精品论文]基于89c51单片机的蔬菜大棚自动控制系统

精品论文]基于89c51单片机的蔬菜大棚自动控制系统内容摘要：

1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7R S T / VP D( R X D ) P 3 .0( T X D ) P 3 .1( I N T0) P 3 .2( W R ) P 3 .6( I N T1) P 3 .3( T 0 ) P 3 .4( T 1 ) P 3 .5( R D ) P 3 .7X T A L 2X T A L 1G N DV c cP 0 .0 ( A D0)E A / VP PA L E / P R O GP S E NP 0 .1 ( A D1)P 0 .2 ( A D2)P 0 .3 ( A D3)P 0 .4 ( A D4)P 0 .5 ( A D5)P 0 .6 ( A D6)P 0 .7 ( A D7)P 2 .7 ( A1 5)P 2 .6 ( A1 4)P 2 .5 ( A1 3)P 2 .4 ( A1 2)P 2 .3 ( A1 1)P 2 .2 ( A1 0)P 2 .1 ( A9)P 2 .0 ( A8)A T 8 9 C 5 1 图 AT89C51 的引脚图 1) 电源线 VCC：芯片的主电源，接 +5V 电压。 VSS：电源地线。 2） 控制总线 ALE/PROG：地址锁存允许信号，在它的下降沿用于外部存储器的低 8位地址锁存，使 BUS（ P0）分时用作地址总线低 8 位和数据 总线。 此信号每机器周期出现 2 次，只 在访问外部数据存储器期间 才不输出 ALE。 所以在任何不使用外部数据存储器的系统中， ALE 以 1/6 振荡频率的固 定速率输出，因而它能用作外部时钟和定时器。 /PSEN： 外部程 序存 储器选 择信 号， 并在外 部程 序存 储器读 取指 令时产生，指令内容读到数据总线上。 PSEN 在每个机器周期产生 2 次 有效，在执行内部程序存储器取指时， PSEN 无效。 RST/VPD：复位输入信号。 在振荡器工作时，该引脚 2 个机器 周期的高电平可实现复位操作。 在掉电情况下（ VCC 降到操作允许限度以下），VPD 将为芯片内的 RAM 提供备用电源。 /EA/VDD： 访问 外部程 序存 储器 控制信 号输 入端。 当为 低电 平时 ，单片机都到外部程序存储器取指。 当 EA 为高电平且 PC 值小于 0FFFH 时，CPU 执行内部程序存储器程序。 3） I/O 线 P0（ BUS）：单片机的双向数据总线和 低 8 位地址总线。 在分时 操作时先用作地址总线，在 ALE 信号的下降沿 ，地址被锁存，然后作为 数据总线；也可以作为双向并行 I/O 口。 在程序校验期间，它用于数据输出。 P1：准双向 I/O 口。 P2：准双向 I/O 口。 在访问外部存储器时，用作高 8 位地址总线。 P3：准双向 I/O 口。 P3 的每一根线还 有特殊的第二功能，如表 （ 1）所示。 兰州理工大学毕业设计说明书 8 表（ 1） P3 口的第二功能 引脚 第二功能标记 第二功能 RXD 串行输入口 TXD 串行输出口 INT0 外部中断 0 输入 INT1 外部中断 1 输入 T0 定时 /计数器 0 外部输入 T1 定时 /计数器 1 外部输入 WR 外部数据存储器写选通 RD 外部数据存储器读选通 4） 振荡器和 时钟电路 XTAL1： 内部振 荡器 外接晶 振的 一个 输入端。 在 使用 外部振 荡源 时，此端必须接地。 XTAL2：内部振荡器外 接晶振的另一个输入端。 在使用外部振荡 源时，此端用于输入外部振荡信号。 XTAL2 也是内部时钟的发生器的输入端。 温度检测电路的设计 温度检 测电路 作为 输入 通道的 主要 部分之 一， 在整个 系统 中是至 关重要的。 温度检测元件的类型选择和被控温度及精度等级有关。 温 度 传 感 器 的 选择 温度传感器有模拟温度传感器（如热电阻、热电偶），数字式温度传感器， 光纤传 感器等 ，模 拟温度 传 感 器信号 调节 较为简 单，但 是互 换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系。 