摘要隨著人口在增長以及快速的城鎮(zhèn)化建設，耕地資源成為了影響我國經(jīng)濟發(fā)展以及糧食安全的重要因素，因此大棚種植或室內種植成為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要一環(huán)，而為了更有效的管控與促進農(nóng)作物的生長，在大棚種植和室內種植技術中都需要對所栽培的各種綠植進行實時監(jiān)測，因此一款多功能的植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)成為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的追求?；诖吮尘?，本文介紹了一款新型植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)采用STC89C52微處理器芯片作為核心主控，并集合了液晶顯示模塊、溫濕度感應器模塊、光敏電阻感應器模塊、控制電路模塊等功能模塊而進行設計。該系統(tǒng)可對綠植正常生長所需的環(huán)境條件進行實時監(jiān)測與顯示，同時系統(tǒng)可基于所獲取的參數(shù)信息適時對綠植周圍的環(huán)境參數(shù)進行調控，例如對濕度、溫度、光照等參數(shù)實時監(jiān)測與調控，此外，基于藍牙通信技術，用戶可根據(jù)手機對系統(tǒng)進控制進而調控綠植周圍的環(huán)境參數(shù)，最終人為的為綠植的生長創(chuàng)造了最佳的外部環(huán)境條件。相較于市面常見的相關植物生長智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有體積小、結構簡單、性價比高、節(jié)能環(huán)保等特點，其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術的將具有一定的積極作用。關鍵詞：單片機控制；溫濕度傳感器控制；LCD液晶顯示器；藍牙AbstractWithpopulationgrowthandrapidurbanization,arablelandresourceshavebecomeanimportantfactoraffectingmycountry'seconomicdevelopmentandfoodsecurity.Therefore,greenhouseorindoorplantinghasbecomeanimportantpartofmodernagriculture,andinordertocontrolandpromotemoreeffectivelyThegrowthofcropsrequiresreal-timemonitoringofvariousgreenplantscultivatedingreenhouseplantingandindoorplantingtechnology,soamulti-functionalplantcultivationmonitoringsystemhasbecomethepursuitofmodernagriculture.Basedonthisbackground,thispaperintroducesthedesignofanewtypeofplantcultivationmonitoringsystem.ThesystemusesSTC89C52microprocessorchipasthecoremaincontrol,andintegratesliquidcrystaldisplaymodule,temperatureandhumiditysensormodule,photoresistorsensormodule,controlFunctionalmodulessuchascircuitmodulesaredesigned.Thesystemcanmonitoranddisplaytheenvironmentalconditionsrequiredforthenormalgrowthofgreenplantsinrealtime.Atthesametime,thesystemcantimelyadjusttheenvironmentalparametersaroundthegreenplantsbasedontheobtainedparameterinformation,suchasreal-timemonitoringofparameterssuchashumidity,temperature,andlight.Inaddition,basedonBluetoothcommunicationtechnology,userscancontrolthesystemaccordingtothemobilephonetoadjusttheenvironmentalparametersaroundthegreenplants,andfinallyartificiallycreatethebestexternalenvironmentalconditionsforthegrowthofgreenplants.Comparedwiththecommonrelatedplantgrowthintelligentmonitoringsystemsinthemarket,thesystemhasthecharacteristicsofsmallsize,simplestructure,highcostperformance,energysavingandenvironmentalprotection,etc.,whichwillplayacertainpositiveroleinmodernagriculturaltechnology.Keywords:Singlechipmicrocomputercontrol；Temperatureandhumiditysensorcontrol；LCDliquidcrystaldisplay；Bluetooth目錄1緒論 