1、1引言1.1課題背景及意義當今時代，是一個信息化告訴發(fā)展的時代。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度越來越快，各種新技術(shù)層出不窮，被廣泛的運用在各個方面。其中農(nóng)業(yè)就是一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。新技術(shù)的出現(xiàn)為農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來了新的動力，讓農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量得到增加的同時使用了更少的人力，使生產(chǎn)效率越來越高。在一些地區(qū)，溫室大棚得到了廣泛的應(yīng)用，使人們能夠吃到許多原本在當前季節(jié)吃不到的水果與蔬菜。但是，溫室大棚技術(shù)在當前時代的發(fā)展水平還不夠充足，現(xiàn)今的溫室大棚基本為拱形結(jié)構(gòu)，外部為薄膜等透光性較好的材料，這樣做使得農(nóng)作物能夠獲得較為充足的太陽光，有利于農(nóng)產(chǎn)品的生長。但是溫度卻得不到有效的控制，使得大棚內(nèi)的溫度或高或低，不利于蔬菜

2、或水果的發(fā)育和有機物的積累，造成的結(jié)果就是大棚內(nèi)的產(chǎn)物產(chǎn)量不高，從而使得市場上的價格偏高，不能讓大棚內(nèi)的食品成為每個人都有能力食用的產(chǎn)品，讓人們不在期盼與嘗試，這對于大棚農(nóng)業(yè)的發(fā)展有百害而無一利。為了解決這個不可避免的問題，本設(shè)計使用51單片機進行大棚內(nèi)的溫度控制，通過檢測大棚內(nèi)的溫度實時調(diào)節(jié)以保持最佳溫度，讓大棚里的作物得到最好的生長環(huán)境，從而使得產(chǎn)量能夠增加。使用51單片機主要是由于當前單片機的發(fā)展與廣泛使用，讓單片機的價格不斷下降，從而使用戶得到最高的性價比。1.2單片機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化中的應(yīng)用現(xiàn)狀由于人口增長、資源短缺和環(huán)境變化，經(jīng)濟發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家都在研究21世紀農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)

3、展的問題。將各種現(xiàn)代化高新技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在有限的自然條件下，通過人工建造的設(shè)施控制環(huán)境，提高農(nóng)業(yè)自動化水平，于是產(chǎn)生了設(shè)施農(nóng)業(yè)，這些設(shè)施大部分都是通過單片機進行控制的。設(shè)施農(nóng)業(yè)就是通過采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，改變自然環(huán)境，為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)以及產(chǎn)品的儲藏保鮮等提供適當?shù)沫h(huán)境條件，而在一定程度上擺脫對自然環(huán)境的依賴進行有效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)以其技術(shù)含量高、品質(zhì)高、效益高和集約化等優(yōu)點，在國外發(fā)達國家得到了快速發(fā)展。國外發(fā)達國家一直致力于把自動控制技術(shù)應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)中，即將自動化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物的耕種、施肥、灌溉、防治病蟲害、收貨的全過程，畜禽水產(chǎn)品等飼養(yǎng)全過程，以及農(nóng)產(chǎn)品的加工、儲藏和保鮮的全過

4、程。隨著農(nóng)業(yè)自動化的發(fā)展，發(fā)達國家的設(shè)施農(nóng)業(yè)已經(jīng)形成設(shè)施技術(shù)完備、生產(chǎn)規(guī)范、質(zhì)量保證性強的特點，并向高度自動化、智能化方向發(fā)展，成為推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方面。目前，設(shè)施農(nóng)業(yè)比較發(fā)達的國家有荷蘭、以色列、美國和日本。農(nóng)業(yè)設(shè)施自動化的基本特征就是以農(nóng)業(yè)自動化設(shè)施代替人的勞作，完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的部分或全部作業(yè)。建立在以計算機技術(shù)、自動傳感和控制技術(shù)基礎(chǔ)上的農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：節(jié)水灌溉作業(yè)的自動控制、農(nóng)業(yè)溫室的自動控制、果實收獲作業(yè)的自動控制、農(nóng)產(chǎn)品加工的自動控制和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工廠化等方面。1.3本文結(jié)構(gòu)本文一共分為6章，包含了從背景、設(shè)計、開發(fā)，結(jié)論等各個方面，比較系統(tǒng)的介紹了基于

