【正文】 用 STC89C58RD +單片機為處理核心 ,通過溫室現有的各種傳感器檢測溫 室的溫度、 濕度、 光照度等環(huán)境因素 ,經由控制系統(tǒng)的 8 路模擬量、數字量輸入接口傳輸到 CPU中 ,并與系統(tǒng)設定值進行比較、判斷、處理以及相關數據的存儲。環(huán)境中晝夜的溫度、濕度和光照度的變化大 ,對植物生長極為不利。而當今國內常見的智能溫室系統(tǒng)都是采用工控機或者 PLC 方案 ,價格昂貴 ,較大部分用戶經濟能力承受不起。 本文將使用 8051 型單片機對溫度及濕度控制的基本原理實例化，利用現有資源設計一個實時控制 溫室大棚 溫度 、 濕度 等 的控制系統(tǒng)。隨著現代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控 制溫室環(huán)境。 這是在溫室自動控制技術和生產實踐的基礎上，通過總結、收集農業(yè)領域知識、技術和各種試驗數據構建專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數學模型為理論依據，研究開發(fā)出的一種適合不同作物生 長的溫室專家控制系統(tǒng)技術。計算機自動控制的溫室控制技術實現了生產自動化，適合規(guī)?；a，勞動生產率得到提高。種植者采用手動控制方式，對于作物生長狀況的反應是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農業(yè)的生產規(guī)律。 從國內外溫室控制技術的發(fā)展狀況來看，溫室環(huán)境控制技術大致經歷三個發(fā)展階段 : （ 1） 手動控制。先是采用模擬式的組合儀表，采集現場信息并進行指示、記錄和控制。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結構材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。因此，為了實現高效農業(yè)生產的科學化并提高農業(yè)研究的準確性，推動我國農業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農業(yè)設施與相應的農業(yè)工程，科學合理地調節(jié)大棚內溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質、高效益的重要環(huán)節(jié)。以蔬菜大棚為代表的現代農業(yè)設施在現代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用。 中國農業(yè)的發(fā)展必須走現代化農業(yè)這條道路，隨著國民經濟的迅速增長，農業(yè)的研究和應用技術越來越受到重視，特別是溫室大棚已經成為高效農業(yè)的一個重要組成部分。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產效率，對大棚的自動化程度要求也越來越高。大棚內的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數，直接關系到蔬菜和水果的生長?，F代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數進行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。國外的溫室設施己經發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋，F代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數進行檢測和控制。大棚內的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數，直接關系到蔬菜和水果的生長。 目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多 ， 人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產效率，對 大棚的自動化程度要求也越來越高。溫室生產以達到調節(jié)產期，促進生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質量、產量等為目的。 80 年代末出現了分布式控制系統(tǒng)。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 3 這是在溫室技術發(fā)展初期所采取的控制手段，其時并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構。但這種控制方式的勞動生產率較低，不適合工廠化農業(yè)生產的需要，而且對種植者的素質要求較高。通過改變溫室環(huán)境設定目標值，可以自動地進行溫 室內環(huán)境氣候調節(jié)，但是這種控制方式對作物生長狀況的改變難以及時 做 出反應，難以介入作物生長的內在規(guī)律。溫室控制技術沿著手動、自動、智能化控制的發(fā)展進程，向著越來越先進、功能越來越完備的方向發(fā)展。該系統(tǒng)可自動控制加熱、降溫、通風。 目的是通過這次畢業(yè)設河南機電高等專科學校畢業(yè)設計論文 4 計，讓我們將課本知識與實踐相結合，更加深刻的理解自動控制的運作模式及意義，也能夠將所學知識和技能更多的運用于生活和工作中，學以致用。因此 ,在系統(tǒng)的設計過程中要充分考慮用戶的經濟承受能力 ,減少溫室設計中的各種成本 ,提高勞動生產率 ,這在溫室上具有較為深遠的意義?，F代溫室有內外遮陽系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)、自然通風系統(tǒng)、濕簾風機降溫系統(tǒng)、補光系統(tǒng)、補氣系統(tǒng)、環(huán)流風機、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)，能夠對植物的生長進行合理的 控制 ,而如何才能合理地控制這些配套設備的運作和協(xié)同則需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進行控制。然后將 CPU處理后各種控制結果通過 16 路開關量輸出口傳送到電機和電磁閥等執(zhí)行機構上 ,從而實現對溫室的控制。 