且需经过 A/D 转换后才 能送进单片机内。 数字式温度传感器不需要 A/ D 转换电路，测量精度高，可靠性强， 且可直 接与单 片机 相连。 光纤 传感器 测量 精度更 高，可 是价 格更贵，一 般在精 度要求 非常 高的情 况下 才采用 ，所 以本设 计选用 数字 式温度传感器。 根据蔬菜大棚内的实际情况 ，其温度 一般为白天 2535℃，夜间在 715℃ ，而温度传感器 DS18 B20 的测量范围： 55℃～ +125℃，能够满足系统要求，查阅资料最终选定 DS18B20 单线数字温度传感器。 兰州理工大学毕业设计说明书 9 温度传感器 DS18B20 的介 绍  温度传感器 DS18B20 主要技术指标有 ：①测量范围： 55℃～ +125℃，②测量精度： ℃，③反应时间≤ 500ms。  DS18B20 的特性为： （ 1）应用中不需要外部任何元器件即可实现测温电路。 （ 2）只通过一条数据线即可实现通信。 （ 3）每个 DS1820器件上 都有独一无二的序列号 ，所以一条数据 线上可以挂接很多该传感器。 （ 4）内部有温度上、下限告警功能。  DS1820 内部结构及工作原理 数字温度传感器 DS18B20 内部结构如下图 所示： 6 4 位 光 该 R O M和 总 路 线 接口存 储 器 控 制 逻 辑暂 存 寄存 器温 度 传 感 器高 温 触 发 器 T H低 温 触 发 器 T L检 验 C R C 发 生 器供 电 力自 动 检测G N DV D DV C CD Q4 . 7 K 图 DS18B20 内部结构图 从图 中可知 ， DS18B20 有 64 位光 刻 ROM， E2PROM(TH,TL)的温度报警器，暂存寄存器、 CRC 校验发生器等。 图中 64 位光刻 ROM 中 64位序列号可看做是 DS18B20 的地址序列号，其 测温的工作原理如图 所示。 斜 率 累 加 器预 置预 置低 温 度 系数 振 荡 器高 温 度 系数 振 荡 器温 度 寄 存 器= 0计 数 器计 数 器= 0比较 图 DS18B20 的测温原理 兰州理工大学毕业设计说明书 10 图中低温度系数晶振用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1，高温度系数的晶振所产生的信号作为计数器 2 的脉冲 输入。 计数器 1 和温度寄存器分别被预置每 度计数值和在 55℃时所对应的一个基数值。 计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器减 1 到 0时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 有预置值将重新被装入，计数器 1重新开 始对低 温度系 数晶 振产生 的脉 冲信号 进行 计数。 如此循 环， 直到计数器 2 到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的值即为所测的温度。 图中斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性。 温度传感器 DS18B20 的硬 件接线 图 在硬件上， DS18B20 与单片 机的连接有两种方法 ，一种是 Vcc 接外 部电源， GND 接地， I/O 与 单片机的 I/O 线 相连；另一种是用寄生电源 供电，此时 VDD、 GND 接地， I/O 接单片机 I/O。 无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O 口线要接 5 K 左右的上拉电阻。 在本系 统中 ， DS18B20 采用 外部 电源 供电方 式。 本设 计中 使用 了 4个温度传感器 DS18B20， 来自其内部温 度传感器的信息通过一线 接口被送到 89C51 的 口实现温度采样。 每一个 DS18B20 有唯一的 序列号，因此多个 DS18B20 可以挂接在同一条单线总线上。 4 个 DS18B20 温 度传感器与单片 机的接线图如图 所示。 