11.1研究背景 11.2植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢 11.3本論文的主要內容 12系統(tǒng)整體框架 22.1系統(tǒng)設計要求 22.2系統(tǒng)設計思路 22.3模塊方案選擇 32.3.1主控芯片的選擇方案 32.3.2光強檢測選擇方案 62.3.3溫濕度傳感器選擇方案 72.3.4顯示器的選擇方案 83硬件設計 103.1電源電路設計 103.1.1開關電源的工作特點 103.1.2系統(tǒng)電源電路 103.2單片機最小系統(tǒng)電路設計 103.2.1單片機簡介 103.2.2時鐘電路 113.2.3復位電路 113.3藍牙模塊電路設計 123.4傳感器電路設計 133.4.1溫濕度檢測電路 133.4.2光照強度檢測電路 143.5顯示電路設計 153.6繼電器的驅動電路 164程序設計 164.1整體程序設計框架 174.21602液晶子程序設計 184.3溫濕度傳感器子程序設計 184.4控制電路程序設計 195系統(tǒng)整體調試 215.1調試方案 215.2硬件調試 215.2.1系統(tǒng)上電初始化測試 215.2.2獨立元器件檢測 215.2.3單片機最小系統(tǒng)調試 225.2.4顯示模塊的調試 225.2.5控制電路的調試 225.3軟件調試 255.3.1藍牙系統(tǒng)調試 255.3.2單片機程序調試 265.4整機調試 276結論 291緒論1.1研究背景近年來，植物的培養(yǎng)在越來越多的家庭中出現(xiàn)，人們越來越喜歡在自己的庭院中種植一些植物，隨著人們的需求越來越高，也伴隨著越來越多的問題出現(xiàn)。植物的監(jiān)控和培養(yǎng)需要耗費很多時間和極大的人力物力，因此急需設計一款智能化的植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。因此，研究符合市場需求的基于單片機植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對提高人們的生活質量具有一定積極的意義。1.2植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢當前國內研究植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)取得一定的成果，但是大部分研究都是應用于園林建設中。在當前國內溫室大棚植物的培養(yǎng)環(huán)境中,因為大棚植物適宜的營養(yǎng)生存培養(yǎng)環(huán)境中對空間溫度、濕度要求和相對光照的強度也都較有一些要求,溫度的過高或溫度過低一般都會大大影響溫室植物正常的生長,光照度不足就會極大影響到植物自身的光合作用，因此急需一種智能化系統(tǒng)。但現(xiàn)有產(chǎn)品都存在價格高，體積龐大，結構復雜等缺點，并不適合家庭種植使用，未來肯定會向著體積小、結構簡單、使用方便等方面進行發(fā)展。因此，設計一款價格實惠、操作方便、簡單的植物培養(yǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，可以為人們提供更多的選擇。1.3本論文的主要內容本設計試圖研究一款植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，其主要內容具體如下：本論文第一章介紹了設計的研究背景、發(fā)展前景等問題，明白人們對該設計的需求。第二章主要介紹了系統(tǒng)的框架、方案的選用等，初步了解該設計的總體思路，使接下來的設計更加方順利方便。第三章開始介紹系統(tǒng)的硬件部分，及選用的方案如何使用，連接硬件電路。完成基本的系統(tǒng)雛形。第四章介紹的是系統(tǒng)的軟件部分，該部分使用了Keil來編寫程序，通過C語言實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。第五章介紹的是總體軟硬件的制作及調試，通過軟硬件結合對系統(tǒng)進行調試，解決調試過程中出現(xiàn)的問題，直到完成最終結果。第六章寫的是本次設計的總結，通過本次設計得到的收獲等。2系統(tǒng)整體框架2.1系統(tǒng)設計要求設計基于單片機植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：1、液晶實時顯示溫度和濕度值（溫度范圍0-50度，濕度范圍10%-95%）。2、將溫濕度通過手機藍牙模塊實時上傳到手機藍牙APP。并可以通過手機藍牙APP設置溫度和濕度的上限和下限。3、溫度低于下限：加熱繼電器閉合，風扇不啟動。溫度高于上限：風扇啟動，加熱繼電器斷開。溫度在上下限之間風扇關閉，加熱繼電器斷開。4、濕度低于下限：加濕繼電器閉合，除濕繼電器斷開。濕度高于下限：加濕繼電器斷開，除濕繼電器閉合。濕度在上下限之間，加濕繼電器和除濕繼電器均斷開。