隨著科技的發(fā)展，電子技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)了，不僅僅是通訊，醫(yī)療，教育，在農(nóng)業(yè)上也用到了很多先進的設(shè)備，本文主要論述的是單片機技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)設(shè)計的檢測溫室系統(tǒng)。文章題目是基于單片機的多功能測量系統(tǒng)的設(shè)計，搜論文知識網(wǎng)給大家提供了很多期刊論文發(fā)表范文，有需要的可以進入欄目免費下載文章。

 　　摘 要：針對溫室大棚的環(huán)境智能監(jiān)測研究，本文設(shè)計了一種以STC89C52RC單片機為控制核心的多功能測量系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)的單片機和PC機進行聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)了對溫室內(nèi)光照度、溫度和濕度等重要環(huán)境因子的監(jiān)測及實時顯示以及對聲光報警電路的控制，溫度的偏差控制在±0.5℃，濕度的偏差控制在±5%RH，光照度的偏差控制在±1lx。

　　關(guān)鍵詞：期刊論文發(fā)表,單片機,溫度,濕度,光照度

　　1 引言(Introduction)

　　溫室大棚是設(shè)備農(nóng)業(yè)的一種形式，國產(chǎn)溫室每年都在以新增100―150萬公頃的面積快速地發(fā)展[1]。溫濕度和光照度是農(nóng)業(yè)溫室生產(chǎn)中非常關(guān)鍵的測量參數(shù)，它們的準(zhǔn)確、及時測量將會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和研究帶來非常大的幫助。溫室環(huán)境測量技術(shù)運用計算機輔助系統(tǒng)測量溫室中的溫度、CO2濃度等環(huán)境因子，以達到對溫室內(nèi)環(huán)境的測控要求[2]。智能溫室的大力推廣，對于我們運用科學(xué)技術(shù)服務(wù)“三農(nóng)”、建設(shè)美麗中國具有非常重要的意義。

　　針對我國的現(xiàn)代化溫室智能控制水平相對落后的現(xiàn)狀，結(jié)合某公司的智慧農(nóng)業(yè)項目，我們采用單片機技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了該溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)遵循了操作簡便、較高可靠性、便于維護和性價比高的設(shè)計原則，因此對于實際應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)環(huán)境因子監(jiān)測方面也會有優(yōu)異的效果。

　　2 總體方案設(shè)計(The overall program design)

　　本系統(tǒng)的下位機是由STC89C52RC單片機系統(tǒng)為控制中心，加上DHT11、DS18B20、BH1750三個傳感器模塊以及按鍵控制數(shù)碼管顯示和聲光報警等模塊組成的;上位機是由美國國家儀器(NI)公司的軟件LabVIEW[3]為基礎(chǔ)開發(fā)的一個用戶圖形接口。要求達到的技術(shù)指標(biāo)：測溫范圍：0―50℃;測濕范圍：20%―90%RH;測光范圍：1―65535lx。

　　本系統(tǒng)的工作原理是：上電后，STC89C52RC單片機首先完成初始化工作。然后，系統(tǒng)自動采集溫濕度、光照度傳感器數(shù)據(jù)，最后通過單片機的串行口和RS-232總線通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到上位機顯示、處理，上位機對報警參數(shù)進行設(shè)計并控制相應(yīng)聲光報警電路報警，同時通過三個不同按鍵控制相應(yīng)數(shù)碼管顯示。整個系統(tǒng)采用單總線技術(shù)和I2C總線控制技術(shù)，單片機采用C語言編程，PC機采用G語言編程。

　　3 溫室環(huán)境測量系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(The

　　hardware circuit design of greenhouse

　　environment monitoring system)

　　3.1 環(huán)境因子采集電路的設(shè)計

　　傳感器作為溫室設(shè)備準(zhǔn)確控制的首要條件，它的正確選取是進行自動控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們根據(jù)本文要求的技術(shù)指標(biāo)，選擇具有長期穩(wěn)定性且性價比的數(shù)字式傳感器。

　　(1)溫度采集電路的設(shè)計

　　大部分溫室環(huán)境控制設(shè)備如供熱設(shè)備、遮陽布等都與溫度控制相關(guān)，因此，溫度測量是溫室環(huán)境控制的關(guān)鍵。本文選擇達拉斯公司生產(chǎn)的DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器[4]。DS18B20數(shù)字溫度傳感器體積小、精度高、使用壽命長，適用于本文需要高可靠性的系統(tǒng)。單片機和DS18B20之間僅需一條連接線(加上地線)，可使用單片機的一般I/O口P2.0。它的測溫范圍滿足本文0―50℃的測溫需求。

