1、大棚溫濕度自動調(diào)控 摘要摘要 隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，對于蔬菜大棚來說，最重 要的一個管理因素是溫濕度控制。溫濕度太低，蔬菜就會被凍死或則停止生長， 所以要將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內(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?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高，對于 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控制系統(tǒng)，以控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生 產(chǎn)需要。 本論文主要闡述了基于 AT89C51 單片機(jī)的西紅柿大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì) 原理，主要電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)等。該系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器， SHT10 作為溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)大棚溫濕度參數(shù) 調(diào)節(jié)，具有上下位機(jī)直接設(shè)置溫濕度范圍，溫濕度實(shí)時顯示等功能。上位機(jī)采 用 Delphi 軟件進(jìn)行編寫，用戶界面友好，操作簡單，可以根據(jù)大棚西紅柿生長 情況繪制成簡明直觀的作物生長走勢圖，從而容易得出最適合作物生長的溫濕 度值。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：AT89C51；SHT10；蔬菜大棚；溫濕度；控制系統(tǒng)；傳感器 Abstract With the popularization of trellis technology, greenhouse

3、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 growt

4、h 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 improve

5、ment 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, adapt to th

6、e trellis vegetable production needs. This thesis mainly elaborated based on AT89C51 tomatoes canopy temperature and humidity control system design principle, main circuit design and software design, etc. This system USES AT89C51 single chip microcomputer as controller, SHT10 as temperature and humi

7、dity data acquisition system, may to the actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustment, has the upper and lower level computer directly set temperature range, temperature and humidity real-time display, and other functions. PC using Delphi software to compile, us

8、er friendly interface, easy operation, can according to shed tomato growth situation blazoned with simple, direct simulations of crop growth, thus easy to draw the most suitable for crop growth of temperature and humidity value. Key words：AT89C51; SHT10;vegetable shed; Temperature and humidity; Cont

9、rol System; sensor 目錄目錄 第第 1 1 章章 緒論緒論.1 1 1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 .1 1.2 系統(tǒng)功能、優(yōu)勢及特點(diǎn) .1 第第 2 2 章章 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容.4 4 2.1 總體方案的設(shè)計(jì) .4 2.1.1 設(shè)計(jì)思想.4 2.1.2 系統(tǒng)組成及框圖.4 2.2 系統(tǒng)主要電路的設(shè)計(jì) .5 2.2.1 主要芯片 89C51 的功能及引腳圖.5 2.2.2 溫濕度檢測電路的設(shè)計(jì).7 2.2.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).12 2.2.4 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).12 2.2.5 SHT10 數(shù)據(jù)采集程序.13 第第 3 3 章章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).1515 3.1 上位

10、機(jī)軟件設(shè)計(jì) .15 3.2 通信模塊軟硬件設(shè)計(jì) .16 3.2.1 通信硬件設(shè)計(jì) .16 3.2.2 通信軟件設(shè)計(jì).17 3.3 系統(tǒng)主程序 .17 結(jié)束語結(jié)束語.1919 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2020 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.11.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 植物的生長都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長過程中受到環(huán)境中各種 因素的影響，其中對植物生長影響最大的是環(huán)境中的溫度和濕度。環(huán)境中晝夜 的溫度和濕度變化大，其對植物生長極為不利。因此必須對環(huán)境的溫度和濕度 進(jìn)行監(jiān)測和控制，使其適合植物的生長，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。本系統(tǒng)就是利用 價格便宜的一般電子器件來設(shè)計(jì)一個參數(shù)精度高，控制操作

11、方便，性價比高的 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的西紅柿大棚溫濕度測控系統(tǒng)。 西紅柿屬于喜溫作物，但不喜高溫。據(jù)實(shí)驗(yàn)：白天 27，夜晚 17，溫差 保持在 10情況下，番茄生長最快。進(jìn)入開花期，應(yīng)加大通風(fēng)量。上午棚內(nèi)溫 度升到 20，要逐漸打開通風(fēng)口，降溫排濕。從開花至澆催果水之前，棚溫不 要超過 28。下午當(dāng)棚溫降至 20時將通風(fēng)口關(guān)閉。本系統(tǒng)主要完成對西紅柿 大棚內(nèi)溫度和濕度等參數(shù)的采集、存儲，并具有向監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)以及執(zhí)行 監(jiān)控中心的指令等功能。 本系統(tǒng)溫濕度的監(jiān)控包括以下步驟：感應(yīng)環(huán)境溫濕度；判斷感應(yīng)到的溫 濕度是否異常；若感應(yīng)到的溫濕度異常，判斷異常是否超過預(yù)設(shè)時間；若 異常超過預(yù)設(shè)時間，則輸

