基于无线技术的温室大棚智能控制系统.doc

滨江学院 学年论文（设计）题 目 基于无线技术的温室大棚智能控制系统 院 系 滨江学院 专 业 自动化 学生姓名 王 帅 学 号 20102336915 指导教师 周旺平 职 称 副教授 二一四 年 一 月 一 日目 录第一章 绪 论11.1选题背景11.2国内外的发展现状11.3课程内容、目的及思路2第二章 温室控制系统的总体设计32.1 温室环境因子32.2 控制系统设计要求32.3控制系统总体设计4第三章 温室控制系统硬件设计53.1 基于stc89c52的单片机控制系统53.1.1 stc89c52简介53.1.2 stc89c52硬件结构53.1.3 stc89c52管脚说明63.1.4 stc89c52存储器结构83.1.5 stc89c52串行口控制寄存器scon93.1.6 stc89c52 中断系统93.1.7 stc89c52的空闲模式103.1.8 stc89c52的掉电模式103.2 stc89c52最小系统113.2.1 时钟电路123.2.2 复位电路123.3 传感器采集模块133.3.1 sht10传感器简介133.3.2 sht10引脚及接口定义143.3.3 sht10电气特性及典型应用153.3.4 sht10的通信163.3.5 信号的转换183.4 降温模块193.5加热模块203.6 按键模块203.7 显示模块213.8 报警模块243.9 无线传输模块25第四章 总 结27参考文献28abstract 29致 谢30附录1 系统设计proteus仿真调试图31附录2 系统设计proteus仿真调试图32基于无线技术的温室大棚智能控制系统 王帅 南京信息工程大学滨江学院自动控制系自动化 江苏 南京 210044摘要：温室大棚在当今的生产生活中的到了越来越广泛的使用，大大的提高了农民的经济收益。在温室大棚中，最关键的是对温室环境因数的实时监视与控制，使温室大棚的环境适合农作物的生长。该系统是在综合对比了当下的控制系统，并结合实际的生产需要，做出了全新的修改及设计。本文研究设计的温室大棚智能控制系统是以无线技术的为基础。系统由温湿度传感器、stc89c52型单片机、无线收发模块、二氧化碳传感器、控制模块和上位机模块,以及温室内的执行机构等组成。该系统具有极高的智能度和可靠性，系统工作极其稳定。关键词：stc89c52单片机、温湿度传感器、无线传输、温室 第一章 绪 论1.1选题背景对农业生产中的一些环境因数进行监控室现如今农业生产中的一个较为重要的环境。这些环境因子严重影响着农作物的生长、发育和能量交换，例如：环境温度湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等。随着科学技术越来越成熟，温室大棚的控制管理向着自动化、科学化趋势发展，因此实现此目的最基本的保证是对环境监测和控制。在这个基础上在对检测到的数据进行分析，并结合具体农作物的生长发育的规律，对生物生长环境进行实时的控制，从而使农作物生长在最适的环境下，农作物就可以达到优质、高产。蔬菜大棚是现代社会饮食的主要来源，因此温室大棚内的温度、湿度以及光照强度等环境因素就成了人们研究的对象。毛发温度表、酒精温度计是最传统的人工测量的工具，通过这些原始工具的测量再对那些温湿度等环境因素一场的温室大棚进行相应的控制。这种费时实力而且效率低下的人工控制的方法不仅随机性大而且误差很大。因此一种旨在克服上述弊端并且价格优惠的的自动控制系统应运而生。随着单片机和各种电子元器件件的迅猛发展，温室大棚智能控制系统也在不断的完善与改进。基于单片机控制的温室大棚控制系统在现阶段比较流行，它们属于半自动控制的系统。这些系统虽然可以取代人工控制，但是也存在着一些缺点。1.2国内外的发展现状温室可以向农作物提供最适合的生长加减，并且可以根据农作物的需求改变植物的生长环境，也能避免外界环境变化对农作物生长的影响。温室大棚使用采光副噶材料最为结构材料，可以在恶劣的环境下为农作物提供良好的生长环境，从而可以达到调节生产，促进农作物生长发育、提高产品质量产量。温室控制系统设计中的关键技术是对温室大棚内的环境因素进行控制，即关键是提高控制和作业精度。国外对温室大棚控制的研究起步较早，最早可追溯到20世纪70年代。模拟式的组合仪表是最早采用温室控制系统，可以采集、记录和控制现场的信息。大约80年代末，农业技术上出现了分布式的温室控制系统。而当今开发和研究的重点是计算机数据采集控制系统，它是基于多因子综合控制技术。随着智能控制技术的成熟，自动化控制已不能满足人们的要求，而向自动化、无人化的方向发展成为主流。