5、如果光照不足，則高亮LED燈亮，否則高亮LED燈滅。并且可以通過光照傳感器上的電位器調節(jié)光照閾值。2.2系統(tǒng)設計思路通過查閱文獻以及技術資料，確定了本系統(tǒng)的設計思路如下：首先，溫度參數(shù)和空氣濕度指數(shù)的快速精確實時檢測系統(tǒng)設計分析和控制研究仍是值得本次設計繼續(xù)研究及探討開發(fā)的重要技術內容。當實際工作時環(huán)境介質中介質表面的實際環(huán)境溫濕度參數(shù)會發(fā)生電阻異常的變化現(xiàn)象的場合時,DHT11溫濕度傳感器是首先將隨著測量現(xiàn)場實際溫度、濕度指標變化的相應的變化的電阻值而信號自動地變化,然后再分別的將信號自動地變化后對應的被測量現(xiàn)場電阻參數(shù)分別通過電壓轉換輸入電路模擬和數(shù)轉換將模擬信號通過自動電壓檢測裝置輸出轉化為具有相對的應變化值信號的輸入模擬和電壓,然后又分別地把這些輸入模擬和電壓信號輸出再依次由電路A/D轉換器分別把轉換后輸出轉化為相應的數(shù)字信號的輸出值并被分別轉送入溫濕度控制器或到溫濕度單片機系統(tǒng)中。單片機可以通過電路對溫度傳感器采集或接收采集到溫度的濕度信號輸入后進行溫度濾波,查對溫濕度表后可以準確得到溫度傳感器實際測量所需要測量所得的溫度值的濕度值。然后通過手機藍牙軟件設定出最適宜濕度傳感器的最佳測量溫度區(qū)間值和最大測量空氣濕度范圍,傳感器還將持續(xù)向最小溫濕度系統(tǒng)設備中持續(xù)輸送溫度和監(jiān)控空氣溫濕度信號,若值超過傳感器預設值,則控制模塊就會工作。根據(jù)自然界各種溫度不同季節(jié)的植物生長發(fā)育最寬適應溫度來進行溫度自動調節(jié),若環(huán)境溫度低于下限溫度時則需要采取緊急升溫保護措施。若環(huán)境溫度高于大棚上限溫度時則可以采取通風降溫等措施,為有效滿足大棚種植不同土壤種類植物的對室內溫濕度控制的基本要求,大棚可以進行隨時進行對室外溫、濕度條件進行實時調節(jié),對于某些不利環(huán)境情況都能夠做到及時正確的加以發(fā)現(xiàn),并隨時可以做到及時地采取了相應針對性的調節(jié)措施而進行相應調整。系統(tǒng)設計簡圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)構架圖2.3模塊方案選擇2.3.1主控芯片的選擇方案方案1：本設計的中央控制器采用芯片為STC89C52芯片,而STC89C52是一種小型單片機，由北京宏晶公司生產(chǎn)。其主要的生產(chǎn)特征之一則主要是其產(chǎn)品應用到了高密度的單芯片技術,從而減少到了其整形機生產(chǎn)和設計上的生產(chǎn)成本,其整體生產(chǎn)軟硬件技術配置則和MCS負五十一系列產(chǎn)品完全地相兼容,應用到了高密度非容易失性存儲器的生產(chǎn)原理和工藝技術來組織生產(chǎn),結合到了更多功能的8-位CPU技術和高密度閃存技術集成在了同一個芯片架構體系中,因此產(chǎn)品能讓國內市場中廣大的用戶所廣泛接受。其包含的程序文件都是可進行擦寫修改的和重寫的,這一切無疑地使得嵌入式軟件開發(fā)測試工作和計算機可靠性評估測試等工作起來更容易,也同時還為其它許多的嵌入式硬件控制系統(tǒng)軟件開發(fā)人員提供出了一種更為方便靈活實用的且是經(jīng)濟廉價、有效可靠的嵌入式測試工作解決方案。圖2.2STC89C82內部結構圖圖2.3STC89C82引腳圖方案2：采用MSP430單片機作為主控芯片，該芯片相對于STC89C52單片機具有超強的處理能力，能快速的處理數(shù)據(jù)，運算速度快的同時還具有超低的功耗。同時該系列單片機的片內具有較為豐富的資源，如果對速度要求不是很高的設計，使用51單片機在價格、開發(fā)資源、便捷、位處理器方面更具有優(yōu)勢。圖2.4MSP430單片機引腳圖圖2.5MSP430單片機結構原理圖因此選擇方案1作為本次設計的主控芯片。2.3.2光強檢測選擇方案方案1:該套測試系統(tǒng)中將需要選擇其中一個光敏電阻傳感器模塊以實現(xiàn)其對工作周圍工作環(huán)境光照度值進行定量自動的檢測,該傳感器模塊也就相當于可以用來直接來實現(xiàn)其對其周圍的工作場所環(huán)境燈光信號的最大亮度范圍值和其相對的光強度等進行的定量的檢測。光敏電阻器是由一個主要由金屬硫化物間隔物或金屬硒化物間隔物等以及新型特殊半導體材料等元件制成的電路制成的一個新型的特殊結構半導體電阻器。隨著電路光照強度的逐漸急劇的增加,電阻值也則將迅速而大幅地下降,亮態(tài)電阻值一般也都可隨之逐漸縮小至1KΩ以下。光敏電阻器件對外界光強也變得非常特別之敏感。無光環(huán)境工作時一般可長時間處于極強高直流電阻的狀態(tài),暗阻工作時一般也均可達至大于1.5MΩ。隨著世界微電子科學技術水平研究的和日益快速發(fā)展,光敏電阻器件具有的上述這些的特殊電子技術性能特點將是越來越的得到了更加廣泛有效地應用。設計各種光控電路時,都會要求用由自然反射的光線來做作被控制元件的工作光源,使照明系統(tǒng)的設計工作程序都大為的得以進一步簡化。但光敏電阻器受溫度影響較大,無法在高壓復雜環(huán)境下工作,并且反應具有延遲。圖2.6光敏電阻傳感器方案2:這次的設計中選用的光強感應傳感器模塊用來檢測周圍環(huán)境光線,可以直接檢測出周圍照明環(huán)境燈光的平均亮度等級和最大光勢強。