總線的智能數(shù)字溫濕度傳感器 AM2301 完成 通過(guò)單片機(jī) 把采集的數(shù)據(jù)顯示在 1602LCD 上 當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時(shí) 有蜂鳴器實(shí)時(shí)報(bào) 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 警 并顯示紅燈提示 并進(jìn)行相應(yīng)的控制處理 在整個(gè)系統(tǒng)中采用了 AM2301 單總 線技術(shù) 單片機(jī)采用 C 語(yǔ)言編程 首先 系統(tǒng)啟動(dòng)后 提示用戶輸入溫濕度的上限與下限的溫度值 用戶輸入之 后 系統(tǒng)自動(dòng)求出中間值 根據(jù)實(shí)際溫度的情況采取相應(yīng)的方案 如溫度的設(shè)定如 下所示 下限溫度 中間溫度 上限溫度 28 32 36 如果該時(shí)刻的實(shí)際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時(shí) 系統(tǒng)立即啟動(dòng)報(bào)警裝 置 且系統(tǒng)處于升溫狀態(tài) 直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定 區(qū)間內(nèi)時(shí)停止升溫 反之 如果實(shí)際溫度值高于用戶設(shè)定的上限值時(shí) 系統(tǒng)也會(huì)立 即啟動(dòng)報(bào)警裝置 且系統(tǒng)處于降溫狀態(tài) 直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度 的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止降溫 選擇中間值作為控制參數(shù) 防止升溫 降溫 升溫的死循環(huán) 因?yàn)闇囟鹊陀谙?限時(shí)會(huì)一直升溫 可能會(huì)導(dǎo)致升溫之后溫度高于上限值系統(tǒng)又開(kāi)始降溫 這樣系統(tǒng) 便一直重復(fù)升溫 降溫 升溫過(guò)程 導(dǎo)致設(shè)備在某一個(gè)溫濕度點(diǎn)附近頻繁的啟停 使設(shè)備壽命下降 而且沒(méi)有實(shí)際意義 選擇中間值的一定區(qū)間 是防止達(dá)到中間值時(shí) 采取了停止升溫或者降溫措施 溫度還是會(huì)持續(xù)上升或下降一會(huì)兒 這時(shí)候溫度可能不是正好在中間值處 系統(tǒng)便 還是采取升溫或者降溫的措施 而此時(shí)的溫度值可能已經(jīng)是很適合植被生長(zhǎng)的需要 的溫度值 所以本方案選在中間值的正負(fù)一度區(qū)間內(nèi) 認(rèn)為此區(qū)間內(nèi)都是適合的 不產(chǎn)生任何控制動(dòng)作變化 這樣就能解決設(shè)備頻繁啟停問(wèn)題 整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)獨(dú)立鍵盤(pán)給定溫濕度的上下限值并通過(guò) LCD1602 顯示出來(lái) 首行 顯示溫度 第二行顯示濕度 另外 LCD 除了顯示上下限溫濕度值 還顯示實(shí)時(shí)的溫 濕度值 溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以 89C51 單片機(jī)作為中央控制裝置 風(fēng)扇 加熱設(shè)備 加濕設(shè)備 排潮設(shè)備等 89C51 作為中央控制裝置 負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制 協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)模塊的工作 風(fēng)扇 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作 加熱設(shè)備 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 噴霧設(shè)備 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作 排潮設(shè)備 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作 雙色燈 報(bào)警模塊 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報(bào)警功能 如果當(dāng)前的溫度超過(guò)用戶設(shè)定的 上下值界限值時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)警 雙色燈在單片機(jī)的控制下有規(guī)律的切換 同時(shí)報(bào)警 模塊發(fā)出報(bào)警聲 通知用戶采取相應(yīng)的措施 按鍵 由四個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成 第一個(gè)鍵代表溫濕度選擇按鍵 第二個(gè)代表溫 濕度加按鍵 第三個(gè)代表溫濕度減按鍵 第四個(gè)代表確定鍵 它只在需要調(diào)整溫濕 度具體值時(shí)才會(huì)用到 此時(shí)液晶顯示屏就會(huì)顯示出溫濕度數(shù)值設(shè)定界面 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 1 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)上面的總體方案和實(shí)施措施的討論后可以開(kāi)始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件 系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù) 根據(jù)總體功能和性價(jià)比及其運(yùn)行速度等因素的考慮 選用 MCS 51 系列的 89C51 為主機(jī) 滿足上面的要求而且設(shè)計(jì)方便 不需要再存儲(chǔ)擴(kuò)展 3 1 1 AT89C51 單片機(jī) 中央微處理器 AT89C51 AT89C51 是一個(gè)低功耗 高性能 CMOS 8 位單片機(jī) 片內(nèi)含 4k Bytes ISP In system programmable 