基于EasyARM1138的蔬菜大棚无线监控系统从机参数检测及无线通讯.doc

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 摘 要随着人们对生活质量要求的提高，反季节蔬菜的市场显得捉襟见肘；在减少生产成本的基础上，如何实现大棚的智能化、提高温室蔬菜的产量，已成为亟待解决的问题。本设计使用嵌入式微处理器EasyARM1138、E_play-89S52核心板及无线数据传输模块实现蔬菜大棚环境参数的检测及数据的无线传输。设计中应用DS18B20传感器、湿敏电阻、MS4100 CO2传感器、光敏电阻实现大棚内温度、湿度、CO2浓度、光照强度的检测。利用LCD显示电路和52单片机实现检测数据的下位机显示，并通过控制电路实现各环境参数的控制。利用无线数据收发模块实现52单片机与主机Ea

2、syARM1138的数据传输。经微处理器处理后的数据被送入上位机。应用LabVIEW软件，上位机实现数据显示、存储及报警功能。关键词：单片机； 无线传输； 环境参数； 检测Wireless monitoring system of greenhouse vegetables basing on EasyARM1138 -Parameters from the testing machine and wireless communicationAbstractAs the improvement of the quality of life，however, the market of anti

3、-season vegetables seems depression; On the basis of reducing the cost of production, how to carry out the intelligent of greenhouses and improve the production of greenhouse vegetables which has become a serious problem. The design uses embedded microprocessor EasyARM1138, E_play-89S52-core board a

4、nd wireless data transmission module in order to mensurate the environmental parameters and transmit the data of the greenhouse vegetables. Design DS18B20 sensors, humidity resistance, MS4100 CO2 sensors, photo resistors to achieve canopy temperature, humidity, CO2 concentration, light intensity det

5、ection. Testing data is displayed in the next-bit machine by LCD display circuit and 52 single-chip，and through the control circuit to control the environmental parameters. Wireless data transceiver modules are used to achieve data transfer of 52 single-chip microcomputer and host EasyARM1138. The d

6、ata processed by the microprocessor was sent to PC. PC has the functions of data display, storage and alarm by LabVIEW software.Key words: single-chip；wireless transmission；environmental parameter； mensurate目录摘 要IAbstractII第一章 引言11.1 蔬菜大棚技术的发展11.1.1 课题来源背景11.1.2 国内外研究现状11.2 系统设计内容及功能描述21.3 温室大棚内重要参数

7、的调节与控制21.3.1 温度的调节与控制21.3.2 空气湿度的调节与控制31.3.3 二氧化碳含量的调节与控制31.3.4 光照强度的调节与控制3第二章 课题设计方案52.1 蔬菜大棚无线监控系统总体描述52.2 系统各子模块实现方法5第三章 EL-MUT多CPU单片机/微机原理实验开发系统73.1 试验箱结构简介73.2 系统特点简介83.3 系统核心芯片AT89S52相关介绍93.3.1 主要性能93.3.2 功能特性及管脚描述10第四章 蔬菜大棚环境参数无线监控系统硬件设计124.1 温度检测电路124.1.1 温度传感器的发展124.1.2 单总线数字温度传感器DS18B20124

8、.2 湿度检测电路154.2.1 湿度的表示方法154.2.2 湿敏电阻传感器164.2.3 湿度检测电路164.3 CO2检测电路174.3.1 CO2检测概述174.3.2 MS4100特征174.3.3 CO2检测电路184.4 光强检测电路204.4.1 光敏电阻简介204.4.2 光敏电阻结构204.4.4 光强检测电路234.5 A/D转换电路234.5.1 主要特性234.5.2 极限参数234.5.3 ADC0809电路组成及转换原理244.6 无线数据收发模块254.6.1 SC2262/2272编解码芯片介绍254.6.2 SP多用途无线数据收发模块314.7 OCMJ中文

