单片机的温室测试系统设计方案.pdf

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1、1/11 基于 51 单片机的温室测试系统设计设施农业是世界现代农业发展的主要方向之一，我国农业正处于从传统也向高产、优质、高效为目的的现代化农业转化新阶段，设施农业是我国今后比较长的时间内农业发展的个主要方向。环境控制对果树生产的重要作用已经为国内外大量的科学实验和生产的实践所证实。只有在适宜的生长环境下果疏才能充分发挥其高产潜力。多年的有关果树生长环境的研究，不仪知道了农业生产，也为温室环境测控的研究提供了理论和依据。但如何利用传感器技术，白动检测技术，通讯技术，计算机技术的发展和温室栽培的推广研制出对温室温度，湿度，二氧化碳浓度的智能测控系统，为果树提供最佳的生长环境，一直是农业研究者面

2、临的重要课题。虽然国外采用了全智能控制，但是他们的成本太高，不适合我国国情，国内已有的日光温室主要采用自然能源，虽然造价比较低，但过于简陋，只有少数实现了温度、湿度、光照等单一因素的测控，不能满足日益现代化的农艺要求。本文研制一种价格比较适宜、扩展性较好的多功能温室智能测试系统。1 系统组成及工作原理本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换、各种信息的显示等；软件主要完成信号的处理及控制功能等。其工作原理是89C51 单片机一次查询各传感器的输出信号，然后89C51 对输入信号进行相应处理后通过显示模块44780 输出，同时还可输出各种报警信号。2 硬

3、件构成该系统硬件主要包括以下几个模块：89C51 主控模块、传感器模块、A D 转换器、扩展、44780 显示模块等。其中89C51 主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能，AD 转换器主要完成模数的转换、存储器主要完成程序和数据的存储、44780 显示模块完成字符、数字的显示功能。主控模块2/11 系统采用ATMEL 公司生产的AT89C51 单片机，它带有4kB 闪速式存储器、128B 内存，最大工作频率24MHz，同时，具有32 条输入输出线，16 位定时计数器，5个中断源，1 个串行口。2.1 传感器的选取2.1.1 温度传感器采用 AD590 集成温度传感器

4、，此传感器是电流型的，它的特性如表1 所列。测量地表温与土温也可以用AD590 集成温度传感器。由于传感器探头要插入土中，所以要将传感器及变换电路封装在金属探棒中。金属探棒可以起到防水、防腐的作用。又因为金属的导热性好，所以金属探棒不会影响传感器对温度的测量。2.1.2 湿度传感器采用 IH3605电容式集成湿度传感器。其输出电压较高且线性较好。尢需进行信号放大和信号调整，可直接进行AD 转换。其特性表如表2 所列。2.1.3 光照强度传感器本系统选用北京林业大学生产的光量子传感器，主要由感应元件和匹配滤光片系统组成。感应元件选用硅太阳能电池，在太阳辐射作用下产牛的光电流与辐射强度成线性关系。

5、标准的硅光电池的光谱响应在400nm-1100n。的范围，峰值波长为800nm。光量子传感器是一种灵敏的蓝色硅电池，在近红外区域700nm-1100nm只有相当低的响应，而在可见区域400 700nm比一股硅电池的响应却要高得多，峰值响应在550-650nm之间。光量子传感器在光的照射下，输山变化十分微弱的电流信号(约几个微安。所以光合有效辐射的检测电路应选用低漂移，共模抑制比高的集成运算放大器。放大电路采用电流一电压变换放大电路，如图1所示。光电子传感器的电气特性如表3 所列。文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R

6、8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:C

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8、D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 Z

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12、C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D23/11 C02 浓度传感器#e#2.1.4 C02 浓度传感器C02 浓度传感器选用红外线

13、气敏传感器。其测量范围宽，达-2000ppm，检测精度可达 15。可以选用这种方法来监测温室空气中C02 的浓度。2.1.5 土壤水分传感器选用 TDR-3 型土壤水分传感器。TDR-3 土壤水分传感器可测量土壤水分的体积百分比，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。TDR-3 型土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。2.2 多路开关CD4051 本系统选用了单端8 通道模拟多路开关CD4051。它由电平位移电路，带禁止端INH 的 8 选 1译码器和由该译码器对各个输出分别加以控制的八个CMOS 双向模拟开关组成。其引脚如图2 所示。INH 为高电

14、平时，八路通道全部不通。A、B、C 分别为输入选通地址端，0-7 为八路模拟输入信号端，COMMON端为被选通模拟信号的输出端CD4051传送的信号范围从VFE 到 VDD。由于环境因子的采样信号幅值为02V，所以将VEE 端与 Vss 端相连并接地，VDD 端接电源端Vcc，使得信号传送范周为O-Vcc，即 0+5V，INH，A，B，C四端连接四根地址线，控制信号的选通，其真倩表见表4。选通的信号从COMMON端送到 AD 电路。文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7

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21、J6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D24/11 2.2.1 通道的分配七路环境因子的测量信号各占一个通道。通道分配如表5 所列。2.3 AD 转换电路MC14433 采用 8 位