12、出異常信號至主控機(jī)；異常報警；判斷異常是否處 理完畢；以及若異常處理完畢，解除報警。并可以利用控制器和主控機(jī)來達(dá) 到機(jī)房溫濕度的遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度管理的實(shí)時性和有效性。 為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有溫濕度自動控制系統(tǒng)，以控制蔬 菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。它以先進(jìn)的技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施，人為控制作物生 長的環(huán)境條件，使作物生長不受自然氣候的影響，做到常年工廠化，進(jìn)行高效 率，高產(chǎn)值和高效益的生產(chǎn)。 1.21.2 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能、優(yōu)勢及特點(diǎn)、優(yōu)勢及特點(diǎn) 該檢測系統(tǒng)充分利用AT89C51單片機(jī)的軟、硬件資源,輔以相應(yīng)的測量電路 和SHT10數(shù)字式集成溫濕度傳感器等智能儀器,能實(shí)現(xiàn)多任

13、務(wù)、多通道的檢測和 輸出。并且通過RS232接口實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的連接,進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理和存 儲及打印輸出等。它具有測量范圍廣、測量精度高等特點(diǎn),前端測量用的傳感器 類型可在該基礎(chǔ)上修改為其他非電量參數(shù)的測量系統(tǒng)。溫濕度檢測系統(tǒng)采用 SHT10為溫濕度測量元件。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性,經(jīng)過一定的 添加或改造,很容易增加功能。根據(jù)溫室大棚內(nèi)的溫濕度、土壤水分、土壤溫度 等傳感器采集到的信息，利用RS485 總線將傳感器信息送給485 轉(zhuǎn)232 的轉(zhuǎn)換 器，接到上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示，報警，查詢。監(jiān)控中心將收到的采樣數(shù)據(jù)以 表格形式顯示和存儲，然后將其與設(shè)定的報警值相比較，若實(shí)測值超

14、出設(shè)定范 圍，則通過屏幕顯示報警或語音報警，并打印記錄。與此同時，監(jiān)控中心可向 現(xiàn)場控制器發(fā)出控制指令，監(jiān)測儀根據(jù)指令控制風(fēng)機(jī)、水泵、等設(shè)備進(jìn)行降溫 除濕，以保證大棚內(nèi)作物的生長環(huán)境。監(jiān)控中心也可以通過報警指令來啟動現(xiàn) 場監(jiān)測儀上的聲光報警裝置，通知大棚管理人員采取相應(yīng)措施來確保大棚內(nèi)的 環(huán)境正常。 1.2.11.2.1 系統(tǒng)功能及優(yōu)勢系統(tǒng)功能及優(yōu)勢 1.系統(tǒng)優(yōu)越性： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，高度集成化，安裝、操作簡單，適用于各 類使用環(huán)境，操作界面充分考慮客戶個性化需求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性好。 2.自動記錄: 實(shí)時更新并自動記錄溫濕值，所有溫濕度歷史記錄及相關(guān)數(shù) 據(jù)真實(shí)可靠，存儲方式專用 3.易于查詢:

15、查詢?nèi)魏卧撌卟藴厥覂?nèi)的固定測點(diǎn)及移動測點(diǎn)的溫濕度歷史 數(shù)據(jù)記錄、溫濕度歷史曲線、溫濕度預(yù)警信息、溫濕度超限信息、超限處理措 施及整改提示、監(jiān)測點(diǎn)環(huán)境情況評估、監(jiān)測點(diǎn)故障、監(jiān)測點(diǎn)地理位置等信息。 4.完整精確且靈活記錄打印 :將預(yù)訂的時間點(diǎn)自動記錄所有測點(diǎn)的溫濕度 值及報警信息，形成可查詢、打印的歷史記錄、歷史曲線、報表。 5.靈活的報警功能: 報警方式有電腦聲光報警、就地測點(diǎn)聲光報警、預(yù)設(shè) 地點(diǎn)（值班室）聲光報警、手機(jī)短信報警、電子郵件報警等。 6.傳感器在線標(biāo)定: 需要標(biāo)定系統(tǒng)測試精度時無須拆卸傳感器，只需通過 軟件設(shè)定即可。 1.2.21.2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn) 1.遠(yuǎn)距離 : 識別的最