的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序 存儲(chǔ)器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu) 芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元 功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng) 提供高性價(jià)比的解決方案 AT89C51 具有如下特點(diǎn) 40 個(gè)引腳 4k Bytes Flash 片 內(nèi)程序存儲(chǔ)器 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 32 個(gè)外部雙向輸入 輸 出 I O 口 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 2 個(gè)全雙工串行通信口 看門(mén)狗 WDT 電路 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 此外 AT89C51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式 空閑模 式下 CPU 暫停工作 而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器 串行口 外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 掉 電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù) 停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 復(fù)位 同時(shí)該芯片還具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 AT89S51 單片機(jī) 綜合了微型處理器的基本功能 按照實(shí)際需要 同時(shí)也考慮到設(shè)計(jì)成本與整個(gè)系統(tǒng) 的精巧性 所以在本系統(tǒng)中就選用價(jià)格較低 工作穩(wěn)定的 AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè) 系統(tǒng)的控制器 3 3 1 2 時(shí)鐘電路 AT89C51 單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都以時(shí)鐘信號(hào)為準(zhǔn) 一拍一拍地工作 因此 時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度 時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩的高增益反相放大器 它的輸入端為芯片 引腳 XTAL1 輸出端為 XTAL2 這兩個(gè)引腳構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自己振蕩器 外部時(shí) 鐘方式時(shí)外部時(shí)鐘電源直接接到 XTAL1 端 XTAL2 端懸空 其電路如圖 3 1 所示 12 Y1 11MHZ 30pF C1 30pF C2 GND X1 X2 圖 3 1 時(shí)鐘電路 3 1 3 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作 只需給 AT89C51 的復(fù)位引腳 RST 加上大于 2 個(gè) 機(jī)器周期的高電平就可使 AT89C51 復(fù)位 復(fù)位電路通常采用上自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位 兩種方式 上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路給電容 C 充電加至 RST 引腳一個(gè)短的高電 平信號(hào) 次信號(hào)隨著 VCC 對(duì)電容 C 的充電過(guò)程而逐漸回落 即 RST 引腳上的高電 平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間 為保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位 EST 引腳上的高電平 必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平和脈沖兩種形式 4 5 其電路如圖 3 2 所示 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 1K R 6 10uF C3 V CC S1 10K R 5 G N D RST 圖 3 2 復(fù)位電路 3 1 4 5V 穩(wěn)壓電源電路 它由電源變壓器 橋式整流電路 D1 D4 濾波電容 C1 C3 防止自激電容 C2 C3 和一只固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的 220V 交流市電 通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓 再經(jīng)過(guò)橋式整流電路 D1 D4 和濾波電容 C1 的整 流和濾波 在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn) 定的直流電壓 該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化 此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7805 的穩(wěn)壓和 C3 的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精 度高 穩(wěn)定度好的直流輸出電壓 本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源 三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化 系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路 以其體積小 成 本低 性能好 工作可靠性高 使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn) 