5、51單片機的溫度控制系統(tǒng)。本文的具體結(jié)構(gòu)如下：第一章為引言，重點介紹了當前大棚技術(shù)的發(fā)展，以及單片機技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，給出了本設(shè)計的設(shè)計目的。第二章為主要器件的應(yīng)用介紹，針對本設(shè)計，給出了所使用的一系列器件的基本介紹，告訴了讀者這些器件的特性，以及使用這些器件的原因。第三章為系統(tǒng)的總體設(shè)計，給出了總體設(shè)計的流程圖，介紹了設(shè)計的思路，給出了系統(tǒng)的組成與各組成的具體功能。第四章為硬件設(shè)計，介紹了使用的各器件的具體內(nèi)部電路第五章為軟件設(shè)計，給出了相關(guān)代碼，并對軟件實現(xiàn)的過程進行了簡單的解釋第六章為總結(jié)，主要是對本設(shè)計的一個歸納，介紹了本設(shè)計的特點與不足，以及對未來此設(shè)計的一個發(fā)展規(guī)劃。2 主要

6、應(yīng)用器件介紹2.1溫度傳感器DS18B20DS18B20溫度傳感器是當前最常用的一種溫度傳感器，它的有效位數(shù)為9位，能夠滿足大部分的使用場合。它使用方便，僅需一條線就能正常的讀指令、寫指令、轉(zhuǎn)換溫度，不需要電池等外部供電設(shè)備，讓它的適應(yīng)范圍得到了最大程度的體現(xiàn)。同時，由于如今的產(chǎn)量較高，DS18B20的價格比較低廉，使用起來性價比較高，不會承擔太多的經(jīng)濟壓力。并且它能夠在各種惡劣的環(huán)境下完成溫度的識別，它可以測量從-55攝氏度到125攝氏度范圍內(nèi)的溫度，范圍比較廣泛。雖然誤差較大，有0.5，但是應(yīng)用在大棚技術(shù)上精度已經(jīng)足夠，所以是最適合的一款溫度傳感器。圖2-1DS18B20的引腳排列Figu

7、re 2-1 pin arrangement of DS18B20DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換速度較快，這就為實時控制溫度提供了可能，他可以在一秒內(nèi)將溫度變?yōu)閿?shù)字，也就是說可以該系統(tǒng)的延時不會超過2秒，這遠遠超過了大棚技術(shù)的要求。同時一條總線上還可以使用多個傳感器，這就可以分類控制，讓大棚內(nèi)的作物不必要只有一種，可以一種作物設(shè)定一種溫度，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了最大的靈活性，同時也不會出現(xiàn)生產(chǎn)過剩的問題，讓農(nóng)民可以合理種植，合理搭配種植的數(shù)量與種類。2.2步進電機步進電機在大棚溫控系統(tǒng)中是相當重要的一個部分，是溫控系統(tǒng)的執(zhí)行器，溫度的實時控制全程需要步進電機的模擬，它在大部分領(lǐng)域都有極其重要的應(yīng)用。其中，

8、自動化領(lǐng)域是步進電機的主要使用領(lǐng)域，尤其是在微電子和計算機技術(shù)飛速發(fā)展的先進，步進電機在自動化控制領(lǐng)域的使用越來越普遍。步進電機的工作原理也相當容易理解，主要就是將接收到的電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移。通俗來說，就是步進電機一開始處于等待狀態(tài)，之后，脈沖信號開始到來，每當接收一個脈沖信號，步進電機就旋轉(zhuǎn)一個很小的角度，這個角度就叫做角位移。每種步進電機的角位移都不一樣，角位移越小，步進電機的精確程度越高，控制步進電機旋轉(zhuǎn)的角度的就越準確。想要旋轉(zhuǎn)固定的角度，只需要給它相應(yīng)數(shù)量的脈沖信號。例如，如果想轉(zhuǎn)動75度，角位移為7.5度，那么只需要給它10個脈沖就能完成。步進電機速度與加速度的改變也不復(fù)雜，主要是

9、通過控制脈沖的頻率來完成的，這些功能足以完成當前設(shè)計的模擬。同直流電機相比，雖然成本偏高，但是誤差卻大大降低，因此還被廣泛的應(yīng)用在各種開環(huán)控制中?，F(xiàn)在市場上的步進電機各種各樣，但比較常用的差不多4種，用戶可以根據(jù)自己的需求靈活選擇。永磁式步機電機的角位移較大，無法實現(xiàn)精準的控制。反應(yīng)式步進電機轉(zhuǎn)矩很大，角位移比與上一種相比較低，但噪音較大，不適合靜音裝置，在大型車間可以使用。混合式步進電機是上面兩種步進電機優(yōu)點的結(jié)合體，角位移很小，所有控制的精準度很高，而且噪音不大，適合靜音裝置的使用。正是因為優(yōu)點眾多，這種步進電機的使用比上面兩種更加廣泛，在這次大棚溫控系統(tǒng)中使用的就是這種步進電機。2.3

