目錄
1 設計任務要求 ……………………………………………………….…3
2 系統設計總體方案 ………………………………………….…………3
3系統硬件設計 …………………………………………………….……4
4軟件設計 ………………………………….……………………………11
5總結體會………………………….…………………….………………14
6參考文獻 ………………………………………………………………15
附錄1…………………………………………….…………….…………16
附錄2…………………………………………………………………. …17
附錄3 ……………………………………………………………….……18
1 設計任務要求要求：
（1）查閱有關養雞場的資料和雞舍的溫度要求，簡述當前溫度控制的方法，效果。
（2）要求遠程計算機可監控雞場內溫度及視頻。
（3）寫出設計方案和所實現的技術指標。
（4）畫出養雞場的加熱、測溫和攝像頭設備布置圖。
（5）設計下位機測控系統，同時要求設計計算機上位機界面。
（6）詳述選擇器件的型號、功能、指標和原因。
（7）其他見目錄。
規定：
（1）設計硬件線路，用protel畫圖。
（2）按單元電路詳細說明硬件線路設計思路，元件參數，選取根據。附詳細的元件清單。
（3）軟件設計。設計傳感器采集，轉換和LED顯示部分程序。
（4）有完整的程序流程圖，包括總流程圖和模塊流程圖。對程序設計思想做詳細說明。
（5）有完整的程序清單，并加注釋。
（6）總結設計過程和設計體會。
（7）完成時間2周。
2養雞場室內溫度遠程監控系統設計總體方案溫度是養雞場的成敗的關鍵因素。如果溫度過低，雞容易受涼而引起拉稀或產生呼吸道疾病等；小雞為了取暖容易造成扎堆，影響采食和活動，造成傷殘，嚴重時會造成大量死亡。因此，養雞場一定要注意溫度的控制。
小雞生長適宜溫度隨日齡的增長而下降，1日齡至2日齡孵化器溫度35℃至34℃，養雞場溫度25℃~24℃；3日齡~7日齡孵化器溫度34℃~31℃，養雞場溫度24℃~22℃；第2周孵化器溫度31℃~29℃，養雞場溫度22℃~21℃；第3周孵化器溫度29℃~27℃，養雞場溫度21℃~19℃；第4周孵化器溫度27℃~25℃，養雞場溫度19℃~18℃。養雞場溫度要比孵化器的低，使舍內有一定溫差，孵化就可隨意選擇所需的適宜溫度，有利于小雞的生長；小雞生長溫度必須保持平穩，不能忽高忽低，否則飼料再好也不能養好小雞。綜上述控制好溫度對于養雞是非常之關鍵因素。
舍內常用的控溫設備是風機。風機降溫系統:濕墊風機降溫系統的主要作用是，夏季空氣通過濕墊進入雞舍，可以降低進入雞舍空氣的溫度，起到降溫的效果;熱風爐供暖系統:熱風爐供暖系統主要由熱風爐、鼓風機、有孔通氣道和調節風門等設備組成。它是以空氣為介質，煤為燃料，為空間提供無污染的潔凈熱空氣，用于雞舍的加溫。
養雞場遠程監控系統由單片機、上位機、無線收發模塊、網絡攝像頭、傳感器、顯示屏、繼電器、報警器八大主要部分組成。其工作原理是以STC12C5A60S2單片機為核心，溫度傳感器、測得數據傳入60S2單片機，控制繼電器開關，進而控制風機控溫系統達到控制溫度的效果。無線收發模塊將單片機數據傳送到上位機從而起到監控作。框圖如圖1所示。
圖1 養雞場遠程監控系統總體框圖
3系統硬件設計3.1單片機
STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合。
STC12C5A60S2是8051系列單片機，與普通51單片機相比有以下特點：
1、同樣晶振的情況下，速度是普通51的8~12倍
2、有8路10位AD
3、多了兩個定時器，帶PWM功能
4、有SPI接口
5、有EEPROM
6、有1K內部擴展RAM
7、有WATCH_DOG
8、多一個串口
9、IO口可以定義，有四種狀態
10、中斷優先級有四種狀態可定義
圖2 STC12C5A60S2引腳圖
P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高;
P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收;
P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉的優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號;