成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最 為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件 在此 5V 穩(wěn)壓電源電路圖中 經(jīng)變壓器后輸出電壓 為 8V 又經(jīng)過(guò) D1 D4 橋式整流電路變?yōu)橹暗?1 4 倍為 11 2V 這樣在 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端之間的壓差為 5 2V 一般氣壓差越小越好 這樣對(duì) LM7805 的損 傷越小 但為了綜合考慮有時(shí)則要這種考慮 其電路如下圖 3 3 中所示 Trans former D1 D4 220uF C4 220uF C6 0 1uF C5 0 1uF C7 12 3 Vin Vout GND LM7805 GND 220V 8V Vcc 5V 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 3 3 5V 穩(wěn)壓電源電路 3 2 傳感器的選型和接口電路設(shè)計(jì) 3 2 1 傳感器的基本特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào) 傳感器的輸出量與輸入量之間所具 有相互關(guān)系 不含時(shí)間變量的代數(shù)方程 或以輸入量作橫坐標(biāo) 把與其對(duì)應(yīng)的輸出 量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述 表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有 線性度 靈敏度 分辨力和遲滯等 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 所謂動(dòng)態(tài)特性 是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí) 它的輸出的特 性 在實(shí)際工作中 傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示 這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得 并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信 號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系 往往知道了前者就能推 定后者 最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種 所以傳感器的動(dòng)態(tài)特 性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示 6 7 3 2 2 AM2301 數(shù)字溫濕度傳感器 1 AM2301產(chǎn)品概述 AM2301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 它運(yùn)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)電容式感濕元件和一個(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)AM2301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 2 產(chǎn)品亮點(diǎn) 超低能耗 傳輸距離遠(yuǎn) 全部自動(dòng)化校準(zhǔn) 采用電容式濕敏元件 完全互換 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字單總線輸出 卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 采用高精度測(cè)溫元件 3 AM2301接口定義 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 AM2301的引腳分配及各個(gè)引腳的簡(jiǎn)單描述分別如表3 1和圖3 4所示 表 3 1 AM2301 的引腳分配 圖 3 4 AM2301 的引腳描述 引腳說(shuō)明 VDD SDA GND AM2301的供電電壓范圍為3 5V 5 5V 建議供電電壓為5V 數(shù)據(jù)線SDA引腳為三 態(tài)結(jié)構(gòu) 用于讀 寫(xiě)傳感器數(shù)據(jù) 4 單總線接口定義 AM2301器件采用簡(jiǎn)化的單總線通信 單總線即只有一根數(shù)據(jù)線 系統(tǒng)中的數(shù) 據(jù)交換 控制均由數(shù)據(jù)線完成 設(shè)備 微處理器 通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口 連至該數(shù)據(jù)線 以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線 而讓其它設(shè)備使用總 線 單總線通常要求外接一個(gè)約5 1k 的上拉電阻 這樣 當(dāng)總線閑置時(shí) 其狀態(tài) 為高電平 由于它們是主從結(jié)構(gòu) 只有主機(jī)呼叫傳感器時(shí) 傳感器才會(huì)應(yīng)答 因 此主機(jī)訪問(wèn)傳感器都必須嚴(yán)格遵循單總線序列 如果出現(xiàn)序列混亂 傳感器將不 響應(yīng)主機(jī) 5 單總線通信時(shí)序和AM2301通信格式說(shuō)明 用戶主機(jī) MCU 發(fā)送一次起始信號(hào) 微處理器把數(shù)據(jù)總線SDA拉低至少 800 s 后 AM2301從休眠模式轉(zhuǎn)換到高速模式 待主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后 AM2301發(fā)送響應(yīng)信號(hào) 從數(shù)據(jù)總線SDA串行并送出40Bit的數(shù)據(jù) 先發(fā)送字節(jié)的高 位 發(fā)送的數(shù)據(jù)依次為濕度高位 濕度低位 溫度高位 溫度低位 校驗(yàn)位 發(fā)送 數(shù)據(jù)結(jié)束觸發(fā)一次信息采集 