從應用原理設計來講,AD7891AP-1光強傳感器選擇遵循了網(wǎng)絡熱點效用分析的基本原理。這種傳感器應用了反映弱光性能的檢測部件。該電磁感應器件原理,基本和傳統(tǒng)相機中所用到的光磁感應器件排水矩陣元件相同一樣。內部表面設計上裝置著由纏繞式熱電鍍技術而產(chǎn)生的多觸點熱電堆,在外表上還被涂鍍了具有極高的表面消化率的灰黑色涂料。熱電鍍觸點堆位于鐵磁感應表面,冷節(jié)點位于人體。在線類系統(tǒng)中,所輸出的數(shù)據(jù)信號必須和太陽總射線的強度保持著正向相關性。經(jīng)過兩種方案對比,方案1電路簡單,使用起來通俗易懂符合設計要求。方案2線路接口相對復雜。所以綜合考慮選擇方案1。2.3.3溫濕度傳感器選擇方案本套系統(tǒng)中選擇了DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊可對土壤溫濕度傳感器進行智能檢測,該傳感模塊也可以直接實現(xiàn)精準計算出來的植物以及周圍的環(huán)境土壤的真實溫濕度。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款帶自動校準系統(tǒng)和數(shù)字信號同步輸出電路結構的數(shù)字便攜式溫濕度復合傳感器?；緟?shù)該系列便攜式溫度傳感器產(chǎn)品主要由其中一個電阻式濕度檢測器元件系統(tǒng)和與另外的一個可以用于連接溫度傳感器輸入到一個高性能微處理器的8位微控制器模塊中的一個NTC型溫度傳感器測量系統(tǒng)元件系統(tǒng)共同設計組成。因此,該這套便攜式產(chǎn)品系統(tǒng)將具有成像精度質量要求更高、對響應的溫度檢測系統(tǒng)速度將更快超速度更快、對抗干擾能力和防護的能力將得到更高強化、對性價比要求將極更高的諸多優(yōu)勢。所有的DHT11傳感器模塊都將同時地被設置在對一個氣體溫度傳感器極其敏感穩(wěn)定,并且準確而有效的氣體濕度感應器的校準室或系統(tǒng)模型中,并同時地完成了校準。校正的系數(shù)通常都將以一個程序文檔的形式被自動保存到名為OTP的內存文件夾中,當在傳感器模塊的內置操作系統(tǒng)中處理這些檢測的信息之后,通常都只須要求用戶自動地調用到這種自動的校正系數(shù)。單線串行總線接口結構能使將其和系統(tǒng)模塊集成安裝起來更為快速高效且更加簡便。超微小器件的尺寸精度限制設計和極限低功耗技術都使其也能同時成為實現(xiàn)此類較高和苛刻的環(huán)境和應用需求方案時的每一個最佳的技術組合選擇。產(chǎn)品全部設計為4針封裝和單排針式封裝,連接起來十分的方便。通過傳感器和單片機系統(tǒng)等與小型的微環(huán)境處理器系統(tǒng)組成的這樣一個極其簡單緊湊的電路間的無縫連接,可以達到實時并自動跟蹤采集系統(tǒng)局部濕度信號值和系統(tǒng)局部溫度。圖2.7DS18B20實物圖2.3.4顯示器的選擇方案方案說明要點1:采用大屏幕發(fā)光LCD液晶屏作為本次設計方案中的屏幕內容的顯示,LCD背光系統(tǒng)的設計主要是工作原理上主要也是為了利用大屏幕LCD背光系統(tǒng)的良好光學物理特性來在通電或者照明工作時有效進行光電能量快速傳導,使大屏幕發(fā)光的LCD屏幕排列整齊和有序,光線會很容易就順利地通過;當沒有充電時,排列就會因此突然地變得十分擁擠混亂,阻止住了外界光線能夠順利的通過。LCD屏幕具有規(guī)格小、造價少、使用期限長、顯示器分辨率高、清晰度高等優(yōu)點。但也存在耗電較高,顯示顏色不純,漏光等缺點。圖2.8LCD1602原理圖方案2：采用電阻式OLED屏幕用作視覺信息顯示屏幕。與液晶屏相比，OLED屏比液晶屏耗電少，而且OLED屏的對比度高于液晶屏。OLED屏不存在漏光問題，但OLED屏存在燒屏、壽命短、價格高的問題。圖2.9OLED屏幕實物圖經(jīng)過兩種方案對比，選擇方案1比較合適本次設計。3硬件設計通過對書本上節(jié)內容中的硬件結構原理問題的進一步分析和歸納提煉和作進一步總結論證,為了達到更好的滿足植物培養(yǎng)自動化及監(jiān)控檢測自動化成套系統(tǒng)整體規(guī)劃設計系統(tǒng)方案制定的技術總體要求,本套控制系統(tǒng)方案設計的主要內核硬件技術控制系統(tǒng)組成包括:控制系統(tǒng)模塊、供電控制模塊、手機藍牙控制模塊、光敏電阻傳感器、溫濕度傳感器集成電路和中央控制器的最小控制系統(tǒng)集成電路等。3.1電源電路設計3.1.1開關電源的工作特點實際上，開關電源并非單指一種類型，它包括：升壓式和降壓式；以電路結構歸類：集成芯片電路型和散件型。開關電源種類劃分繁多，但其基本原理是一樣的，一般都分為串型結構和并型結構這兩大類型。然而，本次設計采用DC接口進行電源的連接。3.1.2系統(tǒng)電源電路單片機和外圍電路需要工作在不同電壓：+3.3V，+12V。其中，+12V采用XL1509-12芯片提供，+3.3V采用MP2359芯片提供。3.2單片機最小系統(tǒng)電路設計單片機的最小系統(tǒng)是指單片機能夠用最小的元件工作的系統(tǒng)。單片機最低系統(tǒng)特性:系統(tǒng)資源的完全自由開放性,任意一個實驗的功能要求都將能夠直接使用單片機配合使用其他的模塊板件或軟件自行開發(fā)搭建一個用戶電路板來完成。界面設計靈活易用。針對五十一系列以上的單片機,最小功率系統(tǒng)的設計中一般主要內容也應都只需要涉及:單片機、時鐘電路和復位控制電路。