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摘要：本文章基于单片机自动控制技术的研究，并结合新兴的网络通信技术，构建了一个基于单片机的闭环负反馈系统进而提出了一种新型高效的花卉智能控制管理的解决方案，并结合实际环境进行了实地研究和测控。希望能为生态环境的智能控制和管理做出一些补充拓展，同时为植物培育管理提供借鉴。
关键词：单片机；温湿度采集；串行通讯；生态监控
中图分类号：TP311.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 09-0000-02
The Research of Flower Automation System Based on AT89C51 SCM
Jiang Chen,Lai Yuanzhi,Xie Heping,Zhu Tianlong
(Harbin Institute of Technology,Harbin150006,China)
Abstract:This thesis is relied on the automation of Single Chip Micyoco and related to the latest communication technology of the network.We construct a close-loop negative feedback system based on the SCM technology and provide a creative and efficient method used for the intelligent mangement of flowers. Besides,in order to attest the function of the system we conduct the experiment under the practical environment and attain the reliable data.We hope that this instrument can bring up some impressive benefits for the intelligent control and mangement of the ecology as well as supply some constructive advice for nourishing the plants
Keywords:SCM;Collection of the temperature and humidity;Serial communication;Ecology control
生态环境是人类赖以生存的根本，它是一个极其复杂的整体，因此研发一套高效、科学、智能的生态管理系统具有深远意义。同时，现代信息技术和自动控制技术得到了飞速的发展和应用，将网络通信技术运用到工程控制中也成为一大热点。本课题正是利用目前计算机自动控制技术以及新兴的网络通信技术，开发一套应用于诸如为花卉生长或储藏环境的控制及远程操控系统，实现智能控制和调节环境因素（如温度、湿度、光照等条件）的功能，以解决目前花卉运输时限短、成本高的难题。
一、花卉控制系统的总体分析与设计
（一）花卉智能控制系统的总体功能
本系统主要由Atmel公司的AT89C51单片机作为总控下位机，通过其对环境参数的采集以及分析，完成数据处理，数据传输，外设控制以及安全报警等功能。系统主要完成以下功能：
采集环境参数：通过传感器采集周围环境的温度湿度，通过光敏电阻以及模数转换芯片完成对周围光强的采集。
接收数据：由C51单片机的P0-P3口实时接受采集到的数据，并进行分析，筛选合理数据。
数据传送：通过RS232协议以及RS232总线与上位计算机进行串口通讯，进行实时数据的保存，方便查阅分析。
数据显示：将采集到的数据分时显示在LCD屏幕上。
安全报警：对于超过阙值的环境参数，采取一定的操作进行报警。
（二）花卉智能控制系统的总体分析设计
系统整体框架如图1-1所示。
二、花卉控制系统实现
（一）程序设计及实现
本系统程序部分采用C51语言，C51源程序结构与一般的C语言基本一致，利用C语言开发单片机程序，具有效率高，可读性强，可移植性强等特点。编程使用的软件是Keil u Vision3集成开发环境，它自带C51优化交叉编译器。生成可执行代码快速、紧凑，在运行效率和速度上均可与汇编代码媲美。
（二）仿真设计及实现
本系统在Proteus7.5环境下进行的仿真,针对51单片机，完成集测温，测湿，显示，报警于一体的闭环负反馈系统。系统主要包括一片AT89C51单片机，一个LCD屏（LM016L），两个数字温湿度传感器（SHT10），一条光敏电阻，一片A/D转换芯片（ADC0808），一片直流电机驱动器（L298），一台电机（MOTOR），MAX232串口驱动以及若干电阻，电容，门电路，译码器等。在实际仿真中由于Proteus器件库的限制，一些元件被替代为Proteus库中功能完全相同的元件，程序设计保持不变。