采集結(jié)束后傳感器自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式 直到下一次的 通信來(lái)臨 如表3 2所示 引腳顏色名稱描述 1紅VDD電源 2黃SDA串行 3黑GND地 4NC空腳 名稱單總線格式定義 起始信號(hào)微處理器把數(shù)據(jù)總線 SDA 拉低一段時(shí)間 至少800 s 通知傳感器準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 表3 2 AM2301通信格式 6 傳感器的性能 傳感器AM2301的相對(duì)溫濕度性能分別如表3 3和3 4所示 而相對(duì)溫濕度的的最 大誤差則如圖3 5和圖3 6所示 表3 3 AM2301相對(duì)溫度性能表 表3 4 AM2301相對(duì)濕度性能表 參數(shù)MinTypMax單位 0 1 分辨率 16bit 精度 0 3 1 量程 4080 重復(fù)性 0 2 響應(yīng)時(shí)間 10S 漂移 0 3 yr 參數(shù)條件Typ單位 0 1 RH 分辨率 16bit 精度 25 25 3 RH 重復(fù)性 1 RH 響應(yīng)時(shí)間 6S 遲滯性 0 3 RH 漂移典型值 0 5 RH yr 圖 3 5 相對(duì)溫度最大誤差圖 3 6 相對(duì)濕度最大誤差 7 外設(shè)讀取步驟 步驟一 AM2301上電后 AM2301上電后要等待2S以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài) 在此期 響應(yīng)信號(hào)傳感器把數(shù)據(jù)總線 SDA 拉低80 s 再接高80 s以響應(yīng)主機(jī)的起始信號(hào) 數(shù)據(jù)格式收到主機(jī)起始信號(hào)后 傳感器一次從數(shù)據(jù)總線 SDA 串出40位數(shù)據(jù) 高位先出 濕度 濕度分辨率是16Bit 高位在前 傳感器串出的濕度值是實(shí)際濕度值的10倍 溫度 溫度分辨率是16Bit 高位在前 傳感器串出的溫度值是實(shí)際溫度值的10倍 溫度最高位 Bit15 等于1表示負(fù)溫度 溫度最高位 Bit15 等于0表示正溫度 溫度除了最高位 Bit14 Bit0 表示溫度值 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 間讀取設(shè)備不能發(fā)送任何指令 測(cè)試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù) 并記錄數(shù)據(jù) 此后傳感器 自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài) AM2301的SDA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高并且一直保持高電平 此 時(shí)AM2301的SDA引腳處于輸入狀態(tài) 時(shí)刻檢測(cè)外部信號(hào) 電氣特性 如能耗 高 低電平 輸入 輸出電壓等 都取決于電源 步驟二 微處理器的I O設(shè)置為輸出 同時(shí)輸出低電平 且低電平保持時(shí)間不能 小于800us 典型值是拉低1MS 然后微處理器的I O設(shè)置為輸入狀態(tài) 釋放總線 由于上拉電阻 微處理器的I O即AM2301的SDA數(shù)據(jù)線也隨之變高 等主機(jī)釋放總 線后 AM2301發(fā)送響應(yīng)信號(hào) 即輸出80us的低電平作為應(yīng)答信號(hào) 緊接著輸出80us 的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) 信號(hào)傳輸如圖3 7所示 圖3 7 單總線分解時(shí)序圖 步驟三 AM2301發(fā)送完響應(yīng)后 隨后由數(shù)據(jù)總線SDA連續(xù)串行輸出40位數(shù)據(jù) 微處理器根據(jù)I O電平的變化接收40位數(shù)據(jù) 位數(shù)據(jù) 0 的格式為 50us的低電平加26 28us的高電平 位數(shù)據(jù) 1 的格式為 50us的低電平加70us的高電平 位數(shù)據(jù) 0 位數(shù)據(jù) 1 格式信號(hào)如圖3 8所示 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖3 8 單總線分解時(shí)序圖 AM2301的數(shù)據(jù)總線SDA輸出40位數(shù)據(jù)后 繼續(xù)輸出低電平50us后轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài) 由于上拉電阻隨之變?yōu)楦唠娖?同時(shí)AM2301內(nèi)部重測(cè)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù) 并記錄數(shù)據(jù) 測(cè)試記錄結(jié)束 單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài) 單片機(jī)只有收到主機(jī)的起始信號(hào)后 才 重新喚醒傳感器 進(jìn)入工作狀態(tài) 8 接口電路 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 電路如圖3 9所示 NC GND SDA VDD AM 2301 10K R 7 VCCVCC GND MCU P1 0 圖3 9 AM2301典型接口電路 3 3 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 3 3 1 液晶顯示電路設(shè)計(jì) 3 3 1 1 LCD1602 簡(jiǎn)介 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) 1 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度 恒定發(fā)光 而 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 不像陰極射線管顯示器 CRT 那樣需要不斷刷新亮點(diǎn) 因此 液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不 會(huì)閃爍 2 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的 