P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL），也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：
P3.0 RXD（串行輸入口）
P3.1 TXD（串行輸出口）
P3.2 INT0（外部中斷0）
P3.3 INT1（外部中斷1）
P3.4 T0（記時器0外部輸入）
P3.5 T1（記時器1外部輸入）
P3.6 WR （外部數據存儲器寫選通）
P3.7 RD （外部數據存儲器讀選通）
同時P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號;
RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高平時間;
ALE / PROG ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效;
PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在訪問內部部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現;
EA/VPP：當EA保持低電平時，訪問外部ROM;注意加密方式1時，EA將內部鎖定為RESET;當EA端保持高電平時，訪問內部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）;
XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入;
XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。
圖3最小單片機系統
3.2溫度傳感器
DS18B20芯片是一家美國Dallas子公司研發的一款單一總線的數字式傳感器，具有簡單的構造、體積小、測量精度高、操作靈活、使用方便等特點，其擁有多樣的封裝形式，這種微型化的芯片大都利用在空間比較狹小的電子設備中，實現對電子設備很好的監控，確保設備的正常運行。DS18B20具有以下特點。
(1)1-wire接口，單片機只憑借一個I/O端口與該器件相連進行正常的通信。能夠輕松的實現多點測溫。
(2)無需外部元件，只需采用數據線作為芯片的供電，電源電壓的范圍是3.0-5.5V之間。
(3)對于每個芯片都用具有獨一無二64位光刻ROM編碼，對應的家族碼是28H.
(4)溫度測量范圍為-55至125℃，在-10至85℃之間，精度可以達到±0.5℃.
(6)每款溫度傳感器的分辨率可編程的部分在9至12位之間，其中里面有1位是符號位。
(7)DS18B20的轉換時間的大小離不開分辨率的設定，一般是設定的分辨率越大，轉換的時間越長。
(8)溫度的數據主要由兩個字節組成，分別為LSB和MSB，DS18B20在使用11位數據時，對應的分辨率為0.125℃.
(9)DS18B20數字式溫度傳感器內部有EEPROM的存在，用戶先前設定的溫度報警上限或下限值以及設定的分辨率倍數，即使中途斷電，數據也不會丟失。
DS18B20引腳定義封裝形式如圖4：GND為電源地。DQ為數據信號輸入/輸出端。VDD用來作為電源供給端，一般為+5V直流電壓（如果選擇寄生電源接線形式，該引腳需要接地）。
圖4 DS18B20的封裝形式
DS18B20數字式溫度傳感器的內部框架結構圖如圖5所示，主要分別由64位ROM、溫度傳感器、高溫觸發器、低溫觸發器、暫存寄存器和八位的CRC發生器和高速暫存RAM組成。其中64位ROM主要用于存儲各自單一序列號（在出廠前已寫入片內ROM），高溫觸發器和低溫觸發器主要由用戶通過軟件寫入報警的上、下限值，高速RAM由9個字節組成。
圖5 DS18B20內部框架結構
3.3繼電器控制電路
光耦隔離電路使被隔離的兩部分電路之間沒有電的直接連接，主要是防止因有電的連接而引起的干擾，特別是低壓的控制電路與外部高壓電路之間。
溫度的控制由繼電器控制電路、溫度傳感器電路和冷熱風機組成。傳感器檢測的溫度與單片機設定的溫度進行比較，控制繼電器斷開與閉合，溫度過高冷風機開啟，反之熱風機開啟。控制電路如圖6所示。
圖6繼電器控制電路
3.4LCD顯示屏