国外的温室控制系统大致经历了3个发展阶段：人工控制：在室控制的早期，人们往往采取人工控制技术。它不具备真正意义上的控制系统，也没有真正意义上的执行机构。温室环境因数的采集以及对温室内作物的管理都是由人来完成的，人在这个控制系统中是温室环境控制的核心。人们依据自己长期积累的经验、观测温室内外的气候和作物生长状况，手动控制温室内环境参数。这种采手动控制的方式，以人们的经验为基础，符合传统农业生产的规律。但是这种控制方式有着最大的缺陷：劳动生产效率低，不适合大规模生产的需要。自动控制：相对于人工控制，：自动控制系统较省时省力。它是根据农作物的生长状况输入最适合的环境参数，并通过各种传感器及时的检测和控制这些环境参数，然后与设定值进行比较，如果超出设定值范围，控制系统会启动相应的调节模块，比如加热，降温，洒水等等。这种方式使温室环境因数得到了自动化生产，劳动效率得到了提高，对于工厂化生产比较适合。为了使农作物较好的生长，自动控制系统可以通过设定环境参数自动调节温室内的环境。但是这种控制系统也存在一些缺点，比如它不能对农作物生长状况的改变及时的做出环境调整，不能根据农作物的生长规律进行实时控制。目前我国很大一部分自主研制的温室大棚控制系统都属于这种控制方式。 智能化控制：也称为专家系统。它是通过总结技术知识、收集各种实验数据，运用温室智能控制系统技术建立起来的系统。它是通过收集和总结农业领域知识、技术和各种试验数据，在生产实践和自动控制技术的基础上组成的专家系统。该系统是以建立好的植物生长数学模型为理论依据，是一种温室专家控制系统，它可以适合不同农作物的生长。 温室大棚控制技术正向着人工手动控制、自动控制和智能化控制的趋势发展，将会越来越完善，越来越满足人们的需求。从整体上来看，温室大棚控制技术正朝越来越成熟的方向发展，有基于温室环境因素综合分析模型、农作物生长模型和农业专家系统完全自动化和智能化的趋势。1.3课程内容、目的及思路 本系统通过温室大棚内的一系列传感器采集数据，并经过简单的处理后经过数据通信模块传送给系统控制中心（单片机）。单片机分析这些数据后自动做出相应的处理，比如开启天窗、喷洒水雾等。这就实现了温室大棚在没有人参与下的自动控制。与此同时，在外接的lcd液晶屏上显示实时的参数，以便观察。外接的键盘可以设定系统要控制的温度值和湿度值，以此满足不同农作物对环境因数的要求。 第 3 页 共 38 页第2章 温室控制系统的总体设计2.1 温室环境因子 外部环境因素和农作物自身的遗传特性直接影响着农作物的生长发育及产品的最终成果，也是决定作物质量和产量的关键。因此，改变农作物产量和质量就可以从两个方面下手，一是通过现代的高科技育种技术获得具有新的遗传特性的种子，再一个就是通过现在的温室大棚控制技术对农作物生长的环境进行检测和控制，使其长期保持在作物生长所需的环境范围内。农作物的光合作用、呼吸作用以及根对水分、养分的吸收及生长都和温室内的温度、湿度以及光照强度有着密切的关系。在这些环境因素中温度起着极为重要的影响，因此，对温室大棚进行控制就要从温度开始。对于同一种作物，它不同的生长发育阶段对环境因素的要求是不同的，而不同的农作物对生长环境的要求也是不一样的。通常来说，植物白天光合作用比呼吸作用强烈的多，这就需要较高的温度。而到了晚上，呼吸作用会比光合作用强烈的多，着对温度就没有太高的要求。此外，温室内的环境也会受到外界环境变化及恶劣天气的影响，因此在温室大棚控制系统的设计中必须要考虑到这一点。农作物的生长有一定的规律性，它所需的生长环境会因为种类、生长阶段的不同而发生变化，温室大棚控制系统就是要根据这些需求的变化而做出相应的处理，使温室大棚内的环境始终适合农作物的生长发育。2.2 控制系统设计要求该系统主要以温度和湿度为主要的控制参数进行系统的设计和制作，本系统主要实现以下功能：1. 可以及时检测到温室大棚内的温湿度，即通过传感器对温室大棚内的温湿度进行实时测量，并将这些数据通过通信模块传送给单片机，然后单片机进行检测、分析、处理和暂存这些收集到的各路数据，从而实现温湿度的智能测量和监控。2.显示功能：可以通过显示屏显示实时参数值以及设定值。3.根据不同季节，不同地区和不同农作物的需求，可以设置不同的控制参数，保证农作物在最佳的生长发育环境中生长。 4.报警功能：可以实现参数超值的声光报警功能。5.可以根据设定的参数值进行自动控制。即当温室大棚内的参数偏离设定值后，单片机会自动的启动相应的处理机构，将温室大棚内的环境参数调节至设定值附近。