1.温湿度测量及显示
单片机P1口连接两个LCD显示屏，P2.0，P2.1作为LCD的RS与RW控制信号。两个LCD的使能端通过一个二四译码器控制，使得某一时刻只选通一个LCD屏。P2.5 P2.7分别连接两个SHT10的SCK与DATA端，SCK端通过三态门控制，使某一时刻只有一个SHT10向单片机发送数据。当片选LCD1生效时，同时选通SHT10 1的SCK，使其工作，LCD2同理，通过分时工作，达到实时显示两个传感器的温湿度值。
2.光强测量
光强测量这里选用了光敏电阻，在proteus中选择了元件TORCH_LDR，随着光源的远近距离变化，光敏电阻的阻值变化，引起电压变化，在仿真时可看到volts表数据的变化。同时采用ADC0808模数转化芯片进行模数转换，IN0作为模拟量数据输入，OUT1~OUT8作为数字量输出，传送到单片机的P1口进行接收。
3.安全报警电路
如图2-2所示，D6代表BUZZER，程序中，设置4个标志alarm1,alarm2,alarm3,alarm4。4个标识分别用来标识两个温湿度传感器的温度和湿度，同时两个温度都需要报警时候，D3常亮，当只有一个温度需要报警时候，D3闪烁，否则D3灭，湿度LED也是同样原理，当两个湿度都需要报警，则D4常亮，有且只有一个需要报警时候，D4闪烁，否则D4灭。D5是用来标识光强的LED，当光强过大时候D5亮，BUZZER响。只有当四个标识都不为1时候，BUZZER关，否则BUZZER鸣响。
4.电机控制
此部分电机控制风扇转动，风扇相应SHT90 2的环境参数。由于单片机输出电流的驱动力不足，这里采用L298直流电机驱动芯片。L298的ENA,IN1,IN2分别接在单片机的P0.0,P0.1,P0.2，由于P0口是三态口，所以连接上拉电阻以便使其正常工作。程序中通过延时实现定时。当温度过高时，电机正转。当湿度过高时，电机反转。
5.串口调试
使用RS232与计算机串行通信，MAX232串口驱动。MAX232的R1OUT和T1IN分别连接单片机的P3.0/RXD , P3.1/TXD。波特率设置9600bps，单片机晶振选用11.0592MHZ。
6.晶振与复位电路
晶振选择11.0592MHZ，方便单片机与串口RS232通信。
三、实际环境测试与应用
为了进一步检测和提升花卉控制系统的稳定性和可靠性，我项目组与北京植物园合作，在仙人掌及多浆植物温室进行了实地测量和研究。在实地研究中，我们修正了系统所遇到的问题，同时还在对植物的实时培育监控中得到了宝贵的数据。
在此次实地测控中,我们首先分别在温室的不同位置进行了测量，并且与温室的原电子温湿度计进行了比较,验证了数据的准确性.以下为测量中所得到的数据：
另外在测试过程中还对温室的特殊环境进行了有针对性的测量,在温室的风扇,湿帘处以及温室苗床等等位置记录了多组数据,与此同时也与原文温湿度计进行了比较得到了相符合的数据。
在此次测控中发现硬件控制系统与某些温湿度计存在数据不一致的问题，与所配备的新式设备进行比较后发现是原有温湿度计存在灵敏度下降，数据有误的问题。温室领导随即利用我系统修正了环境实时参数，保证了植物能够在适宜环境下成长。
在解决问题后，我们利用本系统对产于肯尼亚,索马里一带的隐刺麒麟以及绮丽角两种世界二级濒危植物进行实时监控。采取我系统培育之前发现隐刺麒麟已存在一定枝条萎缩的情况，经过分析我们认为是原温湿度计所测数据有误导致了温室环境调控延迟等现象，另外北京遭遇了近十年不遇的炎热天气，使得枝条萎缩情况加剧。在接下来的时间里，我们利用花卉温室控制系统进行严密监控，利用所得数据，实时对温室环境进行调整，隐刺麒麟枝条逐渐变粗，生长状况有所改善。
结论：
本文通过对单片机技术，传感技术以及通信技术的利用，整合信息采集模块、控制模块、LCD显示模块、安全报警模块，完成基于单片机的集测温，测湿，显示，报警于一体的闭环负反馈系统。
系统在实时环境下灵敏度高，可靠性强，测量准确，适合于花卉培育等对环境条件要求较高的场合。在实际环镜下监控植物生长，给出合理的培育调整方案，并取得了良好的结果。系统一些扩展功能还可需进一步提升，应尝试挂接的一些更复杂的外设。如果进行功能上的完善和细化，可以运用到生态管理以及工业生产中。
参考文献：
[1]梁凯琳.单片机技术的发展及应用[M].中小企业管理与科技,2009年12期
[2]刘攀.俞杰.张海明.基于单片机的温度测控系统 [J].兰州交通大学学报,2005年
[7]AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999[J].dec
作者简介：姜辰，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院；赖远志，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院；谢和平，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院；朱天龙，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院。