9、模块系列液晶显示器说明334.7.1 产品简介334.7.2 硬件接口344.7.3 用户命令354.7.4 其他说明38第五章 蔬菜大棚无线监控系统软件设计395.1 主程序设计395.2 温度检测子程序395.3 A/D转换子程序405.4 无线传输子程序405.5 LCD显示子程序41第六章 总结42参考文献43附录A45图1 从机环境参数检测硬件电路图45图2 E_play-89S51/52/53 原理图46图3 无线收发模块硬件电路图47附录B 源程序48致谢5354第一章 引言1.1 蔬菜大棚技术的发展 温室大棚是一种通过人工控制温度等环境参数，模拟农业生产的自然环境的设施。研制和

10、实现温室大棚自动测控，是实现农业生产自动化、高产优质的一种行之有效的方法。信息时代的到来使传统蔬菜大棚技术有了新的发展机遇：嵌入式的发展及无线通讯技术的成熟，为实现蔬菜大棚的环境参数无线监控提供了可能。人们生活水平的提高，对反季节蔬菜的需求增大，为温室大棚大规模的形成提供了市场空间。传统的温室大棚不仅效率低，而且会因为人为的误操作使得大棚环境参数得不到合理控制，从而影响蔬菜的生长。如何高效利用蔬菜大棚，节约劳动力是大棚市场研发热点。1.1.1 课题来源背景随着人们对生活质量要求的提高，反季节蔬菜的市场显得捉襟见肘；在减少生产成本的基础上，如何实现大棚的智能化、提高温室蔬菜的产量，已成为亟待解决

11、的问题。在这种形势下，嵌入式微处理器和无线通讯技术的出现，为人们从繁重的田间劳作中解放出来、实现农作物的优产高产提供了一种可能。与传统的大棚相比，系统中采用了低价、低功耗和高可靠性的硬件电路，实现了人们对大棚环境参数的实时可靠监控，进而使农作物能够按最优方式生长。采用本系统后不仅可以节约大量生产力，而且由于降低了硬件成本，使得系统的广泛普及成为可能。1.1.2 国内外研究现状就我国而言，人们生活水平质量的提高使得对反季节蔬菜的需求激增，而我国的蔬菜大棚使用率还不是太高。智能大棚的基本目标，就是为人们提供一个适宜、安全、方便和高效率的蔬菜培育环境，提供一种富有人性化的操作界面。在硬件方面，由于成

12、本和应用领域的要求，目前应用较多的嵌入式微处理器是8位的微处理器。这些微处理器的片内资源比较少，相应的软件也不太庞大，因此比较复杂的功能不容易在这些微处理器上实现。1.2 系统设计内容及功能描述蔬菜大棚安装无线监控系统后，利用ARM1138开发板配以自主开发的光照强度、温度、湿度、CO2浓度检测模块以及相应的执行机构和无线收发模块，可用于上述参量的检测、传输、显示与调节；主机ARM1138开发板连接无线传输模块实现各参数的接收，用户可以通过上位机实现参数的显示和存储。此系统可以应用在多种蔬菜种植环境，用户只需更改相应的环境参数标准值就可轻松实现不同蔬菜种植环境的变换。此系统调整后也可以应用于家

13、庭、教室等多种场合，实现方法就是改变相应的参数设置和执行机构设置。具有以下功能： 实时检测大棚内温度、湿度、CO2浓度以及光照强度，并通过上位机实现参数的显示与存储； 利用无线收发模块进行无线数据传输，便于组网，避免了繁琐的布线； 能够根据环境参量的变化发出控制信号，将环境参量调整到最佳状态； 能够根据用户提供的环境参数标准值，计算得到新的控制命令。1.3 温室大棚内重要参数的调节与控制1.3.1 温度的调节与控制温室内温度的调节和控制包括加温、降温和保温三个方面。（1）加温加温有热风采暖系统、热水采暖系统、土壤加温三种形式。热风采暖系统由热风炉直接加热空气及蒸汽热交换空气两种，前者适用于塑料

