蔬菜大棚的智能控制系統的設計，使用51單片機和無線通信模塊完成以下基本功能：

使用溫度傳感器測量大棚溫度；

使用兩位數碼管進行動態顯示；

超過35度自動打開風機（用led燈模擬），低于28度關閉風機。

利用光敏傳感器檢測，實現大棚外路燈的自動控制，白天關燈，晚上亮燈（節點模塊）；

紅外遙控手動控制風機和路燈（上位機模塊）。

可選用的器件與元件：（具體實物要根據學校給出的作為標準）

STC89C51單片機、nRF24L01模塊各兩塊，18B20、光敏電阻各一個，共陽兩位一體數碼管一塊，電阻、電容、三極管、LED燈、按鍵任選。

學生2人一組，獨立完成電路分析和設計，并完成系統調整和測試。每個人必須能完成不同的功能，最后組成一個總系統，并且做成電路實物系統。

根據需要選學參考書，查閱手冊，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考﹑深入鉆研有關問題，學會自己分析解決問題的方法。

利用所學過的最基本的MSC51單片機和無線電通信知識，通過設計計算﹑元件選取﹑電路板制作調試等環節，初步掌握工程設計的技能。

掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調試和整機指標測試方法，使學生鞏固和加深對數字邏輯電路的理論知識，鍛煉學生的動手能力。

了解與課程有關的電子電路以及元器件工程技術規范，能按課程設計任務書的技術要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖。

培養嚴謹的工作作風和科學態度，能夠逐步建立正確的生產觀點，經濟觀點和全局觀點。

   1、仿電路設計

根據課程設計的要求，初步決定蔬菜大棚的智能系統框圖，如圖一：

根據圖一的大概框架，使用Proteus仿真軟件進行系統的仿真，驗證電路的可靠性和可行性。

仿真電路如圖二所示：

仿真圖說明：

根據參考器件仿真電路MCU選用STC89C52單片機，如上圖所示，查閱資料[1]可以知道該單片機的最小系統，包括：時鐘電路（這次仿真電路使用11.0592M晶振）、復位電路等，其中P0八個I/O口要使用10k上拉電阻才能驅動數碼管的段位。外部電路有：數碼管電路（另一組員負責）、溫度傳感器電路（本人負責）、抽風機電路（用LED燈代替）。所有程序將在下面說明。

指導老師的檢驗：

   我們這組的仿真電路已經成功了，但是這是理想狀態下的仿真，與實際電路還有一些出入，本人負責的電路中第一個問題是溫度傳感器，在實際電路中需要使用上拉電阻，電阻阻值范圍是4.7k—20K；第二個問題是抽風機電路，雖然是一個LED燈作為代替，但是在實際電路中要使用一個限流電阻，根據這兩個問題在實際電路設計的時候要加上。

   根據設計需要我們將使用的是STC89C52單片機，但是在學校領取的是STC12C5A60S2單片機。查詢資料STC官方資料[2]，可以比較出兩種單片機的不同點和相同點，不同點：復位電路更加簡單，P0將不用上拉電阻，并且P1有AD轉換功能，這樣可以使用在光敏傳感器檢測中擴展功能色設計。相同點是電源、地、Rx、Tx引腳位置相同，這樣可以使用51單片機的開發板進行程序的焼寫。

1）、STC12C5A60S2單片機最小系統如下圖所示：

說明：STC12C5A60S2單片機的引腳封裝與STC89C52單片機的引腳封裝一樣，所以使用STC89C52單片機原理圖。所以上圖部分引腳的標注不正確，但是不影響其封裝的使用，兩種單片機都是使用一樣的封裝。復位電路的設計是根據STC12C5A60S2單片機技術文檔[2]所描述的來設計，使用一個10uF的電解電容和1k的電阻組成；晶振電路使用兩個33uf的瓷片電容和一個11.0592M頻率的晶振組成。

2）、溫度檢測模塊，如下圖所示：

說明：溫度傳感器使用的是DS18b20，其封裝是TO-92封裝，數據傳輸引腳使用一個4.7K的電阻作為上拉電阻，并且跟單片機的P3^7接口相連接。DS18B20的數字溫度計提供9至12位（可編程設備溫度讀數)。由于DS18B20是一條口線通信，所以與DS18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉換可以從數據線本身獲得能量，不需要外接電源。因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。

3）、抽風機模塊和其他模塊，如下圖所示：

說明：在抽風機模塊中，使用一個LED燈代替抽風機，這樣就要使用一個470歐電阻個LED燈串聯使用，并且跟單片機的P3^5引腳連接如上圖所示。燈與光敏傳感器組成的電路時擴展部分設計，具體電路如上圖所示。

4）、電源模塊，如下圖所示：

說明：電源模塊在系統設計中是一個很重要的部分，在這個模塊中，因為外接電源是5v電壓，所以在本系統設計中主要是加入濾波跟開關部分，濾波電路由一個104瓷片電容跟一個10uf電解電容組成。

5）、調試電路模塊，如下圖所示：

說明：系統的調試是一個很重要的步驟，所以要加上調試接口，這樣就不用經常拔插單片機，方便以后的調試系統使用。本接口主要的部分是電源引腳和P3^0引腳、P3^1引腳，這四個引腳都是為了焼寫程序做準備，其他引腳作為附加和固定作用。