和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單 可靠 操作更加方便 3 體積小 重量輕 液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液 晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的 在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多 4 功耗低 相對(duì)而言 液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上 因而耗電量比其它顯示器要少得多 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母 數(shù)字 符號(hào)等 的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè) 5 7 或者 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 每行之間也有也有間隔 起到了 字符間距和行間距的作用 正因?yàn)槿绱?所以他不能顯示圖形 用自定義 CGRAM 顯示效果也不好 LCD1602 是指顯示的內(nèi)容為 16 2 即可以顯示兩行 每行 16 個(gè) 字符液晶模塊 顯示字符和數(shù)字 目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液 晶芯片的 其和 LCD1602 的控制原理是完全相同的 因此基于 HD44780 8 的控制程 序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶 LCD1602 的芯片及其接口電路 如圖 3 10 所示 Vss 1 BLK 16 DB2 9 R W 5 DB6 13 V0 3 DB0 7 DB4 11 BLA 15 Vcc 2 RS 4 EN 6 DB1 8 DB3 10 DB5 12 DB7 14 LCD1602 GND VCC VCCGND 10K R1 GND P2 0 P2 1 P2 2 圖3 10 1602LCD引腳圖 1602 LCD 主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16 2 個(gè)字符 芯片工作電壓 4 5 5 5V 工作電流 2 0mA 5 0V 模塊最佳工作電壓 5 0V 字符尺寸 2 95 4 35 W H mm 3 3 1 2 LCD1602 各引腳及功能說(shuō)明 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 1602LCD 在此處采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳 帶背光 接口 各引腳接口說(shuō)明如表 3 5 所 示 表3 5 1602各引腳說(shuō)明 引腳符號(hào)引腳說(shuō)明引腳符號(hào)引腳說(shuō)明 1VSS電源地9D2數(shù)據(jù) 2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù) 3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù) 4RS數(shù)據(jù) 命令選擇12D5數(shù)據(jù) 5R W讀 寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù) 6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù) 7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極 8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極 第 1 腳 VSS 為地電源 第 2 腳 VCC 接 5V 正電源 第 3 腳 VO 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱 接地時(shí)對(duì) 比度最高 對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 鬼影 可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度 第 4 腳 RS 為寄存器選擇 高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器 低電平選擇指令寄存器 第 5 腳 R W 為讀寫(xiě)信號(hào)線 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作 低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作 當(dāng) RS 和 R W 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址 當(dāng) RS 為低電平 R W 為高 電平時(shí)可以讀忙信號(hào) 當(dāng) RS 為高電平 R W 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù) 第 6 腳 EN 端為使能端 當(dāng) EN 端由高電平變成低電平時(shí) 液晶模塊執(zhí)行命令 第 7 14 腳 DB0 DB7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 第 15 腳 背光源正極 第 16 腳 背光源負(fù)極 3 3 1 3 LCD1602 的顯示操作 LCD1602 與單片機(jī)之間有四種基本操作如表 3 6 所示 表3 6 LCD1602與單片機(jī)之間有四種基本操作 RSR W操作 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 00寫(xiě)命令操作 初始化 光標(biāo)定位等 01讀狀態(tài)操作 讀忙標(biāo)志位 10寫(xiě)數(shù)據(jù)操作 要顯示內(nèi)容 11讀數(shù)據(jù)操作 可以把顯示存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來(lái) 1 讀狀態(tài)字 由表 3 6 可知當(dāng) RS 