STC89C58RD +單片機最河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 6 高時鐘頻率為 0～ 80MHz,32k 的 Flash 存儲器、 1280 字節(jié)的 RAM、擁有 P4 口適合需要多 I/O 的系統(tǒng)設計、 16k 字節(jié)的 E2PROM 可以提供比其它單片機更多的存儲空間。 智能溫室大棚控制系統(tǒng)的組成基于兩個方面：單棟溫室大棚控制系統(tǒng)和集約化生產連棟溫室大棚控制系統(tǒng)。 圖 集散控制系統(tǒng)實現 溫室大棚的硬件組成 溫室大棚的硬件組成原理如圖 所示： 圖 溫室大棚系統(tǒng)的主要硬件組成原理圖 傳感器 本系統(tǒng)設計了對與作物生長發(fā)育有關的環(huán)境溫度、濕度、光照度、 CO2 含量及土壤水量等參數進行采集的功能，實現溫室大棚內各種參數的數據采集任務，傳感器負責對溫室環(huán)境因子的采集，將采集信轉換為 05伏的電壓信號，送入 ADC0809, 再經過數模轉換 , 供單片機使用，而使用的各種類型傳感器，分別介紹如下： 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 8 1. 溫度傳感器 溫度傳感器的選擇余地較大 可選用集成溫度傳感器 鉑電阻傳感器及數字式傳感器本系統(tǒng)采用廣州市科技發(fā)展公司自動化研究室生產的“可選通式溫度傳感器” 型號為 KSG。傳感器的輸出電壓為 ⅴ ⅴ， A/D 采集電路的標準電壓為 0ⅴ 5ⅴ ,故需進行電壓變換。 2%RH， 13%～ 100%RH 非凝結， 25℃（供電電壓=5VDC） RH 互換性 177。 %RH RH 反應時間 30s，慢流動的空氣中 RH 穩(wěn)定性 177。傳感器輸出的電壓信號，直接送至 A/D 轉換器，經 A/D 轉換后由單片機進行相 應的運算、顯示和儲存。該系統(tǒng)由單片機對溫度濕度等參數進行巡回測量，并對測量的結果進行優(yōu)化補償，并進行調控，此外，主控制器還可以同時完成系統(tǒng)參數測量，數據存儲，以及與上位機通信等功能。室外保溫通風 調光主要采用自動或半自動得外部設備完成。 1. 采集模塊 采集模塊主要完成對 ADC0809 的通道的控制和轉換結果的讀取，并將結果暫存人數據區(qū)。由于傳感器、 ADC0809 的采集、轉換速度快 ，一分鐘內可以采集成千上萬條數據，溫室內環(huán)境因子變化沒有這么快 ，在實際應用中，沒有必要對這些數據都進行處理， 所以要對采集的周期加以控制 。 控制模塊分溫度控制 、濕度控制、光照控制，當溫室內的溫度高于設定的溫度上限時，通過開窗裝置開窗通風，噴淋裝置在屋頂上噴淋，達到溫室降溫的目的，當溫室內的溫度低于設定的溫度下 限時，通過關窗來實現保溫目的。通訊模塊首先需要初始化設置 ,設置串口的工作方式、波特 率、定時器的工作方式 , 設置串口中斷位和全局中斷位。 使用中斷方式接受微機發(fā)來的數據。 MOV SCON, 50H；串行口工作方式設置為方式 1,REN=1。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 12 微機軟件設計 微機軟件設計也由動態(tài)顯示模塊、 控制模塊 、數據庫模塊、 通信模塊四個部分組成， 通過動態(tài)顯示模塊可以及時監(jiān)控各環(huán)境因子的變化， 控制模塊可對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控 ，如開關窗 、噴淋等控制， 數據庫模塊是為作物生長環(huán)境的設定而積累數據， 通信模塊是實現上位機和單片機之間的通信， 上位機將控制信號通過 RS485 送到單片機 實現信息的下 傳。 圖 動態(tài)參數測試系統(tǒng)方框圖 測試系統(tǒng)的設計 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 13 設計的關鍵是傳感器及其整理電路。電路中的 ICL7650S芯片是斬波穩(wěn)零運算放大器。 圖 溫度傳感器 AD590的檢測電路 （ 2） 濕度測量電路 采用的 HS1100濕度傳感器是 Sensation公司基于獨特工藝設計的電容元件， HS1100 濕度傳感器的原理是由濕度傳感器的干濕介質在外界的相對濕度 變化時 ，吸附 /脫附空氣中的水汽分子 ,使感濕介質的介電常數發(fā)生變化 ,引起濕度傳感器的電容值改變 .濕度傳感器實際上相當于 1個可變電容 ,其電容的變化值與空氣中河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 14 的相對濕度成一一對應的正比線性關系 ,相對濕度越大 ,濕度傳感器的電容越大 。 Uf 為外加的 10 kHz 方波信號。為使傳感器保持在最敏感的溫度上 ,需要給加熱器提供加熱電壓進行加熱 ,加熱電壓穩(wěn)定在 (5177。 L 1之間 ,在這個范圍內可以滿足測試系統(tǒng)河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 15 的實際需要 .但要把 TGS4160 的輸出信號轉換成 0～ 5 V 的電壓 ,需要把傳感器的輸出信號 CO2 含量對應的絕對電勢值轉換到傳感器兩極之間變化的電勢值 ,然后再放大。在 P0口的 8根數據線和段碼管的 8根數據線之間接一單向驅動芯片 74LS244,增加 P0口的驅動能力 ,驅動芯片的輸出口又接了 8 個 470Ω的電 阻 RP ,可以作為限流電阻 ,以免段碼管的功耗太大而燒壞管子。 剛上電時 ,系統(tǒng)默認位循環(huán)顯示 3 個通道的參數值狀態(tài) .當進行一次測量時 ,將顯示每一通道的 A /D 轉換值 ,每個通道的數據顯示時間為 1 s 左右。 A /D 轉換測量子程序 模 /數轉換測量子程序用來控制對 ADC0809 三路模擬輸入電壓的 A/D 轉換 ,并將對應的數值 移入 70H,71H 和 72H內存單元 。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 18 第 3 章 溫室大棚的數據采集系統(tǒng) 隨著我國經濟的發(fā)展 ,農民增收緩慢的問題逐漸成為阻礙我國經濟穩(wěn)定發(fā)展的一大隱患。上位機由 AT89S51 單片機作 為控制器 ,外加 LCD1602 和若干按鍵構成人機交互界面 ,同時設有報警裝置。下位機由 ATtiny2313 和溫濕度傳感器組成。它有 20 個引腳 ,其中有 18 個是可編程的 I0 口 ,具有豐富的擴展功能 ,并且內部集成了 RC 振