　　(2)濕度采集電路的設(shè)計

　　為了使?jié)穸葌鞲衅髋c單片機的通信更加方便，也為了增強系統(tǒng)的抗干擾性能，我們在此選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器[5]測量本系統(tǒng)的濕度數(shù)據(jù)。DHT11設(shè)置了校準(zhǔn)參數(shù)，所以測得的數(shù)據(jù)十分可靠。它采用單線制串行接口，這樣使得電路的設(shè)計更加簡單，并且它的體積超小、功耗極低。DHT11可測濕范圍為20%―90%RH，測濕精度為±5%RH，滿足本文測濕要求。

　　(3)光照度采集電路的設(shè)計

　　在合適的條件下增加光照度，能夠增強高緯度缺光地區(qū)溫室內(nèi)作物的光合作用，提高光照度不足的地區(qū)農(nóng)作物的產(chǎn)量。溫室中主要使用光照度傳感器檢測棚內(nèi)的光照度，然后采取適當(dāng)?shù)拇胧┰黾踊驕p少光照度。本文采用日本羅姆半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的BH1750光強度傳感器。BH1750是一種基于I2C的數(shù)字型光強度傳感器集成電路[6]。它能以較高的探測分辨率分辨很大的光強度變化區(qū)間(1lx-65535lx)，并且接口電路非常簡單，BH1750只需將SCL和SDA分別接單片機的P2.2和P2.3即可。如果系統(tǒng)中有多片BH1750相級聯(lián)，則每兩片IC可以并用這兩個I/O端口，然后其中一片IC的ADDR接低電平，另一片的接高電平即可[7]。

　　3.2 單片機的設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用的STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的增強型8051單片機[8]，它的時鐘晶振電路用于產(chǎn)生時鐘信號，來控制單片機內(nèi)部的各種微操作，本文我們設(shè)計晶振為11.0592MHz。復(fù)位對單片機來說，是準(zhǔn)備工作，此時程序還沒開始執(zhí)行。STC89C52RC單片機及其連接的晶振電路和復(fù)位電路如圖1所示。

　　3.3 其他外圍電路的設(shè)計

　　(1)按鍵控制電路

　　單片機組成的各種硬件電路中，按鍵是最常見的人機交互輸入方式。本文通過三個觸發(fā)式按鍵一對一的連接單片機的三個輸入口，實現(xiàn)對溫濕度和光照度數(shù)碼管亮滅一對一的控制。具體的控制過程我們需要通過用C語言編程來實現(xiàn)。

　　(2)MAX7219數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路

　　MAX7219是一種集成化的共陰極顯示驅(qū)動器，它連接單片機和7段共陰極數(shù)碼管顯示。MAX7219可以通過編寫控制碼對數(shù)碼管進行亮度控制。另外，本文我們選用三個四位一體的共陰極數(shù)碼管[9]來顯示實時采集到的溫室內(nèi)的亮度和溫濕度。 　　(3)聲光報警電路

　　聲光報警電路模塊由蜂鳴器報警電路和發(fā)光二極管報警電路兩部分構(gòu)成。當(dāng)室內(nèi)的溫濕度和光照度傳感器測量的數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)時，發(fā)光二極管處在熄滅的狀態(tài)，蜂鳴器也不會發(fā)出響聲;但是當(dāng)溫濕度和光照度不在設(shè)定值范圍時，三者對應(yīng)的發(fā)光二極管會被點亮，蜂鳴器也會發(fā)出嘀嘀的聲響，以此來提醒用戶采取相關(guān)措施。

　　4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(The system software design)

　　4.1 主程序流程圖和串口處理流程圖

　　主程序是系統(tǒng)運行的總體框架[10]，它規(guī)定了單片機按照怎樣的操作步驟進行有序運轉(zhuǎn)。串口處理程序表明上位機與單片機之間約定好的通信方式，通過此程序可以實現(xiàn)上下位機之間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。如圖2所示為本系統(tǒng)的主程序流程圖和串口處理流程圖。

　　communication

　　4.2 測量系統(tǒng)程序設(shè)計

　　DS18B20通過單總線協(xié)議跟單片機進行數(shù)據(jù)傳遞。測溫子程序運行時，首先初始化DS18B20，此時顯示溫度為+85℃，然后對單片機進行寫數(shù)據(jù)操作，在進行溫度轉(zhuǎn)換后將溫度數(shù)據(jù)讀出來，最后通過按鍵控制在相應(yīng)數(shù)碼管上實時顯示溫度數(shù)據(jù)。