22、数据输出，转换精度为12000，相当于11位二进制AD转换器的精度。它还具有抗干扰性好、自动校零、自动极性输山、自动量程控制信号输出、单基准电压、外接元件少等特点。MC14433 的引脚及外接元件如图3 所示。文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10

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29、B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D25/11 MC14433 的转换速度较慢，不宜用查询方式。系统采用如图3 中所示的中断方式。每次 AD 转换结束，EOC 都输出一个正脉冲，其宽度为0.5 个内部时钟振荡周期，如图3所示。将EOC 端接入 89C51 的外部中断1引脚，利用EOC 脉冲的下降沿触发中断。单片机处理中断服务程序，接收数据。动态分时输出 BCD 码的 QO-Q3 和 DSi-DS；与

30、89C51的 PI 口相连。2.4 扩展电路与地址分配2.4.1 扩展电路89C51 芯片上带有扩展功能引脚。-EA VPP 端：系统中该引脚接+5V 高电平，程序计数器PC 先访问内部程序存储器，当 PC 值超过 OFFFH(4k时，转向执行外部程序存储器内的程序。-PSEN 端：外部程序存储器读选通信号。本系统未扩展外部程序存储器，此引脚空。ALE -PROD 端：系统扩展外部存储器时ALE 输出锁存信号。89C51 内部有 128 个字节的RAM 存储器。存实时数据采集和处理时，仅靠片内的 RAM 是不够的，还需要利用89C51 的扩展功能扩展外部数据存储器。常用的数据存储文档编码:CZ

31、8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D

32、2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ

33、6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10

34、M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10

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36、10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编

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38、6P2D26/11 器有静态SRAM 和动态 DRAM。由于 DRAM 需要不断刷新，设计时要增加刷新电路，电路复杂，可靠性差。因此SRAM 在单片机测控系统中应用更普遍。木系统采用常用的2KX8 位 SRAM6116。它采用CMOS 工艺制造，单一+5V 电源，典型存取时间200ns。与 89C51 硬件连接如图4 所示。74LS373 是带三态门的8D 锁存器，用作地址锁存器。2.4.2 端口及地址分配端口及地址分配如表6 所列。根据以上端口分配，可以确定外设地址为：多路开关CD4051：XO-X7 对应 BOH-B7H；B8H-BFH全不通；外部扩展RAM：0800-OFFFH，共 2k

39、；执行信号输出依靠P2.5 线选锁存器74LS373，后将控制字从PO 口输山到74LS373 来完成。2.5 执行信号输出本系统的执行信号输出电路为实验性的仿真电路。系统模拟八路执行信号，针对七路环境因子信号的监视情况，主控机发出控制指令，控制单片机开启一路或多路执行信号电路，以实现对环境因子状态的调控。执行输出电路由控制字锁存器、发光二极管、电阻组成。各路执行信号所代表的执行机构或系统如表7 所列。2.6 通信方式本系统是温室群的监控系统，它是由多台前沿机和主控机构成的网络组成的。因此系统的状态监视、环境控制等都是通过网络通信来实现的。所以，前沿机的通信电路是系统重要组成部分。温室群环境监

40、控系统的实时性要求不高，传输的信息量也不太大，因此串行异步通讯可以满足其通讯需求，并且具有线路简单，易于实现的优点。本系统采异步通讯。温文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C1

41、0R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码

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43、P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2

44、 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1

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46、10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8

47、O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D27/11 室群环境监控系统要求远距离数据传送，对数据传送速率要求不太高并要有一定的抗干扰能力，因此RS-422 最适合系统的要求。适当降低传输速率，如9600bit s，可以使传送距离达到1200m 以上，完全满足系统要求。主控机口通信采用主机板上空闲的标准25 芯COM2 口，进行电平转换后挂接RS-422 总线。使用这种转换器时可以使用与RS-232 相同的通讯软件而无需进行修改。其引脚定义如表8 所列。本系统采用RS-422 与

48、TTL 电平转换常用芯片：传输线驱动器SN75174；传输线接收器 SN75175，SN75174 是一具有三态输出的单片四差分线驱动器。SN75175 是具有三态输山的单片四差分接收器。它们的设计符合EIA 标准 RS-422 规范，适用于噪声环境中总线线路较长的多点传输。芯片采用+5V 电源，与其他芯片一致。通信线路采用标准RS-422九芯插接件。电路如图5 所示。2.7 监控网络本系统采用总线型监控网络。总线型拓朴结构如图6 所示。在总线型控制网络中，主控站通过总线来访问各个前沿机。只有主控站有权控制总线，而各前沿机则不可以，并且各个前沿机之间不能直接进行通信。这种拓朴结构的特点是：数字

49、化的数据通过串行输入输出总线进行传送；通讯协议采用RS232，RS422，RS485 等；系统扩展较为灵活：通信速率较低。文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10

50、HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C10R8B10 HT6J1J10M10W2 ZJ6T7B6P2D2文档编码:CZ8O1C