硬件單片機實現(xiàn)溫室智能控制
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1. 1.4 服務(wù)器功能
( 1) 網(wǎng)絡(luò)示范網(wǎng)站服務(wù)器，存儲下位采集控制數(shù)據(jù)煉化完善專家控制系統(tǒng)。
( 2) 與各主控制器的網(wǎng)絡(luò)通信。
1. 2 傳感器選型
依據(jù)技術(shù)指標需求，選取各傳感器件如下所示。
( 1) PTS - 2 環(huán)境濕度傳感器
供電電壓4VDC; 濕度范圍0 ～ 100%; 濕度分辨率0. 1% RH; 輸出范圍1 ～ 4VDC; 準確度± 2% ( T >0℃) ; 穩(wěn)定性小于1%RH/年工作電壓：
( 2) 環(huán)境、土壤溫度傳感器DS18B20
支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為- 55°C ～ + 125°C，在- 10 ～ + 85°C 范圍內(nèi)，精度為± 0. 5°C。
DS18B20 的精度誤差為± 2°C。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。
適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如： 環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。
( 3) TDR - 3 型土壤水分傳感器
TDR - 3 型土壤水分傳感器是一款高精度、高靈敏度的測量土壤濕度的傳感器。
其技術(shù)參數(shù)為： 量程： 0 ～ 100% ( m3 /m3 ) ; 精度： 0 ～ 50% ( m3 /m3 ) 范圍內(nèi)為± 2% ( m3 /m3 ) ; 測量區(qū)域：
90%的影響在圍繞中央探針的直徑3cm、長為6cm 的圓柱體內(nèi); 穩(wěn)定時間： 通電后約10 秒; 響應時間： 響應在1 秒內(nèi)進入穩(wěn)態(tài)過程; 工作電壓： 4. 5 ～ 5. 5 VDC，典型值5. 0 VDC; 工作電流： 50 ～ 70mA，典型值60 mA; 輸出信號： 0 ～ 2. 5V; 密封材料： ABS 工程塑料; 探針材料： 不銹鋼; 電纜長度： 標準長度5m，最大長度20m。
( 4) TBQ - 6 型光照強度傳感器
TBQ - 6 型室內(nèi)光強度傳感器采用先進的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，用于實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標準的電壓及電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強。可廣泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓宇等的光照度測量，量程可調(diào)。
其技術(shù)參數(shù)為： 量程： 0 - 200Klux; 供電電壓： 24VDC /12VDC; 波長測量范圍： 380nm - 730nm; 輸出信號：
4 - 20mA; 精度： ± 5%; 工作環(huán)境： 溫度30 - 60℃，濕度0 - 90% RH。
1. 3 控制器選型
1.3.1 采集器選擇
下位采集器選用C8051F350，理由如下：
( 1) C8051F350 器件是完全集成的混合信號片上MCU 芯片。內(nèi)部有一個具有在片校準功能的全差分24 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC) 。兩個獨立的抽取濾波器可被編程到1KHz 的采樣率; 可以使用內(nèi)部的2. 5V 電壓基準，也可以用差分外部基準進行比率測量[3]。
( 2) C8051F350 包含一個擴展的中斷系統(tǒng)，支持12 個中斷源，每個中斷源有兩個優(yōu)先級。中斷源在片內(nèi)外設(shè)與外部輸入引腳之間的分配隨器件的不同而變化。每個中斷源可以在一個SFR 中有一個或多個中斷標志。
( 3) C8051F350 系列MCU 內(nèi)部有一個SMBus /I2C 接口、一個具有增強型波特率配置的全雙工UART 和一個增強型SPI 接口。每種串行總線都完全用硬件實現(xiàn)，都能向CIP - 51 產(chǎn)生中斷，因此需要很少的CPU干預。便于和RS485 總線接口通信。
1.3.2 控制器選擇
下位控制器選用C8051F310，理由如下：
( 1) C8051F310 具有17 個端口I /O; 均耐5V 電壓，大灌電流。被選擇作為數(shù)字I /O 的引腳還可以被配置為推挽或漏極開路輸出。有4 個通用16 位計數(shù)器/定時器，與標準8051 的計數(shù)器/定時器相比，它具有更強的功能并且需要較少的CPU 干預。每個捕捉/比較模塊都可以高速輸出或者8 位或16 位脈沖寬度調(diào)制器。這些功能保證了作為控制器的有效輸出控制繼電器[4]。C8051F310 擴展的中斷系統(tǒng)向CIP - 51 提供14 個中斷源，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。C8051F310 包含16KB 的FLASH 程序存儲器，滿足使用。
( 2) C8051F310 系列MCU 內(nèi)部有一個SMBus /I2C 接口、一個具有增強型波特率配置的全雙工UART 和一個增強型SPI 接口。每種串行總線都完全用硬件實現(xiàn)，都能向CIP - 51 產(chǎn)生中斷，需要很少的CPU 干預，便于和RS485 總線接口通信。
( 3) C8051F310 擴展的中斷系統(tǒng)允許大量的模擬和數(shù)字獨立工作，在需要時才中斷控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的MCU 干預，有更高的執(zhí)行效率。它包含8KB 的FLASH 程序存儲器，滿足使用。
硬件系統(tǒng)設(shè)計盡可能選擇典型電路，并符合單片機的常規(guī)用法，為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好基礎(chǔ)。硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合應用軟件方案一并考慮，硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是： 軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的功能，其響應時間要比直接用硬件實現(xiàn)來得長，而且占用CPU 時間。因此，選擇方案時，要考慮到這些因素，整個系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到匹配。
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