2.3控制系统总体设计 系统原理框图如图2-1所示，本系统由传感器模块、按键模块、显示模块、报警模块、无线通信模块、stg89c52单片机主控模块、上位机模块和温室大棚内的处理机构等构成。操作人员可以现场或者通过上位机设定参数值，设置的参数值和采集到的参数值可以在显示模块以及上位机上进行实时的显示。当采集的参数值比设定的参数值大时，相应的处理机构就会启动工作，使温室内的环境参数保持在设定值附近。反之，当采集的参数值小于设定值的时候，另一个处理机构也会启动工作，让温室环境保持在最佳值附近。该系统实现功能是可以实时的、有效的、可靠地监控到温室大棚内环境因素，从而确保农作物生长在最佳的温室环境，进而提高农作物的质量和产量。 图2-1 系统框图第3章 温室控制系统硬件设计 本系统由stc89c52型单片机控制模块、温度传感器模块、无线收发模块、上位机（计算机）以及温室内的执行机构等构成。现分别介绍如下：3.1 基于stc89c52的单片机控制系统 本系统采用stc公司生产的基于mcs-51内核的stc89c52单片机。3.1.1 stc89c52简介 stc89c52是一款由stc公司生产的cmos8位单片机，具有低电压、高性能等优点，该单片机内部含有8kb的系统可编程flash存储器。stc89c52比在传统的51单片机有了很大的改进，具有很多51单片机不具备的功能，但是stc89c52仍然使用的是经典的mcs51内核。高密度和非易失性存储技术在该单片机中得到了具体的应用，并且该单片机兼容标准的mcs-51指令系统。stc59c52单片机片内配有灵活的8位cpu（即中央处理器）和系统可编程快速存储单元，为很多嵌入式应用系统的开发提供了更加灵活有效的方案。功能强大的stc89c52单片机可灵活应用于各种控制领域。其主要工作特性是：片内程序存储器包括512字节的随机8kb的flash程序存储器和；具有32根可编程i/o口线；片内含有看门狗定时器；片内配置了4kb的eeprom和max810复位电路；片内具有3个16位定时计数器和4个外部中断以及一个7向量4级中断结构；工作频率范围在0-40mhz；3.1.2 stc89c52硬件结构 图3-1 stc89c52的硬件结构图 如上图所示，为stc89c52的硬件结构图。stc89c52单片机的cpu包括运算器和控制器，这和mcs51单片机的结构相同。运算器主要对操作数进行操作包括算数运算、逻辑运算以及位操作。控制器是微处理器的控制执行部件，它的主要任务是主要读取指令代码进行分析、识别，并根据不同的的指令来控制个相关元件，从而保证保证单片机能够协调。3.1.3 stc89c52管脚说明图3-2 stc89c52引脚图电源引脚： vcc（40）：电源 gnd（20）：接地外部晶振引脚： xtal1（19）：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 xtal2（20）：振荡器反相放大器的输出端。控制引脚： rst/vpp(9)：复位输入。晶振工作时，引脚持续2个机器周期以高电平将使用单片机复位。 ale/（30）：地址锁存器控制允许信号。 （29）：外部程序储存器选通信号 （31）：外部程序存储器选通信号。当该引脚接高电平时，单片机将从外部存储器读指令，当该引脚接低电平时，将从内部程序存储器读取指令。可编程i/o引脚： stc89c52有4组可编程输入输出口，共32个，分别为p0口、p1口、p2口、p3口。 p0口（32-39）：一般i/o引脚或数据/低位地址总线服用引脚，内部无上拉电阻 p1口（1-8）；一般i/o引脚，内部有上拉电阻 p2口（21-28）：一般i/o引脚或高位地址总线引脚，内部有上拉电阻 p3口（10-17）：一般i/o引脚或第二功能引脚，内部有上拉电阻在这些可编程i/o口中，有部分i/o口具有第二功能，现介绍如下：表3-1 p1.0和p1.1第二功能引脚号功能特性p1.0t2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输p1.1t2ex定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制 表3-2 p3口引脚第二功能引脚号第二功能p3.0rxd（串行输入）p3.1txd（串行输出）p3.2int0（外部中断0）p3.3int1（外部中断1）p3.4t0（定时器0外部输入）p3.5t1（定时器1外部输入）p3.6wr（外部数据存储器写选通）p3.7rd（外部数据存储器读选通） 3.1.4 stc89c52存储器结构 stc89c52单片机有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64k寻址。