关键词：单片机；温湿度采集；串行通讯；生态监控
中图分类号：TP311.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 09-0000-02
The Research of Flower Automation System Based on AT89C51 SCM
Jiang Chen,Lai Yuanzhi,Xie Heping,Zhu Tianlong
(Harbin Institute of Technology,Harbin150006,China)
Abstract:This thesis is relied on the automation of Single Chip Micyoco and related to the latest communication technology of the network.We construct a close-loop negative feedback system based on the SCM technology and provide a creative and efficient method used for the intelligent mangement of flowers. Besides,in order to attest the function of the system we conduct the experiment under the practical environment and attain the reliable data.We hope that this instrument can bring up some impressive benefits for the intelligent control and mangement of the ecology as well as supply some constructive advice for nourishing the plants
Keywords:SCM;Collection of the temperature and humidity;Serial communication;Ecology control
生态环境是人类赖以生存的根本，它是一个极其复杂的整体，因此研发一套高效、科学、智能的生态管理系统具有深远意义。同时，现代信息技术和自动控制技术得到了飞速的发展和应用，将网络通信技术运用到工程控制中也成为一大热点。本课题正是利用目前计算机自动控制技术以及新兴的网络通信技术，开发一套应用于诸如为花卉生长或储藏环境的控制及远程操控系统，实现智能控制和调节环境因素（如温度、湿度、光照等条件）的功能，以解决目前花卉运输时限短、成本高的难题。
一、花卉控制系统的总体分析与设计
（一）花卉智能控制系统的总体功能
本系统主要由Atmel公司的AT89C51单片机作为总控下位机，通过其对环境参数的采集以及分析，完成数据处理，数据传输，外设控制以及安全报警等功能。系统主要完成以下功能：
采集环境参数：通过传感器采集周围环境的温度湿度，通过光敏电阻以及模数转换芯片完成对周围光强的采集。
接收数据：由C51单片机的P0-P3口实时接受采集到的数据，并进行分析，筛选合理数据。
数据传送：通过RS232协议以及RS232总线与上位计算机进行串口通讯，进行实时数据的保存，方便查阅分析。
数据显示：将采集到的数据分时显示在LCD屏幕上。
安全报警：对于超过阙值的环境参数，采取一定的操作进行报警。
（二）花卉智能控制系统的总体分析设计
系统整体框架如图1-1所示。
二、花卉控制系统实现
（一）程序设计及实现
本系统程序部分采用C51语言，C51源程序结构与一般的C语言基本一致，利用C语言开发单片机程序，具有效率高，可读性强，可移植性强等特点。编程使用的软件是Keil u Vision3集成开发环境，它自带C51优化交叉编译器。生成可执行代码快速、紧凑，在运行效率和速度上均可与汇编代码媲美。
（二）仿真设计及实现
本系统在Proteus7.5环境下进行的仿真,针对51单片机，完成集测温，测湿，显示，报警于一体的闭环负反馈系统。系统主要包括一片AT89C51单片机，一个LCD屏（LM016L），两个数字温湿度传感器（SHT10），一条光敏电阻，一片A/D转换芯片（ADC0808），一片直流电机驱动器（L298），一台电机（MOTOR），MAX232串口驱动以及若干电阻，电容，门电路，译码器等。在实际仿真中由于Proteus器件库的限制，一些元件被替代为Proteus库中功能完全相同的元件，程序设计保持不变。
1.温湿度测量及显示