LCD1602是一款能夠顯示2行32個字符的液晶顯示器，每個字符由5×7的點陣形成，每一行能夠顯示16個字符。目前現實生活中我們所見到的的LCD字符液晶主要是由HD44780液晶芯片制作而成，它們具體工作方法與控制原理都是一模一樣，這樣對于程序編寫在很大程度上帶來了方便。這樣基于HD44780寫的控制程序能夠很好的用于市面上多數的字符型液晶，LCD1602顯示器擁有微型化、功耗低、色彩鮮艷、輕薄等諸多優點。其具體的參數如下表1。
表1 LCD1602 液晶顯示器大致的技術參數表
LCD1602液晶一共16 個引腳，每個引腳的功能各有所不同，如圖7所示。
圖7 LCD1602顯示電路
VSS：供電電源地。
VDD：供電電源輸入端(接+5V)。
VEE：LCD顯示器對比度端口，通過調節端口電流大小可以調節屏幕的顯示度。當接正+5v直流電壓源時，對比度最低，屏幕顯得的較暗；當將該端口接地時，對比度最強。我們可以通過給予端口連接一個電位器（滑動變阻器）來調整其對比度的大小。
RS:寄存器選擇輸入端.RS=0:表示我們選擇指令寄存器，能夠完成寫指令、讀取LCD忙標志位和地址計數器。RS=1：選擇數據寄存器，可以寫或讀數據。
R/W：讀/寫控制信號。當R/W=1，都操作。當R/W=0，寫操作。R/W與RS配合使用，可寫指令、讀LCD忙標志、寫數據等操作。
E：命令使能端口。只有該端口由高電平信號轉化為低電平信號，LCD模塊才能正常執行命令，否則lCD處于關閉狀態，不能正常顯示。
D0～D7：8位雙向數據線。
3.5無線收發模塊
USB轉nRF24L01無線收發模塊無線串口通信2.4G 大功率，長距離，穩定可靠 透明數據傳輸，設置協議簡單，支持AT指令。其實物圖如圖8所示。RFX2401C射頻前段放大芯片可以將無線信號放大到最大22dbm，有效增加信號通信距離，實測空曠通信距離可達500米。
圖8 nRF24L01無線收發模塊
CH341是一個USB總線的轉接芯片，CH341 芯片支持 5V與 3.3V 供電，轉換的接口為 TTL 電平，輸出高電平與供電電壓保持一致。
圖9 USB驅動電路
5V 供電時芯片 V3 引腳需要接一個 104 電容到地，3.3V 供電時需要注意以下幾點：
與 USB 芯片相連接的所有電路的電源電壓都必須不高于 3.3V； USB 芯片的 VCC 引腳與 V3 引腳必須短接，必須同時輸入 3.3V 電源電壓；如果使用 ESD 保護器件或瞬變電壓抑制器件，那么其正電壓應該是 3.3V。
3.6網絡攝像頭
悅安高清POE網絡數字監控攝像頭YA-3064實物圖如圖10所示。本網絡攝像機產品特點:
●超強夜視高清型，200萬像素清晰度；
●支持雙碼流；本地錄像，遠程監看互不影響；
●內置雙濾光片切換,支持日夜轉換；
●強大的網絡自適應功能，根據網絡帶寬自動調整碼流大小和編碼幀率；
●先進的H.264壓縮算法，方便在窄帶上實現高清的圖像傳輸；
●安裝簡單，使用方便，只需一根網線和一個軟件就可以搞定一切；
●多樣化的網絡服務功能支持手機、電腦同時監控；
●采用高性能的陣列紅外燈，配合超強夜視，紅外夜視可達50米。
圖10攝像頭連接方式
4軟件設計養雞場室內溫度遠程監控系統軟件設計包括DS18B20溫度采集，繼電器控制，LCD顯示以及上位機等四大主要部分。溫度預警值一般設置在雞的適宜范圍之內，在即將越界之前進行控溫處理，以保證養雞場溫度始終保持在適宜溫度。
程序流程總圖如圖11所示。
圖11程序流程總圖
4.1溫度采集
根據DS18B20數字傳感器與單片機之間的通訊協議，單片機對DS18B20數字式傳感器的數據處理過程大致的分為三個步驟：首先在處理信息之前，先對單總線進行復位的操作，進行初始化，初始化之后通過單總線發送ROM 指令，緊接著在發送一條RAM指令，這個過程我們已經完成了對DS18B20 數字式溫度傳感器的預定設置。當啟動復位時，通過CPU 將DQ數據線接口主動下拉大致為500us的等待延時時間，等待時間過后，緊接著CPU將釋放DQ總線，當DS18B20數字傳感器DQ端收到數據后，延遲時間約為16-60us，然后發送60-240us低脈沖信號，該CPU接收低脈沖信號后復位成功。
表2 ROM的操作指令
| | |
Search ROM Read ROM Match ROM
Skip ROM Alarm ROM | | 檢測總線上存在的DS18B20數字式傳感器 讀取系列代碼、序列號及CRC校驗碼 允許總線控制器在多點總線上定位一只特定的DS18B20 跳過對ROM編碼的搜索 搜索有報警的DS18B20 |