14、大棚，后者适用于有集中供暖设备温室；热水采暖系统的稳定性好、温度分布均匀；土壤加温有酿热物加温、电热加温和水暖加温。（2）降温降温最简单的途径是通风，但在温度过高，依靠自然通风不能满足作物的要求时，须进行人工强制降温。降温包括遮光降温法、蒸发冷却法及强制通风降温法。遮光降温法：其中一种是在室外与温室屋顶部相距40cm 处张挂遮光幕，对温室降温很有效；蒸发冷却法使空气先经过水的蒸发冷却降温后再送入内，达到降温目的。蒸发冷却法：风机降温法、细雾降温法、屋顶喷雾法。（3）保温保温措施包括减少灌流放热和通风换气量、增大保温比、增大地表热流量。减少灌流放热和通风换气量包括减少向温室内表面的对流传热核辐射

15、传热、减少覆盖材料自身的热导散热、减少温室外表面向大气的对流和辐射传热；增大保温比是适当的减低温室的高度，缩小夜间保护设施的散热面积；增大地表热流量可以采用增大保护设施的透光率、设置防寒沟，防止地中热量横向流出。1.3.2 空气湿度的调节与控制除湿的方法有通风换气、加温除湿、覆盖地膜适当地控制灌水量、使用除湿机、除型热交换通风装置。一般采用自然通风，达到降低温室内湿度的目的；在有条件的情况下，可采用强制通风；其他的方法如覆盖地膜、热泵除湿等也能达到除湿的目的。加湿的方法包括喷雾加湿、湿帘加湿。喷雾加湿时可根据室内面积选择合适的喷雾器，加湿效果明显，常与降温结合使用；湿帘加湿主要用来降温，同时也

16、可达到加湿的目的。1.3.3 二氧化碳含量的调节与控制在温室大棚环境中，经常处于密闭状态，缺少内外气体交换，二氧化碳浓度变幅较大，中午温室内由于光合作用，二氧化碳浓度下降，接近甚至低于补偿点 应及时补充二氧化碳，常用的方法主要有两种：燃烧法：通过二氧化碳发生器燃烧液化石油气、丙烷气、天然气、白煤油等产生二氧化碳。化学反应法：即用酸和碳酸盐发生化学反应产生二氧化碳。在简易的气体发生装置内产生二氧化碳气体，通过管道将其施放于设施内。该法成本较低，二氧化碳浓度容易控制。1.3.4 光照强度的调节与控制光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加快。在一定范围内几乎是呈正相关。但超

17、过一定范围之后，光合速率的增加转慢；当达到某一光照强度时，光合速率就不再增加，这种现象称为光饱和现象(light saturation)。根据对光照强度需要的不同，可把植物分为阳生植物(sun plant)和阴生植物(shade plant)两类。阳生植物要求充分直射日光，才能生长或生长良好。阴生植物是适宜于生长在荫蔽环境中，它们在完全日照下反而生长不良或不能生长。农作物虽然没有阴生植物和阳生植物之分，但不同作物对光照强度的要求是不同的。光是光合作用的能源，所以光是光合作用必需的。然而，光照过强时，尤其炎热的夏天，光合作用受到光抑制，光合速率下降。如果强光时间过长，甚至会出现光氧化现象，光合色

18、素和光合膜结构遭受破坏。低温、高温、干旱等不良环境因子会加剧光抑制的危害。对于蔬菜大棚的光照控制，系统能简单的处理弱光强时的情况，即打开普通的日光灯，以便增强光照强度。通过持续的光强检测，能够适时地调节光照过低的情况。当光强高于设定值时，系统停止对光强的动作，以防止资源的浪费。第二章 课题设计方案利用温度传感器、湿敏电阻、CO2传感器、光敏电阻搭载相应的检测电路实现温室大棚环境参数的测量，通过无线收发模块实现52单片机与EasyARM1138的无线数据传输，上位机实现各参数的显示及存储。2.1 蔬菜大棚无线监控系统总体描述总体：实现蔬菜种植的全方位智能监控。主机：EasyARM1138通过无线