16、遠(yuǎn)距離是 80m 2.防沖突性 : 先進(jìn)的防碰撞技術(shù)，可同時識別 200 個 / 秒以上標(biāo)識。 3.高速度 : 最高識別速度可達(dá) 200 公里 / 小時。 4.安全性 : 加密算法與認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)安全，防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解。 5.方向性 : 可實(shí)現(xiàn)有方向性和無方向性的識別。 6.高可靠 : -40 -85 ，防沖擊。 7.成本性 : 全部采用 0.18uM 的芯片，成本更低。 8.功耗性 : 超低功耗，更健康、更安全。 9.傳輸性 : 全球開放的 ISM 微波頻段，無須申請和付費(fèi)。 10.高抗干擾性 : 對現(xiàn)場各種干擾源無特殊要求高抗干擾性 。 11.溫度特性：0.1（如果要求的溫度范圍更寬

17、，則要特殊定）。 12.濕度特性：2%H（如果要求的濕度范圍更寬，則要特殊定制）。 13.測量時間間隔：至少需要 1.5S（如果需要更快，則要特殊定制開發(fā)）。 第第 2 2 章章 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.12.1 總體方案的設(shè)計(jì)總體方案的設(shè)計(jì) 2.1.12.1.1 設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是用戶可以通過下位機(jī)中的鍵盤輸入溫濕度的上下限值和 預(yù)置值，也可以通過上位機(jī)對溫濕度的上下限值和預(yù)置值進(jìn)行輸入，從而實(shí)現(xiàn) 上位機(jī)對大棚內(nèi)作物生長的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)在種植植物的大棚內(nèi)，下 位機(jī)中的溫濕度傳感器可以將環(huán)境中的溫濕度非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化成電量信號，再 將這些信號進(jìn)行處理后送至下位機(jī)中的單片機(jī)，

18、單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)送到 緩沖區(qū)內(nèi)，通過LED數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時顯示。同時與原先內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比 較處理；單片機(jī)可以根據(jù)比較的結(jié)果對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的信號，并通過繼電 器的控制對相應(yīng)的設(shè)備如噴水器、吹風(fēng)機(jī)、加熱器、降溫泵等進(jìn)行操作，調(diào)節(jié) 大棚內(nèi)溫濕度狀態(tài)。用戶直接通過鍵盤對溫濕度的上下限值和預(yù)置值進(jìn)行設(shè)置 后，如果環(huán)境的實(shí)時參數(shù)超越上下限值，系統(tǒng)自動啟動執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)濕 度和溫度狀態(tài)，直到溫濕度狀態(tài)處于上下限值以內(nèi)為止。如果有預(yù)置初值，且 與當(dāng)前狀態(tài)不相等時，系統(tǒng)也會啟動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動態(tài)調(diào)節(jié)溫濕度狀態(tài)，直到所處 的平衡狀態(tài)與預(yù)置值相等為止。上位機(jī)是用DELPHI軟件編寫的一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 管

19、理系統(tǒng)，有著友好直觀的用戶界面，可直接設(shè)置溫濕度的上下限值和讀取下 位機(jī)的數(shù)據(jù)，也可以直接對溫室大棚內(nèi)下位機(jī)的噴水器、吹風(fēng)機(jī)、加熱器、降 溫泵等進(jìn)行操作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫濕度狀態(tài)。由于上位機(jī)DELPHI軟件有強(qiáng)大的數(shù) 據(jù)庫存儲和處理功能，我們可以對下位機(jī)傳送上來的各種環(huán)境中的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn) 行處理，形成作物生長的走勢圖，從而通過生長走勢圖得出適合各種作物生長 的最佳環(huán)境參數(shù)條件，為今后的溫室種植提供參考。上下位機(jī)之間通過符合串 行總線RS一232標(biāo)準(zhǔn)的通信通道以事先約定的協(xié)議進(jìn)行通信。 單片機(jī)作為控制器，可以接收溫度和溫度傳感器從大棚中獲取的溫濕度信 息，將這些信息與預(yù)置的溫濕度范圍值進(jìn)行比較，然后通