3.2.1單片機簡介STC89C52是一款低功耗高性能的芯片，基本參數(shù)雖然仍使用了最典型的MCS-51核心設計,但由于同時在其內部經(jīng)過做了很多次的提升或完善,因之在其內部芯片中總體上來說還是擁有著目前許多傳統(tǒng)的51單片機核心所能完全并不具有的許多獨特能力?；镜募夹g參數(shù)STC89C52芯片可以在單或二枚芯片基礎上,能夠同時實現(xiàn)具備高智能特點的八個可編程CPU存儲器模塊,以及支持嵌入式系統(tǒng)擴展功能的可編程快閃存儲器塊,這也毫無疑問的使STC89C52芯片可以為我們當前的許多重要的嵌入式的工業(yè)控制系統(tǒng)和應用于集成系統(tǒng)應用的創(chuàng)造出,提供了這樣一個具備高靈活性特點的靈活擴展的和極低功耗經(jīng)濟且可有效的集成的嵌入式系統(tǒng)集成方案對策。圖3.1STC89C52芯片3.2.2時鐘電路STC89C52上有個這樣的一個高增益反相位放大電路,用來單獨的構造了這樣一種時鐘自激振蕩器,引腳RXD和TXD將其分別地看作是一個來自在這個時鐘放大器上的每一個時鐘輸入兩個信號源和兩個信號輸出。時鐘振蕩器也可以由直接的在計算機中內部編程生成或直接通過一個外部編程軟件生成。晶體頻率振蕩信號頻率的范圍可選擇為在正1.2~和正12Mhz之間可任意的選擇,電容值范圍則也可選擇為在頻率正負的5~或正30pf之間任意進行的選擇。電容值范圍則也可以選擇自行微調晶體振蕩信號頻率。外部諧振模式:RXD接地,TXD連接到外部頻率振蕩器。對對外部的時鐘振蕩和脈沖信號輸出則都沒有附加什么別的特殊的頻率要求,但通常也都只會限于所需要的脈沖寬度。一般單片機都可以采用時鐘振蕩輸出頻率低于12Mhz左右時的正方波信號。本次設計采用內部方式晶振電路。圖3.2時鐘電路3.2.3復位電路復位初始化是對一個MCU系統(tǒng)的一個初始化復位操作。其更主要的復位功能作用主要是為了將一臺PC機初始化為每個0000H,并能夠同時的使多臺MCU設備能夠同步從這每個0000H的單元設備上同時執(zhí)行初始化程序。除可以通過進入系統(tǒng)來完成的正常的程序或初始化程序動作程序外,當啟動系統(tǒng)前若出現(xiàn)因初始化程序導致的系統(tǒng)操作出現(xiàn)順序錯誤或操作順序錯誤而計算機暫時還處于半死鎖狀態(tài)時,還?？赡苄枰匦峦ㄟ^操作系統(tǒng)按一下系統(tǒng)復位鍵后才能嘗試重新啟動,以實現(xiàn)逐步完全擺脫死機困境。復位的電路通常會由至少兩個用來連接整個電路的電阻組成。系統(tǒng)上只要通上電,第一個管腳電阻中就會永遠保持有一個至少只有一個電阻的高電平,這個高電平所保持的復位周期及其持續(xù)的復位時間則主要是由于一個僅僅由電阻的RC值所能決定的復位的電路本身的使用價值。典型的51系列的單片機會在選擇在兩個RST引腳值之間的某一高電平,并不斷地在持續(xù)二個機器周期或二個以上機器周期時自行恢復。所以,正確地選取組合RC的值就一定能夠用來確?？煽康氐淖詣踊謴?。圖3.3復位電路圖3.3藍牙模塊電路設計本次設計采用BT06藍牙模塊與手機進行連接，將溫濕度通過手機藍牙模塊實時傳輸?shù)绞謾C藍牙APP。并可以通過手機藍牙APP設置溫度和濕度的上下限。此款藍牙無線模塊是專為實現(xiàn)藍牙與無線的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸通信功能需要而特別研發(fā)與設計。具有模塊制作加工成本低、體積小、收發(fā)數(shù)據(jù)信息靈敏度的要求比較高等的多種設計特點?；緟?shù)它一般也都只是根據(jù)應用需要而多的配備上了幾個作為功能外圍部分的組件。實現(xiàn)一個更加強的大更可靠的功能。藍牙模塊接口電路示意圖如圖3.4所示。圖3.4藍牙模塊電路原理圖藍牙模塊實物如圖3.5所示。圖3.5藍牙模塊實物圖3.4傳感器電路設計本次項目設計時需要實時監(jiān)測工作環(huán)境里的室外溫度、濕度情況和紫外線光照強,所以項目需要同步設計室外溫濕度傳感器采集控制電路模塊和紫外光強度檢測系統(tǒng)電路。3.4.1溫濕度檢測電路本設計采用DHT11溫濕度傳感器檢測植物周圍環(huán)境的溫濕度。其電路圖如圖3.6所示。圖3.6溫度傳感器DHT11數(shù)字濕式溫度傳感器是采用的單總線數(shù)據(jù)格式。即是利用單個總線的一個數(shù)據(jù)引腳或一個端口便可以輕松完成對數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)的采集和模擬邏輯電路輸出的信號數(shù)據(jù)的實時的雙向數(shù)字傳輸?；緟?shù)它用于傳送的二進制數(shù)據(jù)包通常會由至少一組5byte字節(jié)數(shù)據(jù)包(40bit)所共同組成。數(shù)據(jù)可以再分為每一個字節(jié)整數(shù)大部分和其它若干相對小一部分的整數(shù)部分。具體二進制數(shù)據(jù)格式可以描述如下所述。(1)將一個完整的數(shù)據(jù)傳輸長度設置為每秒四十bit,,高位快進先慢出。(2)濕度數(shù)據(jù)格式:8個bit的濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+一個8個bit的濕度小數(shù)數(shù)據(jù)(3)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)(4)+8bit為校驗和,校驗和的數(shù)據(jù)長度為前的四個字節(jié)數(shù)相加。