10、89c51單片機單片機簡稱MCU，學(xué)術(shù)名稱叫做微控制器。在大多數(shù)人眼里，單片機相當于一臺小型的計算機，因為二者的結(jié)構(gòu)相似。都是由5部分組成，包括運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。二者都可以外接許多設(shè)備，完成一些特定的功能。與計算機相比，他由于體積的關(guān)系，并沒有提供外圍設(shè)備，因此功能相對較少。但是隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化和智能設(shè)備日新月異的情況下，單片機的應(yīng)用也越來越廣泛，大到國家武器，小到家用家電都離不開單片機的使用。說的重要一點就是，沒有了單片機，就沒有如今自動化的發(fā)展。 單片機內(nèi)部存儲器和計算機內(nèi)部的存儲器大致類似，可分為兩種存儲器。一種為只讀存儲器（ROM），顧名思義就是

11、存儲器里的數(shù)據(jù)只能讀取，不能存儲，這種存儲器的靈活程度比較低，但是斷電后存儲器里面的內(nèi)容不會丟失。另一種為隨機存取存儲器（RAM），同上一種存儲器相比，這種存儲器既可以讀取，又可以存儲，靈活性大大加強，但與此同時，這種存儲器也有一個很大的缺點，斷電后存儲器里面的內(nèi)容會清空。也就是說碰上意外斷電的情況時，你的勞動成果可能會一去不回。存儲器中的數(shù)據(jù)用高低電平表示，通過不同的編碼規(guī)則確定獨一無二的數(shù)據(jù)。當你想要存儲某個數(shù)據(jù)時，只需要將數(shù)據(jù)用特定的0,1代碼表示出來，但是在個人電腦上，由于操作系統(tǒng)自動完成這種操作，所以不必需要記住如此復(fù)雜的編碼。AT89C51單片機內(nèi)部含有一個4k大小的而且用flas

12、h工藝制造的FPEROM和一個128字節(jié)大小RAM。 AT89C51是一種能耗比較高的單片機。因為它擁有8位的微處理器和用Flash工藝制造的存儲器，所以在控制領(lǐng)域游刃有余。它的具體組成如下：38個管腳，30個雙向端口，4個外部中斷接口，4個16位定時計數(shù)器,4個串行數(shù)據(jù)交流接口。因為它內(nèi)部有一個隨意修改的Flash存儲器，用戶可以盡情修改，達到高品質(zhì)、低成本的美好結(jié)果。圖2-2 單片機原理圖Figure 2-2 Singlechip schematic diagram2.4本章小結(jié)本部分介紹了設(shè)計所使用的器件，包括DS18B20溫度傳感器，步進電機，單片機等，為之后使用這些器件打下了基礎(chǔ)。3

13、 系統(tǒng)的總體設(shè)計3.1設(shè)計思路本次溫度設(shè)計以51單片機為控制部分，使用溫度傳感器DS18B20將大棚里面的溫度測量出來，將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，經(jīng)過單片機處理和存儲后，比較現(xiàn)在的溫度與用戶所設(shè)置的溫度界限，如果測量到的溫度在設(shè)定的溫度以下，就通過數(shù)碼管顯示當前的溫度，如果不在設(shè)定的范圍內(nèi)，就在顯示此溫度的同時自動改變當前的溫度。本系統(tǒng)的主要功能有能夠在數(shù)碼管上實時顯示當前溫度以方便用戶的讀??；并且設(shè)有溫室大棚的溫度限制，超出溫度范圍后可以自動調(diào)節(jié)溫室大棚的溫度，保持溫室大棚的正常溫度，使農(nóng)作物可以在最合適的溫度下生長。用戶可以在單片機上設(shè)定溫室大棚所需要的合適溫度，并且可以對系統(tǒng)運行的溫度進行及時

14、調(diào)整。圖3-1系統(tǒng)設(shè)計流程圖Figure 3-1 flow chart of system design3.2設(shè)計的功能及系統(tǒng)組成這次的大棚溫控系統(tǒng)主要由4部分組成：AT89C51單片機、溫度采集系統(tǒng)，步進電機執(zhí)行系統(tǒng)，顯示模塊。主要功能是實現(xiàn)在在溫室大棚中采集實時的溫度并將溫度顯示在靜態(tài)數(shù)碼管上，同時自動調(diào)節(jié)溫室大棚的溫度，使它始終保持在最適溫度范圍內(nèi)。AT89C51單片機：系統(tǒng)的主要控制中心，溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)需要存儲到單片機的存儲器中，并且在單片機的處理器進行數(shù)據(jù)的處理，同時編寫的程序也需要下載的單片機中才能實現(xiàn)設(shè)定的功能，比如溫度和轉(zhuǎn)速的修改等。溫度采集系統(tǒng)：溫度的采集需要依賴溫度

