惠新剛，郝攀，馬寧，張洪源，呂賀忠

（西安翻譯學(xué)院，陜西西安，710105）

1 系統(tǒng)功能分析

本設(shè)計由LCD1602液晶顯示電路和STC89C52單片機、光敏檢測電路、A/D采樣和風(fēng)扇控制、繼電器控制電路。LED加熱電路和按鍵控制電路組成。

（1）通過光敏電阻電路來檢測光照強度，A/D模塊實時處理后將顯示在液晶屏幕上。

通過與預(yù)設(shè)值的對比，若其數(shù)值低于則用LED燈模擬發(fā)光。若高于數(shù)值就一切如常。

（2）DS18B20模塊用來檢測溫度值，將測量值實時顯示在LCD1602液晶上，通過按鍵設(shè)定溫度值，通過與預(yù)設(shè)值的對比，若其數(shù)值低于則用LED燈模擬發(fā)光。若高于數(shù)值就啟動系統(tǒng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)降溫。

（3）土壤濕度傳感器檢測環(huán)境中土壤的濕度，測量值實時顯示在LCD1602液晶上，也可以設(shè)置土壤的濕度值，通過比較預(yù)設(shè)值判斷啟動水泵加水，若符合設(shè)定值，則不動作。

■1.1 STC89C52單片機核心系統(tǒng)電路設(shè)計

STC89C52是一種低功耗和高性能CMOS8位單片機，是電子常用器件。其主要具有Flash存貯器技術(shù)，該微控制器采用了最經(jīng)典的MSC–51內(nèi)核,但在51單片機基礎(chǔ)上做了很多改進,也具備更多傳統(tǒng)51單片機不具備的功能，而且性價比較高,有利于采集更換,也為很多現(xiàn)代控制系統(tǒng)提供了一種靈活高效且價格低廉的方案。STC89C52工作電源電壓很寬，具體數(shù)值為2.7～6V,當(dāng)工作電壓在3V時，電流僅相當(dāng)于6V電壓工作時的1/4。STC89C52工作于12Hz時，動態(tài)電流為5.5mA，空閑態(tài)為1mA,掉電狀態(tài)僅為20nA。小功耗的表現(xiàn)很適合用于電池供電的小型電路。

圖1 單片機最小系統(tǒng)原理圖

■1.2 5V電源電路設(shè)計

關(guān)于本系統(tǒng)的電源電路的設(shè)計方案如下，插座DC為電源啟動點，一端可以插在插座上，另外一端連接USB電源，也可以接在5V電源上。發(fā)光二極管為紅色燈，開關(guān)按下后做指示燈作用，電阻為1k，起限流和保護作用。

圖2 5V電源電路原理圖

■1.3 LCD1602液晶顯示模塊電路

LCD1602是字符型顯示屏幕，最多可同時顯示出16x02即32個字符。在本系統(tǒng)中完全可以勝任，且價格低廉，易于更換，其液晶顯示的原理為利用液晶的物理特性，電壓的高低來判斷和顯示字符，當(dāng)然也可以利用顯示出圖形。1602字符型液晶是一種用來顯示數(shù)字、字母、符號等的點陣型液晶模塊。

■1.4 按鍵電路設(shè)計

輕觸按鍵是一種簡易的電子開關(guān)，通過觸發(fā)按鍵內(nèi)部的受力系統(tǒng)來實現(xiàn)電路的斷開和閉合。通過高低電平的變化來實現(xiàn)人機交互，默認為高電平，當(dāng)按鍵按下，相應(yīng)的引腳默認高電平變?yōu)榈碗娖健Ｈ缓髮崿F(xiàn)各個引腳的功能。

圖3 按鍵電路圖

■1.5 5V散熱風(fēng)扇控制電路設(shè)計

該系統(tǒng)的工作原理采用能量轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)，通過對三極管9012影響進而來改變散熱風(fēng)扇的控制，電阻起限流和保護電路系統(tǒng)作用。該系統(tǒng)默認為高電平，當(dāng)單片機的相關(guān)控制引腳為高電平時，當(dāng)觸發(fā)后變?yōu)榈碗娖剑M而實現(xiàn)散熱風(fēng)扇的控制，其驅(qū)動電路的原理圖如圖4所示。

