【正文】 用 STC89C58RD +單片機(jī)為處理核心 ,通過(guò)溫室現(xiàn)有的各種傳感器檢測(cè)溫 室的溫度、 濕度、 光照度等環(huán)境因素 ,經(jīng)由控制系統(tǒng)的 8 路模擬量、數(shù)字量輸入接口傳輸?shù)? CPU中 ,并與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較、判斷、處理以及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。環(huán)境中晝夜的溫度、濕度和光照度的變化大 ,對(duì)植物生長(zhǎng)極為不利。而當(dāng)今國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的智能溫室系統(tǒng)都是采用工控機(jī)或者 PLC 方案 ,價(jià)格昂貴 ,較大部分用戶經(jīng)濟(jì)能力承受不起。 本文將使用 8051 型單片機(jī)對(duì)溫度及濕度控制的基本原理實(shí)例化，利用現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)控制 溫室大棚 溫度 、 濕度 等 的控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控 制溫室環(huán)境。 這是在溫室自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開(kāi)發(fā)出的一種適合不同作物生 長(zhǎng)的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。種植者采用手動(dòng)控制方式，對(duì)于作物生長(zhǎng)狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。 從國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段 : （ 1） 手動(dòng)控制。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長(zhǎng)的季節(jié)栽培植物。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長(zhǎng)的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。 中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對(duì)其性能要求也越來(lái)越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長(zhǎng)?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)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(guó)外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長(zhǎng)。 目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多 ， 人們對(duì)其性能要求也越來(lái)越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對(duì) 大棚的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒(méi)有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對(duì)種植者的素質(zhì)要求較高。通過(guò)改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以自動(dòng)地進(jìn)行溫 室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的改變難以及時(shí) 做 出反應(yīng)，難以介入作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律。溫室控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，向著越來(lái)越先進(jìn)、功能越來(lái)越完備的方向發(fā)展。該系統(tǒng)可自動(dòng)控制加熱、降溫、通風(fēng)。 目的是通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 計(jì)，讓我們將課本知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，更加深刻的理解自動(dòng)控制的運(yùn)作模式及意義，也能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)和技能更多的運(yùn)用于生活和工作中，學(xué)以致用。因此 ,在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮用戶的經(jīng)濟(jì)承受能力 ,減少溫室設(shè)計(jì)中的各種成本 ,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 ,這在溫室上具有較為深遠(yuǎn)的意義。現(xiàn)代溫室有內(nèi)外遮陽(yáng)系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)、自然通風(fēng)系統(tǒng)、濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、補(bǔ)氣系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)，能夠?qū)χ参锏纳L(zhǎng)進(jìn)行合理的 控制 ,而如何才能合理地控制這些配套設(shè)備的運(yùn)作和協(xié)同則需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。然后將 CPU處理后各種控制結(jié)果通過(guò) 16 路開(kāi)關(guān)量輸出口傳送到電機(jī)和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)上 ,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的控制。 STC89C58RD +單片機(jī)最河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 高時(shí)鐘頻率為 0～ 80MHz,32k 的 Flash 存儲(chǔ)器、 1280 字節(jié)的 RAM、擁有 P4 口適合需要多 I/O 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 16k 字節(jié)的 E2PROM 可以提供比其它單片機(jī)更多的存儲(chǔ)空間。 智能溫室大棚控制系統(tǒng)的組成基于兩個(gè)方面：?jiǎn)螚潨厥掖笈锟刂葡到y(tǒng)和集約化生產(chǎn)連棟溫室大棚控制系統(tǒng)。 圖 集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 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(shè)計(jì)了對(duì)與作物生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的環(huán)境溫度、濕度、光照度、 CO2 含量及土壤水量等參數(shù)進(jìn)行采集的功能，實(shí)現(xiàn)溫室大棚內(nèi)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，傳感器負(fù)責(zé)對(duì)溫室環(huán)境因子的采集，將采集信轉(zhuǎn)換為 05伏的電壓信號(hào)，送入 ADC0809, 再經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換 , 供單片機(jī)使用，而使用的各種類型傳感器，分別介紹如下： 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shù)字式傳感器本系統(tǒng)采用廣州市科技發(fā)展公司自動(dòng)化研究室生產(chǎn)的“可選通式溫度傳感器” 型號(hào)為 KSG。