　　單片機通過單總線協(xié)議對DHT11進行讀寫。測濕程序開始后，先延時180ms，然后將總線拉高40us，主機設(shè)為輸入模式等待從機響應(yīng)。當(dāng)從機變?yōu)榈碗娖綍r，完成數(shù)據(jù)的接收、檢驗和處理，然后結(jié)束子程序。

　　BH1750可以通過I2C總線協(xié)議跟單片機進行數(shù)據(jù)通信。本文設(shè)定BH1750工作在連續(xù)高分辨率模式，測量開始后，先對BH1750初始化，然后延時180ms，接著連續(xù)讀取數(shù)據(jù)并進行處理。程序的執(zhí)行嚴(yán)格按照讀寫時序進行。

　　4.3 上位機程序設(shè)計

　　(1)數(shù)據(jù)采集模塊

　　LabVIEW通過VISA串口驅(qū)動程序與單片機進行通信。將串口設(shè)置成符合系統(tǒng)要求的參數(shù)，為了界面的布局將串口通信部分隱藏。系統(tǒng)的通信模式為上位機為主，下位機為從。報警限設(shè)置用于設(shè)置溫濕亮度的上下門限值，上位機有三個報警控件，默認(rèn)為綠色，報警時顯示紅色。當(dāng)從串口接收的數(shù)值超過設(shè)定的報警門限值時，上位機向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，啟動報警。每路均設(shè)有報警指示燈，用來提醒系統(tǒng)管理者注意。數(shù)據(jù)顯示存儲用于提取從串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并以文本和曲線圖的形式顯示。圖3為上位機采集圖。

　　(2)數(shù)據(jù)分析和管理

　　這兩個模塊主要應(yīng)用到是LabVIEW中數(shù)據(jù)工具包，利用SQL實現(xiàn)了與數(shù)據(jù)庫Access的融合，能完成采集數(shù)據(jù)的存儲、查詢、刪除和分析。數(shù)據(jù)分析模塊用于對選擇的日期進行分析計算，得出最大值、最小值、均值和超限次數(shù)。數(shù)據(jù)管理用于查詢數(shù)據(jù)庫中的表格：設(shè)定的參數(shù)、溫濕度和光照度數(shù)值，對這些表格進行查詢、刪除或?qū)С觥?/p>

　　5 結(jié)論(Conclusion)

　　經(jīng)實驗驗證，基于STC89C52RC單片機的溫室環(huán)境多功能測量系統(tǒng)測量精度高，測量偏差在要求范圍內(nèi)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，通過串口協(xié)議實現(xiàn)上下位機間的通信，再加上上下位機軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)溫室內(nèi)的溫濕度、光照度情況的實時就地監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和管理。將此系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)代溫室大棚中，對作物的科學(xué)生產(chǎn)具有很好的使用價值，并且提高了農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的現(xiàn)代化管理水平，具有良好的推廣價值。

　　參考文獻(References)

　　[1] 方玉鑫.基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].哈

　　爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

　　[2] 蘇全義，等.基于PIC單片機的智能溫室環(huán)境控制系統(tǒng)[J].農(nóng)機

　　化研究，2009(12)：186-188.

　　[3] 陳樹學(xué)，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

　　[4] DS18B20中英文資料[Z].廣州奧松電子有限公司，2009.

　　[5] DHT11數(shù)據(jù)手冊[Z].廣州奧松電子有限公司，2009.

　　電子科技論文發(fā)表期刊推薦 《計算機研究與發(fā)展》是中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所和中國計算機學(xué)會聯(lián)合主辦的學(xué)術(shù)性期刊，科學(xué)出版社出版，國內(nèi)外公開發(fā)行。她誕生于我國計算機事業(yè)的初創(chuàng)時期(1958年)，是我國第一個計算機刊物，它是隨著中國計算機事業(yè)的發(fā)展而成長起來的。