基于51单片机光强度控制系统设计参考

- 1 -光强度控制系统设计摘 要 鸡舍控制系统是基于单片机的智能控制系统。控制系统以 STC89C52 单片机为核心，实现采集光照强度功能。，光强传感器采用 TSL2561 检测光照度。将采集的鸡舍的数据信息在液晶 LCD1602 上显示出来。本文设计的鸡舍控制系统，能够实时采集控制温鸡舍内的光照强度、温度等环境参数，并且定时控制音乐播放，以直观的数据显示给用户。关键词 stc89c52； 报警控制； 光照控制； 液晶1 绪论鸡舍的温度光照对蛋鸡的生长、发育和产蛋量有直接影响，合理的光照能刺激蛋鸡排卵，增加蛋鸡产蛋量。对于封闭式鸡舍，完全采用人工光照方式，而对开放式或半开放式的鸡舍，可以采用自然光照和人工补充光照相结合的方式。当自然光照时间充足时，无需人工光照，只有当自然光照时间不足时，才采用人工光照补充。这样既可以节省开支，又能满足鸡舍光照强度的要求。温度的调控可以减弱季节和昼夜温差对鸡的生长发育和产蛋量的影响。音乐可以促进蓄养类动物的生长，并且可以提高肉质的质量还可以提高鸡对环境中突发的声响的适应能力，以免受到惊吓。人工控制光照度和温度变化，可提高家禽生产力、繁殖力和产蛋品质，消除或改变家畜生产的季节性。本系统可以根自动调整光照强度和温度，由独立键盘控制音乐播放，减少了人工参与，同时又能在满足要求的前提下节约用电量。基于以上认识，本文设计出一种基于单片机技术的鸡舍控制系统。2 系统方案与论证为了能够设计出一种成本低廉，精确度较高，连接简单的鸡舍控制系统，本设计给出了三种方案。21 方案论述方案一：控制系统以 STC89C52 单片机为核心，光强传感器采用 TSL2561检测光照强度。所需采集的数据将随被测各项数据变化的电压或电流采集过来，进行数据的处理，在显示电路上，将被测各项数据显示出来。单片机将采集到数值在液晶 1602 上显示出来。所采集的数据经过单片机的比较发出调整指令，通过调整灯的亮度和调节光照强度。系统的总体结构框图，如图 2.1 所示。- 2 -AT89S52光强传感器温度 传感器调光系统系统加热系统系统L C D 显示系统独立键盘控制 音乐播放系统图 2.1 系统框图方案二：控制系统的核心采用 AT89C51 单片机，温度采集采用 SHT10 数字式温湿度传感器。光照度传感器采用 GZD-01 型光照度感应探头， A/D 转换模块采用逐次渐近型 8 路 A/D 转换器 ADC0809，利用 AT89C51 单片机的串行I/O 口。单片机将采集到数值在液晶 nokia5110 上显示出来。独立键盘控制音乐播放，经过 1min 后由单片机控制停止播放音乐。系统的总体结构框图，如图2.2 所示。光照传感器AT89C51单片机温度传感器键盘输入控制A / D 转换器加热系统L C D 显示系统音乐播放系统调光系统图 2.2 系统框图- 3 -方案三：控制系统以 STC89C52 单片机为核心，温度传感器采用改进型智能传感器 DS18B20，采用加热炉调整温度。光照控制不再经过单片机控制而直接利用光敏电阻阻值与光照强度之间的关系来控制鸡舍内灯光的光照强度。数据采集部分使用 STC89C52 单片机，将随被测各项数据变化的电压或电流采集过来，进行数据的处理，在显示电路上，将被测各项数据显示出来。单片机将采集到数值在液晶 1602 上显示出来。独立键盘控制音乐播放，经过 1min 后由单片机控制停止播放音乐。系统的总体结构框图，如图 2.3 所示。AT89S52单片机光敏电阻温度传感器独立键盘控制调光系统显示系统加热系统音乐播放系统图 2.3 系统框图2.2 方案比较方案一使用的控制器为STC89C52单片机，方案二使用的控制器为AT89C51单片机。与方案二的单片机相比较，STC89C52单片机功耗低，性能高而且成本不高，并且完全能够满足本方案的需求。方案一选择的TSL2561光强传感器相比于方案二使用 GZD-01型光照度感应探头和方案三的光敏电阻，TSL2561光强传感器采用先进的电路模块技术开发变送器，体积小、安装方便、线性度好、传输距离长、抗干扰能力强，来采集鸡舍内的光照强度。方案一和方案三选择温度传感器DS18B20采集鸡舍内的温度，与方案二的温度传感器相比SHT10数字式温湿度传感器不需外围元件，直接输出温度的数- 4 -字信号，无需经过AD转换，连接简单，可以有效地解决传统温度传感器的不足。方案一和方案二使用的显示设备是液晶nokia5110相对于方案二的LCD1602有以下优点。性价比高，LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符，Nokia5110裸屏仅8.8元，LCD1602一般15元左右。接口简单，仅四根I/O线即可驱动，LCD1602需11根I/O线。速度快，是LCD1602的40倍。Nokia5110 工作电压3.3V ，正常显示时工作电流200uA 以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。综上所述，根据对三种方案的比较以及对设计的鸡舍控制系统性价比，精确度较高，连接简单的要求，选择方案一来设计本鸡舍控制系统。3 系统硬件设计鸡舍控制系统硬件部分主要由控制器模块、电源电路模块、室内温度检测模块、光照强度检测模块、显示电路模块、控制电路模块组成。3.1 控制器模块本设计的控制器模块选用 STC89C52，它是一种低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。(1) 标准功能：8K 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路 4。另外，STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/ 计数器、串口中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。(2) 在外部结构上，STC89C52 单片机和 MCS-51 系列单片机的结构相同，有三种封装形式，分别是 PDIP 形式，为 40 针脚； PLCC 形式，为 44 针脚；TAFP 形式，也为 44 针脚 5。其中，常用的为 PDIP 形式。STC89C52 单片机的- 5 -引脚分布如图 3.1 所示。 P039182764RXDTALESN/IVWpFCYG接KuMBOUds+.otrevf()lbm?图 3.1 STC89C52 的引脚图3.2 温度检测电路模块DS18B20可以将现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20的温度检测和数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰能力更强。