傳感器的輸出電壓為 ⅴ ⅴ， A/D 采集電路的標(biāo)準(zhǔn)電壓為 0ⅴ 5ⅴ ,故需進(jìn)行電壓變換。 2%RH， 13%～ 100%RH 非凝結(jié)， 25℃（供電電壓=5VDC） RH 互換性 177。 %RH RH 反應(yīng)時(shí)間 30s，慢流動(dòng)的空氣中 RH 穩(wěn)定性 177。傳感器輸出的電壓信號(hào)，直接送至 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)進(jìn)行相 應(yīng)的運(yùn)算、顯示和儲(chǔ)存。該系統(tǒng)由單片機(jī)對(duì)溫度濕度等參數(shù)進(jìn)行巡回測(cè)量，并對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，并進(jìn)行調(diào)控，此外，主控制器還可以同時(shí)完成系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及與上位機(jī)通信等功能。室外保溫通風(fēng) 調(diào)光主要采用自動(dòng)或半自動(dòng)得外部設(shè)備完成。 1. 采集模塊 采集模塊主要完成對(duì) ADC0809 的通道的控制和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取，并將結(jié)果暫存人數(shù)據(jù)區(qū)。由于傳感器、 ADC0809 的采集、轉(zhuǎn)換速度快 ，一分鐘內(nèi)可以采集成千上萬(wàn)條數(shù)據(jù)，溫室內(nèi)環(huán)境因子變化沒(méi)有這么快 ，在實(shí)際應(yīng)用中，沒(méi)有必要對(duì)這些數(shù)據(jù)都進(jìn)行處理， 所以要對(duì)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(dāng)溫室內(nèi)的溫度高于設(shè)定的溫度上限時(shí)，通過(guò)開(kāi)窗裝置開(kāi)窗通風(fēng)，噴淋裝置在屋頂上噴淋，達(dá)到溫室降溫的目的，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度低于設(shè)定的溫度下 限時(shí)，通過(guò)關(guān)窗來(lái)實(shí)現(xiàn)保溫目的。通訊模塊首先需要初始化設(shè)置 ,設(shè)置串口的工作方式、波特 率、定時(shí)器的工作方式 , 設(shè)置串口中斷位和全局中斷位。 使用中斷方式接受微機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。 MOV SCON, 50H；串行口工作方式設(shè)置為方式 1,REN=1。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 微機(jī)軟件設(shè)計(jì) 微機(jī)軟件設(shè)計(jì)也由動(dòng)態(tài)顯示模塊、 控制模塊 、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、 通信模塊四個(gè)部分組成， 通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示模塊可以及時(shí)監(jiān)控各環(huán)境因子的變化， 控制模塊可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控 ，如開(kāi)關(guān)窗 、噴淋等控制， 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊是為作物生長(zhǎng)環(huán)境的設(shè)定而積累數(shù)據(jù)， 通信模塊是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和單片機(jī)之間的通信， 上位機(jī)將控制信號(hào)通過(guò) RS485 送到單片機(jī) 實(shí)現(xiàn)信息的下 傳。 圖 動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)方框圖 測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 設(shè)計(jì)的關(guān)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(yùn)算放大器。 圖 溫度傳感器 AD590的檢測(cè)電路 （ 2） 濕度測(cè)量電路 采用的 HS1100濕度傳感器是 Sensation公司基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)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(zhì)在外界的相對(duì)濕度 變化時(shí) ，吸附 /脫附空氣中的水汽分子 ,使感濕介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化 ,引起濕度傳感器的電容值改變 .濕度傳感器實(shí)際上相當(dāng)于 1個(gè)可變電容 ,其電容的變化值與空氣中河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 的相對(duì)濕度成一一對(duì)應(yīng)的正比線性關(guān)系 ,相對(duì)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(hào)。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(jìn)行加熱 ,加熱電壓穩(wěn)定在 (5177。 L 1之間 ,在這個(gè)范圍內(nèi)可以滿足測(cè)試系統(tǒng)河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 的實(shí)際需要 .但要把 TGS4160 的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成 0～ 5 V 的電壓 ,需要把傳感器的輸出信號(hào) CO2 含量對(duì)應(yīng)的絕對(duì)電勢(shì)值轉(zhuǎn)換到傳感器兩極之間變化的電勢(shì)值 ,然后再放大。在 P0口的 8根數(shù)據(jù)線和段碼管的 8根數(shù)據(jù)線之間接一單向驅(qū)動(dòng)芯片 74LS244,增加 P0口的驅(qū)動(dòng)能力 ,驅(qū)動(dòng)芯片的輸出口又接了 8 個(gè) 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(shí) ,系統(tǒng)默認(rèn)位循環(huán)顯示 3 個(gè)通道的參數(shù)值狀態(tài) .當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)量時(shí) ,將顯示每一通道的 A /D 轉(zhuǎn)換值 ,每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為 1 s 左右。 A /D 轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序用來(lái)控制對(duì) ADC0809 三路模擬輸入電壓的 A/D 轉(zhuǎn)換 ,并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值 移入 70H,71H 和 72H內(nèi)存單元 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 第 3 章 溫室大棚的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ,農(nóng)民增收緩慢的問(wèn)題逐漸成為阻礙我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的一大隱患。上位機(jī)由 AT89S51 單片機(jī)作 為控制器 ,外加 LCD1602 和若干按鍵構(gòu)成人機(jī)交互界面 ,同時(shí)設(shè)有報(bào)警裝置。下位機(jī)由 ATtiny2313 和溫濕度傳感器組成。它有 20 個(gè)引腳 ,其中有 18 個(gè)是可編程的 I0 口 ,具有豐富的擴(kuò)展功能 ,并且內(nèi)部集成了 RC 振