基于無線技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)

1、目錄第一章緒論11.1 選題背景11.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀11.3 課程內(nèi)容、目的及思路2第二章 溫室控制系統(tǒng)的總體設(shè)計32.1 溫室環(huán)境因子32.2 控制系統(tǒng)設(shè)計要求32.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計4第三章 溫室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1 基于 STC89C52 的單片機控制系統(tǒng)53.1.1 STC89C52 簡介53.1.2 STC89C52 硬件結(jié)構(gòu)53.1.3 STC89C52 管腳說明63.1.4 STC89C52 存儲器結(jié)構(gòu)83.1.5 STC89C52 串行口控制寄存器SCON93.1.6 STC89C52 中斷系統(tǒng)93.1.7 STC89C52 的空閑模式103.1.8 STC89C5

2、2 的掉電模式103.2 STC89C52 最小系統(tǒng)113.2.1 時鐘電路123.2.2 復(fù)位電路123.3 傳感器采集模塊133.3.1 SHT10 傳感器簡介133.3.2 SHT10 引腳及接口定義143.3.3 SHT10 電氣特性及典型應(yīng)用153.3.4 SHT10 的 通信163.3.5 信號的轉(zhuǎn)換183.4 降溫模塊193.5 加熱模塊203.6 按鍵模塊203.7 顯示模塊213.8 報警模塊243.9 無線傳輸模塊25第四章總結(jié)27參考文獻28Abstract29致謝30附錄 1 系統(tǒng)設(shè)計Proteus 仿真調(diào)試圖31附錄 2 系統(tǒng)設(shè)計Proteus 仿真調(diào)試圖33基于無線

3、技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)摘要：溫室大棚在當(dāng)今的生產(chǎn)生活中的到了越來越廣泛的使用，大大的提高了農(nóng)民的經(jīng)濟收益。在溫室大棚中，最關(guān)鍵的是對溫室環(huán)境因數(shù)的實時監(jiān)視與控制，使溫室大棚的環(huán)境適合農(nóng)作物的生長。該系統(tǒng)是在綜合對比了當(dāng)下的控制系統(tǒng)，并結(jié)合實際的生產(chǎn)需要，做出了全新的修改及設(shè)計。本文研究設(shè)計的溫室大棚智能控制系統(tǒng)是以無線技術(shù)的為基礎(chǔ)。系統(tǒng)由溫濕度傳感器、STC89C52 型單片機、無線收發(fā)模塊、二氧化碳傳感器、控制模塊和上位機模塊,以及溫室內(nèi)的執(zhí)行機構(gòu)等組成。該系統(tǒng)具有極高的智能度和可靠性，系統(tǒng)工作極其穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：STC89C52 單片機、溫濕度傳感器、無線傳輸、溫室第一章緒論1.1 選題

4、背景對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一些環(huán)境因數(shù)進行監(jiān)控室現(xiàn)如今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個較為重要的環(huán)境。這些環(huán)境因子嚴 重影響著農(nóng)作物的生長、發(fā)育和能量交換，例如：環(huán)境溫度濕度、二氧化碳濃度以及光照強度等。隨著科 學(xué)技術(shù)越來越成熟，溫室大棚的控制管理向著自動化、科學(xué)化趨勢發(fā)展，因此實現(xiàn)此目的最基本的保證是 對環(huán)境監(jiān)測和控制。在這個基礎(chǔ)上在對檢測到的數(shù)據(jù)進行分析，并結(jié)合具體農(nóng)作物的生長發(fā)育的規(guī)律，對 生物生長環(huán)境進行實時的控制，從而使農(nóng)作物生長在最適的環(huán)境下，農(nóng)作物就可以達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)。蔬菜 大棚是現(xiàn)代社會飲食的主要來源，因此溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度以及光照強度等環(huán)境因素就成了人們研究 的對象。毛發(fā)溫度表、酒精溫度計是最傳

5、統(tǒng)的人工測量的工具，通過這些原始工具的測量再對那些溫濕度等環(huán) 境因素一場的溫室大棚進行相應(yīng)的控制。這種費時實力而且效率低下的人工控制的方法不僅隨機性大而且 誤差很大。因此一種旨在克服上述弊端并且價格優(yōu)惠的的自動控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。隨著單片機和各種電子元器件件的迅猛發(fā)展，溫室大棚智能控制系統(tǒng)也在不斷的完善與改進?；趩?片機控制的溫室大棚控制系統(tǒng)在現(xiàn)階段比較流行，它們屬于半自動控制的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)雖然可以取代人 工控制，但是也存在著一些缺點。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀溫室可以向農(nóng)作物提供最適合的生長加減，并且可以根據(jù)農(nóng)作物的需求改變植物的生長環(huán)境，也能避 免外界環(huán)境變化對農(nóng)作物生長的影響。溫室大棚使

6、用采光副噶材料最為結(jié)構(gòu)材料，可以在惡劣的環(huán)境下為 農(nóng)作物提供良好的生長環(huán)境，從而可以達到調(diào)節(jié)生產(chǎn)，促進農(nóng)作物生長發(fā)育、提高產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量。溫室控制系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)是對溫室大棚內(nèi)的環(huán)境因素進行控制，即關(guān)鍵是提高控制和作業(yè)精 度。國外對溫室大棚控制的研究起步較早，最早可追溯到20 世紀 70 年代。模擬式的組合儀表是最早采用溫室控制系統(tǒng)，可以采集、記錄和控制現(xiàn)場的信息。大約 80 年代末，農(nóng)業(yè)技術(shù)上出現(xiàn)了分布式的溫室控制系統(tǒng)。而當(dāng)今開發(fā)和研究的重點是計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，它是基于多因子綜合控制技術(shù)。隨著智能 控制技術(shù)的成熟，自動化控制已不能滿足人們的要求，而向自動化、無人化的方向發(fā)展成為主流。