20、過繼電器控制執(zhí)行機(jī) 構(gòu)，對大棚進(jìn)行相關(guān)的操作以保證大棚的溫濕度范圍能夠在預(yù)置的范圍內(nèi)。下 位機(jī)鍵盤顯示部分可以直接對溫濕度值進(jìn)行預(yù)設(shè)，并可實(shí)現(xiàn)溫濕度值的實(shí)時顯 示。上位機(jī)可通過通信接口模塊接收下位機(jī)傳送過來的溫濕度值，形成作物生 長的圖表，也可以直接設(shè)置溫濕度值和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對大棚進(jìn)行相關(guān)操作。 4、控制部分（即溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)）：執(zhí)行遠(yuǎn)程控制指令。 控制部分連接 增濕裝置、干燥裝置、溫度的控制裝置等。 2.22.2 系統(tǒng)主要電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要電路的設(shè)計(jì) 2.2.12.2.1 主要芯片主要芯片 89C5189C51 的功能及引腳圖的功能及引腳圖 芯片89C51共有40個引腳，其中電源引腳有4個，

21、控制引腳有4個，并行的 I/O接口有32個，其引腳圖如圖2-2所示： 圖2-2 89C51引腳 （1）電源及時鐘引腳（4個） Vcc:電源接入引腳； Vss:接地引腳； XTAL1:晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）； XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外 部振蕩信號的輸入端）。 （2）控制線引腳（4個） RST/VpD:復(fù)位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳； ALE/PROG:地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳(低電平有效）； EA/Vpp:內(nèi)外存儲器選擇引腳（低電平有效）/片內(nèi)EPROM（或FlashROM）編 程電壓輸入引腳；

22、 PSEN:外部存儲器選通信號輸出引腳（低電平有效）。 (3)并行I/O引腳（32個，分成4個8位口） P0.0P0.7:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳； P1.0P1.7:一般I/O引腳； P2.0P2.7:一般I/O引腳或高位地址總線引腳； P3.0P3.7:一般I/O引腳或第二功能引腳。 2.2.22.2.2 溫濕度檢測電路的設(shè)計(jì)溫濕度檢測電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選擇的溫濕度傳感器是由 瑞士 Sensirion 公司推出了 SHT10 單片數(shù) 字溫濕度集成傳感器，采用 CMOS 過程微加工專利技術(shù)（CMOSens technology） ， 確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定

23、性。該傳感器包括一個電容性聚 合體濕度敏感元件、一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上， 與 l4 位的 AD 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。每個傳感器芯片都在 極為精確的濕度腔室中進(jìn)行標(biāo)定，以鏡面冷凝式濕度計(jì)為參照。校準(zhǔn)系數(shù)以程 序形式存儲在 OTP 內(nèi)存中，在校正的過程中使用。兩線制的串行接口，使外圍 系統(tǒng)集成變得快速而簡單。微小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用的首 選。 如圖 2-3 所示，傳感器 SHT10 的原理圖 圖2-3 傳感器 SHT10的原理圖 D A Calibration Memery Digita linter -face RH Sensor Tem

24、p Sensor SCK DATA GND VDD 如圖 2-4 所示，傳感器 SHT10 的電路連接圖 圖2-4 SHT10傳感器電路圖 （1）數(shù)字集成溫濕度傳感器 SHT10 的主要特點(diǎn) a.相對濕度和溫度的測量兼有露點(diǎn)輸出； b.全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出； c.接口簡單（2-wire）,響應(yīng)速度快； d.超低功耗，自動休眠； e.出色的長期穩(wěn)定性； f.超小體積（表面貼裝） ； g.測濕精度45%RH，測溫精度0.5（25） 。 （2)引腳說明 a.電源引腳（VDD、GND） SHT10的供電電壓為2.4V5.5V。傳感器上電后，要等待11ms，從“休眠” 狀態(tài)恢復(fù)。在此期間不發(fā)送任何指令。電