4.2LCD顯示
LCD1602字符型顯示器模塊內部存在2種寄存器，它們分別是指令寄存器和數據寄存器。LCD1602在應用時，首先對LCD進行初始化操作（單片機向指令寄存器寫入不同的指令數據），然后確定顯示字符的地址，最后把需要顯示的字符寫入LCD的數據寄存器，來實現對數據的顯示功能，流程圖如圖12所示。
圖12 流程圖
對LCD1602顯示字符的控制，通過訪問1602內部RAM地址實現，LCD1602內部RAM地址實現，LCD1602內部控制器具有80字節RAM，RAM地址與字符位置關系如表3所示。
表 3 DDRAM的地址與字符顯示位置具體的對應聯系
 列行
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4.3上位機
該系統上位機界面如圖13所示，養雞場理想溫度以及預警溫度最大值、最小值可自由設置，可監控實時養雞場內視頻以及溫度，同時可繪測出溫度曲線。
5總結與體會
通過了兩個星期的努力，也掌握了許多知識，例如溫度傳感器及LCD顯示的工作原理等。同時提高了硬件電路的設計、調試，查閱資料、解決問題的能力也得到了一定的提高。在設計電路過程中，理論知識很重要。理論知識決定了設計電路的成敗。需要足夠的耐心、細心去研究問題，解決問題。還必須有實事求是地分析問題，了解理論與實際是有一些差別的。總之，通過本次綜合設計鞏固了以前所學的知識，同時也學到了新的知識點，提高了自己的分析問題和解決問題的能力。
該設計的成功完成離不開老師的幫助，從資料的準備、課題的研究，最后到論文的修改、答辯等各個環節，都得到了我們席老師的悉心指導。
感謝席老師的及時溝通，給予合理的建議，讓我從中學到了很多，豐富了我單片機的知識，無論是硬件電路的設計還是軟件部分的編寫都得到了很大的提升，對電子產品的開發有了更深的理解。使我更加喜愛電子產品的研發。
參考文獻[1] 曹天漢.單片機原理與接口技術.電子工業出版社.2007
[2] 關鍵.電子CAD 技術.電子工業出版社.2006
[3] 宋嘉玉.EDA 實用技術.人民郵電出版社.2007
[4] 張大明.單片機控制實訓指導及綜合應用實例.機械工業出版社.2008
[5] 陳曉文.電子線路課程設計.電子工業出版社2007
[6] 劉偉.傳感器實訓教程.東南大學出版設.2003
附錄1
單片機源程序如下:
- #include < reg51.h >
- #include < intrins.h >
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int
- #define lcddata P2
- sbit LCDRS=P1^7; //液晶數據選擇命令端
- sbit LCDRW=P1^6; //液晶讀寫命令端
- sbit LCDEN=P1^5; //液晶使能端
- //sbit LCDRS = P2^6 ; // 命令/數據選擇端 0為寫命令 1為寫據
- //sbit LCDRW = P2^5 ; // lcd讀寫端
- //sbit LCDEN = P2^7 ; //lcd使能端
- void write_com(uchar com);
- void zdyzfxs();
- unsigned char code mytab[8] = {0x0C,0x12,0x12,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00} ;//lcd自定義字符
- //sbit DQ = P3^7 ; //定義DS18B20端口DQ
- sbit DQ = P1^0; //定義DS18B20端口DQ
- bit presence; //ds18b20 DQ被拉低 信號0允許，1禁止
- uint cc,cc2; //變量cc中保存讀出的溫度值
- float cc1;
- uchar flag; //flag為溫度值正負標志位，“1”表示溫度為復制，“0”表示為正值//flag為溫度值正負標志位，“1”表示溫度為復制，“0”表示為正值
- void write_com(uchar com);
- uchar code cdis0[ ] = "CHECKING...";
