【正文】 ，就需要進(jìn)行人工補(bǔ)光。 光質(zhì)即光波的組成，研究表明作物葉片具有對可見光的高吸收率和對紅外線的低吸收率這一習(xí)性，這有利于作物在有效的利用光能進(jìn)行光合作用的同時使光合器官免受高溫的傷害。在溫室中應(yīng)用滲灌技術(shù)具有灌水均勻，提高 地溫，保持土壤疏松，降低室內(nèi)濕度，減輕病害發(fā)生，生育期提前等優(yōu)點(diǎn)。相反，當(dāng)土壤中含水量減少時，作物根部吸收的水分就相應(yīng)的減少，從而阻礙作物的生長，嚴(yán)重時作物出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。當(dāng)溫室內(nèi)的空氣濕度較高時，可能會誘發(fā)一些病蟲害。為了增加光合產(chǎn)物的生成，抑制不必要的呼吸消耗，在一天中，隨著光照強(qiáng)度的變化，實(shí)行變溫管理是一種很有效的管理方法。 溫室內(nèi)氣溫、地溫對作物的光合作用、呼吸作用、根系的生長和水分、養(yǎng)分的吸收有著顯著的影響，因此影響作物生長發(fā)育的環(huán)境條件中，以溫度最為敏感，也最為重要，對溫室環(huán)境控制的研究也是最先從溫度控制開始的。影響作物生長發(fā)育的環(huán)境條件主要包括 :溫度、濕度、光照、 CO2 濃度、土壤等。在實(shí)際生產(chǎn)中，一方面通過育種技術(shù)來獲得具有新遺傳性的品種，另一方面要通過先進(jìn)的栽培技術(shù)及適宜的環(huán)境條件來控制其生長和發(fā)育。下面就這些環(huán)境條件對作物的影響進(jìn)行簡略說明。 作物生長發(fā)育適宜的溫度， 隨種類、品種、生育階段及生理活動的變化而變化。根據(jù)有關(guān)研究記載，除了陰雨天以外，溫室內(nèi)午后過低的空氣濕度會導(dǎo)致作物發(fā)生光合作用的午休現(xiàn)象，因此空氣相對濕度的大小直接影響到作物的光合作用，這時就需要增加溫室內(nèi)的空氣濕度。如果土壤中水分過剩，濕度過高，導(dǎo)致土壤中的氧氣含量減少，作物根部呼吸困難，進(jìn)而危害作物的生長發(fā)育。傳統(tǒng)的大水漫灌既浪費(fèi)水資源，又容易使土壤發(fā)生板結(jié)，提高了室內(nèi)濕度。對作物生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在光照強(qiáng)度、光照時間、光質(zhì)三個方面。當(dāng)光照強(qiáng)度高于光飽和 點(diǎn)時，就需要降低溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度。有關(guān)研究表明，蔬菜作物產(chǎn)量的 90%~95%來自光合作用。人工補(bǔ)充 CO2己成為發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的重要措施之一。 綜上所述，溫室內(nèi)各環(huán)境因子之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，作物是在各環(huán)境因子的綜合影響下生長的，而不是單個因素作用的結(jié)果，各環(huán)境因子對溫室作物的作用 也不是簡單疊加的。發(fā)達(dá)國家近二十年來建造的溫室，自動化水平高，都設(shè)自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和集中控制系統(tǒng)，包括各種傳感器、計算機(jī)及各種電氣裝置等。對環(huán)境影響因素采用的控制方法一般有兩種： (1)單因子控制。這是 80 年代發(fā)展起來的利用計算機(jī)控制溫室環(huán)境因素的方法，將各種作物不同生長發(fā)育階段需要的適宜環(huán)境條件要求輸入計算機(jī)程序，當(dāng)某一環(huán)境因素發(fā)生改變時，其余因素自動做出相應(yīng)修正或調(diào)整。國外先進(jìn)溫室， 對室內(nèi)外氣溫、風(fēng)力、降雨等氣象情況，室內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度和含水量、光照強(qiáng)度、 CO2濃度、營養(yǎng)液的酸堿度 (PH 值 )、導(dǎo)電率 (EC)和溫度等環(huán)境參數(shù)，可利用計算機(jī)自動進(jìn)行檢測并實(shí)施控制。目前，在相關(guān)行業(yè)己經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)化測量和控制方面的研究，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取代傳統(tǒng)孤立的、信息閉塞的系統(tǒng)，甚至跨越以太網(wǎng)或 Inter 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 實(shí)施遠(yuǎn)程控制。近年來，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等新的控制理論不斷出現(xiàn)并逐漸應(yīng)用于溫室控制領(lǐng)域，這一問題得到很好的解決。 (2)監(jiān)控管理軟件的設(shè)計為控制器 (單片機(jī) )軟件的設(shè)計和開發(fā)。 (2) 使用溫度傳感器測量現(xiàn)場環(huán)境溫度，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及傳到單片機(jī)處理。 (6) 在完成以上功能時，要確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，是系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作。 本系統(tǒng)主要有自動監(jiān)控系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)，人機(jī)對話接口這三個部分組成。 本課題所選用的二氧化碳傳感器是FIGARO(弗加羅 )公司生產(chǎn)的固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件 TGS4顯示部分由單片機(jī)分時把溫度濕度及二氧化碳濃度值送到數(shù)碼管顯示。在電路的設(shè)計中，在實(shí)現(xiàn)其所要求的功能基礎(chǔ)上，盡量使電路簡單。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是把為數(shù)據(jù)寬度 的處理器能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單片機(jī)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等工作。 引腳圖如 ： 圖 AT89C51 引腳圖 1．主要性能參數(shù) AT89C51 系列單片機(jī)主要性能參數(shù)如下： 三級加密程序存儲器 8 個中斷源 同時，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 Vcc：電源電壓 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI 指令）時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的 低 8 位字節(jié)。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN） 輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 溫度傳感器的選擇及其電路設(shè)計 在實(shí)際的工作當(dāng)中，溫度檢測的方法一般用熱電偶、熱敏電阻以及集成溫度傳感器等測溫元件。煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 電阻值對溫度的依賴關(guān)系稱為阻溫特性。這種材料具有很大的正電阻溫度 系數(shù)，在居里溫度以上幾十度的溫度范圍內(nèi)，其電阻率可增大 4~10 個數(shù)量級，即產(chǎn)生所謂 PTC 效應(yīng)。 溫 度傳感器 AD590 簡介 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。電流輸出型的靈敏度一般為 1mA/KAD590 正是基于這些特點(diǎn)，工作時它就是利用晶體管的 be 結(jié)壓降的不飽和值 VBE 與熱力學(xué)溫度 T 和通過發(fā)射極電流 I 的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測：它的主要特性如下： 流過器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)， 即：式中： AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 55℃～ +150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。 AD590 溫度與電流的關(guān)系如下表所示 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 表 AD590 溫度與電流的關(guān)系 攝氏溫度 AD590 電流 經(jīng) 10KΩ電壓 0℃ uA 10℃ uA V 20℃ uA V 30℃ uA V 40℃ uA V 50℃ uA V 60℃ uA V 100℃ uA V 利用 AD590 溫度傳感器完成溫度的測量，把轉(zhuǎn)換的溫度值的模擬量送入ADC0809 的其中一個通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行溫度值變換之后送入數(shù)碼管顯示 2．溫度測量電路 要想克服簡單電路的缺陷，就要使得增益調(diào)整和補(bǔ)償調(diào) 整相互獨(dú)立。這樣，可以保證電路有較高的精度。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 （ 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μ s （ 4）單個＋ 5V 電源供電 （ 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 2． ADC0809 的技術(shù)指標(biāo) 分辨率為 8 為了使 ADC0809 的 CLK 引腳接上 500KHZ 脈沖，從單片機(jī)ALE/P 引腳（ 2MHZ）出來接上一個四分頻計數(shù)器 CD4013 得到 500KHZ 脈沖，如圖 所示 Q 端接至 CLK。