0 R W 1 時(shí) 根據(jù)管腳功能 當(dāng)為有效電平時(shí) 狀態(tài)命令 字可從 LCD 模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線 同時(shí)可以保持一段時(shí)間 從而實(shí)現(xiàn)讀狀態(tài)字的功 能 圖 3 11 為讀操作時(shí)序圖 圖3 11 讀操作時(shí)序圖 2 1602 命令字 表 3 7 所示為控制指令表 其主要介紹了指令名稱 控制信號(hào)及控制代碼 其 指令名稱是指要實(shí)現(xiàn)的功能 控制代號(hào)是采用的十六進(jìn)制的數(shù)值表示的 清屏操作是指輸入某命令字后即能將整個(gè)屏幕顯示的內(nèi)容全部清除 歸 home 位 將光標(biāo)送到初始位 其中的 號(hào)為任意 高低電平均可 輸入方式 設(shè)置光標(biāo)移動(dòng)方向并指定整體顯示是否移動(dòng) I D 1 光標(biāo)右移 0 光標(biāo)左移 S 屏幕上所有文字是否左移或者右移 高電平表示有效 低電平無(wú) 效 顯示狀態(tài)設(shè)置 D 控制顯示的開(kāi)與關(guān) 高電平開(kāi)顯示 低關(guān)顯示 C 控制光 標(biāo)的開(kāi)與關(guān) 高電平有光標(biāo) 低無(wú)光標(biāo) B 控制光標(biāo)是否閃爍 高電平閃 低不閃 光標(biāo)畫(huà)面滾動(dòng) R L 指右或左移 S C 為高時(shí)移動(dòng)顯示的文字 低時(shí)移動(dòng)光 標(biāo) 功能設(shè)置 DL 接口數(shù)位 L 指顯示行數(shù) F 顯示字型 如 DL 1 8 位 0 4 位總線 L 1 2 行 0 1 行 F 1 5 10 0 5 7 點(diǎn)陣字符 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 CGRAM 地址設(shè)置 相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù) 可以在其中選擇所需要的字符號(hào) DDRAM 地址設(shè)置 置數(shù)據(jù)存貯器地址 即顯示定位 讀忙標(biāo)志 BF 和地址 BF 為忙標(biāo)志位 高電平時(shí)此模塊不能接受命令或者 數(shù)據(jù) 如果為低電平則表示不忙 讀寫(xiě)數(shù)據(jù) 將數(shù)據(jù)按要求從對(duì)應(yīng)的單元讀寫(xiě) 即 CGRAM DDRAM 的地址 表3 7 LCD1602控制指令表 控制信號(hào) 控制代碼 指令名稱 RSR WD7D6D5D4D3D2D1D0 清屏0000000001 歸 HOME 位000000001 輸入方式設(shè)置00000001I DS 顯示狀態(tài)設(shè)置0000001DCB 無(wú)標(biāo)畫(huà)面滾動(dòng)000001S CRL 功能設(shè)置00001DLNF CGRAM 地址設(shè)置0001A5A4A3A2A1A0 DDRAM 地址設(shè)置001A6A5A4A3A2A1A0 讀忙標(biāo)志 BF 和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 寫(xiě)數(shù)據(jù)10數(shù) 據(jù) 讀數(shù)據(jù)11數(shù) 據(jù) 3 寫(xiě)命令字 由表 3 7 可知當(dāng) RS 0 R W 0 時(shí) 才可以通過(guò)單片機(jī)或用戶指令把數(shù)據(jù)寫(xiě)到 LCD 模塊 此時(shí)就對(duì) LCD 進(jìn)行調(diào)制 可采用查詢方式 先讀入狀態(tài)字 再判斷忙 標(biāo)志位 最后寫(xiě)命令字 圖 3 12 所示為寫(xiě)操作時(shí)序圖 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖3 12 寫(xiě)操作時(shí)序圖 定義光標(biāo)位置 顯示數(shù)據(jù)的某位 就是把顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)在相應(yīng)的 DDRAM 地址中 DDRAM 地址 占 7 位 Set DDRAM address 命令如表 3 8 所示 光標(biāo)定位 寫(xiě)入一個(gè)顯示字符后 DDRAM 地址會(huì)自動(dòng)加 1 或減 1 加或減由輸入方式設(shè)置 表3 8 Set DDRAM address命令 RS R WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 第 1 行 DDRAM 地址與第 2 行 DDRAM 地址并不連續(xù) 如表 3 9 所示 表3 9 DDRAM地址 row 12345 141516 line180H81H82H83H84H 8dH8eH8fH line20c0H0c1H0c2H0c3H0c4H 0cdH0ceH0cfH 3 3 2 按鍵電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán) 鍵盤(pán)上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件編碼器實(shí) 現(xiàn) 并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤(pán) 如計(jì)算機(jī)鍵盤(pán) 而靠軟件編程來(lái)識(shí)別 的鍵盤(pán)稱為非編碼鍵盤(pán) 在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中 用的較多的是非編碼鍵盤(pán) 非編碼鍵盤(pán)又分為獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán) 在單片機(jī)的外圍電路中 通常用到的按鍵都是機(jī)械彈性開(kāi)關(guān) 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí) 線路導(dǎo)通 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí) 線路斷開(kāi) 彈性小按鍵被按下時(shí)閉合 松手后自動(dòng)斷開(kāi) 自鎖式按鍵按下時(shí)閉合且會(huì)自動(dòng)鎖住 有再次按下時(shí)才彈起斷開(kāi) 通常我們把自鎖 式按鍵當(dāng)做開(kāi)關(guān)使用 比如 TX 1C 實(shí)驗(yàn)板上的電源開(kāi)關(guān)就使用自鎖按鍵 單片機(jī)的 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 外圍輸入控制用小彈性按鍵較好 單片機(jī)檢測(cè)按鍵的原理是 單片機(jī)的 I O 口既可 以作為輸出也可以作為輸入使用 當(dāng)檢測(cè)按鍵時(shí)用的是它的輸入功能 我們把按鍵 的一端接地 另一端與單片機(jī)的某個(gè) I O 口相連 開(kāi)始時(shí)先給該 I O 口賦一高電平 然后讓單片機(jī)不斷地檢測(cè)該 I O 口是否變?yōu)榈碗娖?