15、傳感器，考慮到性價比、測量的溫度范圍以及編程的難度，這次使用的市面上最常見的溫度傳感器DS18B20。步進電機執(zhí)行系統(tǒng)：步進電機執(zhí)行系統(tǒng)是系統(tǒng)組成的重要部分，是該設(shè)計的執(zhí)行部分，當溫度超出設(shè)定溫度時，步進電機開始旋轉(zhuǎn)，以此模擬溫控設(shè)備進行降溫；并且溫度越高，通過使步進電機的轉(zhuǎn)速加快來模擬降溫程度更大，以達到實時控制溫室大棚溫度的目的。顯示模塊：通過靜態(tài)數(shù)碼管顯示當前溫度，使用戶在知道當前溫度的前提下合理的設(shè)置所需要的合適溫度。3.3本章小結(jié)這部分介紹了本設(shè)計的總體設(shè)計思路，給出了設(shè)計的流程圖以及設(shè)計的主要思想。最后給出了一部分的實驗方法。4系統(tǒng)硬件組成及硬件設(shè)計4.1溫度采集系統(tǒng)溫度采集是大棚

16、溫控系統(tǒng)中負責采集溫度信息的一個模塊，在這個系統(tǒng)中，選用的是DS18B20溫度傳感器，支持多點測溫；同時不需外部電源，所需電源只需數(shù)據(jù)線就能提供。初始化操作：首先將總線電平置零480到960微秒之間，然后將電平設(shè)置為1，在15到60微秒之間，溫度傳感器會做出反應(yīng)。如果此時電平為1，初始化成功，反之則失敗。讀字節(jié)操作：首先將總線電平拉低1微秒，然后拉高，等待6微秒后讀取數(shù)據(jù)，讀取完一個數(shù)之后過48微秒在接著讀取下一個數(shù)。寫字節(jié)操作：首先將總線電平拉低1微秒。然后寫入數(shù)據(jù)，延時等待不得少于60微秒，之后將總線電平拉高，過1微秒之后重復(fù)上述操作寫入第二個數(shù)據(jù)。4.2步進電機執(zhí)行系統(tǒng)步進電機執(zhí)行系統(tǒng)是

17、系統(tǒng)的執(zhí)行部分，通過步進電機的轉(zhuǎn)速變化來模擬溫控設(shè)備對大棚溫度的改變。步進電機的IC型號為UDN2916LB，UDN2916LB能夠驅(qū)動雙繞組雙極步進電機。試用的電機電壓范圍是10V-45V，邏輯電源電壓不超過7V；通過內(nèi)部脈寬調(diào)制控制器（PWM）實現(xiàn)750mA的輸出電流。每個PWM控制器由一組電橋、一個感應(yīng)電阻、一個內(nèi)部比較器和一個單穩(wěn)多諧振蕩器組成，來獨立感應(yīng)和控制輸出電流。圖4-1步進電機原理圖Figure4-1 Schematic diagram of stepping motor4.3顯示模塊數(shù)碼管在生活中運用廣泛，大到每個路口都有的紅綠燈，小到電子手表，都已經(jīng)慢慢的滲透在我們的一言

18、一行之中。數(shù)碼管顯示的數(shù)字都是通過段碼控制的，想要使用數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)時，就是用編程的方法設(shè)置數(shù)碼管的段碼和位碼。數(shù)碼管價格實惠，是當前顯示的主要載體，因此在這個設(shè)計中使用的數(shù)碼管。平常的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)只會顯示一位數(shù)字，這明顯不符合期望。為了顯示多位數(shù)字，我們可以將數(shù)字之間的延時定到合適的大小。在這種情況下，雖然還是一位一位顯示，但是利用眼中的余暉，就會同時看到多位數(shù)字，這樣就可以讀取到大棚的溫度了。數(shù)碼管也叫7段數(shù)碼管，他的7段亮光共同組成了一個8字，點亮不同亮段的組合就形成了數(shù)字0-9，但其實它一共有8段，第8段是用來控制小數(shù)點的位置，與顯示的數(shù)字沒有關(guān)系。其中，數(shù)碼管有兩種類型：共陰極和共