圖4 5V風(fēng)扇控制電路原理圖

■1.6 DS18B20溫度傳感器模塊電路設(shè)計

DS18B20是常見的數(shù)字溫度傳感器，輸出信號為數(shù)字信號，優(yōu)點有體積小，價格低廉，抗干擾能力強等特點。

因為使用場景廣泛，其外觀也會因此改變。通過封裝后的溫度傳感器模塊可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種小電路空間等設(shè)備數(shù)字測溫和電路控制領(lǐng)域。

DS18B20溫度傳感器原理圖如圖5所示。上拉電阻值為10k，電阻作用是保證DS18B20工作讀取數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

圖5 DS18B20溫度傳感器原理圖

■1.7 光照檢測電路設(shè)計

光敏電阻是用新型硒化隔半導(dǎo)體材料制成的電阻器，基于內(nèi)光電效應(yīng)。光照值強，則阻值就越低，隨著光照強度的升高，電阻值的變化也迅速降低。光敏電阻對光線感知十分敏感，在無光照照射時，阻值呈高阻狀態(tài)，電阻可達1.5MΩ。光敏電阻的特殊性能，在現(xiàn)代生活場景中被廣泛應(yīng)用。

圖6 光敏電阻原理

■1.8 TRSD土壤濕度傳感器模塊電路設(shè)計

該程序設(shè)計中選擇TRSD土壤濕度傳感器來檢測土壤的濕度數(shù)值，通過電位器調(diào)節(jié)土壤濕度控制閥值，配合其他模塊及可以自動對菜地、小景觀以及大棚等土壤濕度進行檢測控制，實現(xiàn)自動澆水和配合其他模塊達成相應(yīng)效果。

TRSD土壤濕度傳感器表面用鍍鎳處理可以有效提高傳感器感應(yīng)區(qū)域，也減緩和防止土壤使TRSD傳感器失效生銹等問題等的作用。

圖7 模塊內(nèi)部電路圖

■1.9 補光燈電路設(shè)計

采用新型高亮LED燈來代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)光二極管，其亮度時傳統(tǒng)亮度的數(shù)百倍，在程序中使其發(fā)出特定波長的光，從而改善其效果，本設(shè)計中，選擇白色高亮LED燈作為照明燈使用。

圖8 補溫?zé)綦娐吩韴D

2 編程語言選擇

由于計算量較大，浮點數(shù)的計算較多，C語言來編寫程序是很好選擇，而且程序易移植和更改相關(guān)參數(shù)，有利與后期的更新與維護。

■2.1 單片機程序開發(fā)環(huán)境

本設(shè)計中采用的單片機開發(fā)環(huán)境是Keil uVision4，51系列單片機系統(tǒng)的主流程序開發(fā)軟件平臺，Keil uVision4是STC公司推出最新一代關(guān)于51系列單片機處理器的編譯、連接和調(diào)試集成環(huán)境。可以降低開發(fā)周期，從而減少很多成本。單片機具體接線圖如圖9所示。

圖9 PL2303串口燒寫模塊與單片機接線圖

■2.2 程序流程

系統(tǒng)運行流程圖如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)運行流程圖

3 系統(tǒng)調(diào)試

■3.1 系統(tǒng)程序調(diào)試

(1) 在Keil4軟 件 中先調(diào)試代碼，若出現(xiàn)錯誤，可以通過error提示信息查找錯誤，改正后再次調(diào)試，直至無錯誤提示信息。

（2）程序編譯無誤后燒寫并驗證是否滿足預(yù)期效果，若有偏差則再次調(diào)整，直至達到滿意效果。

■3.2 硬件測試

通過硬件調(diào)試檢查，就是看每個器件能否正常工作，能否滿足我系統(tǒng)開發(fā)的功能，防止器件內(nèi)部損壞，影響系統(tǒng)性能。

■3.3 實物測試

經(jīng)過測試，系統(tǒng)測試正常，如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)測試圖

4 結(jié)束語

本文是通過STC89C52單片機為核心的智能大棚設(shè)計,該設(shè)計器件價格便宜,宜移植且穩(wěn)定,對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的問題能夠通過該設(shè)計來改善,硬件電路較簡單,設(shè)計可行,軟件方面采用C語言編寫,也有利于功能拓展與后續(xù)改進,具有很多切實優(yōu)點。