1）、溫度傳感器子程序

說明：程序的設計使用KeiluVision4軟件，本人負責的是DS18b20溫度傳感器[3]對溫度的檢測和溫度的讀取部分。本人將關于溫度傳感器有關的子程序做成一個頭文件來使用，具體的程序流程，如下圖所示。在溫度讀取上，直接在頭文件里就做數據的處理，轉換成十進制兩位數，轉換語句如下：

a=ReadOneChar();

b=ReadOneChar();

temp=b;

temp<<=8;

temp=temp|a;//將讀取到的兩個八位二進制數據合并

f_temp=temp*0.0625; //計算出溫度，帶小數點，16位分辨率是0.0625

temp=f_temp+0.5; //四舍五入，取整數如實際溫度是11.6°，將//顯示12°

上面的轉換過程能夠在仿真時正確使用。

2）、抽風機子程序流程圖

說明：首先是對溫度的處理一次，然后使用if語句進行對溫度的判斷，如果溫度大于35°就打開抽風機；如果溫度小于28°就關閉抽風機。在這就有一個數據段是沒有處理的，就是溫度在28°到35°這一段，根據實際分析可以做出處理：當溫度是有35°以上開始下降的，下降到35°不用關閉抽風機，一直下降到28°才關閉抽風機，這樣有利于對溫度的下降。反之當溫度上升到35°才開始打開抽風機。

3）、主程序流程圖

   說明：主程序是一個大循環，使用的while語句處理，在主函數中，首先讀取溫度，然后是溫度的顯示，最后是抽風機子函數的處理。

1、調試前的準備

   在調試之前就是對硬件的處理，首先確保PCB電路板要設計正確，PCB板的制作要符合電磁兼容性（EMC）原則；然后是電子元件必須正確焊接；接著使用萬用表檢查電路是否短路，焊接是否合格，檢查是否有斷路、虛焊的情況；最后把程序下載到單片機中，并接到電路板中。

2、上電調試過程

   在接電源之前，要確保電源的正負極接正確，開關是否在正確的位置。根據實際情況我們是使用分模塊調試的方法進行對電路的調試。首先是數碼管顯示的調試，這部分是另一位組員負責，在這里不作詳細說明。

   在調試好數碼管，使之能夠正常顯示后，本人開始對溫濕度傳感器模塊進行調試，下面是本人的詳細調試過程：

   本人將仿真使用過的程序把它焼寫進單片機，觀察數碼管時能夠正常顯示出當前的溫度，發現數碼管不能正常顯示，顯示出兩個0。

   首先，檢查是否是硬件的問題，因為這個模塊使用的元件比較少，只有一個上拉電阻和一個傳感器，首先檢查上拉電阻是否使用正確，這個電阻的阻值是4.7k，正常使用時可以的；然后檢查溫度傳感器的引腳是否接正確，實際上沒問題；最后檢查溫度傳感器是否不能工作，在這個過程本人編寫了一個串口溫度檢測程序，在上位機上測試發現PC機能夠正常顯示出溫度，說明溫度傳感器沒有損壞，能夠正常工作；在這里排除硬件的問題。

   然后，檢查是否是單片機的問題，因為對于溫度處理，全部是在溫度傳感器這個頭文件中。程序是在STC12C5A60S2單片機中運行的，而仿真時使用的單片機是STC89c52單片機，也許兩者有一些不同的地方，查閱STC12C5A60S2單片機的技術文檔發現，該單片機的運行頻率比較高，在讀取溫度上可能不能正常讀取，所以要利用時鐘分頻控制寄存器進行時鐘分頻，從而使單片機在較低頻率下工作，設置如下：

sfr CLK_DIV = 0x97; //定義時鐘分頻控制寄存器地址

CLK_DIV = 0x03;//（外部晶振時鐘或內部ＲＣ振蕩時鐘）/8

再次，焼寫改寫過的程序，依然不能正常顯示溫度。

   接著，在排除單片機的問題之后，開始對程序的檢查是否正確。主要是在頭文件中找問題，可能的問題就是在溫度的轉換過程中出現錯誤，仔細分析在處理溫度的程序，發現本人在主函數處理的溫度主要是整數部分，而小數點之后的數據是沒有讀取的，在這里本人將在頭文件的子程序中轉換和讀取四位數據，包括兩位整數和兩位小數，在主程序中只顯示整數部分。在a和b讀取溫度之后，就讓程序的處理如下：

   //傳感器返回值除16得實際溫度值

   //為了得到2位小數位，先乘100，再除16，考慮整型數據長度，

   //技巧處理后先乘25，再除4，除4用右移實現

    t =(b*256+a)*25;

   return( t >> 2  );

3）、最后再次焼寫改寫后的程序進單片機，就可以得到正常的溫度了，并且能夠正常工作。

4）、我們這組準備做的擴展模塊是光敏對電燈的控制，我們的計劃是使用該單片機的P1  IO口進行八位的AD轉換，通過測量經過光敏電阻的不同電壓來控制電燈的亮跟滅。由于在電路設計上的缺陷，不能正常測量出經過光敏電阻的電壓，最后不能成功。因為在AD轉換引腳上的信號輸入，沒有加上濾波電容和一個分壓電阻，所以不能正常工作。這是我們感到遺憾的一個地方

。

      作為一名通信工程的大三學生，單片機課程設計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學時間里，我們大多數接觸的是專業課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學的專業基礎課理論知識運用到實踐中去呢？類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。

      在這次的單片機課程實際過程中，我們這組從開始到調試結束經過了5個星期的時間，而且擴展模塊沒有完成，雖然一開始就計劃好要做光敏電阻那一部分，最后還是未能完成，這是一個小小的遺憾。主要問題是在硬件設計時就沒有好好考慮擴展部分電路問題，導致那一部分簡單電路不能正常工作。從這里可以看出考慮問題的水平，以及后續問題處理能力還有待提高。

      我們通過查閱大量有關資料，并在小組中互相討論，交流經驗和自學，若遇到實在搞不明白的問題就會及時請教同學和老師，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。