基于FOGA实验大楼光照与温度控制系统毕业设计论文.doc

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1、四川师范大学毕业设计毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 基于FPGA实验大楼光照与通风控制系统 学院： 工学院 专业：电气工程及其自动化 学号：2011180239学生： 周跃 指导教师： 冷红英 1设计（论文）的主要任务及目标 设计一个基于FPGA的实验大楼光照与通风控制系统。要求系统能根据预先设定好的参数，自动检测出当前的光照强度，对预先指定好的房间能自动控制电动窗帘的开启或关闭；根据预先设定好的时间自动开启或关闭通风机电源。2设计（论文）的基本要求和内容一、 阅读与毕业设计相关的中英文文献约30篇；二、 分析课题的可实现性；三、 选择合适的光照传感器；四、 划分系统层次与软件模块；

2、五、 绘制出电路原理图；六、 在软件平台上完成软件仿真。七、 编写出合格的毕业论文。3主要参考文献1包长春，石瑞珍基于zigBee技术的农业设施测控系统的设计口J农业工程学报，2007， 23(8)：160一1612蒋园园，宋良图农田远程数据采集系统的设计与实现J自动化与仪器仪表，2007(6)：18 193代媛，何东健，张建锋基于zigBee的农业信息无线传输网络研究与实现口J传感器与微 系统，2010，29(7)：154武风波，强云霄基于zigBee技术的远程无线温湿度测控系统的设计J西北大学学报，2008， 38(5)：7327335杨烨，董惠基于zigBee的无线传感器网络节点的设计J

3、，测控技术，2009(17)：1411426齐文新，鲁涵，孙庆虎等基于GPRS技术的温室自动控制系统，GREENHOUSE HOUTICULTURE， 3839.7张杰，胡世安，龙子夜等基于GPRS的无线数据传输系统及其应用探讨J，电子测量与仪器 学报，2009，(增刊)：1541578赵申，蒋铃鸽基于GPRS的无线数据采集与传输终端叨通信与计算机，2004，(8)：130 基于FPGA实验大楼光照与通风控制系统摘要 实验大楼光照通风条件好坏是实验室内部环境优劣的重要因素，实现对光照，通风的自动控制是确保实验室内光线充足，空气清新的主要方式，如今最新的绿色建筑设计理念，自然通风、自然采光已成为

4、智能建筑舒适与健康的标志。 为了实现实验大楼光照通风的良好，本系统自动检测出当前的光照强度，对预先指定好的房间能自动控制电动窗帘的开启或关闭；根据预先设定好的时间自动开启或关闭通风机电源，设计出一套切实可行的光照通风控制系统。 本系统具有成本低廉，性能可靠，工作稳定，便于维护，便于扩充等特点。关键词：实验大楼 ，光照监控，通风控制，FPGA。FPGA-based experimental building lighting and ventilation control system Summary Light laboratory building ventilation is an imp

5、ortant factor in the quality of the internal environment of the merits of the laboratory, to achieve the light, airy automatic control is to ensure adequate laboratory light, fresh air and a major way, and now the latest in green building design, natural ventilation natural lighting has become the i

6、ntelligent building comfort and healthy sign. In order to achieve good laboratory building light and airy, the system automatically detects the current light intensity, good room for a pre-specified automatic control electric curtains open or closed; a good time to automatically turn on or off accor

7、ding to pre-set the fan power, design a set of practical lighting ventilation control systems. The system has to not inexpensive, reliable, stable, easy to maintain, easy to expand and so on.Keywords: laboratory building, light control, ventilation control, FPGA.目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的背景与意义1

8、1.2 国内外研究的发展状况21.3 系统的主要任务3第2章 系统总体法案设计4 2.1系统方案的确定4 2.2器件的选型4 2.2.1控制器的选取4 2.2.2无线模块的选取5 2.2.3显示装置的选取5 2.2.4光照度检测装置的选取6第3章 硬件设计9 3.1芯片介绍93.1.1光照度传感器93.1.2 ADC0809S数模转换芯片93.1.3 AT89C52单片机芯片113.1.4 MAX232 TTL转串口电平芯片113.1.5 ULN2003 达林顿阵列芯片12 3.2 硬件电路的设计12 3.2.1 时钟电路的设计123.2.2 复位电路设计133.2.2 显示电路设计133.2

