1、基于RS485总线实现蔬菜大棚温湿度监控系统三个大棚摘要2第1章概述31.1系统设计背景31.2设计要求31.3蔬菜大棚温湿度监控系统的简图41.3系统功能、优势及特点4第2章设计内容42.1总体方案的设计42.1.1设计思想42.1.2系统组成及框图52.2系统主要电路的设计62.2.1主要芯片89C51的功能及引脚图62.2.2温湿度检测电路的设计72.2.3复位电路的设计102.2.4 报警电路102.2.5 键盘输入电路112.3 SHT10数据采集122.4超温湿报警和温湿度值的LCD显示流程图132.5系统上位机流程图142.5系统的原理图142.5.1 上位机的电路原理图142.
2、5.2 系统下位机原理图15第 3 章课程设计总结16参考文献17摘 要随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。 本论文主要阐述了基于AT89C51单片机的蔬
3、菜大棚温湿度控制系统设计原理，主要电路设计及软件设计等。该系统采用AT89C51单片机作为控制器，SHT10作为温湿度数据采集系统，可实现大棚温湿度的监控。关键词：AT89C51；SHT10；蔬菜大棚；温湿度；控制系统；传感器第1章 概述1.1系统设计背景植物的生长都是在一定的环境中进行的，其在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。环境中昼夜的温度和湿度变化大，其对植物生长极为不利。因此必须对环境的温度和湿度进行监测和控制，使其适合植物的生长，提高其产量和质量。本系统就是设计一个用于农业种植生产蔬菜大棚温湿度测控系统。本系统温湿度的监控包括以下步骤：
4、感应环境温湿度；判断感应到的温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，若异常则出现异常报警。从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。它以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。1.2设计要求1）设计基于RS485总线的数据监控系统，从节点即蔬菜大棚个数设计为3个，主控制器及从节点都以微控制器处理核心。2）主节点除了具备数据通讯功能外，具有报警显示设置等功能。3）各从节点采集主要采集各大棚温湿度信息及上传数据。、上下位机
5、模块AT89C51）。 1、温湿度传感器：负责检测并采集各控制点温湿度数据。 2、数据通讯转换器：负责温湿度数据采集数据的信号转换。 3、软件部分：软件部分负责对所有数据进行读取分析，并执行各项管理功能。4、控制部分即温湿度调节系统）：执行远程控制指令。 控制部分连接增湿装置、干燥装置、温度的控制装置等。2.2系统主要电路的设计2.2.1主要芯片89C51的功能及引脚图芯片89C51共有40个引脚，其中电源引脚有4个，控制引脚有4个，并行的I/O接口有32个，其引脚图如图所示：图89C51引脚1）电源及时钟引脚4个）Vcc:电源接入引脚；Vss:接地引脚；XTAL1:晶体振荡器接入的一个引脚采
6、用外部振荡器时，此引脚接地）；XTAL2:晶体振荡器接入的另一个引脚采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端）。2）控制线引脚4个）RST/VpD:复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；ALE/PROG:地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚(低电平有效）；EA/Vpp:内外存储器选择引脚低电平有效）/片内EPROM或FlashROM）编程电压输入引脚；PSEN:外部存储器选通信号输出引脚并行I/O引脚32个，分成4个8位口）P0.0P0.7:一般I/O引脚或数据/低位地址总线服用引脚；P1.0P1.7:一般I/O引脚；P2.0P2.7:一般I/O引脚或高位地址总线引脚；P3.0P3
7、.7:一般I/O引脚或第二功能引脚。2.2.2温湿度检测电路的设计传感器SHT10的原理图：本系统选择的温湿度传感器是由瑞士Sensirion公司推出了SHT10单片数字温湿度集成传感器，采用CMOS过程微加工专利技术CMOSens technology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与l4位的AD转换器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正的过程中使用。两线制的串行接口，使外围
8、系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选。（1）数字集成温湿度传感器SHT10的主要特点a.相对湿度和温度的测量兼有露点输出；b.全部校准，数字输出；c.接口简单2-wire）,响应速度快；d.超低功耗，自动休眠；e.出色的长期稳定性；f.超小体积表面贴装）；g.测湿精度45%RH，测温精度0.525）。引脚说明a.电源引脚VDD、GND） SHT10的供电电压为2.4V5.5V。传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚VDD和GND）之间可增加1个100nF的电容器，用于去耦滤波。b.串行接口 SHT10的两线串行接口b
9、idirectional 2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。串行时钟输入SCK）。SCK引脚是MCU与SHTIO之问通信的同步时钟，因为接口包含了全静态逻辑，因此没有最小时钟频率。即微控制器可以以任意慢的速度与SHT10通信。串行数据将信号拉至高电平。为避免数据发生冲突，MCU应该驱动DATA使其处于低电平状态，而外部接1个上拉电阻将信号拉至高电平。传感器SHT10的电路连接图：3）命令与时序SHT10命令如表所列:命令代码保留0000X测量温度00011测量湿度00101读状态寄存器00111写状态寄存器00110保留010