傳感器數(shù)據(jù)信息的輸入輸出和顯示設備輸入的信息都是一種在未進行編碼變換處理過程中的二進制數(shù)據(jù)信息。數(shù)值(濕度、氣溫、整數(shù)、小數(shù))之間需要分別來作數(shù)據(jù)分析。如果,某次在傳感器中讀到了以下的五進位的Byte數(shù)據(jù):以上計算數(shù)據(jù)后就可計算得到空氣濕度和空氣溫度的值,計算的方法:humi(濕度)=byte4.byte3=45.0(%RH)temp(溫度)=byte2.byte1=28.0(℃)jiaoyan(驗)=byte4+byte3+byte2+byte1=73(=humi+temp)(校驗正確)DHT11的一次連續(xù)通訊時間為最大為每秒3ms,主機的最大連續(xù)通訊采樣的間隔建議應不大應當是小于每秒100ms。圖3.7DHT11溫濕度傳感器模塊電路圖3.4.2光照強度檢測電路本設計采用的是光敏電阻傳感器，通過傳感器檢測植物周圍的光照強度。其電路圖如圖3.8所示。圖3.8光敏電阻傳感器光敏傳感器模塊的內部電路模擬輸出電路如圖3.9所示,其中以一個R1電阻作為一個分模壓和輸出的電阻,將從光敏傳感器電路中被檢測傳感器記錄收集到的光信息來自動的轉換為輸出信號為一個模擬的電壓信號,即為一個AO。模擬的信號是在接入好了的LM393比較器中輸出的后,即可無需再另接入另外一個LM393的比較器。通過對兩個連接在LM393比較器芯片內的2號針腳板上的電位器對兩個模擬電壓值信號進行比較,得到DO數(shù)字信號(即高低電平信號)。C1、C2電容器都是濾波型電容器,C1電容主要對電源輸入進行二次濾波,使電源功率的傳遞顯得更加均勻平穩(wěn)。而基本參數(shù)C2電容器則可以對輸入模擬的信號輸出進行二次濾波,從而提高了輸出模擬電路信號的輸入及輸出電路的高頻可靠性水平。保證了在LM393比較器上輸出電壓信號中的高低電平信號的輸出電平在被串接到單片機管腳輸出端上時電壓會更穩(wěn)定。圖3.9模塊內部電路圖3.5顯示電路設計顯示系統(tǒng)設計采用LCD1602液晶。LCD模組也是我們家庭用戶在MCU應用設計開發(fā)環(huán)境中廣泛使用和常用的數(shù)字曝光控制設備。LCD1602可以同時連續(xù)地顯示最多達的2行16個漢字。液晶字符段的顯示設計功能特點是用戶可隨時根據(jù)具體設計功能需要來直接地顯示出一個基本的字符。本次設計產(chǎn)品均是采用基本字符段進行顯示。在實際使用該類液晶系統(tǒng)設備產(chǎn)品中,LCD1602顯示器是被直接設計用作輸出信息的一種基本數(shù)字顯示輸入設備?；緟?shù),和目前其它一些傳統(tǒng)的機械式驅動的如彩色LED數(shù)碼管驅動器等數(shù)碼顯示器的控制方式及安裝方法等比較,液晶顯示本身真正具有了體積尺寸相對的小、耗電量也相對比較少顯示的字符內容可以更加清晰豐富與完整的等等一些主要優(yōu)點,且其基本上就不需要使用什么額外而昂貴的硬件驅動電路。其顯示器具體組成電路原理圖如下圖第3.10頁所示。圖3.10LCD1602原理圖3.6繼電器的驅動電路繼電器單片機的繼電器驅動控制電路示意圖如圖3.11所示。這部分應該是指一套典型的MCU繼電器驅動電路。其實MCU屬于另一種小電流器件。一般來說,它們的現(xiàn)在工作大多也都能在至少一個5伏安以上的或甚至一個更為甚低值的較低電壓情況下繼續(xù)工作。驅動電流低于mA。在某些高功率應用中,如繼電器控制,顯然不可能使用它。因此,必須先有這樣一個連接,稱為"電源驅動"。繼電器控制回路是指一種最典型的而最為簡單有效的電源控制鏈路。在圖中,8050三極管有兩個功能:一個用于放大,另一個用于切換(嚴格來說,切換功能是放大的邊界)。P10口與單片機上的晶體管P1.0通連,P10端口只提供電源高電平,晶體管就處于完全導電狀態(tài),起了放大控制作用。這樣,繼電器也就永遠可以自動獲得到足夠小的驅動電流來確保正常的工作。當晶體管P1.0端口的極低電平信號由電源端口P0口給出電流時,三極管便不可能工作,繼電器當然也會不能夠工作,因為繼電器沒有電流。二極管4148用來提供保護。這樣的繼電器電路本次設計用到了三個。圖3.11繼電器電路圖4程序設計本文還主要著重闡述控制系統(tǒng)方案設計的基礎軟件設計方法思路，包括:整體編程框架、溫濕度編程、LCD液晶顯示編程、控制系統(tǒng)模塊編程。此次設計程序中我們所設計要選用到的標準單片機語言是基于STC89S52單片機,其標準C語言語法體系框架和編譯系統(tǒng)結構等基本框架和標準C語言單片機的基本框架結構大致相同,只是某些功能稍有調整得到了一些相應程度上的功能修改及擴充,用到的幾種主要單片機編譯的環(huán)境軟件基本都是基于Keil編寫的，下面讓我們一起簡要詳細地介紹到了以下基于Keil編寫的主要編譯軟件環(huán)境軟件的主要特點。Keil軟件中包括了豐富而強大易用的庫函數(shù)功能和豐富的功能，以及龐大而實用的集成的開發(fā)工具和調試工具，用KeilC51所能產(chǎn)生編譯出的所有編譯的目標代碼效果都會十分之的之的好,多數(shù)語言環(huán)境下的生成匯編后所產(chǎn)生的所有編譯的目標代碼效果也會顯得很之是的緊湊,更易于被讀者所掌握。在進行大型程序和大型軟件時,應用于它時更多應希望能夠真實的反映并展示了這些高級語言技術本身所具有的各種特殊性能優(yōu)點。