19、收发模块读取各大棚环境参数数据信息，实现与上位机的数据传输。上位机：接收主机传送的数据信息，应用LabVIEW软件与用户设定好的标准参数进行比较，进行实时监视与最优控制，并在必要时通过闪烁警报灯发出警报，通知用户及时进行管理。从机：采用52单片机作为从机，其可以控制各执行机构动作并向主机传回所在温室中各模块采集回来的有用信息。系统整体框架见下图2.1：图2.1 系统原理结构框图2.2 系统各子模块实现方法 测温、测湿、测CO2浓度、测光强模块 通过搭建测温(DS18B20温度传感器)、测湿(湿敏电阻)、测CO2浓度(MS4100 CO2传感器)、测光强(光敏电阻)模块，达到测量的目的。 数据A

20、/D转换模块A/D转换器采用CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器AD0809，通过搭载相应的外围电路即可实现湿度、CO2浓度、光强环境参数的模数转换。 控制模块从机接受到检测信号后，通过数学运算得到控制参量，进而通过调整阀门开度或电机的转动（系统中采用继电器来模拟）来实现调整环境参数的目的。 从机数据显示模块从机数据显示采用北京理工达盛科技有限公司的产品OCMJ中文模块系列液晶显示器，其内含GB 2312 16*16点阵国标一级简体汉字和ASCII8*8(半高)及8*16(全高)点阵英文字库，用户输入区位码或ASCII码即可实现文本显示。 通讯模块通讯模块采用SP无线数据传输模块进行由从机到主

21、机的检测数据传输，实现大棚的无线连接。 数据显示存储部分基于上位机LabVIEW软件实现数据的显示与存储，当出现超出范围的环境参数时，其能提示报警功能，以供用户查看处理。第三章 EL-MUT多CPU单片机/微机原理实验开发系统3.1 试验箱结构简介该实验系统由一块基本底板、CPU板构成，其结构图如下：图3.1 试验箱结构图 基本底板包含以下实验模块： 8255可编程I/O实验模块 8279可编程键盘显示模块 8253可编程定时模块 8250可编程串行口模块 0832可编程D/A转换模块 0809可编程A/D转换模块 8237DMA控制模块 244/273简单I/O口模块 单脉冲发生模块 825

22、9中断控制模块 数字开关量输入模块 LED、发光二极管显示模块 RAM存储器扩展模块 LCD液晶模块 CPU板：该实验系统目前支持80C31、89S51、KeilC51、8086、Cygnal51、AT91M40800，PCI32多种CPU板实验，可以方便升级换代。 扩展接口：1.通用接口模块：多路定时器、串并A/D或D/A、在系统可编程器件、串行口、并行口等。2.人机界面模块：8个LED数码管，4个88的点阵、1616LED点阵、28字符LCD、32320点阵LCD，44行列式键盘、光栅显示器等。3.信号变送隔离模块：八路模拟量输入输出、12路光耦隔离、14路继电器输出/输入、感应卡等。4.

23、执行机构模块：包括微型打印机、直流调压调速电机、PWM电机、温控炉、步进电机、IC卡读写头等。5.通信模块：包括232、485、CAN、USB、无线数据通信、Modem模块、蓝牙模块、以太网模块等。6.传感器模块：人体红外、压力、温度、超声测距等。3.2 系统特点简介1. 系统采用模块化、积木式设计，提高了灵活性和适应性。2. 本系统(51、86、ARM等)软件配有系统调试软件，系统调试软件分DOS版和WINDOWS版两种，都是中文、多窗口界面。集源程序编辑、工程文件编译、连接、调试于一体，每项功能均为汉字下拉菜单，简明易学。经常使用的功能均备有热键，这样可以提高程序的调试效率。单片机调试软件