25、源引腳（VDD 和 GND）之間可增加1個 100nF 的電容器，用于去耦濾波。 b.串行接口 SHT10的兩線串行接口（bidirectional 2-wire）在傳感器信號讀取和電 源功耗方面都做了優(yōu)化處理，其總線類似 I2C 總線但并不兼容 I2C 總線。 串行時鐘輸入（SCK） 。SCK 引腳是 MCU 與 SHTIO 之問通信的同步時鐘， 由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒有最小時鐘頻率。即微控制器可以以任意 慢的速度與 SHT10 通信。 串行數(shù)據(jù)（DATA） 。DATA三態(tài)引腳是內(nèi)部的數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入 引腳。DATA在SCK時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在SCK時鐘的上升沿

26、有效。即 微控制器可以在SCK的高電平段讀取有效數(shù)據(jù)。在微控制器向SHT10傳輸數(shù)據(jù)的 過程中，必須保證數(shù)據(jù)線在時鐘線的高電平段內(nèi)穩(wěn)定。為了避免信號沖突，微 控制器僅將數(shù)據(jù)線拉低，在需要輸出高電平的時候，微控制器將引腳置為高阻 態(tài)，由外部的上拉電阻(例如：lOk)將信號拉至高電平。 為避免數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，MCU 應(yīng)該驅(qū)動 DATA 使其處于低電平狀態(tài)，而外部接 1個上拉電阻將信號拉至高電平。 （3）命令與時序 SHT10命令如表2-1所列。 表2-1 SHT10的命令 a.命令時序 發(fā)送一組“傳輸啟動”序列進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸初始化，如圖2-5所示。其時序?yàn)椋?當(dāng) SCK 為高電平時 DT 翻轉(zhuǎn)保持低電

27、平，緊接著 SCK 產(chǎn)生1個發(fā)脈沖，隨后在 SCK 為高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)保持高電平。 命令代碼 保留0000X 測量溫度00011 測量濕度00101 讀狀態(tài)寄存器00111 寫狀態(tài)寄存器00110 保留0101X1110X 軟件復(fù)位，復(fù)位接口、清楚狀態(tài)寄存器 為默認(rèn)值，下一個命令前等待至少11ms 11110 圖2-5 命令時序 緊接著的命令包括3個地址位（僅支持“000” ）和5個命令位。SHT10指示正 確接收命令的時序?yàn)椋涸诘?個 SCK 時鐘的下降沿之后將 DATA 拉為低電平（ACK 位）,在第9個 SCK 時鐘的下降沿之后釋放 DATA（此時為高電平） 。 b.測量時序（R

28、H 和 T） “000 00101”為相對濕度（RH）量， “000 00101”為溫度（）測量。發(fā) 送一組測量命令后控制器要等待測量結(jié)束，這個過程大約需要20/80/320ms 對 應(yīng)其8/12/14位的測量。測量時間隨內(nèi)部晶振的速度而變化，最多能夠縮短 30%。SHT10下拉 DATA 至低電平而使其進(jìn)入空閑模式。重新啟動 SCK 時鐘讀出數(shù) 據(jù)之前，控制器必須等待這個“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號。 接下來傳輸2個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1個字節(jié)的 CRC 校驗(yàn)。MCU 必須通過拉低 DATA 來確認(rèn)每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)都從 MSB 開始，至 LSB 有效。例如對于12位 數(shù)據(jù)，第5個 SCK 時鐘時的數(shù)值

29、作為 MSB 位；而對于8位數(shù)據(jù)，第1個字節(jié)（高8 位）數(shù)據(jù)無意義。 確認(rèn) CRC 數(shù)據(jù)位之后，通信結(jié)束。如果不使用 CRC-8校驗(yàn)，控制器可以在 測量數(shù)據(jù) LSB 位之后，通過保持 ACK 位為高電平來結(jié)束本次通信。測量和通信 結(jié)束后，SHT10自動進(jìn)入休眠狀態(tài)模式。 c.復(fù)位時序 如果與 SHT10的通信發(fā)生中斷，可以通過隨后的信號序列來復(fù)位串口，如 圖2-6所示。保持 DATA 為高電平，觸發(fā) SCK 時鐘9次或更多，接著在執(zhí)行下次命 令之前必須發(fā)送一組“傳輸啟動”序列。這些序列僅僅復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器 的內(nèi)容仍然保留。 DATA SCK 圖2-6 復(fù)位時序 （4）傳感器 SHT10與