7、國外的 溫室控制系統(tǒng)大致經(jīng)歷了 3 個發(fā)展階段：人工控制：在室控制的早期，人們往往采取人工控制技術(shù)。它不具備真正意義上的控制系統(tǒng)，也沒有第 1 頁 共 37 頁真正意義上的執(zhí)行機構(gòu)。溫室環(huán)境因數(shù)的采集以及對溫室內(nèi)作物的管理都是由人來完成的，人在這個控制 系統(tǒng)中是溫室環(huán)境控制的核心。人們依據(jù)自己長期積累的經(jīng)驗、觀測溫室內(nèi)外的氣候和作物生長狀況，手 動控制溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)。這種采手動控制的方式，以人們的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)律。但是 這種控制方式有著最大的缺陷：勞動生產(chǎn)效率低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)的需要。自動控制：相對于人工控制，：自動控制系統(tǒng)較省時省力。它是根據(jù)農(nóng)作物的生長狀況輸入最適合的環(huán)

8、境參數(shù)，并通過各種傳感器及時的檢測和控制這些環(huán)境參數(shù)，然后與設(shè)定值進行比較，如果超出設(shè)定值 范圍，控制系統(tǒng)會啟動相應(yīng)的調(diào)節(jié)模塊，比如加熱，降溫，灑水等等。這種方式使溫室環(huán)境因數(shù)得到了自 動化生產(chǎn)，勞動效率得到了提高，對于工廠化生產(chǎn)比較適合。為了使農(nóng)作物較好的生長，自動控制系統(tǒng)可 以通過設(shè)定環(huán)境參數(shù)自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境。但是這種控制系統(tǒng)也存在一些缺點，比如它不能對農(nóng)作物生 長狀況的改變及時的做出環(huán)境調(diào)整，不能根據(jù)農(nóng)作物的生長規(guī)律進行實時控制。目前我國很大一部分自主 研制的溫室大棚控制系統(tǒng)都屬于這種控制方式。智能化控制：也稱為專家系統(tǒng)。它是通過總結(jié)技術(shù)知識、收集各種實驗數(shù)據(jù)，運用溫室智能控制系 統(tǒng)

9、技術(shù)建立起來的系統(tǒng)。它是通過收集和總結(jié)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識、技術(shù)和各種試驗數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)實踐和自動控 制技術(shù)的基礎(chǔ)上組成的專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以建立好的植物生長數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，是一種溫室專家控 制系統(tǒng)，它可以適合不同農(nóng)作物的生長。溫室大棚控制技術(shù)正向著人工手動控制、自動控制和智能化控制的趨勢發(fā)展，將會越來越完善，越 來越滿足人們的需求。從整體上來看，溫室大棚控制技術(shù)正朝越來越成熟的方向發(fā)展，有基于溫室環(huán)境因 素綜合分析模型、農(nóng)作物生長模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)完全自動化和智能化的趨勢。1.3 課程內(nèi)容、目的及思路本系統(tǒng)通過溫室大棚內(nèi)的一系列傳感器采集數(shù)據(jù)，并經(jīng)過簡單的處理后經(jīng)過數(shù)據(jù)通信模塊傳送給系 統(tǒng)控制中心

10、（單片機）。單片機分析這些數(shù)據(jù)后自動做出相應(yīng)的處理，比如開啟天窗、噴灑水霧等。這就 實現(xiàn)了溫室大棚在沒有人參與下的自動控制。與此同時，在外接的LCD 液晶屏上顯示實時的參數(shù)，以便觀察。外接的鍵盤可以設(shè)定系統(tǒng)要控制的溫度值和濕度值，以此滿足不同農(nóng)作物對環(huán)境因數(shù)的要求。第 2 頁 共 37 頁第二章 溫室控制系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1 溫室環(huán)境因子外部環(huán)境因素和農(nóng)作物自身的遺傳特性直接影響著農(nóng)作物的生長發(fā)育及產(chǎn)品的最終成果，也是決定作 物質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵。因此，改變農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量就可以從兩個方面下手，一是通過現(xiàn)代的高科技育種 技術(shù)獲得具有新的遺傳特性的種子，再一個就是通過現(xiàn)在的溫室大棚控制技術(shù)對農(nóng)作物

11、生長的環(huán)境進行檢 測和控制，使其長期保持在作物生長所需的環(huán)境范圍內(nèi)。農(nóng)作物的光合作用、呼吸作用以及根對水分、養(yǎng) 分的吸收及生長都和溫室內(nèi)的溫度、濕度以及光照強度有著密切的關(guān)系。在這些環(huán)境因素中溫度起著極為 重要的影響，因此，對溫室大棚進行控制就要從溫度開始。對于同一種作物，它不同的生長發(fā)育階段對環(huán) 境因素的要求是不同的，而不同的農(nóng)作物對生長環(huán)境的要求也是不一樣的。通常來說，植物白天光合作用 比呼吸作用強烈的多，這就需要較高的溫度。而到了晚上，呼吸作用會比光合作用強烈的多，著對溫度就 沒有太高的要求。此外，溫室內(nèi)的環(huán)境也會受到外界環(huán)境變化及惡劣天氣的影響，因此在溫室大棚控制系 統(tǒng)的設(shè)計中必須要考