24、可支持汇编和C语言两种开发语言。3. 本实验装置既可以联计算机使用，也可以单独使用。4. 开发功能：完成8086/51/ARM微机原理/单片机实验开发及仿真功能。5. 系统支持PC机虚拟示波器功能，可用于观测和测量实验中的输出信号。6. 系统功能齐全，可扩展性强。随着CPU、单片机不断的升级换代，如果用传统的CPU与接口电路一体的设计方法，势必造成CPU淘汰，该实验装置也淘汰，该系统由于采用CPU与接口电路分体设计，随着CPU、单片机不断的升级，只需更换不同的CPU系统板即可完成系统升级。该实验装置将系统的三大总线(控制总线、数据总线、地址总线)和系统监控、地址译码电路开放给用户，用户既可以自

25、己设计相应的功能模块，完成单片机电路开发，也可以通过选购设备厂商提供的扩展模块，更加方便的完成单片机设计。7. 系统配有CPLD可编程器件，可通过灵活编程完成单片机实验的二次开发。8. 系统从单元电路到大系统构成，从基础知识到尖端技术应用，从支持基础实验到课程设计。9. 提供上百个实验项目与课题，解决课程设计、毕业设计的课题问题；从小到大的模块化设计，无限扩展的组合设计空间提供永不淘汰的实验平台。开放的设计理念，公开的技术资料，保障验证性实验，设计性实验，电子实训，达到从学校到社会的无缝连接。3.3 系统核心芯片AT89S52相关介绍AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有

26、8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。3.3.1 主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符3.3.2 功能特性及管脚描述AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM

27、，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有

28、内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能： P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计

29、数输入)，时钟输出 P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5 MOSI(在系统编程用)P1.6 MISO(在系统编程用)P1.7 SCK(在系统编程用)P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址

30、(如MOVX RI)访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。引脚号第二功能：P3.0 RXD(串行输入)P3.1 TXD(串行输出)P3.2 INT0(外部中断0) P3.3 I

31、NT1(外部中断1) P3.4 T0(定时器0外部输入)P3.5 T1(定时器1外部输入) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通)图3.2 下位机实物图（无线模块位于下面板）第四章 蔬菜大棚环境参数无线监控系统硬件设计大棚环境参数关系到棚内蔬菜生长的好坏。如果能实时监测环境参数，当环境参数超出蔬菜生长允许范围时，及时提出报警，有利于蔬菜生长。因此，搭载相应的环境参数检测电路，通过从机与主机的无线通讯能够及时反映环境参数的变化。4.1 温度检测电路4.1.1 温度传感器的发展随着科技的发展，用于温度测量的传感器也不断的发展，原理也各不相同。在家庭中常用的有

32、水银温度计利用的是水银的热胀冷缩性质。水银温度计使用很方便，但是只能用于就地显示，不能远传而且精度不高。常用的还有热敏电阻传感器，它利用的是电阻的阻值随着温度的变化而改变的特性即电阻的负温度系数特性。常用的热敏材料有铜、铂等，这种传感器输出电信号可以通过变送器远传，但是温度，电阻之间是非线性关系，而且易受其他的各种因素的干扰，后续设计的电路较复杂。还有一些非接触式的温度传感器如：红外线测温仪、光纤传感器，这些传感器虽然测温精度比较高但是价格比较昂贵。现在半导体材料的飞速发展，集成温度传感器在中低测量中得到广泛的应用。集成温度传感器是利用晶体管PN结的正向压降随温度升高而降低的特性，将晶体管的P

33、N结作为感温元件，把感温元件、放大电路和补偿电路等部分集成，并把它们封装在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。它与半导体热敏电阻一样除具有体积小、反应快的优点外，还具有线性好、性能高、价格低、抗干扰能力强等特点，虽然由于PN结受耐热性能和特性范围的限制，只能用来测150以下的温度，所以用于室温的测量是很好的选择。4.1.2 单总线数字温度传感器DS18B204.1.2.1 DS18B20概述及功能特性DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器，可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理，而且可以在一条总线上挂接任意多个DS18B20芯片，构成多点温度检测系统无需任何外加硬