30、AT89C51的接口電路 如圖2-7所示，傳感器 SHT10將采集的溫濕度值與鍵盤設(shè)定溫濕度值進(jìn)行比 較，并將信息送給89C51進(jìn)行處理，89C51將信息送給顯示模塊進(jìn)行顯示，用戶 需要對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的溫濕度調(diào)節(jié)。 圖2-7 傳感器接口電路圖 DATA SCK 傳輸開始傳輸開始 121314 4- -8 891 2.2.32.2.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 RC 復(fù)位電路，RC 復(fù)位電路實(shí)質(zhì)是一階充放電電路。如圖2-9所 示。該電路提供有效的復(fù)位信號 RST（高電平)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信 號（低電平） 。從理論上說51系列單片機(jī)復(fù)位引腳只要外加兩個機(jī)器周期的有效 信號

31、即可復(fù)位，設(shè) t 為保持高電平的時間，只要保證 t=RC2M（M 為機(jī)器周期） 即可。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，通常 C1取10uF 以上，R1通常取10K 左右。時間發(fā) 現(xiàn)，如果 R1取值太小，如 R1取1K.則會導(dǎo)致 RST 信號驅(qū)動能力變差而無法使系 統(tǒng)可靠復(fù)位。另外實(shí)驗(yàn)證明，圖中的虛線所接的續(xù)流二極管 D1對于改善復(fù)位性 能起到了至關(guān)重要的作用，它的作用是在電源電壓瞬間下降時，電容迅速放電， 因此一定寬度的電源毛刺也可使系統(tǒng)可靠復(fù)位。 RST Vcc C1 22uF R1 D1 10K 4148 圖2-9 RC 復(fù)位電路 2.2.42.2.4 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 溫濕度

32、調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加濕模塊除濕模塊、加溫模塊和制冷模塊。它是由單 片機(jī)的IO 口控制的，有效控制電平為+5V，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種設(shè)備都是在市電 下正常工作的，必須采用IO口控制繼電器的導(dǎo)通和切斷來控制市電的通斷， 也即控制執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)。由于單片機(jī)的IO不能提供足夠的電流，不能 直接驅(qū)動繼電器導(dǎo)通，因此，我們采用達(dá)林頓管，將進(jìn)行兩級放大，提供了足 夠大的驅(qū)動電流，讓繼電器中的電感線圈產(chǎn)生足夠大的磁力，將開關(guān)吸合。用 戶預(yù)先輸入溫濕度報警值到程序中，該值作為系統(tǒng)閾值。溫濕度傳感器監(jiān)測值 傳輸給單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)比較監(jiān)測到的數(shù)值超出所設(shè)定閾值時，驅(qū)動蜂鳴器報 警，并為溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供控制信號，實(shí)現(xiàn)自動控

33、制。 2.2.52.2.5 SHT10SHT10 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序 如圖 2-10 所示，SHT10 數(shù)據(jù)采集過程。 圖2-10 SHT10數(shù)據(jù)采集流程圖 溫濕度傳感器SHTl0完成一次測量的工作順序一般為：設(shè)置傳感器分辨率 發(fā)送“啟動傳輸”命令發(fā)送測量命令讀輸出的測量值將輸出測量值轉(zhuǎn)換 為物理量。微控制器首先發(fā)布一個啟動傳輸時序，接著調(diào)用寫時序發(fā)布溫度 或濕度(取決于人口參數(shù))的測量命令，之后等待測量的完成，在測量完成后， 調(diào)用讀時序讀回測量結(jié)果。需要注意的一點(diǎn)是，僅當(dāng)通信錯誤標(biāo)志error為0時， 才說明通信正確，讀回的結(jié)果有效。在主程序中若檢測到通信錯誤標(biāo)志error非 零，需要