1. 程序存储器 当ea引脚接低电平的时候，单片机将先从外部存储器读取程序。就stc89c52单片机而言，当ea引脚接高电平，单片机将先从内部存储器读取程序，然后才从外部存储器读取程序。2. 数据存储器 stc89c52内部还有256b的ram。这些ram的高128字节与特殊功能寄存器重叠。即特殊功能寄存器和ram的高128字节的地址是一样的，但是它们在物理上是分开的。当指令访问高128字节时，是访问ram还是访问特殊功能寄存器将取决于这条指令的寻址方式。一般情况下，在直接寻址的方式下将会访问特殊功能寄存器。 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sm0sm1sm2rentb8rb8tiri sm0、sm1是单片机串口工作方式选择位 表3-4 串行口工作方式 sm0sm1工作方式00方式0：移位寄存器方式01方式1：8位uart，波特率可变10方式2：9位uart,波特率为fosc/64或fosc/3211方式3：9位uart，波特率可变 sm2 ： 多机通讯控允许控制位。当单片机处于工作方式2或者工作方式3的时候，如果sm2和ren同时为高电平，那么从机就只有在接收到rb8=1的时候才会激活中断请求标志位（ri），并且向主机发送中断请求。从机只有在复位之后才会接收到rb8=0的数据。当单片机处于方式1工作时，如果sm2为高电平，那么要置位中断请求标志位就必须要接收到有效的停止位；在方式0时，sm2应为 0。 ren：启用/禁用串行接收控制位。该孔志伟由软件来置位。当ren=1时，串口处于接收的状态，此时就可以启动串口的接收器rex,开始接收数据；当ren=0的时候，就至今接收数据。 tb8：当串口通信工作在方式2或方式3时，改位为要发送数据的第九位，也是由软件来置位。3.1.6 stc89c52 中断系统 stc89c52有6个中断源：int0和int1是两个外部中断，t0、t1、t2是三个中断定时器，另外还有一个串行中断。每一个中断源都可以通过执行指定的代码来使中断源有效或者无效。 表 3-5 中断允许控制位符号位地址功能eaie.7中断允许控制位，ea=0，中断总禁止；ea=1，各中断由各自的控制位设定-ie.6预留et2ie.5定时器2中断允许控制位esie.4串行口中断允许控制位et1ie.3定时器1中断允许控制位ex1ie.2外部中断1允许控制位et0ie.1定时器0中断允许控制位ex0ie.0外部中断0允许控制位3.1.7 stc89c52的空闲模式 当单片机处于空闲模式时，单片机内部的cpu就会进入睡眠状态，但是单片机上的所有外部设备都会继续保持激活的状态。单片机可以通过执行特定的指令进入该状态。单片机处于该种状态是，单片机内部的ram和特殊功能寄存器上的数据将保持不变。结束空间模式可以通过软件的中断或者硬件的复位来实现。当使用硬件复位来结束空闲模式时，就需要2个机器周期的复位信号，此时，单片机将禁止访问内部ram上的信息，只可以控制访问端口的引脚。当使用硬件复位的方法来终止空闲状态时，为了避免预料不到的写端口，在激活空闲模式的指令的下一条指令就不应该是写端口或者是写外部存储器。3.1.8 stc89c52的掉电模式 stc89c52提供掉电模式，当单片机处于掉电模式时，晶振将停止工作，但是在这其间片ram内和特殊功能寄存器上的值将保持不变。最后一条指令的执行将激活掉电模式。表 3-6 空闲模式和掉电模式下的外部引脚状态模式程序存储器alepesnport0port1port2port3空闲内部11数据数据数据数据空闲外部11浮空数据地址数据掉电内部00数据数据数据数据掉电外部00浮空数据数据数据3.2 stc89c52最小系统 单片机最小系统电路除了电源外，还应该包括单片机、时钟电路和复位电路。 stc89c52单片机最小系统如图3-3所示： 图3-3 单片机最小系统 stc89c52最小系统由两部分组成，现介绍如下：3.2.1 时钟电路 stc89c52单片机的xtal1引脚为高增益反相放大器的输入端，xtal2引脚为高增益反相放大器的输出端。自激震荡电路就是在xtal1与xtal2之间接入一个晶振和一个微调电容。stc89c52的时钟频率为12mhz。图3-4 时钟电路3.2.2 复位电路 stc89c52的第9引脚（rest）为复位引脚。当该引脚被拉高保持2个机器周期以上时，单片机将产生复位。