郭 爽

（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070）

1 系統(tǒng)總體分析與設(shè)計(jì)

1.1 總體方案

1）溫度監(jiān)控：對(duì)溫室溫度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)升溫或降溫達(dá)到植被的最佳溫度。

2）濕度監(jiān)控：對(duì)溫室濕度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)噴霧或去濕達(dá)到植被的最佳濕度。

3）控制處理：當(dāng)溫度、濕度越限時(shí)報(bào)警，并根據(jù)報(bào)警信號(hào)提示采取一定手段控制。

4）顯示：LCD 就地顯示輸入值和相應(yīng)的溫濕度，數(shù)碼管擺放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用于顯示當(dāng)前的溫濕度。

1.2 實(shí)施措施

1）實(shí)際環(huán)境溫度與給定界限比較，執(zhí)行加熱/制冷措施。

2）實(shí)際環(huán)境濕度與給定界限比較，執(zhí)行加濕/去濕措施。

3）越限報(bào)警：當(dāng)溫濕度越限時(shí)聲光報(bào)警。

4）鍵盤顯示：負(fù)責(zé)用戶的輸入及相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示，其中包括LED和LCD 顯示。

1.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)上面的總體方案和實(shí)施措施的討論后可以開(kāi)始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

主機(jī)與主要部件的選擇：

根據(jù)總體功能和性價(jià)比及其運(yùn)行速度等因素的考慮，選用MCS-51 系列的89C51 為主機(jī)，滿足上面的要求而且設(shè)計(jì)方便，不需要再存儲(chǔ)擴(kuò)展。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)片內(nèi)設(shè)有128B，外部有8279 的256B，而由于存入的數(shù)據(jù)是隨時(shí)更新的且不計(jì)小數(shù)位，存入8 個(gè)16 進(jìn)制數(shù)字，其總共需要的容量只有16B，已經(jīng)夠用。 對(duì)外部模擬量（溫度、濕度）采樣，選用ADC0809 能夠滿足要求。

溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以89C51 單片機(jī)作為中央控制裝置，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，風(fēng)扇，加熱設(shè)備，加濕設(shè)備，排潮設(shè)備，鍵盤顯示芯片等，其功能和原理如下：

1）89 C51 作為中央控制裝置，負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)模塊的工作。

2）四路采樣溫度信號(hào)采樣簡(jiǎn)單平均處理，溫度保存為整數(shù)。

3）四路采樣濕度信號(hào)采樣簡(jiǎn)單平均處理，溫度保存為整數(shù)。

4）模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809：即由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 它共有8 個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。 模數(shù)的轉(zhuǎn)換共有2 種方法。 一種是利用INT0 中斷，當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC0809 使INT0 產(chǎn)生中斷，通知系統(tǒng)轉(zhuǎn)換完畢；另一種使用延時(shí)方法，開(kāi)始轉(zhuǎn)換后系統(tǒng)延時(shí)100 微秒等待轉(zhuǎn)換完成。 本方案采用延時(shí)轉(zhuǎn)換的方法。

5）鍵盤顯示芯片：用8729 識(shí)別鍵盤，負(fù)責(zé)用戶的輸入及相關(guān)的數(shù)據(jù)的LED 顯示。 例如選擇系統(tǒng)的工作模式，用戶輸入溫度及濕度的界限數(shù)據(jù)，顯示實(shí)時(shí)的溫度及濕度值等等。

6）風(fēng)扇：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作。

7）加熱設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作。

8）噴霧設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作。

9）排潮設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作。

2 溫濕度采樣與控制系統(tǒng)

2.1 溫濕度采樣系統(tǒng)

為了更精確的反映溫室的溫度和濕度，取溫濕度各4 路信號(hào)采樣簡(jiǎn)單平均處理作為溫室的溫度和濕度。 在分辨率達(dá)到的前提下，溫濕度的精度為1%。

2.2 溫濕度控制系統(tǒng)

首先，系統(tǒng)啟動(dòng)后，提示用戶輸入溫度的上限與下限的溫度值。用戶輸入之后，系統(tǒng)自動(dòng)求出中間值，根據(jù)實(shí)際溫度的情況采取相應(yīng)的方案。

如果該時(shí)刻的實(shí)際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時(shí)，系統(tǒng)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，且系統(tǒng)處于升溫狀態(tài)，直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止升溫。 反之，如果實(shí)際溫度值高于用戶設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，且系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)，直到實(shí)際溫度達(dá)到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時(shí)停止降溫。