12、慮到這一點。農(nóng)作物的生長有一定的規(guī)律性，它所需的生長環(huán)境會因為種類、生長階 段的不同而發(fā)生變化，溫室大棚控制系統(tǒng)就是要根據(jù)這些需求的變化而做出相應(yīng)的處理，使溫室大棚內(nèi)的 環(huán)境始終適合農(nóng)作物的生長發(fā)育。2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計要求該系統(tǒng)主要以溫度和濕度為主要的控制參數(shù)進行系統(tǒng)的設(shè)計和制作，本系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：1. 可以及時檢測到溫室大棚內(nèi)的溫濕度，即通過傳感器對溫室大棚內(nèi)的溫濕度進行實時測量，并將 這些數(shù)據(jù)通過通信模塊傳送給單片機，然后單片機進行檢測、分析、處理和暫存這些收集到的各路數(shù)據(jù)， 從而實現(xiàn)溫濕度的智能測量和監(jiān)控。2. 顯示功能：可以通過顯示屏顯示實時參數(shù)值以及設(shè)定值。3. 根據(jù)不同季節(jié)

13、，不同地區(qū)和不同農(nóng)作物的需求，可以設(shè)置不同的控制參數(shù)，保證農(nóng)作物在最佳的生 長發(fā)育環(huán)境中生長。4. 報警功能：可以實現(xiàn)參數(shù)超值的聲光報警功能。5. 可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值進行自動控制。即當(dāng)溫室大棚內(nèi)的參數(shù)偏離設(shè)定值后，單片機會自動的啟動 相應(yīng)的處理機構(gòu)，將溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)至設(shè)定值附近。第 3 頁 共 37 頁2.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)原理框圖如圖 2-1 所示，本系統(tǒng)由傳感器模塊、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊、無線通信模塊、STG89C52 單片機主控模塊、上位機模塊和溫室大棚內(nèi)的處理機構(gòu)等構(gòu)成。操作人員可以現(xiàn)場或者通過上位機設(shè)定參數(shù)值，設(shè)置的參數(shù)值和采集到的參數(shù)值可以在顯示模塊以及上

14、位機上進行實時的顯示。當(dāng)采集的 參數(shù)值比設(shè)定的參數(shù)值大時，相應(yīng)的處理機構(gòu)就會啟動工作，使溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)保持在設(shè)定值附近。反 之，當(dāng)采集的參數(shù)值小于設(shè)定值的時候，另一個處理機構(gòu)也會啟動工作，讓溫室環(huán)境保持在最佳值附近。 該系統(tǒng)實現(xiàn)功能是可以實時的、有效的、可靠地監(jiān)控到溫室大棚內(nèi)環(huán)境因素，從而確保農(nóng)作物生長在最佳 的溫室環(huán)境，進而提高農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。時鐘電路顯示電路復(fù)位電路報警電路STC89C52按鍵電路調(diào)節(jié)電路傳感器電路無線傳輸圖 2-1系統(tǒng)框圖第 4 頁 共 37 頁第三章 溫室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)由STC89C52 型單片機控制模塊、溫度傳感器模塊、無線收發(fā)模塊、上位機（計算機） 以

15、及溫室內(nèi)的執(zhí)行機構(gòu)等構(gòu)成。現(xiàn)分別介紹如下：3.1 基于 STC89C52 的單片機控制系統(tǒng)本系統(tǒng)采用STC 公司生產(chǎn)的基于MCS-51 內(nèi)核的STC89C52 單片機。3.1.1 STC89C52 簡介STC89C52 是一款由 STC 公司生產(chǎn)的 CMOS8 位單片機，具有低電壓、高性能等優(yōu)點，該單片機內(nèi)部含有 8KB 的系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。STC89C52 比在傳統(tǒng)的 51 單片機有了很大的改進，具有很多 51 單片機不具備的功能，但是STC89C52 仍然使用的是經(jīng)典的MCS51 內(nèi)核。高密度和非易失性存儲技術(shù)在該單片機中得到了具體的應(yīng)用，并且該單片機兼容標準的 MCS-51

16、指令系統(tǒng)。STC59C52 單片機片內(nèi)配有靈活的 8 位 CPU（即中央處理器）和系統(tǒng)可編程快速存儲單元，為很多嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)提供了更加靈活有效的方案。功能強大的 stc89C52 單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。其主要工作特性是：片內(nèi)程序存儲器包括 512 字節(jié)的隨機 8KB 的 Flash 程序存儲器和； 具有 32 根可編程I/O 口線；片內(nèi)含有看門狗定時器；片內(nèi)配置了 4KB 的 EEPROM 和 MAX810 復(fù)位電路；片內(nèi)具有 3 個 16 位定時計數(shù)器和 4 個外部中斷以及一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)； 工作頻率范圍在 0-40MHz；3.1.2 STC89C52 硬件結(jié)

17、構(gòu)第 5 頁 共 37 頁復(fù)位電路FLASHRAM串行通信口CPU時鐘電路定時器計數(shù)器I/O口圖 3-1 STC89C52 的硬件結(jié)構(gòu)圖如上圖所示，為STC89C52 的硬件結(jié)構(gòu)圖。STC89C52 單片機的CPU 包括運算器和控制器， 這和 MCS51 單片機的結(jié)構(gòu)相同。運算器主要對操作數(shù)進行操作包括算數(shù)運算、邏輯運算以及位操作?？刂破魇俏⑻幚砥鞯目刂茍?zhí)行部件，它的主要任務(wù)是主要讀取指令代碼進行分析、識別，并根據(jù)不同的的指令來控制個相關(guān)元件，從而保證保證單片機能夠協(xié)調(diào)。3.1.3 STC89C52 管腳說明第 6 頁 共 37 頁圖 3-2 STC89C52 引腳圖電源引腳：VCC（40）：

