【正文】 集 ； 度、土壤水分、光照傳感器采集的電壓值分別通過(guò)校正，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 0ⅴ 5ⅴ電壓，送到ADC0809 的輸入端，再經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，變換為數(shù)字信號(hào)，送到 89C51。調(diào)濕，通過(guò) AT89C55 控制加熱爐和風(fēng)機(jī)完成升溫，室內(nèi)降溫主要通過(guò)排氣扇完成和風(fēng)機(jī)完成。 4. 土壤水分傳感器 土壤水分傳感器采用中科院南京土壤研究所研制的電阻式土壤濕度傳感器，該傳感器由陶頭、塑料連接管、壓阻傳感器、真空表頭四部分組成，該傳感器輸出為電壓值此電壓值雖能反映出土壤水勢(shì)的狀態(tài)變化但它不能直觀地反映土壤水勢(shì)指標(biāo)值，所以需對(duì)傳感器 進(jìn)行重新標(biāo)定。 8%90%RH RH線性 177。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五檔，其中 M 檔精度最高，在 5℃～+l50℃范圍內(nèi)，非線性誤差為 ? ℃。 AD590 具有線性好、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無(wú)需補(bǔ)償、熱容量小，抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫并且使用方便等優(yōu)點(diǎn)。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)。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。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。該系統(tǒng)可自動(dòng)控制加熱、降溫、通風(fēng)。 “ 九五 ” 期間，國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè) (設(shè)施農(nóng)業(yè) )研究項(xiàng)目，并且在項(xiàng)目中加大了計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究的力度，其中 “ 九五 ” 國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程 “ 工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程 ” 中，直接設(shè)置了 “ 智能型連棟塑料溫室結(jié)構(gòu)及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)施 ” 的專題 [3]。上位機(jī)軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時(shí)還能夠很好地完成溫室灌溉和氣候的控制和管理。 美國(guó)是最 早發(fā)明計(jì)算機(jī)的國(guó)家，也是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室控制和管理最早、最多的國(guó)家之一。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。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?，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。 本設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī)為核心完成了對(duì)空氣溫度、土壤濕度、光照度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示等系統(tǒng)的基本框圖、工作原理和繼電器控制的設(shè)計(jì)的工作。 通過(guò)以上設(shè)計(jì)可以對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程中的土壤濕度、環(huán)境溫度、光照度以及二氧化碳濃度進(jìn)行了實(shí)時(shí)地、連續(xù)地檢測(cè)、直觀地顯示并進(jìn)行自動(dòng)地控制。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?，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。 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。 以園藝業(yè)著稱的荷蘭從 20世紀(jì) 80年代以來(lái)就開(kāi)始全面開(kāi)發(fā)溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并不斷地開(kāi)發(fā)模擬控制軟件。 國(guó)內(nèi)狀況 我國(guó)農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開(kāi)始于 20世紀(jì) 70年 代， 80年代開(kāi)始應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研制的 “ 山東省濟(jì)寧大型育苗溫室計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng) ” ，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)分布式控制 [4]。 基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 5 第 2 章 溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì) 目前 ,我國(guó)農(nóng)村使用的簡(jiǎn)易日光溫室絕大部分采用手動(dòng)控制 ,生產(chǎn)效率低下 ,單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本偏高。