34、件。DS18B20数字温度传感器可提供912位温度读数，读取或写入DS18B20的信息仅需一根总线，总线本身可以向所有挂接的DS18B20芯片提供电源，而不需额外的电源。非常适合于多点温度检测系统，硬件结构简单，方便联网，在仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中被广泛应用。温度传感器DS18B20有如下特点：(1) 数据传输采用单总线(1-Wire Bus)结构，无需外围其它元件；(2) 能应用在分布式测量系统中；(3) 温度输出为9bit12bit可编程；(4) 测温范围为-55+125，在-1085时精度为0.5；(5) 输出分辨率为12bit 时最大的转换时间为750

35、ms；(6) 具有可编程的温度报警功能；(7) 具有可靠的CRC数据传输校验功能；(8) 电源电压范围为35.5V；(9) 低功耗，无外部供电电源也能可靠工作。4.1.2.2 DS18B20的工作原理DS18B20内部包含四个主要的部件：(1) 64位刻录的二进制ROM码；(2)温度传感器；(3) 非易失性温度报警触发器；(4) 一个配置寄存器。该器件可以从单总线上得到能量并储存在内部电容中，该能量是当信号线处于低电平期间消耗，在信号线为高电平时能量得到补充，这种供电方式称为寄生电源供电。DS18B20也可以由35.5V的外部电源供电。每一片DS18B20都有64位长的惟一ROM码。第一个八位

36、为单总线器件识别码(DS18B20为28h)，接下来48位是器件的惟一系列码，最后八位是前56位的CRC校验码。CRC校验码按下列多项式计算：CRC=X8+X5+X4+1。DS18B20内有一个能直接转化为数字量的温度传感器，其分辨率为9，10，11，12bit可编程，通过设置内部配置寄存器来选择温度的转换精度，出厂时默认设置为12bit。温度的转换精度有0.5、0.25、0.125、0.0625。温度转换后以16bit格式存入便笺式RAM，可以用读便笺式RAM命令(BEH)通过1-Wire接口读取温度信息，数据传输时低位在前。内部温度数据格式如表4.1：表4.1温度数据格式S SSSS262

37、524 232221202-12-22-32-4 MSB LSBDS18B20内部存储器均为八位，共有9个便笺式RAM，以及3个为E2PROM，用于长时间保存高低温报警温度设置值和配置寄存器的值。用拷贝便笺式RAM命令写E2PROM，当上电复位时E2PROM的内容传送到便笺式RAM中高低温报警温度寄存器和配置寄存器，表4.2为DS18B20的存储器结构：表4.2存储器结构便栈式RAMBYTEE2PROM温度低字节0 温度高字节1TH/USER BYTE12TH/USER BYTE23TH/USER BYTE1CONFIG4TH/USER BYTE2保留5CONFIG保留6保留7CRC84.1.

38、2.3 编程命令DS18B20是单总线通信协议的器件，为了便于总线上的主设备对其进行各种操作，DS18B20内部设置了11条编程命令，如表4.3所示：表4.3存储和控制功能指令ROM功能命令命令指令码说明读ROM匹配ROM快速搜索ROM搜索ROM报警搜索33h55hCChF0hECh直接读总线器件系列码寻找与指定序列号相匹配的总线器件直接访问总线上的从设备识别总线上所有器件的ROM码搜索有报警的从设备存储功能温度转换写便栈式RAM读便栈式RAM拷贝便栈式RAM读E2PROM读供电标志位44h4EhBEh48hB8hB4h启动温度转换写TH、TL和配置寄存器读便栈式RAM(含CRC码共九个字节)

39、把TH、TL和配置寄存器拷贝到E2PROM读E2PROM中的数据到TH、TL和配置寄存器0：寄生电源供电；1：外部电源供电4.1.2.4 测量电路DS18B20只需要接到控制器(单片机)的一个I/O口上，由于单总线为开漏，所以需要外接一个4.7K的上拉电阻。如要采用寄生工作方式，只要将VDD电源引脚与单总线并联即可。图4.1 DS18B20检测电路4.2 湿度检测电路4.2.1 湿度的表示方法 湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。所谓绝对湿度就是单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。湿度(Ha)一般用一立方米空气中所含水蒸气的克数表示(

