王維， 羅濤， 張瑾

(咸陽(yáng)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 咸陽(yáng) 712000)

0 引言

隨著時(shí)代的潮流，電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來(lái)越迅速，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，人民的人均生活水平不斷提高，對(duì)各方面的要求也越來(lái)越高，對(duì)花卉的品種、鮮艷程度、價(jià)格等各方面都有著居高不上的要求。

傳統(tǒng)的花房需要人工借助簡(jiǎn)單的一起測(cè)試環(huán)境的各種狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)各種花房裝置，效率低，控制效果不好[1]。為了減輕花農(nóng)的負(fù)擔(dān)，并有效的控制花房的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用傳感器自動(dòng)獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并借助單片機(jī)進(jìn)行控制，不僅簡(jiǎn)單，方便，還可以大幅提高各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

1 智能花房系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)利用傳感器測(cè)量花房的溫濕度，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，將傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)送至控制系統(tǒng)(AT89C52)，并通過(guò)顯示電路將測(cè)得的溫濕度值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；同時(shí)由于不同花卉的適合生長(zhǎng)的溫濕度不一樣，需要控制系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度的能力。因此智能花房系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為控制器，選用溫濕度傳感器SHT10測(cè)量花房?jī)?nèi)的溫度和濕度，LM1602LCD作為顯示模塊,并根據(jù)測(cè)試的溫度和濕度數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)繼電器工作，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和濕度。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

(1) 溫濕度采集模塊

溫濕度采集模塊主要通過(guò)溫濕度傳感器每隔一定的時(shí)間間隔獲取溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到控制器，同時(shí)送到顯示模塊進(jìn)行顯示。

(2) 顯示模塊

顯示模塊主要功能是將溫濕度傳感器傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

(3) 自動(dòng)控制模塊

自動(dòng)控制模塊主要是當(dāng)花房?jī)?nèi)的溫濕度不在正常范圍時(shí)，通過(guò)繼電器控制對(duì)花房的溫度和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便花卉更好的生長(zhǎng)。其工作過(guò)程為：當(dāng)花房?jī)?nèi)的溫度高于預(yù)先設(shè)定的極限值時(shí)，繼電器帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)花房?jī)?nèi)的溫度低于預(yù)先設(shè)定的極限值時(shí)，繼電器啟動(dòng)加熱設(shè)備；當(dāng)花房?jī)?nèi)的濕度高于預(yù)先設(shè)定的極限值時(shí)，繼電器啟動(dòng)去濕設(shè)備；當(dāng)花房?jī)?nèi)的濕度低于預(yù)先設(shè)定的極限值時(shí)，繼電器帶動(dòng)水泵噴水。

(4) 電源模塊

由于各器件的標(biāo)準(zhǔn)電壓為5 V，而家庭用的電壓為220 V，因此需要將220 V的電壓轉(zhuǎn)化為5 V電壓，為電路中的各個(gè)器件提供電源。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能花房管理系統(tǒng)的電路包括溫濕度信息采集電路、顯示電路、電機(jī)控制電路等。該系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 元器件的選擇

(1) 控制模塊-AT89C52

AT89C52是一個(gè)低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。

(2) 溫濕度傳感器-SHT10

SHT10是瑞士Sensirion公司推出的一款單片數(shù)字溫濕度集成傳感器，兼具相對(duì)溫度和濕度的測(cè)量，數(shù)字信號(hào)輸出接口簡(jiǎn)單，外圍電路集成度高，響應(yīng)速度快[2]。它采用CMOS過(guò)程微加工專利技術(shù)(CMOSens technology)，確保產(chǎn)

品具有極高的可靠性和出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器由1個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和1個(gè)能隙式測(cè)溫元件組成，并與1個(gè)14位A/D轉(zhuǎn)換器以及1個(gè)2-wire數(shù)字接口在單芯片中無(wú)縫結(jié)合，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3]。