18、電源 GND（20）：接地外部晶振引腳：XTAL1（19）：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2（20）：振蕩器反相放大器的輸出端?？刂埔_：RST/VPP(9)：復(fù)位輸入。晶振工作時，引腳持續(xù)2 個機器周期以高電平將使用單片機復(fù)位。ALE/ PROG（30）：地址鎖存器控制允許信號。PSEN（29）：外部程序儲存器選通信號EA / VPP （31）：外部程序存儲器選通信號。當(dāng)該引腳接高電平時，單片機將從外部存儲器讀指令，當(dāng)該引腳接低電平時，將從內(nèi)部程序存儲器讀取指令。第 7 頁 共 37 頁可編程I/O 引腳：STC89C52 有 4 組可編程輸入輸出口，共 32 個，分別

19、為P0 口、P1 口、P2 口、P3 口。P0 口（32-39）：一般 I/O 引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳，內(nèi)部無上拉電阻 P1 口（1-8）；一般 I/O 引腳，內(nèi)部有上拉電阻P2 口（21-28）：一般 I/O 引腳或高位地址總線引腳，內(nèi)部有上拉電阻 P3 口（10-17）：一般 I/O 引腳或第二功能引腳，內(nèi)部有上拉電阻在這些可編程I/O 口中，有部分I/O 口具有第二功能，現(xiàn)介紹如下：表 3-1P1.0 和P1.1 第二功能引腳號P1.0 P1.1功能特性T2（定時/計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸 T2EX 定時/計數(shù) 2 捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制表 3-2 P3 口引

20、腳第二功能引腳號P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.73.1.4 STC89C52 存儲器結(jié)構(gòu)第二功能RXD（ 串 行 輸 入 ） TXD（ 串 行 輸 出 ） INT0（ 外 部 中 斷 0） INT1（ 外 部 中 斷 1） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）STC89C52 單片機有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64K 尋址。1. 程序存儲器當(dāng) EA 引腳接低電平的時候，單片機將先從外部存儲器讀取程序。就 STC89C52 單片機而言

21、，當(dāng)EA 引腳接高電平，單片機將先從內(nèi)部存儲器讀取程序，然后才從外部存儲器讀取程序。2. 數(shù)據(jù)存儲器第 8 頁 共 37 頁STC89C52 內(nèi)部還有 256B 的 RAM。這些 RAM 的高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。即特殊功能寄存器和 RAM 的高 128 字節(jié)的地址是一樣的，但是它們在物理上是分開的。當(dāng)指令訪問高128 字節(jié)時，是訪問RAM 還是訪問特殊功能寄存器將取決于這條指令的尋址方式。一般情況下，在直接尋址的方式下將會訪問特殊功能寄存器。3.1.5 STC89C52 串行口控制寄存器 SCON表 3-3 SCON 控制位的分布D7D6D5D4D3D2D1D0控制位SM0SM

22、1SM2RENTB8RB8TIRI SM0、SM1 是單片機串口工作方式選擇位表 3-4串行口工作方式SM00SM10工作方式方式 0：移位寄存器方式01方式 1：8 位 UART，波特率可變10方式 2：9 位 UART,波特率為fosc/64 或 fosc/3211方式 3：9 位 UART，波特率可變 SM2 ： 多機通訊控允許控制位。當(dāng)單片機處于工作方式2 或者工作方式 3 的時候，如果SM2 和 REN 同時為高電平，那么從機就只有在接收到RB8=1 的時候才會激活中斷請求標志位（RI），并且向主機發(fā)送中斷請求。從機只有在復(fù)位之后才會接收到RB8=0 的數(shù)據(jù)。當(dāng)單片機處于方式 1 工

23、作時，如果SM2 為高電平，那么要置位中斷請求標志位就必須要接收到有效的停止位；在方式0 時，SM2 應(yīng)為 0。 REN：啟用/禁用串行接收控制位。該孔志偉由軟件來置位。當(dāng) REN=1 時，串口處于接收的狀態(tài)，此時就可以啟動串口的接收器REX,開始接收數(shù)據(jù)；當(dāng)REN=0 的時候，就至今接收數(shù)據(jù)。 TB8：當(dāng)串口通信工作在方式 2 或方式 3 時，改位為要發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，也是由軟件來置位。3.1.6 STC89C52 中斷系統(tǒng)第 9 頁 共 37 頁STC89C52 有 6 個中斷源：INT0 和INT1 是兩個外部中斷，T0、T1、T2 是三個中斷定時器，另外還有一個串行中斷。每一個中斷源都

24、可以通過執(zhí)行指定的代碼來使中斷源有效或者無效。表 3-5中斷允許控制位符號位地址功能EAIE.7中斷允許控制位，EA=0，中斷總禁止；EA=1，各中斷由各自的控制位設(shè)定-IE.6預(yù)留ET2IE.5定時器 2 中斷允許控制位ESIE.4串行口中斷允許控制位ET1IE.3定時器 1 中斷允許控制位EX1IE.2外部中斷 1 允許控制位ET0IE.1定時器 0 中斷允許控制位EX0IE.0外部中斷 0 允許控制位3.1.7 STC89C52 的空閑模式當(dāng)單片機處于空閑模式時，單片機內(nèi)部的CPU 就會進入睡眠狀態(tài)，但是單片機上的所有外部設(shè)備都會繼續(xù)保持激活的狀態(tài)。單片機可以通過執(zhí)行特定的指令進入該狀態(tài)