例如当晶振是12mhz时，时钟周期为1us，机器周期为6us，因此，当第9引脚接高电平并保持在12us以上，单片机就会产生复位。复位电路有2种连接方式，即上电复位和手动复位。上电复位电路中，rst引脚上串接了一个电容，当复位引脚接+5v电源时，电容处于充电状态，当充电结束后，电容相当于断开。而在手动复位电路中，是在rst引脚所串接的电容上并联一个开关，当开关处于断开状态时，电容就处于充电状态，当开关处于闭合状态时，电容处于放电状态，放电时复位引脚处于高电平，从而达到复位的目的。图3-5 复位电路3.3 传感器采集模块单片机是本系统的主控芯片，那么传感器检测到的信号就要通过通信模块传给单片机，由单片机进行分析处理。那么如何准确的确定外界环境的各项参数就显得十分重要。传感器在完成检测和控制中起到十分重要的作用，是检测和控制过程中的关键所在，如是没有传感器对环境参数的原始数据进行检测和转换，控制中心就没有办法对环境参数进行分析处理并作出相应的控制。当今生产生活中的自动控制控制系统，相当一部分是依赖与各种传感器来采集要控制的各种参数，然后把数据传给控制中心，这样系统才会工作在最适合的状态。虽然市面上大多数传感器在设计上都可以满足系统设计要求，但是从硬件电路设计和性价比上考虑，本系统传感器采用进口的sht10温湿度传感器。3.3.1 sht10传感器简介sht10传感器是sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。该传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、高性价比等优点。敏感元件的传感器和信号处理电路集成在一块电路板，一个数字信号输出的校准。cmosens 技术是sensirion公司的专利技术，该技术sht10中得到了应用。cmosens 技术可以保证产品具有更高的稳定性和杰出的稳定性。sht10传感器在同一个芯片上包含了一个电容性的测湿度敏感元器件和一个用能隙材料制成的测温元件。并通过无缝连接技术与14位的a/d转换器和串行接口电路连接在一起。每一个sht10传感器都会在极其精确地腔室中进行标定，而且用于校准的系数会用标准的程序形式在otp内存中存储下来。这些数据将用来在内部信号的校准。sht10的串口和内部的电压调整时采用两线制的，这使得sht的外围电路极其简单。sht10温湿度传感器凭借其体积小、功耗低等一系列优点得到了广泛的应用。sht10采用lcc 封装，可以使用标准回流焊接。图3-6 sht10实物图3.3.2 sht10引脚及接口定义 表3-9 sht10引脚分配 vdd引脚: sht10 的供电电压范围为2.4-5.5v, 建议为3.3v。在电路的设计过程中可以在vdd和gnd之间一个滤波电容，一般为100nf的电容。sck引脚 :该引脚是用来和主控芯片进行同步通信的，因为在接口电路中已经包括了全静态逻辑，所以sck不存在最小频率。 data引脚:为三态结构数据串行数据引脚，用于读取传感器的数据。当单片机向传感器下达命令时, data 在 sck 上升沿有效且在sck 高电平时必须保持稳定。data在sck 下降沿之后改变。为确保通讯安全，data的有效时间在sck 上升沿之前和下降沿之后应该分别延长至 tsu and tho。传感器数据读取的过程中, 数据引脚是在sck变成低电平以后有效，并且要保持到下一个 sck 的下降沿 。 主控芯片驱动data引脚为低电平，可以避免信号的冲突。需要一个外部的上拉电阻（一般取10k）将信号上拉至高电平。一般的微处理器的i/o接口电路中都会自带上拉电阻。3.3.3 sht10电气特性及典型应用 sht10能耗、电平的高低以及输入电压的大小都和电源有着密切的关系。电源引脚相对于地的绝对最大值为+7v 和-0.3v 。如果长时间的传感器工作在绝对最大值，会影响传感器的稳定性。sht10的电气特性图下表所示：表3-10 sht10电气特性sht10的典型应用如图所示： 图3-7 sht10典型应用3.3.4 sht10的通信 启动传感器：第一，选择电源电压后给传感器接通不低于1v/ms电率的电源。通上电以后，传感器将在11ms后进入休眠状态，在进入休眠状态之前不允许对传感器进行通信。发送命令： 传感器初始化很简单，只要用一组“ 启动传输”时序就可以完成。它包括：在sck时钟为高电平“1”的时候data变为低电平“0”，然后在sck变为低电平的时候，数据端data变成一个高平平如下图：图3-8 sht启动时序图sht10的命令包含3个地址位和5个命令位。