单片机P1口连接两个LCD显示屏，P2.0，P2.1作为LCD的RS与RW控制信号。两个LCD的使能端通过一个二四译码器控制，使得某一时刻只选通一个LCD屏。P2.5 P2.7分别连接两个SHT10的SCK与DATA端，SCK端通过三态门控制，使某一时刻只有一个SHT10向单片机发送数据。当片选LCD1生效时，同时选通SHT10 1的SCK，使其工作，LCD2同理，通过分时工作，达到实时显示两个传感器的温湿度值。
2.光强测量
光强测量这里选用了光敏电阻，在proteus中选择了元件TORCH_LDR，随着光源的远近距离变化，光敏电阻的阻值变化，引起电压变化，在仿真时可看到volts表数据的变化。同时采用ADC0808模数转化芯片进行模数转换，IN0作为模拟量数据输入，OUT1~OUT8作为数字量输出，传送到单片机的P1口进行接收。
3.安全报警电路
如图2-2所示，D6代表BUZZER，程序中，设置4个标志alarm1,alarm2,alarm3,alarm4。4个标识分别用来标识两个温湿度传感器的温度和湿度，同时两个温度都需要报警时候，D3常亮，当只有一个温度需要报警时候，D3闪烁，否则D3灭，湿度LED也是同样原理，当两个湿度都需要报警，则D4常亮，有且只有一个需要报警时候，D4闪烁，否则D4灭。D5是用来标识光强的LED，当光强过大时候D5亮，BUZZER响。只有当四个标识都不为1时候，BUZZER关，否则BUZZER鸣响。
4.电机控制
此部分电机控制风扇转动，风扇相应SHT90 2的环境参数。由于单片机输出电流的驱动力不足，这里采用L298直流电机驱动芯片。L298的ENA,IN1,IN2分别接在单片机的P0.0,P0.1,P0.2，由于P0口是三态口，所以连接上拉电阻以便使其正常工作。程序中通过延时实现定时。当温度过高时，电机正转。当湿度过高时，电机反转。
5.串口调试
使用RS232与计算机串行通信，MAX232串口驱动。MAX232的R1OUT和T1IN分别连接单片机的P3.0/RXD , P3.1/TXD。波特率设置9600bps，单片机晶振选用11.0592MHZ。
6.晶振与复位电路
晶振选择11.0592MHZ，方便单片机与串口RS232通信。
三、实际环境测试与应用
为了进一步检测和提升花卉控制系统的稳定性和可靠性，我项目组与北京植物园合作，在仙人掌及多浆植物温室进行了实地测量和研究。在实地研究中，我们修正了系统所遇到的问题，同时还在对植物的实时培育监控中得到了宝贵的数据。
在此次实地测控中,我们首先分别在温室的不同位置进行了测量，并且与温室的原电子温湿度计进行了比较,验证了数据的准确性.以下为测量中所得到的数据：
另外在测试过程中还对温室的特殊环境进行了有针对性的测量,在温室的风扇,湿帘处以及温室苗床等等位置记录了多组数据,与此同时也与原文温湿度计进行了比较得到了相符合的数据。
在此次测控中发现硬件控制系统与某些温湿度计存在数据不一致的问题，与所配备的新式设备进行比较后发现是原有温湿度计存在灵敏度下降，数据有误的问题。温室领导随即利用我系统修正了环境实时参数，保证了植物能够在适宜环境下成长。
在解决问题后，我们利用本系统对产于肯尼亚,索马里一带的隐刺麒麟以及绮丽角两种世界二级濒危植物进行实时监控。采取我系统培育之前发现隐刺麒麟已存在一定枝条萎缩的情况，经过分析我们认为是原温湿度计所测数据有误导致了温室环境调控延迟等现象，另外北京遭遇了近十年不遇的炎热天气，使得枝条萎缩情况加剧。在接下来的时间里，我们利用花卉温室控制系统进行严密监控，利用所得数据，实时对温室环境进行调整，隐刺麒麟枝条逐渐变粗，生长状况有所改善。
结论：
本文通过对单片机技术，传感技术以及通信技术的利用，整合信息采集模块、控制模块、LCD显示模块、安全报警模块，完成基于单片机的集测温，测湿，显示，报警于一体的闭环负反馈系统。
系统在实时环境下灵敏度高，可靠性强，测量准确，适合于花卉培育等对环境条件要求较高的场合。在实际环镜下监控植物生长，给出合理的培育调整方案，并取得了良好的结果。系统一些扩展功能还可需进一步提升，应尝试挂接的一些更复杂的外设。如果进行功能上的完善和细化，可以运用到生态管理以及工业生产中。
参考文献：
[1]梁凯琳.单片机技术的发展及应用[M].中小企业管理与科技,2009年12期
[2]刘攀.俞杰.张海明.基于单片机的温度测控系统 [J].兰州交通大学学报,2005年
[7]AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999[J].dec
作者简介：姜辰，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院；赖远志，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院；谢和平，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院；朱天龙，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院。