【正文】 容值 為 180 pF,由此將相對(duì)濕度的基準(zhǔn)點(diǎn)定為 55%,并且與濕度傳感器 HS1100 的電容 CT 構(gòu)成一開(kāi)關(guān)電容分壓放大電路 ,CT 與 C2 的連接點(diǎn)電壓 UC 為運(yùn)放的同相輸入電壓信號(hào) ,U02 為運(yùn)放輸出電壓信號(hào) ,其輸入 /輸出特性 :當(dāng)輸入電壓 UC減小時(shí) ,輸出電壓 U02增大。電路中的 ICL7650S芯片是斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器。 基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 13 測(cè)試系統(tǒng)的組成及原理 本系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)捷的數(shù)字采集系統(tǒng)將其動(dòng)態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)地測(cè)量并顯示 ,設(shè)計(jì)分為硬件部分和軟件部分 。 MOV SCON, 50H；串行口工作方式設(shè)置為方式 1,REN=1。 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和單片機(jī)之間的通信，便于用戶遠(yuǎn)程管理，單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)和控制裝置當(dāng)前的狀態(tài)信息通過(guò) RS485 送到上位機(jī) ， 實(shí)現(xiàn)信息的上傳。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。 土壤調(diào)濕主要通過(guò)澆水、加肥來(lái)實(shí)現(xiàn)，可自動(dòng)完成或采用輔助報(bào)警，由人工完成。 5. CO2 傳感器 CO2 傳感器選用紅外線氣敏傳感器，此傳感器具有精度高，選擇性好，濃度檢測(cè)范圍大等特點(diǎn)，此傳感器將質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在 01000 106濃度的 CO2轉(zhuǎn)換為05ⅴ電壓輸出。 %RH 典型值 RH遲滯 177。 2. 濕度傳感器 本系統(tǒng)的濕度傳感器選用 Honeywell 公司的集成濕度傳感器 HIH3610，該傳感器內(nèi)部集成了信號(hào)處理功能電路，可完成將相對(duì)濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù) 。這種器件在被測(cè)溫度一定時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，測(cè)量精度高，并具有消除電源波動(dòng)的特性。后者建立在前者的基礎(chǔ)上，前者適于我國(guó)農(nóng)村個(gè) 體經(jīng)營(yíng)的現(xiàn)狀。溫室獨(dú)立控制系統(tǒng)上還包擴(kuò)各種人機(jī)界面和數(shù)據(jù)傳輸接口 ,實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換方式以及實(shí)時(shí)參數(shù)的設(shè)定。為此 ,針對(duì)簡(jiǎn)易日光溫室對(duì)溫度、濕度以及光照度等環(huán)境因素的控制要求 ,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于 STC89C58RD +單片機(jī)的低成本溫室自動(dòng)化控制系統(tǒng)。根據(jù)需要，通過(guò)按鍵將溫度信息輸入 MCU，根據(jù)情況可隨時(shí)調(diào)節(jié)環(huán)境。 20世紀(jì) 90年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的閆忠文研制了作物大棚溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。 此外，國(guó)外溫室業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展。美國(guó)有發(fā)達(dá)的設(shè)施栽培技術(shù)，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高。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)。由于單片機(jī)及各種電子器件性?xún)r(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡?。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量?。主要內(nèi)容有： （ 1） 通過(guò) 單片雙端集成溫度傳感器 AD590 采集實(shí)時(shí)溫度。 （ 4） 判斷采集到的參數(shù)值與設(shè)置值是否一致 ， 并進(jìn)行繼電器控制。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)。 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。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)。溫室專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高了決策水平 ，減輕了技術(shù)管理工作量，同時(shí)也為種植帶來(lái)了很大方便 [2]。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個(gè)通訊平臺(tái)，用戶可以在遙遠(yuǎn)的地方通過(guò)形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對(duì)話，就像在現(xiàn)場(chǎng)操作一樣，給人以身臨其境之感。河南省農(nóng)科院自動(dòng)化控制中心研制了 “ GCS— I型智能化溫室自動(dòng)控制系統(tǒng) ” ，采用上位機(jī)加 PLC的集散式控制方法，軟件采用智能化模糊算法。 目的是通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)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?