基于CAN总线的大棚温湿度检测节点设计

辽宁工业大学工业控制网络课程设计（论文）题目：基于CAN总线的大棚温湿度检测节点设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化093班学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.01.02—2013.01.11课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。

温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。

传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。

如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。

现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。

为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。

本论文主要阐述了基于AT89C52单片机的蔬菜大棚温湿度控制系统设计原理，主要电路设计及软件设计等。

该系统采用AT89C52单片机作为控制器，SHT10作为温湿度数据采集系统，设计了单片机最小系统模块，CAN通信接口电路、温湿度传感器电路、键盘电路和显示电路等来实现大棚温湿度的监控。

关键词：AT89C52；SHT10；键盘电路；显示电路目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1概述 (2)2.2系统组成总体结构 (2)第3章硬件设计 (4)3.1单片机最小系统设计 (4)3.1.1AT89C52单片机 (4)3.1.2晶振电路 (5)3.1.3复位电路 (5)3.1.4单片机最小系统 (6)3.2电源输入电路 (6)3.3键盘接口电路 (7)3.4报警电路 (8)3.5温湿度检测电路 (8)3.5.1数字集成温湿度传感器引脚说明及特点 (9)3.5.2数字集成温湿度传感器与AT89C52的接口电路 (9)3.6 CAN接口电路 (10)3.6.1 总线控制器 (11)3.6.2 光电耦合器 (11)3.6.3 CAN收发器 (12)第4章软件设计 (13)4.1 主程序流程图 (13)4.2初始化程序流程图 (14)4.3发送程序流程图 (15)4.4接收程序流程图 (16)第5章课程设计总结 (17)参考文献 (18)附录 (19)第1章绪论植物的生长都是在一定的环境中进行的，其在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。

环境中昼夜的温度和湿度变化大，其对植物生长极为不利。

因此必须对环境的温度和湿度进行监测和控制，使其适合植物的生长，提高其产量和质量。

本系统就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，控制操作方便，性价比高的应用于农业种植生产大棚温湿度测控系统。

主要完成对大棚内温度和湿度等参数的采集、存储，并具有向监控中心传送数据以及执行监控中心的指令等功能。

在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。

它以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。

该检测系统充分利用AT89C52单片机的软、硬件资源,辅以相应的测量电路和SHT10数字式集成温湿度传感器等智能仪器,能实现多任务、多通道的检测和输出。

并且通过CAN接口实现与上位PC机的连接,进行数据的分析、处理等。

它具有测量范围广、测量精度高等特点,前端测量用的传感器类型可在该基础上修改为其他非电量参数的测量系统。

温湿度检测系统采用SHT10为温湿度测量元件。

系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性,经过一定的添加或改造,很容易增加功能。

根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，利用CAN总线将传感器信息送给上位计算机上进行显示，报警，查询。

监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。

与此同时，监控中心可向现场控制器发出控制指令，监测仪根据指令控制风机、水泵、等设备进行降温除湿，以保证大棚内作物的生长环境。

监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知大棚管理人员采取相应措施来确保大棚内的环境正常。

该设计具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便且便于功能扩展等优点，提高了管理水平和工作效率，所以将CAN总线应用于温室控制具有较好的前景。

第2章课程设计的方案2.1概述该设计的一大特点是用户可以通过上位机中的键盘输入温湿度的预置值，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。

系统下位机设在种植植物的大棚内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，下位机通过CAN总线传给上位机，通过LED数码管进行实时显示。

同时与原先内部设定的参数值进行比较处理，单片机可以根据比较的结果决定是否报警，用户直接通过键盘对温湿度的预置值进行设置。

2.2系统组成总体结构本设计由单片机最小系统、温湿度传感器、键盘电路、显示电路、CAN控制器、光电耦合电路、CAN收发器和电源电路构成。

本节点以单片机AT89C52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经A/D转换后送往单片机，LCD实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过CAN总线控制器、光电耦合电路和CAN驱动器连接至CAN总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。

系统组成结构图如下图2.1所示。

图2.1 系统组成结构图第3章硬件设计3.1单片机最小系统设计3.1.1AT89C52单片机图3.1 AT89C52引脚图如图3.1所示，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

3.1.2晶振电路AT89C52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1按图3.2所示方式连接。

图3.2 晶振电路原理图3.1.3复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。

复位电路如图3.4所示，图3.3 复位电路原理图3.1.4单片机最小系统图3.4单片机最小系统单片机最小系统是由AT89C52单片机、晶振电路、复位电路组成。

单片机的P0口与A/D转换器、LCD1602显示器和SJA1000控制器的地址/数据口相连，P2口作为转换器和CAN控制器的片选控制端口，P1口作为键盘输入和显示控制端口，外部中断INT0接收CAN控制器的中断信号。

单片机最小系统电路如图3.4所示。

3.2电源输入电路由于单片机最小系统、温湿度传感器、A/D转换器和CAN驱动发送模块都需要供电，而且电压不同，故将220V交流电经变压、滤波后，经稳压器LM7812输出12V电压给放大器供电，后经LM7805输出VCC电压给单片机、温湿度传感器和总线控制器供电，而光电耦合电路要实现与CAN总线电气隔离，故将LM7805后接B0505S-1W进行电源隔离VCC1给耦合器和收发器供电。

其电路如图3.5所示，、图3.5电源输入电路3.3键盘接口电路本设计键盘用来设定温湿度的上下限值和控制通信，其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法如图3.6所示。

图3.6 键盘输入原理图S1-S10是数字按键，用户通过这些案按键可以输入极限值，S11是确认按键，S12是取消按键。

3.4报警电路报警部分由蜂鸣器及外围电路组成，当有键按下键入数值时，发出“叮”声，每按一下，发声一次。

若大棚温湿度值超过上下限值，则蜂鸣器报警。

则如图3.7所示。

图3.7 报警电路原理图3.5温湿度检测电路本系统选择的温湿度传感器是由瑞士Sensirion公司推出了SHT10单片数字温湿度集成传感器，如图3.8所示，采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSens technology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。

该传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与l4位的A／D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。

每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。

校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正的过程中使用。

两线制的串行接口，使外围系统集成变得快速而简单。

微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选。

图3.8 SHT10单片数字温湿度集成传感器原理图3.5.1数字集成温湿度传感器引脚说明及特点1、数字集成温湿度传感器SHT10的主要特点：（1）相对湿度和温度的测量兼有露点输出；（2）全部校准，数字输出；（3）接口简单（2-wire）,响应速度快；（4）超低功耗，自动休眠；（5）出色的长期稳定性；（6）超小体积（表面贴装）；（7）测湿精度±45%RH，测温精度±0.5℃（25℃）。

2、引脚说明（1）电源引脚（VDD、GND）SHT10的供电电压为2.4V～5.5V。

传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。

在此期间不发送任何指令。

电源引脚（VDD和GND）之间可增加1个100nF的电容器，用于去耦滤波。

（2）串行接口SHT10的两线串行接口（bidirectional 2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。

a.串行时钟输入（SCK）。

SCK引脚是MCU与SHTIO之问通信的同步时钟，由于接口包含了全静态逻辑，因此没有最小时钟频率。

即微控制器可以以任意慢的速度与SHT10通信。

b.串行数据（DATA）。

DATA三态引脚是内部的数据的输出和外部数据的输入引脚。