9、.4 光照度传感电路设计143.2.5 rs232通信电路设计143.2.6 ULN2003驱动电路设计15 3.3硬件总体电路原理图设计15第4章 系统软件方案的设计16 4.1软件应用简介16 4.1.1 MSCOMM控件简介16 4.1.2 winsock控件简介17 4.1.3 keil软件介绍18 4.1.4 STC_ISP_V483简介19 4.1.5 protues软件简介194.2程序设计流程图204.2.1 光照度采集程序流程图204.2.2 串口中断程序流程图214.2.3 led驱动程序设计流程图224.2.4 下位机界面设计224.2.5 上位机控制界面设计24第5章

10、总结25参考文献26致谢27附录28 附录1：程序清单28 附录2：电路原理图38 附录3：实物图39第1章 绪论1.1课题研究的背景与意义 实验大楼环境非常重要， 由于实验室存放了许多重要药品和精密仪器，如果不能具有良好的通风光照时间，容易造成实验室内物品发霉，空气质量差，各种化学药品气味四处蔓延，精密仪器被腐蚀，甚至影响实验室工作人员的身体健康。所以营造一个舒适明亮的实验室环境，不仅是对里面的设备仪器的保护，也让在里面工作的人感到心情舒畅，有助于实验成果的产生。1970年代爆发了二次能源危机，建筑能耗与室内舒适性之间的矛盾日益凸显，在建筑界兴起了节能设计运动，同时引发了“低能耗建筑”、“生

11、态建筑”、“太阳能建筑”等设计思潮，形成了如今最新的绿色建筑设计理念，自然通风、自然采光设计无疑成为其中一个重要组成部分。2003年亚洲地区SARS的爆发，大型密闭空调建筑的设计理念严重受创，使人们越发体会到自然通风采光的建筑设计才是舒适与健康的保证。近年来，有很多实验大楼仍然是通过人工方式来调节室内环境，当人觉得空气凝滞不通或燥热难耐的时候才打开窗户，通风换气；或者长期依赖室内照明。长期这样不利于身体健康。在21世纪，人们更加注重绿色环保，更加热爱亲近自然，户外养生。在大型密集建筑物内，我们更应该注重环境舒适。如果用有线互连方式通信。会面临很多问题：线路过长造成施工布线困难，总线驱动能力要求

12、很高、长距离通信速率受到限制、信号衰减和反射明显：室外线路受渗水、雷击等因素影响，常出现线路接口腐蚀，维修工作繁琐。由于有线通信方式在智能温室大棚自动控制系统中的不足，无线通信方式开始出现。互联网的发展使远程控制得到发展，有互联网为基础发展起来的物联网技术，实现将各传感器，执行器链接到互联网上实现了环境监控智能化。光照度标准参见表1-1；表1-1 光照度标准环境条件光照度范围(lux)环境条件光照度范围(lux)一般黑夜0.0010.02阴天室外50500月夜0.020.3晴天室内1001000阴天室内550夏天太阳光下100000阅读报刊5060家用摄像机标准照度1400。1.2 国内外研究

13、的发展状况一、通风系统的分类1、全面通风：在整体房间内进行全面的空气交换。当有毒有害的气体大面积的扩散到实验台空间时，必须要及时排出，同时还要有一定的新鲜空气进行补充。把有毒有害的气体控制在规定的范围内。2、局部通风：将有毒有害的气体通过小的操作设施进行局部的通风处理，防止扩散到整个房间；还可根据气体浓度的大小选择强制排风。强制排风可称机械排风，利用局部排风把所产生的风压借助通风管道进行整体排放。对于排放到空气中的废气，其有害物质的排放标准超过国家规定的排放标准时，不能直接排放到大气中污染环境；必须根据该气体的化学性质经中和反应吸收处理使其浓度低于排放标准后，方可排放到大气中。二、风量的选择风

14、量的选择是根据房间排风要求大小来进行的，每行业每个专业都有不同的标准要求，这根本就没有怎样选的问题。风机的选择跟转速/功率/压值都有关系，风机的压力跟通风系统的阻值有关系，当然是很重要的。三、通风管设计要点1、一台通风柜与一台通风机，用单一管道连接是最好的方法。2、不能用单一管道连接的，只限于同层同一房间的可采用互相并连。3、通风机尽可能安装在管道的末端（屋顶上等处）。4、管道长度越短越好。5、一台通风柜连接的通风柜越烧越好。排风通道尽可能直立，而且通道越高越好。6、如需改变风道风速，则应配置相应的变频调整系统。7、排风通道的末端应尽量避开补风管道送气口，防止排出的有害气体通过排风管道再被送至