10、1X1110X软件复位，复位接口、清楚状态寄存器为默认值，下一个命令前等待至少11ms11110a.命令时序 发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化，如图所示。其时序为：当SCK为高电平时DT翻转保持低电平，紧接着SCK产生1个发脉冲，随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。紧接着的命令包括3个地址位仅支持“000”）和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为：在第8个SCK时钟的下降沿之后将DATA拉为低电平ACK位）,在第9个SCK时钟的下降沿之后释放DATA此时为高电平）。 命令时序b.测量时序RH和T）“000 00101”为相对湿度RH）量，“000 00101”为温
11、度）测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束，这个过程大约需要20/80/320ms对应其8/12/14位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化，最多能够缩短30%。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入空闲模式。重新启动SCK时钟读出数据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验。MCU必须通过拉低DATA来确认每个字节。所有的数据都从MSB开始，至LSB有效。例如对于12位数据，第5个SCK时钟时的数值作为MSB位；而对于8位数据，第1个字节高8位）数据无意义。确认CRC数据位之后，通信结束。如果不使用CRC-8校验，控制器可以在测
12、量数据LSB位之后，通过保持ACK位为高电平来结束本次通信。测量和通信结束后，SHT10自动进入休眠状态模式。c.复位时序复位时序如果与SHT10的通信发生中断，可以通过随后的信号序列来复位串口，如图所示。保持DATA为高电平，触发SCK时钟9次或更多，接着在执行下次命令之前必须发送一组“传输启动”序列。这些序列仅仅复位串口，状态寄存器的内容仍然保留。2.2.3复位电路的设计本系统采用RC复位电路，RC复位电路实质是一阶充放电电路。如图所示。该电路提供有效的复位信号RST直至系统电源稳定后撤销复位信号2M的测量命令，之后等待测量的完成，在测量完成后，调用读时序读回测量结果。需要注意的一点是，仅
13、当通信错误标志error为0时，才说明通信正确，读回的结果有效。在主程序中若检测到通信错误标志error非零，需要使用复位时序，来复位串行端口，然后重新进行测量SHTlO数据采集程序流程图如上图。SHT10读写数据的规则是：DATA在SCK时钟的下降沿之后改变状态，并在SCK时钟的上升沿有效。从微控制器向SHT10写数据的角度来看，可以理解为上升沿将触发SHT10锁存数据，即微控制器在下降沿输出数据，再给出上升沿触发SHT10锁存数据。下降沿和上升沿之间的时间间隔需要满足SHT10的数据建立时间1 (最小值为lOOns，上升沿之后数据也需要保持一段时间，这段时间用于满足SHT1 0的数据保持时
14、间TH(典型值为lOns。当SHT10完成测量后，微控制器需要发布读时序将测量结果读回。实现读时序首先需要实现8个数据位的读取。SHT10读写数据的规则是：DATA在SCK时钟的下降沿之后改变状态，并在SCK时钟的上升沿有效。从微控制器读数据的角度理解，时钟线的下降沿将触发SHT10接口内的锁存器输出数据，输出数据在时钟线上升沿之后达到稳定，下降沿和上升沿之间的时间间隔要大于SHT10的输出数据有效时间Tv(典型值为250ns，即微控制器需要先给出下降沿，延时一段时间待数据稳定后再读取数据。此外，微处理器需要在第9个时钟给出应答位，这属于写时序，写时序可参考前文的论述。读时序的C语言程序代码如
15、下，程序的人口参数为0或1，0代表给出应答位，继续接收后续数据；1表示终止通信。2.4超温湿报警和温湿度值的LCD显示流程图NNNYYY2.5系统上位机流程图2.5系统的原理图2.5.1上位机的电路原理图2.5.2 系统下位机原理图第 3 章 课程设计总结通过这次设计实践。我学会了计算机设计系统的基本思路，对系统设计的设计原理和设计原则也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的项目素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些实际问题不加重视，当我们把自己想出来的设计与现实相结合的时候，问题出现了，不是不能实现，就是实现效果和我们理想的效果不符合。本次设计使我看到实际
16、与想象的差距。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，因为我们需要的知识是多方面的还有以前没有接触过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。参考文献1余永权，汪明慧，等.单片机在控制系统中的应用M.北京：电子工业出版社，2003.2谢运祥，欧阳森，等.电力电子单片机控制技术M.北京：机械工业出版社，2007.3沙占友，孟志永，等.单片机外围电路设计M.北京：电子工业出版社，2006.4孙肖子.实用电子电路手册M.北京：高等教育出版社，1991.5郑学坚，周斌.微型计算机原理及应用M.北京：清华大学出版社，1999.