19、陽極。二者的差距主要就是看數(shù)碼管段碼連接到一起的地方是接地還是接電源。如果是接地，就是共陰極，反之，就是共陽極。二者的點亮方式正好相反，使用共陰極時，如果需要點亮相應(yīng)的段時，只需要賦予它高電平即可，如果是共陽極，那么點亮它就需要給它低電平，二者的段碼是不能共用的。 圖4-2數(shù)碼管動態(tài)顯示原理圖Figure4-2 Dynamic display of digital tube schematic diagram表4-21602的引腳說明Table 4-21602 pins instructions編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data 1/02VDD電源正極10D3Data

20、 1/03VL液晶顯示偏壓信號11D4Data 1/04RS數(shù)據(jù)命令選擇12D5Data 1/05R/W讀寫選擇端13D6Data 1/06E使能信號14D7Data 1/07D0Data 1/015BLA背光源正極8D1Data 1/016BLK背光源負極4.4電路設(shè)計4.4.1單片機引腳及電路圖了解單片機結(jié)構(gòu)就要先熟悉單片機內(nèi)部的連線，在單片機內(nèi)部 主要用到一下結(jié)構(gòu):（1） 電源：單片機電源為5V或者3.5V，可以通過手工隨意切換。單片機的供電主要是通過與電腦相連的數(shù)據(jù)線供電，不需外接其他電源，使得單片機的使用比較方便。 （2） 振蕩模塊：提供定時器所需的時序信號，與外接的晶振電容相連接，

21、外部的晶振電容的頻率可以自己選擇適合自己的，具有很高的靈活性，沒有晶振電容，振蕩電路就無法正常的工作。（3） 復(fù)位模塊:連接到正電源端。單片機共有4個端口，分別為P0到P4，其中P0端口是單片機中常用的端口。如圖所示，P0端口包括鎖存器、輸入緩沖器、鎖存器、多路開關(guān)、輸出緩沖器、內(nèi)部總線、與非門等器件組成。輸入緩沖器中由兩個三臺緩沖器，其中的三態(tài)指的是三種狀態(tài)，分別為0態(tài)、1態(tài)和高阻態(tài)，這是數(shù)據(jù)進入單片機的必經(jīng)之路。單片機也是一種時序電路，而要形成鎖存器也需要時序電路，形成時序電路，需要觸發(fā)器保存二進制數(shù)和D觸發(fā)器，對于D觸發(fā)器，當D觸發(fā)器的輸入端板有數(shù)據(jù)輸入時，只有同時存在時序脈沖式輸入信號

22、才能從傳到Q端。 與門就是00為0,01為0,11為1。而與非門則相反，00為1,01為1,11為0。大部分的與非門就是在與門之前加一個反相器，所以二者的本質(zhì)是一樣的。圖4-3 P0口工作原理Figure 4-3 P0 port working principle4.4.2晶振模塊時序電路是單片機中不可或缺的一部分，單片機工作離不開時序電路的控制，就如溫度傳感器一般，溫度傳感器的使用也需要根據(jù)時序圖進行編程。但是單片機的所需的頻率是有范圍的，必須要有所限制，否則就無法正常工作。與此同時，所選的晶振頻率據(jù)定了單片機的頻率，由此推斷出晶振頻率也不能隨意選擇，必須要進行必要的限制，否則可能會造成頻率

23、過高或者過低，定時器等無法正常工作，嚴重時可能還會損害芯片。 圖4-4晶振工作原理圖 Figure 4-4crystal vibration principle diagram4.4.3復(fù)位模塊從日常的生活中，我們無時無刻不能感覺到復(fù)位電路的重要性，當一個計算器或者其他電子產(chǎn)品卡死時，除了等它耗光電只有復(fù)位鍵才能拯救他們，沒有了復(fù)位鍵，一個電子產(chǎn)品就像少了一個清理工與維修器。復(fù)位模塊的原理也不復(fù)雜，主要就是通電復(fù)位，通過給電路提供電流，造成電容的短接，此時電流無法工作，只能給電容充電，直到 RSTC端的電壓降低為低電平，電路才能正常工作，復(fù)位需要的時間不多，但是卻不可缺少，它相當于清除了單片機