当在第8个sck时钟周期的下降沿结束之后，data引脚变为低电平，在紧接着的第9个sck时钟周期的下降沿结束之后，data恢复为高电平，这就说明sht10已经正确的接受到命令。 表3-11 sht10命令集温湿度测量：温湿度的测量大约需要20/80/320ms，分别对应8/12/14位测量。测量时首先需要发送一组指令（“00000101”代表相对湿度的测量，“00000011”代表测量温度），然后控制器要等待测量结束。确切的测量时间和内部晶振的速度有着密切的关系，误差会在-30%的范围内变化。当data引脚被拉至低电平时，sht10进入空闲状态，并意味着测量的结束。当sck引脚再次被触发之前，data引脚必须为低电平。这个信号用来来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。 在温湿度测量完成之后会传送2个字节的测量数据和1个字节的奇偶校验（crc）。uc 需要通过下拉data 为低电平，以确认每个字节。数据必须工msb开，并且右值有效，（比方：对于12为的数据，从第5个sck 时钟起算作msb；而对于位数据，首字节则无意始义）。 在收到crc的确认位之后，表明通讯结束。还有一种方法可以终止通信，就是在不是crc-8校验的时候，可以在测量值lsb后用把ack拉成高电平并保持。这一系列指令正确完成以后，sht10会自动进入休眠状态。通信复位时序：假如在通信过程中遇到错误导致通信中断，可以通过下拉时序信号复位。即当data为高电平时，对sck进行9次以上的触发。然后发送“传输启动”时序。这一连串动作只能复位串口，状态寄存器中的内容仍然被保留。图3-9 复位时序3.3.5 信号的转换相对湿度： 湿度有非线性补偿，为了获得准确的测量数据，务必运用下面的公式进行信号的转换：表3-12 湿度转换参数12bit-2.04680.0367-1.5955e-68bit-2.04680.5872-4.0845e-4湿度信号的温度补偿: 因为实际的温度和测量时用作参考的温度明显不同，所以湿度信号需要进行温度补偿。温度校正粗略对应于0.12%rh/50%rh，温度补偿公式和所用到的系数如下：表3-13 温度补偿系数12bit0.010.000088bit0.010.00128温度信号的转换： 由于sht10传感器是使用具有非常好的线性的能隙材料ptat制成。因此可以使用下面的公式将数字输出转化为温度值，转换过程中用到的系数如下表：表3-14 温度转化系数14bit0.010.01812bit0.040.072表3-15 温度转化系数vdd5v-40.1-40.24v-39.8-39.63.5v-39.7-.9.53v-39.6-39.32.5-39.4-38.93.4 降温模块 降温模块包括两个部分： （1） 自然通风 一般情况下，在温室大棚的四周会留有通风窗口，所以当温室大棚内的温度高于设定值是，可以通过开启电动机让通风窗口打开，进行自然降温。这种降温方式在温室大棚内外的温差很大的时候才会有很好的效果，因此冬天使用此方法比较好。虽然这种方法经济实惠，但是在实际的使用效果上不是很明显。如果通风是由外部的风引起的，温暖的地区，利用自然通风会有更好的效果。（2）机械通风机械式通风是为了弥补自然通风的不足，它使用降温风扇等冷却装置将温室大棚内的热量逼出来，同时由于存在分压差而将外界比较湿润的空气吸进大棚内，从而达到降温的效果。此方案需要保持适当的气密性，只有这样冷空气才会从进气口进入温室大棚，热空气才会从排风口排出去。此种降温方式还是比较可靠地，一般的温室大棚都会使用此种降温方式并结合自然通风。3.5加热模块 该系统的加热模块选用热风机供暖的形式。热风机的工作效率非常高，因为它可以直接加热温室大棚内的空气，因此它可以在10分钟内将温室大棚内的温度提高。这种方法代替了旧的加热系统设备复杂的缓慢的加热问题。此外，被加热的空气可以杀死空气中的有害病菌，从而减少病虫害的发生，提高产品的质量和产量。温室热风机供暖系统省去了复杂的设备设施，热风通过管道均匀分配到温室中，热风机供暖系统具有结构紧凑、占地面积小、热效率高的特点。3.6 按键模块 键盘是人机数据交换的通道，在需要人工输入数据或者人工输入控制命令的时候，键盘是一个方便有效的途径。所以在绝大多数的单片机应用系统中都需要设计和应用键盘。键盘有若干个按键组成，按键是常开行开关，当按键按下时，开关闭合、电路接通，手松开时开关弹起，电路断开。按照一定的方法赋予各个键相应的判别地址，以及赋予相应的各个按键的相应功能，当一个键按下时，系统须判别出是哪个键按下，然后调动相应的按键功能子程序实现该按键的功能操作。