(3) LCD顯示-LM1602LCD

LCD主要用于顯示室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，因此選取性價(jià)比較高的LM1602液晶屏，其顯示容量為16*2個(gè)字符，采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳(無(wú)背光)或16腳(帶背光)接口[4]，各引腳接口說(shuō)明，如表1所示。

表1 LM1602各引腳接口

2.2 硬件電路原理圖

智能花房管理系統(tǒng)包括SHT10傳感器電路、AT89C52單片機(jī)主控電路，LCD數(shù)碼管顯示電路等模塊，通過(guò)C52單片機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，使用C52型單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度控制系統(tǒng)，可以及時(shí)、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化，借助直流電機(jī)完成溫濕度的調(diào)節(jié)，為花卉的生長(zhǎng)提供了更加適宜的環(huán)境。借助Protetus設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路，如圖3所示。

圖3 智能花房電路圖

3 智能花房系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，主要分為4個(gè)大模塊，即主程序模塊，參數(shù)設(shè)置模塊，花房數(shù)據(jù)采集顯示模塊和繼電器控制處理程序模塊。每個(gè)模塊都具有一定的功能，每個(gè)模塊又可分為許多子模塊，既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，低級(jí)模塊可以被高級(jí)模塊調(diào)用。

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，支持8051、ARM等多種處理器模型，支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[5]。該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境采用Windows7操作系統(tǒng)，使用Keil uvision4開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)程序控制軟件，編譯成功后在Proteus8.0模擬仿真實(shí)現(xiàn)智能花房系統(tǒng)。

(1) 系統(tǒng)主流程圖

首先初始化各端口包括溫濕度傳感器，接著調(diào)用溫濕度檢測(cè)電路的測(cè)量值，判斷溫濕度是否適合花卉生長(zhǎng)，若不在正常溫濕度范圍內(nèi)，則啟動(dòng)繼電器進(jìn)行溫度和濕度的調(diào)節(jié)，使花卉處在適宜的溫濕度的環(huán)境當(dāng)中?？傮w流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)總體流程圖

其中，溫濕度獲取關(guān)鍵代碼如下：

… …

error+=s_measure(&temp_val,&checksum,TEMP); //溫度測(cè)量

error+=s_measure(&humi_val,&checksum,HUMI); //濕度測(cè)量

if(error!=0) s_connectionreset(); ////如果發(fā)生錯(cuò)誤，系統(tǒng)復(fù)位

else

{

// humi_val.f=(float)humi_val.i; //轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)

// temp_val.f=(float)temp_val.i; //轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)

calc_sth10(humi_val,temp_val,&humi_val_real,&temp_val_real); //修正相對(duì)濕度及溫度

// dew_point=calc_dewpoint(humi_val.f,temp_val.f); //計(jì)算e dew_point

temp1=temp_val_real*10;

humi=humi_val_real*10;

write_com(0x80);

…

(2) 仿真測(cè)試

將Keil uversion中調(diào)試生成的可執(zhí)行程序main.hex文件加載到Protetus7的電路圖中進(jìn)行仿真調(diào)試。仿真獲得的溫濕度數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)獲取的溫濕度數(shù)據(jù)

4 總結(jié)

針對(duì)花房?jī)?nèi)溫濕度的自動(dòng)控制，利用AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了智能花房系統(tǒng)，采用溫濕度傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及LCD顯示技術(shù)，在Proteus中模擬仿真智能花房系統(tǒng)。下一步將采用具體的硬件實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，并在真實(shí)環(huán)境中測(cè)試使用。

[1] 李增詳，史國(guó)興，楊霞，等.溫室花卉智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(7)：197-198.

[2] 吳建，王勇，尹翠霞，等.基于SHT10的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量，2009(4)：8-11.

[3] 吳國(guó)宏.新型溫濕度傳感器SHT10的原理及應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2009,9(4)：52-54.

[4] 于志贛，劉國(guó)平，張旭斌.液晶LCD1602模塊的應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù)，2009,32(3)：21-23.

[5] 張靖武，周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的Proteus設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.