24、所有的負面狀態(tài)。復(fù)位模塊的構(gòu)造也不復(fù)雜，它主要由3個元件構(gòu)成：在一個電容并聯(lián)一個開關(guān)的前提下在串聯(lián)一個接地的電阻。單片機能夠復(fù)位主要就是因為電容充電導(dǎo)致電路所需的電大不足，當充電完畢后，電壓達到了電路的要求，復(fù)位就無法繼續(xù)了。在每次啟動單片機時候，都可以進行復(fù)位，這樣可以使得單片機可以以最好的狀態(tài)運行。 圖4-5復(fù)位電路電路圖 Figure 4-5 reset circuit diagram4.5本章小結(jié)本部分主要介紹了本次設(shè)計所需要的硬件開發(fā)平臺以及所有的外圍硬件部分，為之后硬件的使用和連接以及硬件平臺的使用奠定了基礎(chǔ)。 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1軟件設(shè)計流程軟件設(shè)計就是根據(jù)所需功能在相關(guān)電路

25、的基礎(chǔ)上編寫代碼的過程。在硬件設(shè)計完成之后，軟件設(shè)計就是要利用溫度傳感器讀取溫度，將讀取到的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器送到存儲器之中，在運算器中進行數(shù)據(jù)的處理，根據(jù)不同的溫度范圍，編程控制步進電機的旋轉(zhuǎn)速度。 溫度判斷的具體過程，要進行溫度判斷分析，首先進行初始化，然后讀入溫度數(shù)值。如果溫度沒有超過溫度界限，那么步進電機不工作，溫度不需要改變；假如溫度超過值較小，比如在5攝氏度之內(nèi)，那么步進電機以低速旋轉(zhuǎn)，模擬溫控設(shè)備降低溫度；假如溫度超過溫度界限較大時，那么步進電機以高速旋轉(zhuǎn)，使溫度快速回到限定范圍之內(nèi)，以此來達到控制溫度的目的。同時，將溫度數(shù)值通過數(shù)碼管顯示出來，讓用戶了解當前的溫度，以此來獲得更好的

26、使用感覺。5.2DS18B20的軟件實現(xiàn)DS18B20的使用需要進行初始化和讀、寫操作的定義，此定義都是根據(jù)溫度傳感器所給的文檔中的時序圖進行編程實現(xiàn)的，此程序如下。 圖5-1初始化時序圖 Figure 5-1 Initialization sequence diagramunsigned char Ds18b20Init()unsigned int i;DSIO=0; /將總線拉低480us960usi=70;while(i-);/延時642usDSIO=1;/然后拉高總線，若DS18B20做出反應(yīng)會將在15us60us后將總線拉低i=0;while(DSIO)/等待DS18B20拉低總線i

27、+;if(i>50000)/等待>50MSreturn 0;/初始化失敗return 1;/初始化成功 圖5-2寫電路時序圖 Figure 5-2 Write circuit timing diagramVoid unsigned Ds18b20WriteByte(unsigned char dat)unsigned int i,j;for(j=0;j<8;j+)DSIO=0;/每寫入一位數(shù)據(jù)之前先把總線拉低1usi+;DSIO=dat&0x01; /然后寫入一個數(shù)據(jù)，從最低位開始i=6;while(i-); /延時68us，持續(xù)時間最少60usDSIO=1;/然后釋

28、放總線，至少1us給總線恢復(fù)時間才能接著寫入第二個數(shù)值dat>>=1; 圖5-3讀電路時序圖Figure 5-3 Read circuit timing diagramunsigned char Ds18b20ReadByte()unsigned char byte,bi;unsigned int i,j;for(j=8;j>0;j-)DSIO=0;/先將總線拉低1usi+;DSIO=1;/然后釋放總線i+;i+;/延時6us等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定bi=DSIO; /讀取數(shù)據(jù)，從最低位開始讀取byte=(byte>>1)|(bi<<7); /*將byte左移一位

29、，然后與上右移7位后的bi，注意移動之后移掉那位補0。*/ i=4;/讀取完之后等待48us再接著讀取下一個數(shù)while(i-);return byte;表5-1 DS18B20控制指令Table 5-1 DS18B20 control command將初始化和讀、寫時序編寫完畢后之后，就可以使用以上指令得到溫度值，方便實用。5.3步進電機的軟件實現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)動分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，主要是通過節(jié)拍控制的。電機內(nèi)部分為兩個線圈，節(jié)拍就是通過這兩個線圈的正反電流來控制的。正轉(zhuǎn)：A線圈反向電流B線圈正向電流A線圈正向電流B線圈反向電流反轉(zhuǎn)：B線圈反向電流A線圈正向電流B線圈正向電流A線圈反向電流void