這是因?yàn)闇y量濕度要比測量溫度復(fù)雜的多，溫度是個獨(dú)立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度 /溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。 HS1101 測量濕度采用將 HS1101 置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化磚換成電壓頻率信號，可以直接被微處理器采集。 高可靠性與長時間穩(wěn)定性 圖 濕度測量電路 特征參數(shù) 符號 Min Typ Max 單位 濕度測量范圍 RH 1 99 5 供電電壓 Vs 5 10 V 標(biāo)稱電容 55%RH C 177 180 183 pF 溫度效應(yīng) Tcc pF/℃ 平均靈敏度 (33%~75%RH) △ C/%RH pF/%RH 漏電流 Ix 1 nA 恢復(fù)時間 150 小時結(jié)露 tr 10 s 遲滯 +/ % 長時間穩(wěn)定性 %RH/yr 反應(yīng)時間 ta 5 S 曲線精度（ 10%~90%） +/2 %RH 可以按要求提供詳細(xì)的說明書 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 555 芯片外接 電阻 R57， R58 與 HS1101，構(gòu)成對 HS1101 的充電回路。引腳作為 R57 的短路引腳。表 2給出了典型頻率濕度關(guān)系（相對濕度： 55%，輸出頻率： ）。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 二氧化碳濃度的采集及電路 二氧化碳濃度傳感器 TGS4160 的簡介 本課題所選用的二氧化碳傳感器是 FIGARO(弗加羅 )公司生產(chǎn)的固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件 TGS4該模塊采用微處理器進(jìn)行控制， CO2氣體濃度的輸出信號電平為 － ，相當(dāng)于 03000ppm 的濃度，并有中繼轉(zhuǎn)接控制口，可輸出高、低兩種門限信號以供外接控制使用。 加熱器電壓： 177。 內(nèi)部熱敏電阻（補(bǔ)償用）： 100KΩ177。 產(chǎn)品尺寸：最大外徑 Φ24mm，高 24mm，引腳長 。該敏感元件的基襯是用對苯二酯聚乙烯和玻璃纖 維加固，然后采用不銹鋼網(wǎng)做圓柱型封裝。傳感器的 6 個引腳通過 的箔導(dǎo)線與內(nèi)部相連。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 圖 TGS4160 等效內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 TGS4160 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 傳感器 TGS4160 的電路連接 圖 TGS4160 電路圖 二氧化碳濃度信號采集 TGS4160 采集到信號后先經(jīng)運(yùn)算放大器，再接到 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 TGS4160 型 CO2傳感器 是一種電化學(xué)型氣體的敏感元件，當(dāng)該元件暴露在CO2氣體環(huán)境中時，就會產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)。 之內(nèi)。 在溫度為 20℃ 177。處理該信號通常有兩種方案可供選擇：一是使用費(fèi)加羅公司的 FIC98646 專用處理器模塊，二是選用其它型號的單片機(jī)并通過自己編程進(jìn)行信號處理?？撮T狗 (Watchdog)電路是自行監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個定時器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。 CS：片選擇輸入； WP：寫保護(hù)輸入。 X25045 引腳如圖 所示 圖 X25045 引腳圖 X25045 硬件連接圖如圖 所示。 C R3 的時間常數(shù)不必太 大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時CPU 的振蕩器已經(jīng)在工作。獨(dú)立式鍵盤輸入適合于按鍵輸入不多的情況，具有占用口線較少、軟件編寫簡單容易等特點(diǎn)。欲輸入設(shè)定值時，按一下“輸入使能鍵”， 程序進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)，再按“模式設(shè)定鍵”，可選擇不同的參數(shù)，即可以選擇輸入溫度值、濕度值、 CO2濃度值；按下“左移鍵”可以選擇各值的各個位數(shù)進(jìn)行輸入；再按下“加法鍵”或“減法鍵”，即可輸入對應(yīng)位的值；點(diǎn)按一下“左移鍵”，輸入輸入另一位??這樣可完成各個環(huán)境參數(shù)的設(shè)定。74LS164 為 8 位傳入并出移位寄存器，可以聯(lián)機(jī)使用。串行輸入帶鎖存。異步清除 VCC 最高電壓為 7V 74LS164 為串入并出譯碼器， AT89C2051 通過串行口輸出的 BCD 串行碼經(jīng)74LS164 譯碼輸出為七段 BCD 碼，直接與 LED 的 a—— g 相連，同時四位 LED的數(shù)據(jù)線都一一對應(yīng)連接在一