學(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?，F(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。 STC89C58RD+單片機(jī)最高時(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。 基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 7 上位機(jī)通信接口大 棚 2 大 棚 n大 棚 1 大 棚 n 1 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： 濕 度 傳 感 器空 氣 濕 度 傳 感 器74HCD4051測(cè)溫放大器程控放大器土 壤 含 水 率 傳 感器其 他 傳 感 器MAX338A/D轉(zhuǎn)換器P 1P 2A T 8 9 C 5 5P 0P 1HD7279A驅(qū) 動(dòng) 電 路通 訊 口M A X 8 1 3儲(chǔ) 存 器鍵 盤(pán)顯 示繼電器調(diào) 光 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(lèi)型傳感器，分別介紹如下： 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。 集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的 b 一 e結(jié)壓降的不飽和值 Vbe 與熱力學(xué)溫度 T 和通過(guò)發(fā)射極電流 I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè) : Vbe =qKIT ?lnI ， K波爾茲常數(shù) ； q電子電荷絕對(duì)值 集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。然后信號(hào)送帶 8路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件 A／ D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809,經(jīng)轉(zhuǎn)換后送單 片機(jī) I/O 口。 1%RH(典型值 )，在 50%RH 環(huán)境，（ 5 年時(shí)間內(nèi)） 供電電源 供電電壓 消耗電源 4到 ，傳感器在 5VDC 下標(biāo)定 5VDC 輸出電壓 供電電壓 =5VDC 驅(qū)動(dòng)限制 Vout=Vsupply[(Sensor RH)+],典型值 25℃ (所附的工廠標(biāo)定數(shù)據(jù)提供類(lèi)似的、每個(gè)傳感器單獨(dú)標(biāo)定的數(shù)據(jù) 25℃） 到 輸出 25℃典型值 對(duì)稱(chēng)的拉 /推： 50μ A典型值， 20μ A最小值， 100μ A 最大值 開(kāi)啟 秒 溫度補(bǔ)償 效應(yīng) 0%RH 效應(yīng) 100%RH 真實(shí) RH=(Sensor RH)/（ ）， T 為華氏度 真實(shí) RH=(Sensor RH)/（ ）， T為攝氏度 177。 1. A/D 轉(zhuǎn)換 該設(shè)計(jì)選用 ADC0809 把各被檢測(cè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送至主控 制器，其優(yōu)點(diǎn)在于換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，線性度高，并可通過(guò)軟件程下直接實(shí)現(xiàn)溫度、土壤含水率等參數(shù)的切換。 溫室大棚的軟件組成 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和微機(jī)程序設(shè) 計(jì) 。根據(jù)不同的控制要求 ， 發(fā)出不同的控制信號(hào) ,。如果是誤碼 , 則不處理 ,不執(zhí)行控制處理程序 ,直接退出中斷；如果是有效數(shù)據(jù) , 則接收 , 并根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行操作 ,向控制部件發(fā)送命令 ,控制開(kāi)關(guān)窗、遮 陽(yáng)網(wǎng)等部件 ,達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。 SETB ES；串口中斷允許 SETB EA；中斷允許。 傳感器把被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) ,并經(jīng)過(guò)整理電路調(diào)理變?yōu)?0～ 5V的直流電壓信號(hào) ,再經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ,送入單片機(jī)內(nèi) ,經(jīng)過(guò)計(jì)算 ,以分時(shí)顯示的形式 ,把 3 個(gè)被測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)地輪流顯示出來(lái) ， 軟件采用匯編語(yǔ)言的程序模塊構(gòu)成。電路的測(cè)溫范圍為 0～ 100℃ ,相應(yīng)輸出為 0～ 5V,基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 14 呈現(xiàn)線性關(guān)系。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。設(shè)置的按鍵的功能是 :按 SW1 顯示溫度的參數(shù)值；按 S W2 顯示濕度的參數(shù)值；按SW3 顯示 CO2 含量參數(shù)值 ； 復(fù)位鍵的作用是 ,當(dāng)按下“ S W1” ,“ S W2”或“ S W3” 任意 1 個(gè)鍵時(shí) ,顯示器則只顯示其對(duì)應(yīng)的參數(shù)值 ,可以通過(guò)按復(fù)位來(lái)使顯示器恢復(fù)輪流顯示 ， 顯示采用 4位 LED 顯示 ， 其中 3位顯 示所測(cè)量參數(shù)信號(hào)的大小 ,另1位代表所測(cè)信號(hào)的通道 ， 利用 AT89C51 的 P0 口和 P2 口的低 4 位來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示。寄存器 R3 用作 3 路循環(huán)控制 ,R0 用作顯示數(shù)據(jù)地址指針 ， 由于顯示器 用的是段碼顯示 ,不能顯示各參數(shù)的單位 ,但各個(gè)通道的單位是一定的。