25、。單片機處于該種狀態(tài)是，單片機內(nèi)部的RAM 和特殊功能寄存器上的數(shù)據(jù)將保持不變。結(jié)束空間模式可以通過軟件的中斷或者硬件的復(fù)位來實現(xiàn)。當(dāng)使用硬件復(fù)位來結(jié)束空閑模式 時，就需要 2 個機器周期的復(fù)位信號，此時，單片機將禁止訪問內(nèi)部RAM 上的信息，只可以控制訪問端口的引腳。當(dāng)使用硬件復(fù)位的方法來終止空閑狀態(tài)時，為了避免預(yù)料不到的寫端口，在激活空閑模式的指令的下一條指令就不應(yīng)該是寫端口或者是寫外部存儲器。3.1.8 STC89C52 的掉電模式STC89C52 提供掉電模式，當(dāng)單片機處于掉電模式時，晶振將停止工作，但是在這其間片RAM內(nèi)和特殊功能寄存器上的值將保持不變。最后一條指令的執(zhí)行將激活掉電模

26、式。表 3-6空閑模式和掉電模式下的外部引腳狀態(tài)第 10 頁 共 37 頁模式程序存儲器ALEPESNPORT0PORT1PORT2PORT3空閑內(nèi)部11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑外部11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電內(nèi)部00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電外部00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)3.2 STC89C52 最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路除了電源外，還應(yīng)該包括單片機、時鐘電路和復(fù)位電路。STC89C52 單片機最小系統(tǒng)如圖 3-3 所示：圖 3-3 單片機最小系統(tǒng)STC89C52 最小系統(tǒng)由兩部分組成，現(xiàn)介紹如下：第 11 頁 共 37 頁3.2.1 時鐘電路STC89C52 單片機的 XTAL1 引腳為高增益反相放大器的輸入

27、端，XTAL2 引腳為高增益反相放大器的輸出端。自激震蕩電路就是在XTAL1 與XTAL2 之間接入一個晶振和一個微調(diào)電容。STC89C52 的時鐘頻率為 12MHz。3.2.2 復(fù)位電路圖 3-4 時鐘電路STC89C52 的第 9 引腳（Rest）為復(fù)位引腳。當(dāng)該引腳被拉高保持2 個機器周期以上時，單片機將產(chǎn)生復(fù)位。例如當(dāng)晶振是 12MHz 時，時鐘周期為 1us，機器周期為 6us，因此，當(dāng)?shù)?9 引腳接高電平并保持在 12us 以上，單片機就會產(chǎn)生復(fù)位。復(fù)位電路有 2 種連接方式，即上電復(fù)位和手動復(fù)位。上電復(fù)位電路中，RST 引腳上串接了一個電容，當(dāng)復(fù)位引腳接+5v 電源時，電容處于充

28、電狀態(tài)，當(dāng)充電結(jié)束后，電容相當(dāng)于斷開。而在手動復(fù)位電路中，是在RST 引腳所串接的電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時，電容就處于充電狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，電容處于放電狀態(tài)，放電時復(fù)位引腳處于高電平，從而達到復(fù)位的目的。第 12 頁 共 37 頁3.3 傳感器采集模塊圖 3-5 復(fù)位電路單片機是本系統(tǒng)的主控芯片，那么傳感器檢測到的信號就要通過通信模塊傳給單片機，由單片機進行分析處理。那么如何準確的確定外界環(huán)境的各項參數(shù)就顯得十分重要。傳感器在完成檢測和控制中起到十分重要的作用，是檢測和控制過程中的關(guān)鍵所在，如是沒有傳感器對環(huán)境參數(shù)的原始數(shù)據(jù)進行檢測和轉(zhuǎn)換，控制中心就沒有辦法對環(huán)境參數(shù)

29、進行分析處理 并作出相應(yīng)的控制。當(dāng)今生產(chǎn)生活中的自動控制控制系統(tǒng)，相當(dāng)一部分是依賴與各種傳感器來采集要控制的各種參數(shù)，然后把數(shù)據(jù)傳給控制中心，這樣系統(tǒng)才會工作在最適合的狀態(tài)。雖然市面上大多數(shù)傳感器在設(shè)計上都可以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，但是從硬件電路設(shè)計和性價比上考慮，本系統(tǒng)傳感器采用進口的SHT10 溫濕度傳感器。3.3.1 SHT10 傳感器簡介SHT10 傳感器是Sensirion 溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。該傳感器具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、高性價比等優(yōu)點。敏感元件的傳感器和信號處理電路集成在一塊電路板，一個數(shù) 字信號輸出的校準。CMOSens 技術(shù)是Sensirion 公司的專利技

30、術(shù)，該技術(shù)SHT10 中得到了應(yīng)用。CMOSens 技術(shù)可以保證產(chǎn)品具有更高的穩(wěn)定性和杰出的穩(wěn)定性。SHT10 傳感器在同一個芯片上包第 13 頁 共 37 頁含了一個電容性的測濕度敏感元器件和一個用能隙材料制成的測溫元件。并通過無縫連接技術(shù)與14 位的A/D 轉(zhuǎn)換器和串行接口電路連接在一起。每一個SHT10 傳感器都會在極其精確地腔室中進行標定，而且用于校準的系數(shù)會用標準的程序形式在OTP 內(nèi)存中存儲下來。這些數(shù)據(jù)將用來在內(nèi)部信號的校準。SHT10 的串口和內(nèi)部的電壓調(diào)整時采用兩線制的，這使得SHT 的外圍電路極其簡單。SHT10 溫濕度傳感器憑借其體積小、功耗低等一系列優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用

