基于foga实验大楼光照与温度控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)

基于foga实验大楼光照与温度控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

51单片机，对于以后的扩充功能比较方便。 器件的选型 当前市场上常用的控制器有工业 控制计算机机，可编程逻辑控制器， 单片机。 工控机常用于环境污染严重，酸碱度较高，磁干扰较严重的工业控制现场； PLC是继电器控制的智能发展，特别适用于开关量控制，其特有的梯形图变成结构比较直观；单片机成本低，寿命高，控制能力较强，在小规模控制现场用得比较多。 针对以上课题，考虑到工控机成本较高，代价大，所以选取 PLC 与单片机两套控制方案。 方案： FPGA FPGA（ Field－ Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在 PAL、 GAL、CPLD 等可 编程器 件的基础上进一步发展的产物。 它是作为 专用集成电路 （ ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可 编程器 件门电路数有限的缺点。 FPGA 采用了 逻辑单元 阵列 LCA（ Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块 CLB（ Configurable Logic Block）、输入输出模块 IOB（ Input Output 四川师范大学毕 业设计 6 Block）和内部连线（ Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（ FPGA）是可 编程器件，与传统逻辑 电路 和门阵 列（如 PAL， GAL 及 CPLD 器件）相比， FPGA 具有不同的结构。 FPGA 利用小型查找表（ 161RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个 D 触发器 的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动 I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本 逻辑单元 模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O 模块。 FPGA 的逻辑是通过向内部静态 存储单元 加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了 逻辑单元 的逻辑功能以及各模块之间或模块与 I/O 间的联接方式，并最终决定了 FPGA 所能实现的功能， FPGA 允许无限次的编程。 无线模块的选取。 方案 2： nrf24l01 无线通信 RF24L01 是由 NORDIC 生产的工作在 ~ 的 ISM 频段的单片无线收发器芯片。 无线收发器包括：频率发生器、增强型“ SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器 和解调器。 输出功率频道选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置。 几乎可以连接到各种 单片机 芯片，并完成 无线数据传送 工作。 市场上一个 GPRS 最少 100 元左右，一般 300 元左右，如果每一处传感器，每一处执行器都用上 GPRS 模块成本就太高，而一个 NRF24l01 模块才只有 15元，满足经济性的的要求 ，而且 NRF24L01 模块能在一般条件下能达到 80 米的有效距离，如果以 60m 性能稳定的距离来计算，一个圆形温室大棚的面积可以达到 2RS  =*60*60=11304 平方米，完全能满足现阶段现阶段温室大棚面积大小的要求。 综上所述我们选择 NRF24l01 作为无线通信模块 ， 实现短距离的无线通信。 目前，由于单片机较小的控制能力，常选用的显示器件有两种，一种是液晶显示器，常见的是 LCD1602，另一种常见的是数码管。 方案 1： LCD 显示器 LCD1602 图 21 LCD1602 四川师范大学毕 业设计 7 工业字符型液晶，能够同时显示 16x02即 32个字符。 （ 16列 2行）。 1602液晶也叫 1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵 型液晶模块。 它由若干个 5X7或 者 5X11等 点阵 字符位组成 ， 每个点阵字符位都可以显示一个字符，每之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。 1602LCD是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 市面上字符液晶大多数是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780写的 控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 如图 21为单片机常用的液晶显示器 1602外观图。 方案 2：八段数码管 led 数码管 （ LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8” 字型的 器件 ，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。 led 数码管 常用段数一般为 7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3位 “+1” 型。 位数有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等， led 数码管根据LED 的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。 图 2 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。 颜色有红，绿，蓝，黄等几种。 led 数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。 选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。 下面将介绍常用 LED 数码管内部引脚图片 图 22 这是一个 7段两位带小数点 10 引脚的 LED 数码管 图 23引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示 DP 是小数点 . 图 22 LED 数码管引脚定义 图 23 10 引脚的 LED 数码管 由项目要求可知，我们的显示装置要显示实时的光照度和预定的光照度，显示的数据比较简单，我们采取数码管分段显示或者分时显示都能达到显示效果，四川师范大学毕 业设计 8 而且数码管控制原理简单明了，易于控制，成本低，综上所述我们选择数码管作为显示装置。 光照度检测装置的选取 方案 1：光敏电阻 利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。 目前，光敏电阻应用的极为广泛，可见光波段和大气透过的几个窗口都有适用的光敏电阻。 利用光敏电阻制成的光控开关在我们日常生活中随处可见。 当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改 变量为： pnp e n e           „„„„„„„„ 式 21 在（ 1）式中， e 为电荷电量， p 为空穴浓度的改变量， n 为电子浓度的改变量，  表示迁移率。 当两端加上电压 U后，光电流为： ph AIUd    „„„ „„„„„„„ 式 22 式中 A为与电流垂直的表面， d 为电极间的间距。 在一定的光照度下，  为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。 光敏电阻的伏安特性如图 24 所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度发生变化。 光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，而且没有饱和现象。 当然，与一般电阻一样光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。 图 24 光敏电阻的伏安特性曲线 图 25 光敏电 阻的光照特性曲线 光敏电阻的光照特性则如图 25 所示。 不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图 6 的结果类似。 由于光敏电阻的四川师范大学毕 业设计 9 光照特性是非线性的，因此不适宜作线性敏感元件 ，这是光敏电阻的缺点之一。 所以在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。 方案 2：光敏二极管 光敏二极管的伏安特性相当于向下平移了的普通二极管，光敏二极管的伏安特性如图 26所示。 但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍，零偏压时，光敏二极管有光电流输出，而光敏三极管则无光电流输出。 原因是它们都 能产生光生电动势，只因光电三极管的集电结在无反向偏压时没有放大作用，所以此时没有电流输出（或仅有很小的漏电流）。