當(dāng)按鍵閉合時(shí) 即相當(dāng)于該 I O 口通過(guò)按鍵與地相連 變?yōu)榈碗娖?程序一旦檢測(cè)到 I O 口變?yōu)榈碗娖絼t說(shuō)明按鍵 被按下 然后執(zhí)行相應(yīng)的指令 此處用到的獨(dú)立式鍵盤(pán)的特點(diǎn)是 一鍵一線 各鍵相互獨(dú)立 每個(gè)按鍵各接一 條I O輸入線的電平狀態(tài) 可以很容易地判斷哪個(gè)按鍵被按下 在此處 用到了四個(gè) 獨(dú)立按鍵 1鍵表示溫濕度加 2鍵表示溫濕度減 3鍵表示溫濕度選擇 4鍵實(shí)現(xiàn)最 終數(shù)值確定功能 其連接電路如圖3 13所示 1 2 3 4 GND VCC 1K X4 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 MOSI P1 5 6 MISO P1 6 7 SCK P1 7 8 RST 9 RXD P3 0 10 TXD P3 1 11 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 WR P3 6 16 RD P3 7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 Vss 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA Vpp 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 p0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 Vcc 40 AT89C51 VCC GND VCC 圖3 13 獨(dú)立按鍵圖 3 4 光聲報(bào)警電路與溫濕度控制電路設(shè)計(jì) 3 4 1 光聲報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用紅綠 LED 燈作為光報(bào)警提示 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)符合給定的上下 限范圍要求時(shí) 51 單片機(jī)的 P2 5 口電平為高 三極管 Q7 導(dǎo)通 現(xiàn)場(chǎng)始終綠燈顯示 而 P2 6 口電平為低 Q6 不導(dǎo)通即紅燈呈滅狀態(tài) 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定 的上下限范圍要求時(shí) 則 P2 5 口變?yōu)榈碗娖?綠燈滅 同時(shí) P2 6 口變?yōu)楦唠娖?三 極管 Q6 導(dǎo)通 現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化為紅燈報(bào)警提示 繼而采取一系列的控制溫濕度措施 另外 采用蜂鳴器作為聲報(bào)警提示 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時(shí) P2 7 口為低電平 現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有蜂鳴器報(bào)警提示 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定的要 求時(shí) 則 P2 7 口變?yōu)楦唠娖?三極管 Q1 導(dǎo)通 現(xiàn)場(chǎng)蜂鳴器報(bào)警提示 9 其中 5V 蜂 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 鳴器的型號(hào)為 YHE12 05 是一種電磁式蜂鳴器 由振蕩器 電磁線圈 磁鐵 振 動(dòng)膜片及外殼等組成 光聲報(bào)警系統(tǒng)電路如圖 3 14 所示 VCC GND P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 M OSI P1 5 6 M ISO P1 6 7 SCK P1 7 8 RST 9 RXD P3 0 10 TXD P3 1 11 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 WR P3 6 16 RD P3 7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 Vss 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA Vpp 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 p0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 Vcc 40 D2 D1 1K R2 1K R3 Q1 8550 1K VCC GND sp1 VCC Q6 Q7 GND 1K 1K GND VCC YHE12 05 圖3 14 光聲報(bào)警系統(tǒng)電路圖 3 4 2 溫濕度控制電路 本系統(tǒng)溫濕度控制系統(tǒng)主要組成有 風(fēng)扇 加熱器 噴霧器 除潮器 當(dāng)系統(tǒng) 檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合設(shè)定的要求時(shí) 系統(tǒng)啟動(dòng)溫濕度控制系統(tǒng) 10 實(shí)現(xiàn)精度范圍內(nèi)的 恒溫恒濕的目的 其中各種控制設(shè)備對(duì)應(yīng)到繼電器 11 的型號(hào)及參數(shù)如表 3 10 所示 表3 1