31、。SHT10 采用LCC 封裝，可以使用標準回流焊接。圖 3-6 SHT10 實物圖3.3.2 SHT10 引腳及接口定義表 3-9 SHT10 引腳分配VDD 引腳: SHT10 的供電電壓范圍為 2.4-5.5V, 建議為 3.3V。在電路的設(shè)計過程中可以在VDD 和GND 之間一個濾波電容，一般為 100nF 的電容。第 14 頁 共 37 頁SCK 引腳 :該引腳是用來和主控芯片進行同步通信的，因為在接口電路中已經(jīng)包括了全靜態(tài)邏輯，所以SCK 不存在最小頻率。DATA 引腳:為三態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)引腳，用于讀取傳感器的數(shù)據(jù)。當(dāng)單片機向傳感器下達命令時, DATA 在 SCK 上升沿有效

32、且在SCK 高電平時必須保持穩(wěn)定。DATA 在 SCK 下降沿之后 改變。為確保通訊安全，DATA 的有效時間在SCK 上升沿之前和下降沿之后應(yīng)該分別延長至 TSU and THO。傳感器數(shù)據(jù)讀取的過程中, 數(shù)據(jù)引腳是在SCK 變成低電平以后有效，并且要保持到下一個 SCK 的下降沿 。主控芯片驅(qū)動DATA 引腳為低電平，可以避免信號的沖突。需要一個外部的上拉電阻（一般取 10k）將信號上拉至高電平。一般的微處理器的I/O 接口電路中都會自帶上拉電阻。3.3.3 SHT10 電氣特性及典型應(yīng)用SHT10能耗、電平的高低以及輸入電壓的大小都和電源有著密切的關(guān)系。電源引腳相對于地的 絕對最大值為+

33、7V 和-0.3V 。如果長時間的傳感器工作在絕對最大值，會影響傳感器的穩(wěn)定性。SHT10的電氣特性圖下表所示：表3-10 SHT10電氣特性第 15 頁 共 37 頁SHT10的典型應(yīng)用如圖所示：圖3-7 SHT10 典型應(yīng)用3.3.4 SHT10 的通信啟動傳感器：第一，選擇電源電壓后給傳感器接通不低于1V/ms電率的電源。通上電以后，傳感器將在11ms后進入休眠狀態(tài)，在進入休眠狀態(tài)之前不允許對傳感器進行通信。發(fā)送命令： 傳感器初始化很簡單，只要用一組“ 啟動傳輸”時序就可以完成。它包括：在SCK 時鐘為高電平“1”的時候DATA變?yōu)榈碗娖健?”，然后在SCK變?yōu)榈碗娖降臅r候，數(shù)據(jù)端DAT

34、A變成一個高平平如下圖：圖3-8 SHT啟動時序圖第 16 頁 共 37 頁SHT10的命令包含3個地址位和5個命令位。當(dāng)在第8個SCK時鐘周期的下降沿結(jié)束之后，data 引腳變?yōu)榈碗娖?，在緊接著的第9個sck時鐘周期的下降沿結(jié)束之后，DATA恢復(fù)為高電平，這就說明SHT10已經(jīng)正確的接受到命令。表3-11 SHT10命令集溫濕度測量：溫濕度的測量大約需要20/80/320ms，分別對應(yīng)8/12/14位測量。測量時首先需要發(fā)送一組指令（“00000101”代表相對濕度的測量，“00000011”代表測量溫度），然后控制器要等待測量結(jié)束。確切的測量時間和內(nèi)部晶振的速度有著密切的關(guān)系，誤差會在-3

35、0%的范圍內(nèi)變化。 當(dāng)DATA引腳被拉至低電平時，SHT10進入空閑狀態(tài)，并意味著測量的結(jié)束。當(dāng)SCK引腳再次被觸發(fā) 之前，DATA引腳必須為低電平。這個信號用來來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時再讀出數(shù)據(jù)。在溫濕度測量完成之后會傳送2個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1個字節(jié)的奇偶校驗（CRC）。uC 需要通過下拉DATA 為低電平，以確認每個字節(jié)。數(shù)據(jù)必須工MSB開，并且右值有效，（比方：對于12為的數(shù)據(jù)，從第5個SCK 時鐘起算作MSB；而對于位數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意始義）。在收到CRC的確認位之后，表明通訊結(jié)束。還有一種方法可以終止通信，就是在不是CRC-8 校驗的時

36、候，可以在測量值LSB后用把ACK拉成高電平并保持。這一系列指令正確完成以后，SHT10 會自動進入休眠狀態(tài)。通信復(fù)位時序 ：假如在通信過程中遇到錯誤導(dǎo)致通信中斷，可以通過下拉時序信號復(fù)位。即當(dāng)DATA 為高電平時，對 SCK進行9次以上的觸發(fā)。然后發(fā)送“傳輸啟動”時序。這一連串動作只能復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容仍然被保留。第 17 頁 共 37 頁圖 3-9 復(fù)位時序3.3.5 信號的轉(zhuǎn)換相對濕度：濕度有非線性補償，為了獲得準確的測量數(shù)據(jù)，務(wù)必運用下面的公式進行信號的轉(zhuǎn)換： RHlinear=c +c12· SORH+ c · SO23RH(%RH )SOcRH1表 3

37、-12濕度轉(zhuǎn)換參數(shù)cc2312bit-2.04680.0367-1.5955E-68bit濕度信號的溫度補償 :-2.04680.5872-4.0845E-4因為實際的溫度和測量時用作參考的溫度明顯不同，所以濕度信號需要進行溫度補償。溫度校正粗略對應(yīng)于0.12%RH/ 50%RH ，溫度補償公式和所用到的系數(shù)如下：RHture= (Tc- 25) · (t + t12· SORH) + RHl i near表 3-13溫度補償系數(shù)SOttRH1212bit0.010.000088bit0.010.00128溫度信號的轉(zhuǎn)換：由于 SHT10 傳感器是使用具有非常好的線性的能隙