30、 Go() /A PH1 = 0; /PH1為0 則A線圈為反向電流 I01 = 0;I11 = 0; /以最大電流輸出PH2 = 0; /PH2為0 則B線圈為反向電流I02 = 1;I12 = 1; /輸出0delay(speed);/0PH1 = 0; /PH1為0 則A線圈為反向電流 I01 = 1; /輸出0I11 = 1;PH2 = 1; /PH2為1 則B線圈為正電流I02 = 0; /以最大電流輸出I12 = 0;delay(speed);PH1 = 1; /PH1為1 則A線圈為正向電流 I01 = 0; /以最大電流輸出I11 = 0;PH2 = 1; /PH2為1 則B線

31、圈為正向電流I02 = 1; /輸出0I12 = 1;delay(speed);PH1 = 1; /PH1為1 則A線圈為正向電流I01 = 1;I11 = 1;PH2 = 0; /PH2為0 則B線圈為反向電流I02 = 0;I12 = 0;delay(speed); 5.4 Keil應(yīng)用Keil相對于單片機就相當于VC+6.0對于C語言和C+，Keil也是一個開發(fā)平臺，在此平臺上人們進行建立新的工程項目，用C語言或者匯編語言編寫單片機的程序，之后進行編譯，無錯后生成HEX文件，這些流程與其他的軟件開發(fā)平臺大致類似，不會讓使用者有太多的陌生感，為單片機的開發(fā)提供了相當大的便利。有了Keil這

32、個編程平臺，使用C語言進行編程就會更加簡單，同時如同別的變成平臺一般，Keil也提供了一系列的庫函數(shù)和開發(fā)調(diào)試工具，讓新手更容易上手，也讓那些學(xué)習(xí)過C語言的大學(xué)生更加適應(yīng)。同時，Keil也支持匯編編程，針對那些使用低級語言的年紀較大的編程者，Keil充分考慮到了這些人的使用習(xí)慣，這也使得keil成為單片機開發(fā)一個經(jīng)典的平臺。 Keil軟件的使用和其他的編程軟件大致類似，僅需要以下幾個步驟，就能實現(xiàn)代碼的實現(xiàn)。（1）創(chuàng)建一個新工程，根據(jù)單片機選擇合適的芯片。（2）建立C文件和h文件，將這些與工程有聯(lián)系的文件增添到此設(shè)計的工程目錄當中。（3）像之前一樣使用C語言或者匯編語言就行程序的編寫。（4）進

33、行編譯，找到程序中的錯誤，直到編譯通過。（5）生成HEX文件，將該文件下載到單片機中 在Keil軟件中編寫的代碼完全適用C語言的所有規(guī)則，并且多了單片機編程中專用的h文件，如reg51.h。源代碼由uVision4 IDE創(chuàng)建，并被C51編譯或A51匯編。編譯器和匯編器從源代碼生成可重定位的目標文件。Keil軟件由于使用C語言編程，所以他的編譯器和VC+6.0的大致類似，遵循的標準都是當前流行的ANSI C語言標準，上面所描述的所有C語言的特點在keil軟件編程中都能得到最好的體現(xiàn)，使得keil軟件同C語言一樣流行。Keil的編譯器同大多數(shù)的編譯器一般，也需要很多信息，如，變量名，語法規(guī)則，編

34、譯算法等。如果缺少了其中任意部分，編譯器都無法正常的工作。5.5系統(tǒng)的分析與調(diào)試大棚溫控系統(tǒng)由于是使用單片機所做的開發(fā)，所以該設(shè)計是在Keil開發(fā)平臺上完成的，同時由于大學(xué)中學(xué)習(xí)了C語言的使用，并且C語言同匯編語言相比更加簡潔，方便，不需了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因為選用C語言作為這次溫控系統(tǒng)的編程語言。所以完成這和設(shè)計最主要的就是熟悉Keil開發(fā)平臺，單片機的接口以及C語言的使用。首先通過書籍和視頻，了解到Keil軟件工程的建立方法，以及接下來一系列的步驟，如添加文件，創(chuàng)建HEX文件等。之后便如同在其他開發(fā)平臺上一樣，使用C語言進行單片機程序的編寫，編寫完成后進行編譯，直到提示沒有錯誤時，單片機程序的編

35、寫才最終完成。之后在Keil軟件上創(chuàng)建HEX文件，這是單片機與電腦連接的重要文件，這個文件需要燒錄軟件才能下載到單片機中，所以這次設(shè)計我是用的燒錄軟件是PZ-ISP V1.48。這款軟件使用簡單，這也是我選用的主要原因，下載程序僅需要設(shè)置一些參數(shù)即可，方便實用。 設(shè)置步驟如下：（1） 選擇芯片的型號，這主要取決于你所使用的單片機的芯片型號，因此本設(shè)計選擇的型號為STC89C5XX系列，這符合我們單片機的類型。（2） 選擇串口號，這主要取決于你的單片機連接到哪個端口，基本上軟件會自己選擇，不需要用戶自己設(shè)定（3） 選擇波特率，這決定了下載的速度，波特率對于串口通信極其重要。（4） 選擇文件，找到