4.1整體程序設計框架整體程序設計框架的設計使用到的軟件開發(fā)環(huán)境為Keil，使用C語言進行編程，其主要程序流程圖如圖4.1。整個主程序流程包括以下幾個步驟：首先系統(tǒng)初始化各個子模塊，包括液晶顯示模塊，定時器初始化，延時函數(shù)配置，清除液晶顯示；然后設置溫濕度合適范圍，開始實時監(jiān)測環(huán)境周圍溫濕度將得到的數(shù)據(jù)轉換成實際溫濕度值，更新液晶顯示溫濕度值，判斷溫濕度是否超出合適范圍，如果條件成立則打開控制電路，否則關閉控制電路。執(zhí)行完畢后返回循環(huán)函數(shù)，循環(huán)反復執(zhí)行上述操作。系統(tǒng)開始啟動系統(tǒng)開始啟動初始化系統(tǒng)各個模塊、溫濕度上下限設置初始化系統(tǒng)各個模塊、溫濕度上下限設置查看溫濕度選擇標志位查看溫濕度選擇標志位轉到溫濕度處理程序處理數(shù)據(jù)轉到溫濕度處理程序處理數(shù)據(jù)判斷是否處在預設限定值判斷是否處在預設限定值控制設備關閉Y控制設備關閉標志位清零正常運行狀態(tài)LCD1602標志位清零正常運行狀態(tài)LCD1602顯示控制設備開啟控制設備開啟圖4.1整體程序流程圖4.21602液晶子程序設計1602液晶顯示的程序流程圖如圖4.2所示。首先上電初始化后，清楚液晶屏幕顯示內容，防止出現(xiàn)亂碼，第二是配置顯示模式分別為打開顯示指令，不顯示當前屏幕字符移動的光標，并且屏幕顯示字符的格式依次向右移動。第三讀取顯示模式值，液晶顯示模塊會根據(jù)配置的十六進制值設置相應的顯示格式，讀取需要顯示的內容。第四把內容顯示到液晶屏幕的第一欄當中，讀取和顯示的內容依次從左到右，顯示完一個字符就進行判斷是否還有下一個字符需要顯示。直到顯示全部內容后停止第一欄的內容讀取操作。第五是把內容顯示到第二欄中，讀取和顯示的內容依次從左到右，顯示完一個字符就進行判斷是否還有下一個字符需要顯示。直到顯示全部內容后停止第二欄的內容讀取操作，到此整個液晶屏幕需要顯示的內容全部讀取和顯示完畢。圖4.2液晶程序流程圖4.3溫濕度傳感器子程序設計首先，DHT11開機啟動后，等待1s后進入不穩(wěn)定睡眠狀態(tài)。在此休眠期間，系統(tǒng)無法繼續(xù)發(fā)送指令測試當前環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，可以重新開始記錄當前溫濕度數(shù)據(jù)。同時DHT11硬盤內的數(shù)據(jù)線會自動上拉或下拉，或者電阻自動上拉或下拉來保持高電平；此時DHT11中的數(shù)據(jù)管腳仍處于輸入狀態(tài)，可以隨時檢測這些外部數(shù)據(jù)信號。第二，微處理器中的I/O輸出電源被設置為范圍最大為可同時提供輸出最大峰值輸出和提供輸出峰值最低輸入電平,低輸出電平的輸出電源持續(xù)輸出的峰值時間的長度應當小于18ms。然后第三微處理器電源中所有的輸出I/O電路將自動被重新被設定為輸入電源狀態(tài)。隨著上拉電阻的作用,微處理器芯片中I/O連線(即DHT11的數(shù)據(jù)線)的電壓值將會提高,等待DHT11的反饋信息。第三,在DHT11的所有數(shù)據(jù)引腳中檢測到的所有外部信號電平均為低電平，并且正在等待所有外部檢測到的信號電平以非常低的電平結束。一旦延遲完成，DHT11的所有外部數(shù)據(jù)管腳將保持在輸出狀態(tài)，并輸出一個約80微秒的低電平信號作為響應信號。然后,它才會自動連續(xù)的輸出至另一個80微秒及以上頻率的高電平,通知外設它已開始或準備設置好并開始接收數(shù)據(jù)。此時，微處理器電路中的所有微處理器I/O檢測電路仍處于輸入電壓狀態(tài)。感測電路檢測到微處理器I/O感測電壓降至最低電平后，等待高電壓電平變化約80微秒后，微處理器才能接收和讀取數(shù)據(jù)。第四，DHT11的數(shù)據(jù)引腳輸出40位數(shù)據(jù)。微處理器根據(jù)不斷變化的I/O電平接收40位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析格式“0”記錄為：50微秒為低電平，26-28微秒為高電平。位“1”數(shù)據(jù)分析輸入的輸出格式通常指定為：50微秒的低電平到小于70秒的低高電平。最后,將40位數(shù)據(jù)發(fā)送到DHT11位數(shù)據(jù)引腳后，可以繼續(xù)發(fā)送低電平50微秒，然后在輸入狀態(tài)下重新啟動輸入。由于上下拖動，它會再次自動變?yōu)榱硪粋€高電平。但是，DHT11可以重新測量溫度并實時感知環(huán)境，記錄數(shù)據(jù)并等待外部信號的定期到來。流程圖如圖4.3所示。圖4.3溫濕度傳感器程序流程圖4.4控制電路程序設計控制室里程序流程圖如圖4.4所示。控制電路是用來控制環(huán)境溫濕度是否處在設定值范圍，引腳P1.0接加熱繼電器，引腳P1.6接散熱風扇，引腳P1.1接加濕繼電器，引腳P1.2接除濕繼電器，引腳P1.3接高亮LED。如果溫度過高，P1.6引腳為高電平，開啟電風扇散熱系統(tǒng)。溫度低于范圍值時，引腳P1.0為高電平，加熱繼電器開啟。濕度高于范圍值時，P1.2為高電平，除濕繼電器啟動。濕度過低于范圍值時,引腳P1.1為高電平，加濕繼電器啟動。當光照不足時引腳P1.3為高電平，高亮LED燈亮起。通過控制電路可以第一時間控制植物的培養(yǎng)環(huán)境。