硬件单片机实现温室智能控制

灵敏度的测量土壤湿度的传感器。

其技术参数为： 量程： 0 ～ 100% ( m3 /m3 ) ; 精度： 0 ～ 50% ( m3 /m3 ) 范围内为± 2% ( m3 /m3 ) ; 测量区域：

90%的影响在围绕中央探针的直径3cm、长为6cm 的圆柱体内; 稳定时间： 通电后约10 秒; 响应时间： 响应在1 秒内进入稳态过程; 工作电压： 4. 5 ～ 5. 5 VDC，典型值5. 0 VDC; 工作电流： 50 ～ 70mA，典型值60 mA; 输出信号： 0 ～ 2. 5V; 密封材料： ABS 工程塑料; 探针材料： 不锈钢; 电缆长度： 标准长度5m，最大长度20m。

( 4) TBQ - 6 型光照强度传感器

TBQ - 6 型室内光强度传感器采用先进的电路模块技术开发变送器，用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号，体积小，安装方便，线性度好，传输距离长，抗干扰能力强。可广泛用于环境、养殖、建筑、楼宇等的光照度测量，量程可调。

其技术参数为： 量程： 0 - 200Klux; 供电电压： 24VDC /12VDC; 波长测量范围： 380nm - 730nm; 输出信号：

4 - 20mA; 精度： ± 5%; 工作环境： 温度30 - 60℃，湿度0 - 90% RH。

1. 3 控制器选型

1.3.1 采集器选择

下位采集器选用C8051F350，理由如下：

( 1) C8051F350 器件是完全集成的混合信号片上MCU 芯片。内部有一个具有在片校准功能的全差分24 位模/数转换器( ADC) 。两个独立的抽取滤波器可被编程到1KHz 的采样率; 可以使用内部的2. 5V 电压基准，也可以用差分外部基准进行比率测量[3]。

( 2) C8051F350 包含一个扩展的中断系统，支持12 个中断源，每个中断源有两个优先级。中断源在片内外设与外部输入引脚之间的分配随器件的不同而变化。每个中断源可以在一个SFR 中有一个或多个中断标志。

( 3) C8051F350 系列MCU 内部有一个SMBus /I2C 接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART 和一个增强型SPI 接口。每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP - 51 产生中断，因此需要很少的CPU干预。便于和RS485 总线接口通信。

1.3.2 控制器选择

下位控制器选用C8051F310，理由如下：

( 1) C8051F310 具有17 个端口I /O; 均耐5V 电压，大灌电流。被选择作为数字I /O 的引脚还可以被配置为推挽或漏极开路输出。有4 个通用16 位计数器/定时器，与标准8051 的计数器/定时器相比，它具有更强的功能并且需要较少的CPU 干预。每个捕捉/比较模块都可以高速输出或者8 位或16 位脉冲宽度调制器。这些功能保证了作为控制器的有效输出控制继电器[4]。C8051F310 扩展的中断系统向CIP - 51 提供14 个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。C8051F310 包含16KB 的FLASH 程序存储器，满足使用。

( 2) C8051F310 系列MCU 内部有一个SMBus /I2C 接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART 和一个增强型SPI 接口。每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP - 51 产生中断，需要很少的CPU 干预，便于和RS485 总线接口通信。

( 3) C8051F310 扩展的中断系统允许大量的模拟和数字独立工作，在需要时才中断控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU 干预，有更高的执行效率。它包含8KB 的FLASH 程序存储器，满足使用。

2 温室控制系统硬件设计

硬件系统设计尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法，为硬件系统的标准化、模块化打下良好基础。硬件结构结合应用软件方案一并考虑，硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是： 软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的功能，其响应时间要比直接用硬件实现来得长，而且占用CPU 时间。因此，选择方案时，要考虑到这些因素，整个系统中相关的器件要尽可能做到匹配。　

2. 1 电源电路设计

电源电路的主要功能是提供采集模块和控制模块的芯片电能供给。需求有单片机所需数字电压3. 3v，传感器所需电压5v、12v。以及模拟保护电压3. 3av。具体电路如图2 所示。

图2 电源设计电路图

2. 2 RS -485 通信接口电路设计

RS - 485 接口电路的主要功能是将来自微处理器的发送信号TXD 通过“发送器”转换成通讯网络中的差分信号，也可以将通讯网络中的差分信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RXD 信号。任一时刻，RS - 485 收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为RS - 485 接口电路增加一个收/发逻辑控制电路。在实际应用中，电路中光耦器件的响应速率将会影响RS - 485 电路的通讯速率。因而，可根据具体需要选用响应速度较快的光耦器件6N136。6N136 是日本东芝公司生产的具有优良特性的光电耦合器件，封装了一个