图 4 个 DS18B20 温度传感器与单片机的接线图 兰州理工大学毕业设计说明书 11  DS18B20的工作过程为： 复位操作 ： 执行 RO M 操作的 5条指令之一： 1）读 R OM， 2）匹配 RO M， 3）搜索 ROM， 4）跳过 ROM， 5）报警搜索。 存储器操作命令：温度转换、读取温度、设定上下限温度值等指令 读取温度数据：主机读取温度数据后进行数据处理。 连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的。 当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。 当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距 离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。 湿度检测电路的设计 本次设 计中的 湿度 检测 电路主 要是 对空气 中的 湿度进 行测 量以及 对土壤湿度进行测量。 温室内要实现温湿度的精确控制必须进行多点测量，所以在 设计时 分别采 用 4片 湿度 传感器 测量 空气相 对湿度 ，用 4片湿 度传感器测 量土壤 相对湿 度。 所以土 壤水 分检测 电路 的设计 和湿度 检测 电路的设计类似，这里就只介绍空气相对湿度检测电路的设计。 湿 度 传 感 器 的 选择 常用的湿度传感器有 HIH360 SHT1 HM1500 等， HIH3605 芯片 的主要特点是线性电压输出，抗污染能力强。 HM1500 芯片的主要特 点是线性电压输出，互换性强，不怕水侵，适合低温测量。 SHT11 是智能 化传感器， 内部包含相对湿度传感器、温度传感器、放大器、 14 位 A/D 转 换器、校准存储器（ E2PROM）、易失存储器（ RAM）、状态 寄存器、循环冗 余校验码（ CRC）寄存器、二线串行接口、控制 单元、加热器及低电压检测 电路。 考虑到 温室大 棚的 污染程 度不 会很 大，温 度也 不会特 别低 ，而且 SHT11芯片本身具有放大器， A/D 转换器，所以 可直接与单片机相连，结 构简化了， 因此本设计采用 SHT11 湿度传感器。 湿度传感器 SHT11 的 介绍  SHT11 湿度传感器的主要特性 （ 1） 将温湿度传感器、信号放大调理、 A/D 转换、 I2C 总线接口全兰州理工大学毕业设计说明书 12 部集成于一个芯片； （ 2） 可给出全校验相对湿度及温度值输出； （ 3） 湿度值输出分辨率为 14 位，温度值输出分辨率 为 12 位，并可编程为 12 位和 8 位； （ 4） 小体积，可表面贴装； （ 5） 具有可靠的 CRC 数据传输校验功能； （ 6） 片内装载的校验系数可保证 100%互换性； （ 7） 电流消耗低。  SHT11 外部引脚说明 它的外部引脚图如图 所示 图 SHT11 引脚图 引 脚说明： （ 1） 电源引脚。 SHT11 的供电电压为 ～。 电源引脚（ VDD、GND）之间可增加一个 F 滤波电容。 （ 2） 串行时钟输入（ SCK）。 SCK 用于单片机与 SHT11 之间的 通信同步。 由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小 SCK 频率。 （ 3） 串行数据（ DATA）。 DATA 三态门用于数据的读取。  SHT11 内部结构图及其测量原理 它的内部结构图如图 所示 图 SHT11 内部结构图 兰州理工大学毕业设计说明书 13 该传感 器的测 量原 理是 ，首先 利用 两只传 感器 分别产 生相 对湿度 或温度的信号，然后经过放大，分别送至 A/D 转换器进行模 数转换 、校准和纠错，最后通过二线串行接口将相对湿度或温度的数据送至单片机。 湿度传感器 SHT11 的 硬件 接线图 SHT11通过 两线 串行 接口 电路 与单片 机连 接， 其中 ， DATA在 SCK时钟下 降 沿 之 后 改 变状 态 ,并仅 在 SCK时 钟上 升 沿 后 有效 ,所 以单 片 机 可。