因此 ,本系統(tǒng)就是利用價(jià)格便宜的一般電子器件來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)精度高 ,控制操作方便 ,性價(jià)比高的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的溫室大棚測(cè)控系統(tǒng)。其基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 6 不需要依靠任何燒錄器 ,直接通過(guò)電腦上的串口以 ISP 方式進(jìn)行燒錄。優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)置選通碼和數(shù)字信號(hào)傳輸，測(cè)溫范圍為 10℃ 50℃，基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 8 精度為 :≤ ℃，適用于遠(yuǎn)距離傳輸。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0℃時(shí)輸出為 0，溫度 25℃時(shí)輸出 。 在該設(shè)計(jì)中溫度的極限參數(shù)為： 5O℃≤ T≤ 7O℃； 濕度的極限參數(shù)為 l％≤ H≤ 99％； 溫度的顯示分度為 0． 1℃；濕度的顯示分度為 0． 5％； 基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 9 芯片特點(diǎn)： ●低成本，大批量 OEM 設(shè)計(jì) ●精度 2%，激光修正互換性至 5% ●線性電壓輸出對(duì)應(yīng) %RH ●低功耗設(shè)計(jì)： 200μ A驅(qū)動(dòng)電流 ●快速反應(yīng)： 15秒 ●穩(wěn)定性好、低漂移、抗化學(xué)腐蝕性能 ● HIH3610 有許多性能指標(biāo)，能性能指標(biāo)見(jiàn)表 表 HIH3610 性能指標(biāo) RH精度（ 1） 177。 %RH/℃（可忽略） %RH/℃（一般小于 1%RH 典型，固定環(huán)境 ， 15℃以上） 濕度范圍 工作 儲(chǔ)存 0到 100%RH，非凝結(jié) (1) 0到 90%RH，非凝結(jié) 溫度范圍 工作 儲(chǔ)存 40～ +85℃ 51～ +125℃ 操作 對(duì)靜電干擾敏感，二級(jí)管最大保護(hù)至 15KV 注： 長(zhǎng)時(shí)間處于 90%RH 時(shí)，將引起177。 2. 系統(tǒng)控制器 該設(shè)計(jì)選用 20K字節(jié)內(nèi)存存儲(chǔ)器和內(nèi)部 256字節(jié) RAM 的單片機(jī) AT89C55作為主控器。 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 它的主要功能模塊有：采集模塊、控制模塊、通訊模塊。 通過(guò)繼電器、行程開(kāi)關(guān)、電機(jī) 、 控制開(kāi)關(guān)窗、屋頂噴淋、遮陽(yáng)網(wǎng)、滴灌 ， 達(dá)到實(shí)時(shí)控制的要求控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)和噴灌裝置的控制，當(dāng)接收到上位機(jī)的控制信號(hào)時(shí)，將相應(yīng)的引腳置零即可開(kāi)通通風(fēng)和噴灌裝置。最后在主程序中 ,使用順序方式向微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) ； 使用中斷方式接受微機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。 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。 溫 度 傳 感 器 及 整 理 電 路濕 度 傳 感 器 及 整 理 電 路二 氧 化 碳 傳 感 器 及 整 理電 路A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)顯 示按 鍵 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) 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是傳感器及其整理電路 。 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 ； 相對(duì)濕度越小 ,濕度傳感器的電容越小。 )V內(nèi)。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。 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。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。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 振蕩器 ,無(wú)需外部晶振。同時(shí)還具有報(bào)警功能 ,當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫濕度異常時(shí)能經(jīng)行聲光報(bào)警。采集模塊主要完成溫度采集和濕度采集。 （ 3）選擇支持浮點(diǎn)運(yùn)算的控制器。 基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 21 第 4 章 溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng) 近年來(lái)，我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了較大的發(fā)展，溫室大棚作為新的農(nóng)作物種植技術(shù)，已突破了傳統(tǒng)農(nóng)作物種植受地域 、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制 ，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。 2. 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要完成對(duì)傳感器子系統(tǒng)傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和采樣。