36、你剛剛建立的HEX文件，你所要下載的就是這個文件。之后點擊下載程序，打開你所使用的單片機，編寫的程序就會下載到單片機的芯片上，單片機就會通過控制器根據(jù)你寫的代碼，進行控制。當然，想要實現(xiàn)功能，還要根據(jù)單片機的電路結(jié)構(gòu)，進行合理的連線，達到軟件和硬件相結(jié)合，這時才會看到理想中的結(jié)果。圖5-1Keil C程序運行Figure 51 keil C program running圖5-2下載圖Figure 5-2 download figure演示時，由于單片機中已經(jīng)存在你所編寫的程序，并且外部的連線也已經(jīng)完成，所以只需要通過數(shù)據(jù)線給它供電即。開始供電后，數(shù)碼管會顯示當前的溫度，而我們需要做的就是觀察

37、。觀察當前溫度的變化。將當前的溫度與自己設(shè)定溫度界限進行比較。若當前溫度沒有超過溫度界限，則步進電機不進行工作，此為正?，F(xiàn)象；此時，若想觀察其他情況，可以用手捂住DS18B20傳感器，讓傳感器的溫度慢慢上升，觀察數(shù)碼管顯示的當前溫度，同時觀察步進電機的轉(zhuǎn)速。會發(fā)現(xiàn)溫度越高，步進電機的轉(zhuǎn)速越快。經(jīng)過測試，完全可行。因而簡單實現(xiàn)了對溫度的控制。5.6本章小結(jié)本部分具體的介紹了各個模塊的軟件實現(xiàn)方法，通過給出一系列相關(guān)代碼解釋了相關(guān)模塊是如何在相關(guān)代碼的控制下工作的。6 總結(jié)將程序通過軟件燒錄到單片機中，經(jīng)過簡單連線后，靜態(tài)數(shù)碼管開始顯示當前溫度，當溫度低于30度時，發(fā)現(xiàn)步進電機不轉(zhuǎn)動，當溫度處于3

38、0-35攝氏度時，步進電機低速轉(zhuǎn)動，當溫度大于35攝氏度時，步進電機高速轉(zhuǎn)動。此設(shè)計很好的完成了對溫度控制的模擬，但是在精度方面還需要改進，由于水平問題，本設(shè)計的精度過大，無法完成精準的溫度控制，在相當大的范圍內(nèi)步進電機的轉(zhuǎn)速都是一致的，這與實際的使用并不符合，因此以后可以對精度進行更加準確的控制。這次大棚溫控系統(tǒng)主要是的控制器就是單片機，溫度傳感器在測量后，將溫度數(shù)據(jù)通過輸入緩沖器發(fā)送給單片機，供單片機存儲和控制，單片機控制步進電機的轉(zhuǎn)動，通過步進電機的轉(zhuǎn)速來模擬溫控設(shè)備對于溫室大棚的溫度控制。同時，這篇文章也介紹了一些單片機的相關(guān)知識，介紹了單片機的硬件機構(gòu)，如內(nèi)部的各種寄存器、存儲器、緩

39、沖器和相關(guān)電路。同時介紹了軟件結(jié)構(gòu)，如，單片機端口的使用等。重點介紹了溫度傳感器優(yōu)缺點、結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法。溫度傳感器是此次設(shè)計的核心器件，他的選擇好壞直接關(guān)系著設(shè)計的成功與否，一個合適的傳感器可以正確的采集到想要的數(shù)據(jù)并且在壞境變化時受到較小的影響，能夠使得產(chǎn)品有更好的現(xiàn)實使用價值。本次設(shè)計通過51單片機和溫濕度傳感器使得系統(tǒng)可以比較精確的測得想要的數(shù)據(jù)，并且憑借51單片機和溫度傳感器BS18B20的高性價比和實用性、使得系統(tǒng)有較高的推廣和顯示應(yīng)用的價值。嚴歌苓說，人之間的關(guān)系不一定從陌生進展為熟識，從熟識走向陌生，同樣是正常進展。人與人之間的緣分，遠沒有想像中的那么牢固，也許前一秒鐘還牽手一起經(jīng)歷風雨，后一秒就說散就散，所以，你要懂得善待和珍惜。人與