34、使用復(fù)位時序，來復(fù)位串行端口，然后重新進(jìn)行測量SHTlO數(shù)據(jù)采集程 序流程圖如圖2.10所示： SHT10讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：DATA在SCK時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在SCK 時鐘的上升沿有效。從微控制器向SHT10寫數(shù)據(jù)的角度來看，可以理解為上升沿 將觸發(fā)SHT10鎖存數(shù)據(jù)，即微控制器在下降沿輸出數(shù)據(jù)，再給出上升沿觸發(fā) SHT10鎖存數(shù)據(jù)。下降沿和上升沿之間的時間間隔需要滿足SHT10的數(shù)據(jù)建立時 間1 (最小值為lOOns)，上升沿之后數(shù)據(jù)也需要保持一段時間，這段時間用于滿 足SHT1 0的數(shù)據(jù)保持時間TH(典型值為lOns)。 當(dāng) SHT10 完成測量后，微控制器需要發(fā)布讀時序?qū)y量結(jié)

35、果讀回。實(shí)現(xiàn)讀 時序首先需要實(shí)現(xiàn) 8 個數(shù)據(jù)位的讀取。SHT10 讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：DATA 在 SCK 時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在 SCK 時鐘的上升沿有效。從微控制器讀 數(shù)據(jù)的角度理解，時鐘線的下降沿將觸發(fā) SHT10 接口內(nèi)的鎖存器輸出數(shù)據(jù)，輸 出數(shù)據(jù)在時鐘線上升沿之后達(dá)到穩(wěn)定，下降沿和上升沿之間的時間間隔要大于 SHT10 的輸出數(shù)據(jù)有效時間 Tv(典型值為 250ns)，即微控制器需要先給出下降 沿，延時一段時間待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù)。此外，微處理器需要在第 9 個時 鐘給出應(yīng)答位，這屬于寫時序，寫時序可參考前文的論述。讀時序的 C 語言程 序代碼如下，程序的人口參數(shù)為 0 或

36、1，0 代表給出應(yīng)答位，繼續(xù)接收后續(xù)數(shù)據(jù)； 1 表示終止通信。 第第 3 3 章章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 3.13.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)軟件采用Borland Delphi編寫。Delphi是強(qiáng)大，靈活的基于Windows 的可視化應(yīng)用程序開發(fā)工具。它將可視化技術(shù)與ObjectPascal語言完美結(jié)合， 具有良好的數(shù)據(jù)庫訪問能力，是一個非常強(qiáng)大的應(yīng)用程序開發(fā)組件的集合。 上位機(jī)軟件主窗口如圖2所示，它是系統(tǒng)啟 窗口等待用戶操作。主窗口包 括四大部分，即溫動后顯示在用戶面前的第一個窗口，系統(tǒng)將在此 度實(shí)時監(jiān)測 圖形，濕度實(shí)時監(jiān)測圖形，當(dāng)日環(huán)境參數(shù)表以及其他窗口的彈出按

37、鈕。系統(tǒng)的 實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)是上位機(jī)每隔15分鐘向下位機(jī)發(fā)出命令采集的，時間間隔合理， 能達(dá)到實(shí)時監(jiān)測的目地。系統(tǒng)軟件本著方便用戶使用的原則，采用人機(jī)交互方 式、彈出式窗口、錯誤屏蔽、友情提示等技術(shù)，最大限度地方便用戶操作。系 統(tǒng)窗口簡潔明了，數(shù)據(jù)顯示采用表格或圖形的形式，使得用戶更方便地查看、 查詢數(shù)據(jù)。溫濕度數(shù)據(jù)接收軟件界面圖如圖3-1所示： 如圖3-2所示，上位機(jī)軟件主要由實(shí)時監(jiān)測模塊、大棚信息模塊、智能控制 模塊、環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊、作物長勢記錄模塊和直接控制模塊6大模塊組成，用 戶可以通過具體界面來了解下位機(jī)所在的大棚內(nèi)作物的生長情況，通過界面內(nèi) 作物生長的走勢圖可以得出最適合作物生長的環(huán)