濕度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)溫室天窗、側(cè)窗啟閉部件以及噴霧器的控制以完成對(duì)濕度的調(diào)節(jié)。 硬。二氧化碳施放機(jī)構(gòu)完成對(duì)溫室內(nèi)二氧化碳施放。為了減輕后級(jí)處理工作量，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)對(duì)采得的原始數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行一定程度的預(yù)處理。 目前我國(guó)的溫室大棚，多依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，或以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路的較多，自動(dòng)化程度不高，效率低下，就農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境而言，溫度、 濕度、 光照、二氧化碳是其最基本的要素，作為檢測(cè)控制系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)以上要素的數(shù)據(jù)采集與分析處理，并進(jìn)行相應(yīng)的控制，以使溫室大棚為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的環(huán)境。 （ 5）數(shù)值處理利用定點(diǎn)算法?？刂颇K功能是控制調(diào)溫裝置和調(diào)濕裝置。 鍵盤(pán)模塊功能包括參數(shù)和功能設(shè)置 ,下位機(jī)查詢。芯片價(jià)格低廉也是其優(yōu)點(diǎn)之一。用戶可以通過(guò)按鍵對(duì)進(jìn)行溫度和濕度的設(shè)定。 L 1,輸出為 0～ 。顯示電路的工作方式是動(dòng)態(tài)掃描法。 在 10～ +50℃溫度范圍內(nèi) ,基本不受溫度的影響保持常量 .傳感器測(cè)量范圍是 350～ 1 000 mL在此采用第 1 種測(cè)量方法 ,測(cè)量電路如圖 示。因此，選擇合適 的傳感器直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能 ，溫度傳感器選用單片雙端集成溫度傳感器 AD590,濕度傳感器選用濕敏電容 HS1100,CO2 傳感器選用固態(tài)電化學(xué)型 CO2 傳感器 TGS4160 。 溫室大棚種植的環(huán)境 ,如溫度、濕度 和二氧化碳含量等是對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響最大的因素 ,傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式難以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息管理與科學(xué)種植的要求 ,國(guó)內(nèi)對(duì)溫室大棚參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用尚在起步階段 ,而引進(jìn)國(guó)外具有多功能的大型連棟溫室控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴 ,很難適合中國(guó)農(nóng)村的實(shí)際需求 。 MOV TH1, 0F3H；定時(shí)器初植 ,波特率為 1200B/S。濕度的控制同樣是通過(guò)開(kāi)關(guān)窗和溫室內(nèi)噴淋來(lái)實(shí)現(xiàn)光照控制是通過(guò)遮陽(yáng)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)太陽(yáng)的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時(shí)，關(guān)遮陽(yáng)網(wǎng)，低于設(shè)定的值，開(kāi)遮陽(yáng)網(wǎng)，滴灌控制是當(dāng)土壤水分傳感器的值低于設(shè)定的值時(shí)，打開(kāi)滴灌裝置進(jìn)行灌溉。通過(guò)對(duì) AT89S51 定時(shí)器 T0的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，每 15min 采集 1 次，用定時(shí)器 T,定時(shí)來(lái)確定三個(gè) 參量的采集時(shí)間間隔，定為 。主控器控制功能主要包括調(diào)濕、調(diào)溫和室外保溫等控制。 3. 光照傳感器 光照傳感器選用硅太陽(yáng)能電池的感應(yīng)元件及濾光系統(tǒng)構(gòu)成光照傳感器 ,該傳感器將 0150000LX 的光照信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)運(yùn)放電路放大為 0ⅴ5ⅴ電壓輸出。 5%RH， 060%RH；177。 AD59O 的主要特性如下 : ① 流過(guò)器件的電流 (uA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度 (開(kāi)爾文 )度數(shù)，即 :Ir/T=luA/K； ② AD590 的測(cè)溫范圍為 55～ +150℃； ③ AD590 的保存溫度為 65～ +175℃； ④ AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V ⑤ 輸出電阻為 710M? ； ⑥ 響應(yīng)時(shí)間僅為 20us； ⑦ 精度高。是利用 PN 結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。 溫 濕 度 傳 感 器8路模擬量和8路數(shù)字量輸入接口光 照 度 傳 感 器………土 壤 含 水 率 傳 感器L C D16路開(kāi)光量輸出接口C P URS232RS485鍵盤(pán)接口………通 風(fēng) 系 統(tǒng)執(zhí) 行 電 機(jī)加 熱 系 統(tǒng)執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)濕 連 水泵采 集 輸 入層數(shù) 據(jù) 處 理 層 操 作 控 制 層 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)由傳感器和單片機(jī)、控制裝置組成，傳感