38、材料PTAT 制成。因此可以使用下面的公式將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)化為溫度值，轉(zhuǎn)換過程中用到的系數(shù)如下表：第 18 頁 共 37 頁T = d + d12· SOT表 3-14溫度轉(zhuǎn)化系數(shù)oTSOd ( C)2d (oF )214bit0.010.01812bit0.040.072表 3-15溫度轉(zhuǎn)化系數(shù)VDD 5V4V3.5V3V2.5d (oC)1-40.1-39.8-39.7-39.6-39.4d ( F )o1-40.2-39.6-.9.5-39.3-38.93.4 降溫模塊降溫模塊包括兩個部分：（1） 自然通風(fēng)一般情況下，在溫室大棚的四周會留有通風(fēng)窗口，所以當(dāng)溫室大棚內(nèi)的溫度高于設(shè)定值

39、是， 可以通過開啟電動機讓通風(fēng)窗口打開，進行自然降溫。這種降溫方式在溫室大棚內(nèi)外的溫差很大的時候才會有很好的效果，因此冬天使用此方法比較好。雖然這種方法經(jīng)濟實惠，但是在實際的使用效果上不是很明顯。如果通風(fēng)是由外部的風(fēng)引起的，溫暖的地區(qū)，利用自然通風(fēng)會有更好的效果。（2）機械通風(fēng)機械式通風(fēng)是為了彌補自然通風(fēng)的不足，它使用降溫風(fēng)扇等冷卻裝置將溫室大棚內(nèi)的熱量逼 出來，同時由于存在分壓差而將外界比較濕潤的空氣吸進大棚內(nèi)，從而達到降溫的效果。此方案第 19 頁 共 37 頁需要保持適當(dāng)?shù)臍饷苄?，只有這樣冷空氣才會從進氣口進入溫室大棚，熱空氣才會從排風(fēng)口排出去。此種降溫方式還是比較可靠地，一般的溫室大棚

40、都會使用此種降溫方式并結(jié)合自然通風(fēng)。3.5 加熱模塊該系統(tǒng)的加熱模塊選用熱風(fēng)機供暖的形式。熱風(fēng)機的工作效率非常高，因為它可以直接加熱溫室大棚內(nèi)的空氣，因此它可以在 10 分鐘內(nèi)將溫室大棚內(nèi)的溫度提高。這種方法代替了舊的加熱系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜的緩慢的加熱問題。此外，被加熱的空氣可以殺死空氣中的有害病菌，從而減少病蟲害的發(fā)生，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。溫室熱風(fēng)機供暖系統(tǒng)省去了復(fù)雜的設(shè)備設(shè)施，熱風(fēng)通過管道均勻分配到溫室中，熱風(fēng)機供暖系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、熱效率高的特點。3.6 按鍵模塊鍵盤是人機數(shù)據(jù)交換的通道，在需要人工輸入數(shù)據(jù)或者人工輸入控制命令的時候，鍵盤是一個方便有效的途徑。所以在絕大多數(shù)的單片

41、機應(yīng)用系統(tǒng)中都需要設(shè)計和應(yīng)用鍵盤。鍵盤有若干個按鍵組成，按鍵是常開行開關(guān)，當(dāng)按鍵按下時，開關(guān)閉合、電路接通，手松開時開關(guān)彈起，電路斷開。按照一定的方法賦予各個鍵相應(yīng)的判別地址，以及賦予相應(yīng)的各個按鍵的相應(yīng)功能，當(dāng)一個鍵按下時，系統(tǒng)須判別出是哪個鍵按下，然后調(diào)動相應(yīng)的按鍵功能子程序?qū)崿F(xiàn)該按鍵的功能操作。為了防止當(dāng)鍵按下時由于抖動引起的誤判，還必須采取某種手段實現(xiàn)按鍵的“消 抖動”。本系統(tǒng)采用軟件延時法“消抖動”。根據(jù)系統(tǒng)的特點和功能的要求，本系統(tǒng)安排了6 個鍵，采用查詢方式判別各個不同按鍵。各個按鍵對應(yīng)的功能設(shè)計如下:1、參數(shù)設(shè)置鍵 K1:長時間按下參數(shù)設(shè)置鍵，進入到參數(shù)控制范圍設(shè)置和查看狀態(tài)，

42、可通過加一鍵和減一鍵實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定范圍值的加一和減一參數(shù)修改操作，直至該參數(shù)設(shè)置正確完成，再次按 下該鍵可顯示另一參數(shù)的查看和設(shè)置，第三次按下該按鍵后，退出設(shè)置狀態(tài)并進入溫度顯示界面。2、加一鍵:按下該鍵，參數(shù)設(shè)定值加一。3、減一值:按下該鍵，參數(shù)設(shè)定值減一。4、顯示切換鍵 K4:按下該鍵，退出參數(shù)設(shè)置狀態(tài)，使數(shù)顯示屏返回到溫度測試參數(shù)值顯示狀態(tài)。再次按下該按鍵，顯示屏將顯示濕度測試參數(shù)值。第三次按下該按鍵后，再一次進入設(shè)置狀態(tài)。第 20 頁 共 37 頁已-：一戶七， 主寸一，匯肛E憶I丘l且 1.I1.R4IIIIIIIIIIIIIIIII設(shè)置-，r 、-10kR5 1.，且 11.1 r，