15、通风柜。四、风机选择1、正确选择风机，是保证通风系统正常、经济运行的一个重要条件。所谓正确选择风机，主要是指根据被输送气体的性质和用途选择不同用途的风机；选择的风机要满足系统所需要的风量，同时风机的风压要能克服系统的阻力，而且在效率最高或经济使用范围内工作。具体选择方法和步骤如下：2、根据被输送气体的性质，选用不同用途的风机。例如，输送清洁空气，或含尘气体流经风机时已经过净化，含尘浓度不超过150mgm3时，可选择一般通风换气用的风机；输送腐蚀性气体，要选用防腐风机；输送易燃、易爆气体或含尘气体时，要选用防爆风机或排尘风机。但在选择具体的风机型号和规格时，还必须根据某种类型风机产品样本上的性能

16、表或特性曲线图才能确定。3、除非选择任何一台风机都不能满足要求，或在使用时要求风机的风压和风量有大幅度变动，否则应尽量避免把两台或数台风机并联或串联使用。因两台或数台风机联合工作时，每台风机所起的作用都要比其单独使用时差。1.3系统的主要任务 1.3.1拟解决的问题1 室外光照的监测，通过光敏电阻监测光照强弱，从而控制自动窗帘的开启或关闭，达到调节室内光照的目的。2 设定参数，控制时间，让鼓风机定时给室内输入新鲜空气，排风机定时排除室内空气。1.3.2解决的方法 光照传感器检测到的光照参数经过A/D转换器转换成数字信号，经过单片机处理运用rs232发送到下位机，通过互联网发送到上位机，也可以经

17、过单片机实现自动控制。，单片机实现对光照的开环控制。第2章 系统总体法案设计2.1系统方案的确定根据以上要求和理论依据可设计出如下机构图的系统，该系统可以通过上位机远程设置参数，然后让现场单片机对参数进行控制，以后还可以根据需要对单片机的功能进行扩充，实现对多个参数的监测和控制。如上图1-1，系统结构图有以下几点意义：（1） 控制系统通过internet实现上位机和下位机的通信，不受距离的限制， 能达到远程控制的目的。（2） 该控制系统省略了光照检测和控制遮光帘等装置，有效的节约了成本，但 是没有降低控制的效果。（3） mcu采用51单片机，对于以后的扩充功能比较方便。2.2器件的选型2.2.

18、1控制器的选取 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（FieldProgrammable 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

19、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 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

20、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。2.2.2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2.4GHz2.5GHz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

21、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=3.14*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。2.

22、2.3显示装置的选取 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2-1 LCD1602 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）。1602L

23、CD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2-1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

24、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2-2 这是一个7段两位带小数点 10引脚的LED数码管 图2-3引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示 DP是小数点. 图2-2 LED数码管引脚定义 图2-3 10引脚的LED数码

25、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，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。2.2.4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： 式2-1在（1）式中，e为电荷电量，为空穴浓度的改变量，为电子浓度的改变量，表示迁移率。当两端

26、加上电压U后，光电流为： 式2-2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2-4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2-4 光敏电阻的伏安特性曲线 图2-5 光敏电阻的光照特性曲线光敏电阻的光照特性则如图2-5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。由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适

27、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2-6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）。 图2-6 光敏二极管的伏安特性曲线 图2-7 光敏二极管的光照特性曲线光敏二极管的光照特性亦呈良好线性，这是由于它的电流灵敏度一般为常数。而光敏三极管在弱光时灵敏

28、度低些，在强光时则有饱和现象，这是由于电流放大倍数的非线性所至，对弱信号的检测不利。故一般在作线性检测元件时，可选择光敏二极管而不能用光敏三极管。比较光敏二极管和光敏电阻的光照特性可知，光敏二极管的光照特性线性度非常好，而光敏电阻非线性非常差，开关特性比较好。由此可见，如果是做光照开关使用，光敏电阻拥有更好的效果；如果是用作关照检测元件，光敏电阻效果更好，良好的线性对于数据的读取和处理都很方便。综上所述，我们选择光敏电阻作为光照度检测元件。第3章 硬件设计3.1芯片（模块）介绍3.1.1光照度传感器简介光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征