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)采用的是網(wǎng)絡(luò)式的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)。該芯片采用的 RISC 結(jié)構(gòu) ,比相同時(shí)鐘的 51 單片機(jī)執(zhí)行速度快約 12倍。上位機(jī)除了正常的數(shù)據(jù)收集和顯示作用外 ,還可以通過(guò)按鍵進(jìn)行溫濕度的設(shè)定 ,查詢(xún)每個(gè)下位機(jī)的具體值。 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)軟件主要有采集模塊 ,通訊模塊和控制模塊。 （ 2）設(shè)計(jì)抗干擾性強(qiáng)的電路。 軟件可靠性設(shè)計(jì) 軟件部分可靠性主要通過(guò)抗干擾設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) ,其中本系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)主要包括以下部分 :(1)采用數(shù)字濾波方法來(lái)抑制輸入通道的干擾 ； (2)對(duì)數(shù)字輸出信號(hào)處理； (3) 對(duì)部分關(guān)鍵控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)； (4) 采用指令冗余、軟件陷阱、“ 看門(mén)狗” 等方法避免程序混亂。由于溫室大棚一般構(gòu)造面積較大，傳感器屬定點(diǎn)使用的一次性?xún)x表，故各類(lèi)傳感器的使用數(shù)量較多。 4. 伺服子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)包括溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)降溫設(shè) 備（如濕簾風(fēng)機(jī)）、加熱設(shè)備（如熱風(fēng)機(jī)）的工作方式及時(shí)間的控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)功能。 系統(tǒng)功能的易擴(kuò)充性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο髾C(jī)制和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在不需改動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下，容易增加新的模塊，使系統(tǒng)的功能擴(kuò)充容易、方便。 主要特點(diǎn) 信號(hào)檢測(cè)的多元化 本特點(diǎn)指檢測(cè)信號(hào)有溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等多種不同類(lèi)型的信號(hào)，并且同一種類(lèi)型的信號(hào)又有若干多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。 3. 信息處理子系統(tǒng) 信息處理子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，包括環(huán)境參數(shù)預(yù)設(shè)置、信號(hào)處理和控制 3個(gè)部分。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 溫室大棚檢測(cè)控制系統(tǒng)為滿足室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求，應(yīng)采用多級(jí)子系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)。 本系統(tǒng)在選擇合適的器件和合理的電路同時(shí) ,在軟件上也采用了數(shù)字濾波和定點(diǎn)算法 ,減小了系統(tǒng)誤差。 誤差分析 系統(tǒng)誤差來(lái)源有兩個(gè) ,一個(gè)是系統(tǒng)硬件 ,另一個(gè)是系統(tǒng)軟件。顯示模塊是用于同時(shí)顯示測(cè)得的溫度值和濕度值。上位機(jī)與下位機(jī)通信采用的 RS485 總線形式 ,這種通信接口允許在簡(jiǎn)單的一對(duì)雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信 ,它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長(zhǎng)度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法比擬的。同時(shí) ,還具有報(bào)警機(jī)制 ,當(dāng)某處的溫度和濕度出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警并顯示異常點(diǎn)。 運(yùn)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可達(dá)到要求的精度。 圖 微處理器硬件接口電路 程序模塊 主程序 系統(tǒng)上電時(shí) ,初始化程序?qū)?70H,71H,72H 內(nèi)存單元清零， P3 口置零。 L 1,但根據(jù)溫室大棚 CO2 含量的實(shí)際情況 ,在此設(shè)定所測(cè)量的 CO2 含量在 350～ 900mL Uf為外加的 10 kHz 方波信號(hào)。 （ 1） 溫度測(cè)量電路 采用溫度傳感器 AD590,其測(cè)溫放大電路設(shè)計(jì)如 示。 為此 ,作者研制了一種性?xún)r(jià)比較高、運(yùn)行可靠的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) ,以適合中國(guó)溫室大棚種植科學(xué)化管理的推廣與應(yīng)用。 MOV TL1, 0F3H； 8 位重裝。 3. 通信模塊 通訊模塊可將采集到的參量傳到上位機(jī)，并接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的控制信息。溫室內(nèi)布置有溫度、濕度、土壤水分、光照傳感器、溫度傳感器將采集的信號(hào)送到 89C51 內(nèi)的定時(shí)器 T0 的輸入端 , 通過(guò)對(duì)定時(shí)器 T0 的計(jì)數(shù) ,實(shí)現(xiàn)溫度的采