大棚智能測控系統(tǒng)中AT89C51的應用

引言

　　對于蔬菜大棚內環(huán)境的控制主要是對環(huán)境溫度、濕度和土壤水分等進行測量和控制。為了更好地測量、控制濕度、濕度和土壤水分等影響蔬菜生長的因素，本文設計了以AT89C51單片機為控制器的智能測控系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以對環(huán)境溫度、濕度等觀測值進行自動控制和適時監(jiān)測，并利用聲音和燈光進行越限報警及相應的處理。

　　1 系統(tǒng)功能
 

　　該系統(tǒng)通過AT89C51單片機依次查詢蔬菜大棚內各傳感器的輸出信號，然后再對輸入信號進行相應處理后通過顯示模塊顯示出來供菜農觀測，與此同時，當顯示值超出蔬菜正常生長所需要的環(huán)境指標時，系統(tǒng)將產生各種報警信號進行報警。除此之外，還可以將單片機采集到的數(shù)據(jù)輸入到PC機中，然后對輸入數(shù)據(jù)進行一系列的分析、處理，從而找出各數(shù)據(jù)間的相互關系及變化趨勢。

　　2 系統(tǒng)硬件組成

　　該系統(tǒng)的硬件主要包括以下幾個模塊：AT89C51主控模塊、各類傳感器模塊、A/D轉換器、44780顯示模塊、電平轉換器。其中AT89C51單片機主要完成對外圍硬件的控制以及一些運算功能，傳感器完成信號的采樣功能，A/D轉換器主要完成模/數(shù)的轉換，44780顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能，電平轉換器將單片機采集到的數(shù)據(jù)轉換成RS232電平向上位機傳輸。

　　2.1 主控模塊

　　該系統(tǒng)采用了ATMEI 89系列單片機AT89C51來實現(xiàn)，該芯片采用51內核，兼容MCS-51產品，1000次重復編程/擦寫。AT89C51內有128B的內部RAM、2個16位定時/計數(shù)器、32根可編程L/O線、內部帶有振蕩器和時鐘電路。特別是其內部有4kB的可編程閃爍存儲器，為程序開發(fā)提供了很大的方便。

　　2.2 傳感器的選擇

　　2.2.1 溫度傳感器

　　溫度傳感器采用Dallas公司生產的單總線數(shù)字溫度傳感器DSl8820，它不僅能直接輸出串行數(shù)字信號，而且具有微型化、低功耗、高性能、易于微處理器連接和抗干擾能力強等優(yōu)點。DSl8820數(shù)字溫度傳感器對于實測的溫度提供了9一12位的數(shù)據(jù)和報警溫度寄存器，它的測溫范圍為-55一+125℃，其中在一10一+85℃的范圍內的測量精度為±0.5'U。由于每個DSl8820有唯一的。—們窿續(xù)64位的產品號，所以允許在一根電纜上連接多個傳感器，以構成大型溫度測控網(wǎng)絡。DSl8820與AT89C51的接口電路圖如圖1所示，其中Dsl8820工作在外部電源供電方式，單片機89C51采用P2.0和DSl8820通信。

　　2.2.2 濕度傳感器

　　濕度傳感器采用Honeywell公司生產的IH3605集成濕度傳感器，內部集成了信號調理電路，具有精度高、線性度好、互換性強及輸出電壓范圍大等諸多優(yōu)點，其獨特的多層結構使之能抵抗?jié)駳?、塵埃、贓物、油和其他化學物質的侵蝕。其輸出電壓較高且線性較好，無需進行信號放大和信號調整，可直接進行A/D轉換。IH3605的技術指標如表1所示。

2.2.3 土壤水分傳感器

　　采用FDSl00土壤水分傳感器，該傳感器是基于介電理論并運用頻域測量技術研制開發(fā)的，能夠精確測量土壤和其它多孔介質的體積含水量?？膳c溫室環(huán)境監(jiān)測、土壤墑情采集、自動灌溉控制等系統(tǒng)集成，實現(xiàn)水分的長期動態(tài)連續(xù)監(jiān)測。它具有響應速度快，重復性好，環(huán)境適應性強，防水防潮，傳輸距離遠，工作溫度范圍寬等特點。FDSl00的技術指標如表2所示。

　　2.3 A/D轉換電路

　　由于本系統(tǒng)需處理多路模擬信號，故采用AI×獬09A/D轉換模塊，它采用逐次逼近的方法完成A/D轉換;其片內帶有鎖存功能的8路模擬開關，可對8路0—5V的輸入模擬電壓信號進行轉換，完成一次轉換約需100S。其輸出具有，兀L三態(tài)鎖存緩沖器，可直接接到單片機ArlB9C51的P0121。ADC/EO)與AT89C51接口電路如圖2所示。

　　2.4 44780顯示模塊

　　本系統(tǒng)采用44780驅動的LCD，HD抖780(KS0062)是用低功耗CMOS技術制造的大規(guī)模點陣LCD控制器(兼帶驅動器)，它與4bit/8bit微處理器相連，它能使點陣LCD顯示大小寫英文字母、數(shù)字和符號等豐富的信息，同時有較強的通用性應用，使用方便，用戶用少量元件就可組成一個完整點陣LCD系統(tǒng)，送入相關的數(shù)據(jù)和指令即可實現(xiàn)所需的顯示。

　　44780顯示模塊有8條數(shù)據(jù)線，3條控制線，可與微處理器或微控制器相連，通過輸入數(shù)據(jù)和指令，就可使模塊正常工作。44780顯示模塊和AT89C51單片機連接電路如圖3所示。

 2.5 電平轉換器MAX232C

　　MAX232C為RS一232收發(fā)器，簡單易用，單+5V電源供電，僅需外接幾個電容即可完成從7r見電平到Rs一232電平的轉換。單片機采集的數(shù)據(jù)可以通過串口經MAX232C轉換成RS232電平向上位機(PC機)傳輸。

　　MAX232C與AT89C51的接口電路如圖4所示。

　　3 程序設計

　　該系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、數(shù)據(jù)采集與A/D轉換子程序、顯示子程序、報警子程序等模塊組成，因為C語言編寫的軟件易于實現(xiàn)模塊化，生成的機器代碼質量高、可讀性強、移植好，所以本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫。

　　在系統(tǒng)中主程序：完成系統(tǒng)的初始化，分配調用各子程序以實現(xiàn)系統(tǒng)功能。主程序流程圖如圖5所示。數(shù)據(jù)采集與A/D轉換子程序是將傳感器采集到的模擬信號經過量化、處理轉換成單片機可以識別的數(shù)值傳給主程序。顯示子程序對每次由傳感器所采集的數(shù)值經量化處理后所得到的標準值進行顯示。

　　報警子程序是當出現(xiàn)異常情況時輸出報警信號，例如溫度超過一定數(shù)值或濕度以及土壤水分低于某數(shù)值時，音頻報警裝置發(fā)出報警信號，同時相應的指示燈亮，以提醒菜農注意。

　　4 結束語

　　整個過程都是由單片機系統(tǒng)自動完成，能對需要的特定溫度、濕度進行調節(jié)控制，以滿足蔬菜的生長的需要。除此之外本系統(tǒng)可靠性高、使用方便，為下一步在此基礎上開發(fā)控制系統(tǒng)，提供更大的方便。