38、境條件。上位機(jī)軟件控制界面 友好，操作簡單明了，十分適合用戶操作。 圖 3-2 上位機(jī)軟件流程 3.23.2 通信模塊軟硬件設(shè)計(jì)通信模塊軟硬件設(shè)計(jì) 3.2.13.2.1 通信硬件設(shè)計(jì)通信硬件設(shè)計(jì) 89C51單片機(jī)與PC系列微機(jī)是兩種不同類型的機(jī)種，硬件結(jié)構(gòu)不同，電氣特 性也不一樣，因此它們之間不能用導(dǎo)線直接連接，而要通過電平轉(zhuǎn)換電路。本 系統(tǒng)采用的串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)RS一232C。 （1）RS一232C電氣特性 RS一232C采用負(fù)邏輯在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=一515V邏輯0(SPACE) =+5+15VRS一232C的主要電氣特性為：帶37k歐姆負(fù)載時驅(qū)動器的輸出電平： 邏輯

39、“1”：一5 一12V；邏輯“0“：+5 +12V。不帶負(fù)載時驅(qū)動器的輸出 電平： 一25+25V。驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率：30V，L 。接收器輸入阻抗：37K 歐姆之間。接收器輸入電壓的允許范圍：一25 +25V。最大負(fù)載電容： 2500PF。 （2）RS一232C的電平轉(zhuǎn)換 RS一232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與1vrL以高低電平表示邏輯狀態(tài) 的規(guī)定不同。為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的1vrL器件連接，必須在EIARS一 232C與1vrL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)變換的方法目前較為廣 系統(tǒng)啟動 主窗口等待操作 退出程序 直 接 控 制 實(shí)時監(jiān)控 大 棚 信 息 作 物 長 勢 智

40、 能 控 制 環(huán) 境 參 數(shù) 設(shè) 置 泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成1vrL電平到EIA 電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75 154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到1vrL電平的轉(zhuǎn)換，MAX232芯 片可完成1vrL一IA雙向電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片的轉(zhuǎn)換口，包含兩路驅(qū)動器和接 收器的RS 一232轉(zhuǎn)換芯片。芯片內(nèi)部有一個電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換 為RS一232接口所需的10V電壓，最大的好處是工作電壓為+5V，不需要額外電 源。 3.2.23.2.2 通信軟件設(shè)計(jì)通信軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到下位機(jī)位于溫室大棚內(nèi)，離上位機(jī)即計(jì)算機(jī)的控制 有一定距離

41、，而且系統(tǒng)對于傳送速度的要求也不是很高，且考慮到傳輸?shù)男畔?量不會非常大，并從降低成本的角度出發(fā)，所以采用異步串行通信的方式。 （1）異步通訊方式 異步通訊方式既不需要同步字符SYNC，也不要求保持?jǐn)?shù)據(jù)流的連續(xù)性，它 規(guī)定傳輸格式，每個數(shù)據(jù)均以相同的幀格式發(fā)送。每幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、 奇偶校驗(yàn)位和停止位組成，幀與幀之間用高電平隔開。 （2）通信程序的編寫 由于匯編語言程序結(jié)構(gòu)緊湊、靈活，匯編成目標(biāo)程序效率高、占用存儲器 空間少、運(yùn)行速度快和實(shí)時性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合實(shí)時測控等領(lǐng)域，所以本系統(tǒng)通 信程序采用了匯編語言進(jìn)行編寫。在異步串行通信中，要保證通信成功，通信 雙方必需對數(shù)據(jù)傳送方式有一系列的約定，比如：作為發(fā)送方，必須知道什么 時候發(fā)送信息、發(fā)什么、對方是否收到、收到的內(nèi)容有沒有錯、要不要重發(fā)、 怎樣通知對方結(jié)束等；作為接收方，必須知道對方是否發(fā)送了信息、發(fā)的是什 么、收到的信息是否有錯、如果錯了怎樣通知對方重發(fā)、怎樣判斷結(jié)束等。這 種約定稱為通信協(xié)議，它必須在編程之前就確定下來，只有雙方都正確地識別 并遵守這些規(guī)定才能順利地進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)的通信協(xié)議格式設(shè)置為： 我們選定常用的波特率2400位 ，串行