- uchar code cdis1[ ] = " DS18B20 OK " ;
- uchar code cdis5[ ] = "Temp: ";
- uchar cdis2[ ] = "+00.00";
- uchar code cdis3[ ] = " DS18B20 ERR0R " ;
- uchar code cdis4[ ] = " PLEASE CHECK " ;
- unsigned char data temp_data[2] = {0x00,0x00} ; //存儲16位溫度
- /*********************lcd1602******************************/
- void delaylcd(uint z)
- {uchar x,y;
- for(x=z;x>0;x--)
- {for(y=110;y>0;y--);
- }
- }
- /*lcd1602初始化 */
- void lcd_init(void)
- {
- LCDRW=0; //低電平為寫
- LCDEN=0;
- write_com(0x38); //使用8位數據開關，顯示兩行，使用5*7字形
- write_com(0x0c); //顯示器開，光標關，字符爍 0x0e 光標開
- write_com(0x06); //字符不動，光標自動右移動一位
- write_com(0x01); //清屏
- }
-
- /*設定顯示位置 */
- /********************************/
- void lcd_pos(uchar pos)
- { //第一行第幾列直接寫pos為幾，第二行pos從0x40開始
- write_com(pos | 0x80) ; //數據指針=80+地址變量
- }
- //------------------------------------
- /*溫度顯示 */
- void temperature_display()
- {
- uchar m;
- flag=0;
- while(1)
- {
- ddelay(2);
- EA=0; //DS18B20讀寫數據按照嚴格的時序，最好不要被打斷，
- 故把所有中斷關閉
- start_convert(); //啟動溫度轉換
- ddelay(250);
- read_tempreture(); //讀取溫度
- EA=1;
- cc=temp_data[1]*256.0+temp_data[0];
- if(temp_data[1]>0xF8) {flag=1;cc=~cc+1;} else flag=0;
- cc1=cc*0.0625;
- cc2=cc1*100;
- cdis2[1]=cc2/1000+0x30;
- if(cdis2[1]==0x30)
- {cdis2[1]=0x20;}
- cdis2[2]=cc2/100%10+0x30;
- cdis2[4]=cc2%100/10+0x30;
- cdis2[5]=cc2%10+0x30;
- if(flag==1)
- cdis2[0]='-';
- else
- cdis2[0]='+';
- lcd_pos(6) ; //設置顯示位置為第一行的第6個字符
- m=0;
- while(cdis2[m]!='\0')
- { //顯示字符
- write_data(cdis2[m]) ;
- m++;
- }
- }
- }
-
-
-
-
- //---------------------------------
- /*主函數 */
- void main()
- {
- lcd_display();
- ddelay(1000);
- ow_reset();
- if(presence==0)
- {
- Ok_Menu ();
- ddelay(1000);
- temp_c();zdyzfxs();
- temperature_display();
- }
- ……………………
- …………限于本文篇幅 余下代碼請從51黑下載附件…………
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養雞場監控系統.doc
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