为了防止当键按下时由于抖动引起的误判，还必须采取某种手段实现按键的“消抖动”。本系统采用软件延时法“消抖动”。 根据系统的特点和功能的要求，本系统安排了6个键，采用查询方式判别各个不同按键。各个按键对应的功能设计如下: 1、参数设置键k1:长时间按下参数设置键，进入到参数控制范围设置和查看状态，可通过加一键和减一键实现参数设定范围值的加一和减一参数修改操作，直至该参数设置正确完成，再次按下该键可显示另一参数的查看和设置，第三次按下该按键后，退出设置状态并进入温度显示界面。 2、加一键:按下该键，参数设定值加一。 3、减一值:按下该键，参数设定值减一。 4、显示切换键k4:按下该键，退出参数设置状态，使数显示屏返回到温度测试参数值显示状态。再次按下该按键，显示屏将显示湿度测试参数值。第三次按下该按键后，再一次进入设置状态。图3-10 按键连接图3.7 显示模块 本系统的显示模块使用lcd1602液晶显示屏。lcd1602显示屏外围电路简单，程序编写方便，因此得到了广泛的应用。lcd1602一次可以显示32个字符，分两行显示。它具有黄绿色背光，并且对比度可调，与单片机连接十分简单。连接电路如下图所示： 图3-11 lcd1602与单片机的连接电路图 lcd1602是一款专门用来显示数字、字母和符号的显示模块。它又叫作lcd1602字符型液晶，是一种点阵型液晶显示模块。它是由若干个点阵字符位组成（包括5x7或者5x11）,每一个点阵字符位都是用来显示字符的。这些字符在显示的时候每一行以及每一个字符之间都会有一个点距的间隔，这就使得它不能够去显示图片。lcd1602的管脚定义图如图3-5所示： 图3-12 lcd1602的管脚定义图第 21 页 共 38 页 vss：接地 vdd：接5v电源正极 v0：调节显示器对比度端口，当此端口接电源时，对比度最弱，反之接地时，其对比度最高。因此可以在此端口接一个可变电阻进行对比度的调节。rs：寄存器选择端口，当此端口接高电平时选择数据寄存器，反之选择指令寄存器。rw：读写信号端口，接高电平时进行读数据操作，接低电平时进行写数据操作。e： 为使能端。 d0d7：为8位双向数据端。 blablk:背灯电源端口。bla为正极，blk为负极。lcd1602液晶显示模块内部的控制器共有11条控制指令，具体指令如下表所示： 表3-1 1602液晶模块内部的控制指令表序号指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d02光标返回000000001*3置输入模式00000001i/ds4显示开/关控制0000001dcb5光标或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01bf计数器地址10写数到cgram或ddram）10要写的数据内容11从cgram或ddram读数11读出的数据内容 显示器的所有操作都是通过执行这些指令来完成的。具体指令的功能如下：指令1：清除显示，指令码01h表示将光标复位到初始位置00h.指令2：光标复位，执行此指令后，光标将会返回到00h位置。指令3：光标和显示模式设置指令 i/d：表示光标移动方向，当i/d为高电平事，表示光标右移，接低电平事左移 s： 表示屏幕上显示的文字是否要移动。当s为高电平时，表示文字要移动，反之无效。指令4：显示开关控制。 d：显示总开光，当此引脚为高电平时表示显示打开，反之表示显示关闭。 c：光标显示开关，当接入高电平时表示显示光标，低电平表示不显示光标。 b：光标闪烁开关，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5:移动选择开关， 当s/c为高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 dl：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 n：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 f: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器ram地址设置。指令8：ddram地址设置。指令9：忙信号的读取以及光标地址指令 bf：为信号忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。3.8 报警模块 本系统的报警模块采用的是xy系列压电式蜂鸣器。