29、的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增 加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。当具有光敏特性的PN

30、结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。3.1.2 ADC0809数模转换芯片 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 图2-8 ADC0809内部结构图 （1）ADC0809的内部逻辑结构如图8，由图8可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关

31、可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 （2）ADC0809引脚结构图3-1 ADC0809引脚图ADC0809各脚功能如下：D7D0：8位数字量输出引脚。IN0IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输

32、出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。（3）ADC0809应用说明ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连；初始化时，使ST和OE信号全为低电平；送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上；在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号；是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断；当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3.1.3 AT89C52单片机芯片AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储

33、器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标 准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出

34、端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 图3-2 AT8

35、9C52外观和引脚图3.1.4 MAX232 TTL转串口电平芯片MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。MAX220MAX249系列线驱动器/接收器，专EIA/TIA232E以及V.28/V.24通信接口设计，尤其是无法提供12V电源的应用。这些器件特别适合电池供电系统，这是由于其低功耗关断模式可以将功耗减小到5uW以内。MAX225，MAXX233，MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部元件，推荐用于印刷电路板面积有限的应用。3.1.5高耐压、大电流达林顿陈列ULN2003 ULN2003 是

36、高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。 图3-3 达林顿陈列ULN2003ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。3.3 硬件电路的设计3.3.1 时钟电路的设计时钟电路就是产生象时钟一样准确的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路一般由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。AT89C

37、52单片机内部设有一个翻身相放大器所构成的震荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和 图3-4 时钟电路 输出端，时钟可以有内部或外部产生。内部时钟电路是在XTAL1和XTAL2引脚上外界定时元件，内部震荡电路就产生自己震荡，定时元件通常采用四应警惕和电容组成的并联谐振回路（如下图）。晶振频率可以在1.2MHZ到12MHZ之间选择，电容取值为5pf到30pf，电容可以对频率起微调的作用。3.3.2 复位电路设计复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5

38、%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入 图3-5 51单片机复位电路到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。3.3.2 显示电路设计 显示电路是有六个八段共阴极数码管和两个74h

39、c573八位锁存器组成，锁存器的功能是实现当对应端口需要另作他用时可以让数码管的显示不变化。图3-6 八段数码管显示电路设计3.3.4 光照度传感电路设计图3-7 光照度传感电路3.3.5 RS232通信电路设计 Max232芯片能实现单片机5vttl电平与pc机12v串口标准电平的转换，实现pc机串口与单片机串口TXD/P3.5，RXD/P3.4之间交换数据，如下图，电容选择104能保证电路的稳定性，两个指示灯能直观的反映数据是否传送。图3-8 RS232通信电路3.3.6 ULN2003驱动电路设计Uln2003能提供更大的输出电流驱动步进电机运转图3-9 ULN2003驱动电路设计3.4

40、硬件总体电路原理图设计 见附录第4章 系统软件方案的设计4.1软件应用简介4.2程序设计流程图4.2.1 光照度采集程序流程图采集程序开始运行，启动adc0804进行数模转换，把数模转换取得的数值通过查表分析得到对应的光照度实时数据，将光照度实时数据与设定值相比较，如果实时光照小于设定光照，则开启一个单位的led灯，延时1s等待led灯完全点亮达到标准亮度，继续光照采集，比较数据，如果实时光照还是小于设定光照则按照上面的过程继续点亮led 灯，如果实时光照大于设定光照则 图4-5 光照度采集程序流程图延时半个小时，半个小时后继续采集光照度数据。4.2.2 串口中断程序流程图 该系统有两个中断方式可能引起灯的开启状态的变化，一种是串口发来了数据，表示蔬菜的类型发生了变化，第二种是当光照达到一定的值时自动开启led灯，本流程图针对的就是第一种情况。 图4-6 串口中断程序流程图 图4-8 led驱动程序设计流程图4.2.3 led驱动程序设计流程图 当单片机发现实时光照小于设定值需要点亮led灯补充光照时，先解锁行锁存器，输入行数据，锁存行锁存器，解除列锁存器锁