圖4.4控制程序流程圖5系統(tǒng)整體調試5.1調試方案調試分為硬件調試和軟件調試，首先硬件調試主要是對各個模塊電路原理圖和PCB調試。所有原理圖項目的完美成功都體現(xiàn)在這個調試階段。在制作好硬件電路圖紙的工作同時,也應該穿插調試，這樣就有利于復雜問題快速的綜合分析計算和解決,不會直接造成大問題的重復堆積,也因此不會造成因為某一個小的問題來影響對整個控制電路性能的分析檢查,可以直接節(jié)省了大量寶貴的設計調試工作時間。例如,單片機控制顯示模塊中的硬件部分在制作安裝完成后,可以通過先調試控制顯示模塊程序,在一個LCD1602芯片上直接顯示出來一個比較簡單直接的數(shù)字0。顯示輸出結果為正確,說明液晶顯示電路和與單片機主板的連接保護電路連接正確,單片機系統(tǒng)可以開始正常運行工作。在本軟件實際編程應用中,首先需完成各單元功能模塊硬件的硬件調試,然后才對整個系統(tǒng)電路進行綜合調試。調試軟件總體思路要求和編程步驟要求與測試硬件的類似。5.2硬件調試元件單元電路制作全部完成合格后,上電工作前都應按規(guī)定先分別用數(shù)字萬用表來檢查一下各部分獨立電氣元件,排除有虛焊、短路、斷路錯誤等故障問題排除后即具可調試元電路功能。具體的調試過程可如下圖所述:5.2.1系統(tǒng)上電初始化測試首先對基于單片機的植物培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進行初始化上電初步測試，觀察整體運行效果是否正常，如圖5.1所示。系統(tǒng)上電的時候，液晶的第一欄會實時顯示檢測到外部環(huán)境溫濕度的值，第二欄顯示設定的溫濕度范圍，初始化上電測試正常。圖5.1系統(tǒng)上電初始化測試5.2.2獨立元器件檢測組裝前設計制作好的電子線路通電組裝后和調試或使用產(chǎn)品前,仔細徹底的應該檢查一下其線路走向和電氣接線的順序等是否都正確或是有誤。檢查線路的最好方法是通常的是都要盡量按照在電路圖紙上的按符合一定物理規(guī)律確定的電路接線的順序來依次逐級深入地逐一檢查。比如你需要先確定電路板圖中的電阻值,可以通過首先是通過萬用表直接讀取電阻圖上所對應電阻的色環(huán)數(shù)值來確定。尤其重點是要做到時時地注意檢查電源端子連接是否存在有明顯接錯,電源端子接線與接地端導線腳之間的連接處是否沒有出現(xiàn)嚴重短路,集成電路、三極管等間接線的接引線管腳的位置上是否還存在有接錯,輕輕用力向上地拉動各元器件,觀察接線表面處是否牢固貼有焊錫關節(jié)牢固。用萬用表要反復的檢查各個接線端是否能發(fā)現(xiàn)到有其他任何嚴重短路信號出現(xiàn)和斷路。上電測試后,檢查電源燈是否亮。如果紅燈不顯亮,檢查一下電源指示燈或發(fā)光二極管本身的信號質量。還要定期用數(shù)字萬用表去測量單片機等芯片內部的輸出電壓值是否完全符合的要求。如果完全沒有,檢查下每個芯片,看下每個芯片內的管腳間是否沒有焊接,芯片外殼是否已損壞。5.2.3單片機最小系統(tǒng)調試首先用戶應該仔細確認電源電壓及輸出功率是否都正常。用一個電壓表來分別檢測供電接地腳內部的和電源連接地腳內部的三相交換線路壓力,看測量的電流是不是等于交流電源電壓,僅供參考比如5V。接下來主要的步驟就是要首先檢查resetpin的輸出的電壓值是否均為正常。分別檢查要在測量前按一下復位鍵后的輸入和在松開按下的復位鍵時輸入的輸入端電壓值,看兩端接線的是否已連接的正確。然后檢查晶振管腳是否都已經(jīng)開始產(chǎn)生了振動。一般還需再用一個示波儀看一下晶振管腳波峰的波形。而另一個比較簡單地解決辦法,即是在沒有復位的按鍵狀態(tài)前提下先檢測每一個I零端口上輸出的電平,并按下復位按鈕,然后在再檢測下整個I零端口上的輸出的電壓值(除了沒有外部上拉的P0端口)后,看下它是否能夠恢復為上一個輸出高電平。如果仍顯示不是一個高電平,多半也應該說明是晶振元件還沒有再真正開始產(chǎn)生振動。如果要直接使用片內ROM程序（大部分情況下很少用于外接ROM擴展），需要注意將EA引腳拉高，否則程序可能會工作。有時情況你也甚至認為可以直接使用模擬器,但你不能在電影中刻錄,通常是因為EA引腳。沒有拉起來。經(jīng)過對以上這幾點簡單檢查判斷后,故障問題一般基本可以完全排除。5.2.4顯示模塊的調試顯示模塊內部的各種硬件電路連接電路比較的簡單,在硬件檢測及調試使用過程中完全沒有存在任何技術困難。本產(chǎn)品設計全部采用2.5英寸LCD1602液晶顯示器?；緟?shù)先檢查液晶三角接法的電阻是否連接正確,然后檢查數(shù)據(jù)接口是否短路或開路,檢查電源和地線是否連接正確。5.2.5控制電路的調試繼電器和繼電器外圍的隔離檢測電路它們之間的硬件電路隔離的檢測電路方法應該是國內目前最實用直觀又簡單方便易好用的。先可以分別用來測量兩三極管在按8050所給定電壓的工作電平時各引腳間的一個相對的電壓值,然后是要分別看一下它的電路是否可以始終地工作并且都工作在同一個放大電壓狀態(tài)。當其中一個三極管工作并且一直運行在一個放大小電流狀態(tài)時,它同樣也是可以說一直是給下一個驅動繼電器提供出了一個足夠放小電壓的輸出的電流值作為一個驅動的繼電器。第一步、調試的是光敏電阻傳感器部分，我們將作品處在黑暗中時，光敏電阻傳感器能及時檢測到光照強度的強弱并馬上開啟高亮LED燈補充光強，如圖所示。圖5.2第二步、調試溫濕度傳感器部分，開啟電源時溫濕度傳感器指示燈亮起，表示開始正常工作，液晶顯示器上顯示溫濕度的值，溫濕度傳感器部分正常，調試完畢。第三步、調試加熱繼電器部分,當溫度高于設