40、g/3)，即为： （4.1）式中：v为待测空气中水蒸气质量(g)；V为待测空气的总体积(3)。相对湿度（HT）表示空气中实际所含水蒸气的分压(PW)和同温度下饱和水蒸气的分压（PN）的百分比： （4.2）通常，相对湿度用RH%表示，这是一个无量纲的值。当气体温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也发生变化。日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度而言。4.2.2 湿敏电阻传感器随着科技的发展，人类对湿度的认识不断深入，湿度的测量技术和测量方法也取得了飞速的发展，但从测试的输出参数上区分，基本可分为干湿球法、冷凝法露点法、氯化锂法露点法、电阻法、电容法

41、等类型。根据工作方式的不同，常用湿度传感器分为电阻变化型和电容变化型。电阻变化型湿度传感器根据使用湿敏材料的不同可分为高分子型和陶瓷型。MCT系列陶瓷材料湿敏电阻传感器的内部结构，在其两面设置着氧化钌电极与铂铱引线，并安装有辐射状用于加热清洗的加热装置。根据检测情况加热装置对湿敏元件进行加热清洗，对于湿敏陶瓷在500以上进行几秒钟的加热，从而清除陶瓷的污染，使其重现原来的性能。MCT系列陶瓷材料在温度200以下时的电阻值受温度影响比较小，当温度在200以上时呈现普通的热敏电阻特性。这样加热清洗的温度控制可利用湿敏陶瓷在高温时具有热敏电阻特性进行自动控制。由于传感器的基片与湿敏陶瓷容易受到污染，

42、当电解质附着在基片上时，传感器端子间将产生电气泄漏，相当于并联一只泄漏电阻。为此，需要在基片上增设防护圈。氯化锂湿敏电阻最突出的优点是长期稳定。4.2.3 湿度检测电路设计中用的湿敏电阻的阻值与湿度可以通过查表如表4.4：表4.4 湿度阻值对应表湿度30%35%40%45%50%55%60%65%70%阻值16M5843K2041K262.5K250K87.48K30.61K29.40K3.74K也可以通过公式计算： （4.3） （4.4）H：湿度值，H0：250K时对应的湿度值。湿敏电阻传感器可以通过外加电阻构成分压电路，将电阻值的变化转化为电压信号，直接或者再经放大电路送至开发板的模数转换

43、的输入通道，再用软件将电压信号转换成湿度值。湿敏电阻传感器电路如图4.2所示：图4.2 湿度检测图4.3 CO2检测电路4.3.1 CO2检测概述二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合适与否直接影响作物的生长。研究并设计二氧化碳检测电路具有十分重要的意义。目前检测二氧化碳的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等，这些方法普遍存在着价格贵，普适性差等问题，且测量精度还较低。而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。目前各种检测用的二氧化碳传感器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等。本设计采用固体电解质式的二氧化碳传感器MS4100。4.3.2

44、 MS4100特征 EMF =(电动势)-* Log(浓度) 为斜坡率图4.3 灵敏度特性斜率输入阻抗100G 偏置电流 1 RTD：85120加热器：14.00.2图4.4 基本测量电路MS4100主要特征为固体电解质类型，电源为直流5volt0.5；对象气体测量范围二氧化碳(030000PPM)；响应时间反应小于5s，恢复时间小于10s；开始稳定时间(T90)不到60分钟；可靠性为5的浓度；操作条件-1050，595相对湿度。电气特点根据标准测试条件为：加热器电阻14.00.2；加热器电压5.0V2%；消耗功率低于800mW；电动势430540mv(0ppmCO2)；灵敏度斜坡60.072

45、.0%。4.3.3 CO2检测电路CO2电路采用三运放高共模抑制比放大电路，它由三个集成运算放大器组成，其中N1、N2为两个性能一致的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，N3构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制N1、N2的共模信号，并适应接地负载的需要。CO2检测电路如图4.5。图4.5 CO2浓度检测硬件电路运算放大电路采用LM324四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输