该蜂鸣器具有耐高温、耐腐蚀、声音清脆稳定、性能稳定可靠等优点。 声光报警电路采用蜂鸣器和发光二极管作为声光报警器件，发光二极管正向导通电压一般为1.6v或2.4v，由于反向击穿电压超过5v，具有非常大的工作电流，所以需要给发光二接管串接限流电阻。正向导通时电流流过，发光二极管发光，发光强度跟电流成正比。发光效率和发光颜色跟材料有关。由单片机输出发光二极管和蜂鸣器的控制信号，当系统检测到各参数处于正常控制范围内时，单片机驱动绿色发光二极管发光，检测到某个参数处于正常值之外时，单片机驱动红色发光二极管发光，同时驱动蜂鸣器发出报警声音信号。由于蜂鸣器也具有3 oma左右非常大的工作电流，所以也需要给蜂鸣器串接限流电阻。图3-13报警电路 3.9 无线传输模块 本系统的无线通信模块采用一款双频gsm/gprs模块mc52i无线模块。该无线通信模块内部嵌有tcp/ip协议栈。 mc52i无线模块是目前市场上体积最小的双频gsm/gprs模块。具有mc35i、mc39i、tc35i的所有功能和快速gprs技术。该模块具有高速、易于集成等优点广泛的应用到了笔记本微型电脑灯等很多设备中。在远程监控、无线电话、车载终端和无线pos终端等领域也得到了广泛的应用。 mc52i技术特点： 体积小、重量轻、低功耗 支持数据、语音、短信息和传真 r&tte，fcc，gcf和ycrb标准认证 at命令控制gsm07.05 工作频率：900/1800mhzmc52i模块特性： 支持电压范围：3.3至4.4v； 电流消耗：3.0ma（睡眠）；10.0ma（闲置）；300ma（通话，最高2.0a）；100ua（掉电） 功率：2w-类别4，for egsm900；1w-类别1，for gsm 1800 尺寸：35*32.5*2.95mm 重量：5.5g 环境温度：-20to+55（gsm11.10标准） 数据特征：csd最大达到14.4kbps、ussd、不透明模式 译码方式：cs1,2,3,4模块接口： 电源接口 1.8v/3.0v sim卡接口 全双工uart接口，ttl输出 50欧姆天线连接器第 25 页 共 38 页第四章 总 结 在实际的生产和生活中，温室大棚的作用越来越受到人们的重视，应用也越来越广泛，所以对温室大棚控制系统的研究是非常必要的，也是非常有意义的。在系统设计的初期通过查阅各种资料，了解了国内外温室大棚控制系统的发展概况。现有的温室大棚控制系统虽然也可以对大棚内的环境因数进行控制，但在稳定性、可行性、综合性价比尤其是智能度上存在缺陷。而且随着互联网的发展，网络技术在农业生产中也得到了广泛的应用和普及，因此温室大棚控制系统也朝着网络化、智能化的方向发展。 本文在对以往的温室大棚控制系统的研究和比较之后，结合自己所学的知识设计了一种基于无线技术的温室大棚智能控制系统。该系统包括传感器模块、无线收发模块、stc89c52型单片机主控模块和上位机（计算机）以及温室内的执行机构。它既可以实时的监控和控制温室大棚内的环境因数，还可以通过无线技术将环境因数传送到远程的上位机中予以实时显示和保存，并且可以通过上位机对温室内的执行机构进行远程控制，摆脱了现场控制的麻烦，而且它还保留了现场控制和显示的功能，使之更人性化和智能化。但是在系统设中也存在一些问题，由于所学知识范围有限，在参考了大量文献之后，无线传输模块决定采用基于gprs技术的mc52i无线通信模块，该模块具有性能优异，功耗低、灵敏度高等很多优点。通过mc52i可以对温室大棚环境因数进行远程的实时检测及控制，而且它还可以实现及时通信，即：如果技术人员不在上位机前，而温室大棚内的环境因数偏移设定值需要控制时，mc52i无线通信模块可以将这一信息通过短息等形式及时的告知技术人员，这可以及时的让技术人员了解到温室大棚的环境变化。 通过本系统的设计，我学会了如何利用网络及图书馆获取自己所需的资源，并且在搜集到资源之后如何对这些资源加以处理利用，让它成为自己的东西。也学会了学会了使用proteus、keil以及protel等电路设计软件。在资源的搜集过程中我还逐渐认识到如今的农业生产已经逐渐步入高度智能化和机械化的时代，对农业生产设备的研究也越来越受到人们的关注，因此本文的研究和设计也极具实际意义。第 33 页 共 38 页 参考文献 1徐爱钧单片机原理实用教程.电子工业出版社，2011：151-1572孙育才mcs-51系列单片微型计算机及其应用（第四版）m.南京：东南大学出版社，2004:56 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