43、示力環(huán)10kR6伶II10kl消音L |R10亡10kR11亡停止10k圖 3-10按鍵連接圖3.7 顯示模塊本系統(tǒng)的顯示模塊使用LCD1602 液晶顯示屏。LCD1602 顯示屏外圍電路簡單，程序編寫方便， 因此得到了廣泛的應(yīng)用。LCD1602 一次可以顯示 32 個字符，分兩行顯示。它具有黃綠色背光，并且對比度可調(diào)，與單片機連接十分簡單。連接電路如下圖所示：第 21 頁 共 37 頁圖 3-11LCD1602 與單片機的連接電路圖LCD1602 是一款專門用來顯示數(shù)字、字母和符號的顯示模塊。它又叫作 LCD1602 字符型液晶， 是一種點陣型液晶顯示模塊。它是由若干個點陣字符位組成（包括5

44、X7 或者 5X11）,每一個點陣字符位都是用來顯示字符的。這些字符在顯示的時候每一行以及每一個字符之間都會有一個點距 的間隔，這就使得它不能夠去顯示圖片。LCD1602 的管腳定義圖如圖 3-5 所示：圖 3-12 LCD1602 的管腳定義圖第 22 頁 共 37 頁VSS：接地VDD： 接 5V 電 源 正 極V0：調(diào)節(jié)顯示器對比度端口，當(dāng)此端口接電源時，對比度最弱，反之接地時，其對比度最高。因此可以在此端口接一個可變電阻進行對比度的調(diào)節(jié)。 RS：寄存器選擇端口，當(dāng)此端口接高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，反之選擇指令寄存器。 RW：讀寫信號端口，接高電平時進行讀數(shù)據(jù)操作，接低電平時進行寫數(shù)據(jù)操作

45、。E： 為使能端。D0D7：為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。BLABLK:背燈電源端口。BLA 為正極，BLK 為負極。LCD1602 液晶顯示模塊內(nèi)部的控制器共有11 條控制指令，具體指令如下表所示：表 3-1 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D02光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8 置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9 讀忙標志或地址010 寫數(shù)到CGRAM 或

46、DDRAM）111 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù)11BF計數(shù)器地址0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容顯示器的所有操作都是通過執(zhí)行這些指令來完成的。具體指令的功能如下： 指令 1：清除顯示，指令碼 01H 表示將光標復(fù)位到初始位置 00H.指令 2：光標復(fù)位，執(zhí)行此指令后，光標將會返回到00H 位置。指令 3：光標和顯示模式設(shè)置指令I(lǐng)/D：表示光標移動方向，當(dāng)I/D 為高電平事，表示光標右移，接低電平事左移S： 表示屏幕上顯示的文字是否要移動。當(dāng)S 為高電平時，表示文字要移動，反之無效。指令 4：顯示開關(guān)控制。第 23 頁 共 37 頁D：顯示總開光，當(dāng)此引腳為高電平時表示顯示打開，反

47、之表示顯示關(guān)閉。 C：光標顯示開關(guān)，當(dāng)接入高電平時表示顯示光標，低電平表示不顯示光標。B：光標閃爍開關(guān)，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令 5:移動選擇開關(guān)， 當(dāng) S/C 為高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令 6：功能設(shè)置命令DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符。指令 7：字符發(fā)生器RAM 地址設(shè)置。指令 8：DDRAM 地址設(shè)置。指 令 9： 忙 信 號 的 讀 取 以 及 光 標 地 址 指 令BF：為信號忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者

48、數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令 10：寫數(shù)據(jù)。指令 11：讀數(shù)據(jù)。3.8 報警模塊本系統(tǒng)的報警模塊采用的是XY 系列壓電式蜂鳴器。該蜂鳴器具有耐高溫、耐腐蝕、聲音清脆穩(wěn)定、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。聲光報警電路采用蜂鳴器和發(fā)光二極管作為聲光報警器件，發(fā)光二極管正向?qū)妷阂话?為 1.6V 或 2.4V，由于反向擊穿電壓超過5V，具有非常大的工作電流，所以需要給發(fā)光二接管串接限流電阻。正向?qū)〞r電流流過，發(fā)光二極管發(fā)光，發(fā)光強度跟電流成正比。發(fā)光效率和發(fā)光顏色跟材料有關(guān)。由單片機輸出發(fā)光二極管和蜂鳴器的控制信號，當(dāng)系統(tǒng)檢測到各參數(shù)處于正?？刂品秶鷥?nèi)時，單片機驅(qū)動綠色發(fā)光二極管發(fā)光，檢測到某個參數(shù)處

49、于正常值之外時，單片機驅(qū)動紅色發(fā)光二極管發(fā)光，同時驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警聲音信號。由于蜂鳴器也具有3 OmA 左右非常大的工作電流，所以也需要給蜂鳴器串接限流電阻。第 24 頁 共 37 頁圖 3-13 報警電路3.9 無線傳輸模塊本系統(tǒng)的無線通信模塊采用一款雙頻GSM/GPRS 模塊MC52i 無線模塊。該無線通信模塊內(nèi)部嵌有TCP/IP 協(xié)議棧。MC52i 無線模塊是目前市場上體積最小的雙頻GSM/GPRS 模塊。具有MC35i、MC39i、TC35i 的所有功能和快速GPRS 技術(shù)。該模塊具有高速、易于集成等優(yōu)點廣泛的應(yīng)用到了筆記本微型電腦燈等很多設(shè)備中。在遠程監(jiān)控、無線電話、車載終端和無線POS 終端等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。MC52i 技術(shù)特點： 體積小、重量輕、低功耗 支持數(shù)據(jù)、語音、短信息和傳真 R&TTE，F(xiàn)CC，GCF 和 YCRB 標準認證 AT 命令控制GSM07.05 工作頻率：900/1800MHZ MC52i 模塊特性： 支持電壓范圍：3.3 至 4.4V； 電流消耗：3.0mA（睡眠）；10.0mA（閑置）；300mA（通話，最高 2.0A）；100uA（掉電） 功率：2W-類別 4