其中一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。其管脚介绍如下：(1)GND 为电源地；(2)DQ 为数字信号输入 /输出端；(3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） 。测温电路连接如图3.2所示。- 6 -P 0 03 9P 0 13 8P 0 23 7P 0 33 6P 0 43 5P 0 53 4P 0 63 3P 0 73 2P 2 02 1P 2 12 2P 2 22 3P 2 32 4P 2 42 5P 2 52 6P 2 62 7P 2 72 8R X D1 0T X D1 1A L E P3 0P S E N2 9P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78I N T 11 3I N T 01 2T 11 5T 01 4E A / V P3 1X 11 9X 21 8R E S E T9R D1 7W R1 68 9 C 5 2123D S 1 8 0 2G N D+ 5 VD 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7P 1 0P 1 0测温P 1 1P 3 2P 1 2图 3.2 温度检测电路图3.3 光照强度检测电路模块本设计选择 TSL2561光强传感器检测鸡舍内的光照强度。各引脚的功能如下：脚1和脚3分别是电源引脚和信号地。其工作电压工作范围是是2.7V-3.5V。脚2，器件访问地址选择引脚。由于该引脚电平不同，该器件有3个不同的访问地址。脚4和脚6，总线的时钟信号线和数据线。脚5中断信号输出引脚。当光强度超过用户编程设置的上或下阈值时器件会输出一个中断信号。TSL2561光强度数字转换芯片与单片机 P0口相接，电路原理图如图3.3所示。- 7 -V D D1A D D R S E L2G N D3I N T4S C L5S D A6U 1 3T S L 2 5 6 11 0 KR 91 0 KR 1 0G N DV C CP 0 03 9P 0 13 8P 0 23 7P 0 33 6P 0 43 5P 0 53 4P 0 63 3P 0 73 2P 2 02 1P 2 12 2P 2 22 3P 2 32 4P 2 42 5P 2 52 6P 2 62 7P 2 72 8R X D1 0T X D1 1A L E P3 0P S E N2 9P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78I N T 11 3I N T 01 2T 11 5T 01 4E A / V P3 1X 11 9X 21 8R E S E T9R D1 7W R1 6A T 8 9 S 5 2图 3.3 TSL2561 光强传感器连接 电路图3.4 显示模块液晶 nokia5110的特点如下：(1) 84x48 的点阵 LCD，可以显示 4 行汉字，采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9 条。(2) 支持多种串行通信协议（如 AVR 单片机的 SPI、MCS51 的串口模式O 等） ，传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。(3)可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到印制板上，因而非常便于安装和更 LCD 控制器/驱动器芯片已绑定到 LCD 晶片上，模块的体积很小。(4)采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200A 以下，且具有掉电模式。液晶 nokia5110的引脚图如图3.4所示。液晶 nokia5110与单片机的连接电路图如图3.5所示。- 8 -图 3.4 液晶 nokia5110 引脚图P 1+ 3 . 3 VP 0 03 9P 0 13 8P 0 23 7P 0 33 6P 0 43 5P 0 53 4P 0 63 3P 0 73 2P 2 02 1P 2 12 2P 2 22 3P 2 32 4P 2 42 5P 2 52 6P 2 62 7P 2 72 8R X D1 0T X D1 1A L E P3 0P S E N2 9P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78I N T 11 3I N T 01 2T 11 5T 01 4E A / V P3 1X 11 9X 21 8R E S E T9R D1 7W R1 6A T 8 9 S 5 2+ 3 . 3 V123456781 . 5 KR 11 . 5 KR 21 . 5 KR 31 . 5 KR 41 . 5 KR 51 . 5 KR 6G N Dn o k i a 5 1 1 0图 3.5 液晶 nokia5110 连接电路图- 9 -3.5 控制电路模块本设计的控制电路模块选用继电器作为控制系统的开关。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。如图3.6 所示，从机从主机接受指令控制继电器的开关，从而使各类执行器件起到对温室环境调节的作用。G N D12345K 1R e l a yQ 42 N 3 9 0 41 KR 1 1V C C加热系统G N D12345K 2R e l a yQ 52 N 3 9 0 41 KR 1 2V C C调光系统G N D12345K 3R e l a yQ 62 N 3 9 0 41 KR 1 3V C C音乐播放系统P 0 03 9P 0 13 8P 0 23 7P 0 33 6P 0 43 5P 0 53 4P 0 63 3P 0 73 2P 2 02 1P 2 12 2P 2 22 3P 2 32 4P 2 42 5P 2 52 6P 2 62 7P 2 72 8R X D1 0T X D1 1A L E P3 0P S E N2 9P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78I N T 11 3I N T 01 2T 11 5T 01 4E A / V P3 1X 11 9X 21 8R E S E T9R D1 7W R1 6A T