選擇中間值作為控制參數(shù)， 防止升溫——降溫——升溫的死循環(huán)，因?yàn)闇囟鹊陀谙孪迺r(shí)會(huì)一直升溫，可能導(dǎo)致溫度高于上限系統(tǒng)又開(kāi)始降溫，這樣系統(tǒng)便一直重復(fù)升溫——降溫——升溫過(guò)程，導(dǎo)致設(shè)備在某一個(gè)溫濕度點(diǎn)附近頻繁的啟停，使設(shè)備壽命下降，而且沒(méi)有實(shí)際意義。

選擇中間值的一定區(qū)間，是防止達(dá)到中間值時(shí)，采取了停止升溫或者降溫措施，溫度還是會(huì)持續(xù)上升或下降一會(huì)兒，這時(shí)候溫度可能不是正好在中間值處，系統(tǒng)便還是采取升溫或者降溫的措施，而此時(shí)的溫度值可能已經(jīng)是很適合植被生長(zhǎng)的需要的溫度值。所以本方案選在中間值的正負(fù)一度區(qū)間內(nèi)，認(rèn)為此區(qū)間內(nèi)都是適合的，不產(chǎn)生任何控制動(dòng)作變化，這樣就能解決設(shè)備頻繁啟停問(wèn)題。

2.3 鍵盤顯示系統(tǒng)

鍵盤顯示系統(tǒng)采用8279 芯片控制16 鍵的鍵盤和8 個(gè)七段數(shù)碼管，以實(shí)現(xiàn)用戶的輸入與數(shù)據(jù)輸出。 16 個(gè)鍵分別是“0”到“F”，對(duì)應(yīng)的鍵值是0 到15 不需要鍵值的轉(zhuǎn)換。 七段數(shù)碼管采用共陰極。

2.4 報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)由聲音報(bào)警和警報(bào)燈報(bào)警組成。 聲音報(bào)警通過(guò)P1.0 口接SD 口控制系統(tǒng)的音效模塊發(fā)聲， 用CPU 控制P1.0 產(chǎn)生一定頻率的方波就可以實(shí)現(xiàn)音效模塊的發(fā)聲。音效模塊是一個(gè)帶有揚(yáng)聲器的放大電路。

3 硬件調(diào)試方案

3.1 硬件電路的調(diào)試

此部分的任務(wù)是在系統(tǒng)連接好后,調(diào)試各個(gè)組件能否正常工作,能否實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。 其步驟如下：

1）按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)需要的各個(gè)組件連接好。

2）實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書，了解各個(gè)組件的工作原理，開(kāi)始著手調(diào)試芯片。

3）試ADC0809 芯片。按照說(shuō)明書調(diào)用CON_W.ASM 匯編程序，運(yùn)行，觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象正確，說(shuō)明ADC0809 芯片正常，可以使用。

4）電機(jī)，按照說(shuō)明書調(diào)用直流電機(jī)相應(yīng)的匯編程序，運(yùn)行，觀察現(xiàn)象。

3.2 功能模塊的調(diào)試方案

把各個(gè)功能模塊編寫成單獨(dú)的源文件進(jìn)行調(diào)試， 調(diào)試成功以后，再將各部分聯(lián)合在一起。

整個(gè)系統(tǒng)的編寫、調(diào)試是從8279 開(kāi)始的。 控制8279 原理雖然簡(jiǎn)單，但需要細(xì)節(jié)卻很多，如選擇顯示寄存器與送段碼的順序，8279 的初始化等待時(shí)間等。

用戶溫度輸入數(shù)據(jù)時(shí)上限、下限分別在七段數(shù)碼管的0、1、2、3 位置顯示，濕度輸入數(shù)據(jù)時(shí)上限、下限分別在七段數(shù)碼管的 4、5、6、7 位置顯示。 讀鍵存儲(chǔ)的過(guò)程是循環(huán)程序。 可循環(huán)等待直到用戶輸入正確并確認(rèn)為止。

溫濕度判斷控制模塊也一個(gè)非常重要的模塊，由于溫濕度對(duì)于植被的生長(zhǎng)起著決定性的作用，因此，如果這兩個(gè)因素控制不好，這個(gè)系統(tǒng)就失敗了，這就需要我認(rèn)真的考慮這一模塊的控制方式，調(diào)試階段比較順利。

［1］蔡菲娜.單片微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2003.

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［3］孫育才.MCS－51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M].南京：東南大學(xué)出版社，2004：231.

［4］公孫茂，馬寶匍，孫晨.單片機(jī)入口接口實(shí)例集[M].北京：北京航空航天出版社，2002：120.