【正文】 ................................... 7 系統(tǒng)組成框圖 .......................................................... 7 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................................ 9 微控制器概述及其最小系統(tǒng)設(shè)計 ................................................ 9 AT89S52 單片機的特點 ................................................... 9 最小系統(tǒng)設(shè)計 ......................................................... 11 溫度數(shù)據(jù)采集與處理模塊設(shè)計 ................................................. 12 溫度傳感器 AD590 ...................................................... 12 溫度測量電路 ......................................................... 13 濕度數(shù)據(jù)的采集與處理模塊設(shè)計 ............................................... 15 濕度傳感器 HS1101 簡介 ................................................ 15 濕度監(jiān)測電路 ......................................................... 16 濕度信號的溫度補償 ................................................... 18 二氧化碳數(shù)據(jù)的采集與處理模塊設(shè)計 ........................................... 19 二氧化碳傳感器的選擇 ................................................. 19 二氧化碳測量電路 ...................................................... 22 A/D 轉(zhuǎn)換器及其接口電路設(shè)計 .................................................. 22 串行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC2543 ............................................... 22 顯示電路設(shè)計 ............................................................... 24 報警電路設(shè)計 ............................................................... 26 執(zhí)行機構(gòu)電路設(shè)計 ............................................................ 27 固體繼電器簡介 ....................................................... 27 執(zhí)行機構(gòu)電路 ......................................................... 28 串行通信接口電路設(shè)計 ....................................................... 29 RS232 簡介 ............................................................ 29 通信 接口電路 ......................................................... 30 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................................... 31 畢業(yè)論文（設(shè)計） 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計 青海大學(xué)水利電力學(xué)院 主程序模塊設(shè)計 .............................................................. 31 各子程序模塊流程圖設(shè)計 ...................................................... 33 總結(jié)與展望 .......................................................... 錯誤 !未定義書簽。因此，溫室大棚技術(shù)是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點之一。本課題就是產(chǎn)生于這樣的背景之下，將重點探討如何建立能適合我國國情的溫室控制系統(tǒng)，具有一定研究價值。吉林工業(yè)大學(xué)研制的“溫室環(huán)境自動檢測系統(tǒng)”，僅實現(xiàn)了溫濕度的自動測試，“智能型溫室環(huán)境控制器”僅實現(xiàn)了溫室內(nèi)的噴水自動控制等。遺傳決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的潛勢，而環(huán)境則決定這種潛勢可以發(fā)揮兌現(xiàn)的程度。 4. 本系統(tǒng)的控制方案 本系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)由溫度傳感器檢測溫室內(nèi)溫度，根據(jù)室外天氣狀況和室內(nèi)溫度，并與設(shè)定值比較，決定升、降 溫措施和啟動控制裝置。 因為濕度控制與溫度控制具有一定的耦合性，如加熱措施可能會引起濕度的下降，而增濕措施可能會引起溫度的下降，因而在溫室控制中要綜合考慮這些耦合性，也就是當(dāng)出現(xiàn)一個環(huán)境因子需要調(diào)控時盡量使用那些對該環(huán)境參數(shù)影響最大而對其他環(huán)境參數(shù)影響較小的調(diào)控方案，例如夏季光照較強，而濕度滿足要求時候，因為遮陽網(wǎng)的張開對濕度的影響相對較小，故只需張開內(nèi)或外遮陽網(wǎng)遮陽；或者當(dāng)兩個環(huán)境因子同時需要調(diào)控時，盡可能地選用能同時調(diào)節(jié)這些環(huán)境參數(shù)的調(diào)控方案，例如在冬季溫室環(huán)境控制中，在溫度過低、濕度過大的情況下，可以采用熱風(fēng)機加溫，一方面溫 度上升，另一方面濕度下降，由于冬季保溫是最重要的，因而不考慮采用強制通風(fēng)這類除濕手段；再如在夏季高溫和濕度較低的情況下，通常啟動內(nèi)噴淋及其組合措施，這樣既能降低溫度也能提高濕度。溫室結(jié)構(gòu)的半封閉性又決定了溫室與外界的物質(zhì)與能量交換，又會引起溫室小氣候環(huán)境的變化，這種變化在一定程度上又會影響作物的生長。 本部分是大棚檢測和控制系統(tǒng)的核心部分，主要涉及微控制器及其外圍接口電路，包括信號的輸入，輸出通道及系統(tǒng)鍵盤顯示電路，執(zhí)行機構(gòu)電路等。 主要特點有： （ 1）與 MCS51 單片機兼容； （ 2） 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器； （ 3） 1000 次擦寫周期； （ 4）全靜態(tài)操作： 0Hz— 33MHz； 畢業(yè)（設(shè)計）論文 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計 10 水利電力學(xué)院 （ 5）三級加密程序存儲器； （ 6） 32 個可編程 I/O 口線； （ 7）三個 16 位定時器 /計數(shù)器； （ 8）六個中斷源 （ 9）全雙工 UART 串行通道； （ 10）低功耗空閑和掉電模式； （ 11）掉電后中斷可喚醒； （ 12）看門狗定時器； （ 13）雙數(shù)據(jù)寄存器指針； （ 14）靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程； （ 15） ～ 工作電壓； （ 16）掉電標(biāo)識符 。系統(tǒng)接電時要復(fù)位，斷電時要復(fù)位，發(fā)生故障后也要復(fù)位。而由 AD公司生產(chǎn)的 AD590集成溫度傳感器，它具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便、價格比較低，并且具有長期穩(wěn)定性等優(yōu)點，因此，得到廣泛應(yīng)用。 A 1A 2A 3 + 1 2 V A D 5 9 02 0 K 1 0 K1 0 K1 0 KR 31 0 0 K 9 . 5 K 1 0 K R 11 K U 0 1U 0 2U 0R 2 1 0 K O U T畢業(yè)（設(shè)計）論文 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計 14 水利電力學(xué)院 圖 33 溫度測量電路 電路輸出為電壓信號，需要經(jīng)過進一步 A/D 轉(zhuǎn)換。常用的有高分子電阻式濕度傳感器、高分子電容式濕度傳感器等。可見其精度是較高的。響應(yīng)時間越短，表明濕敏元件的吸濕過程和脫濕過程越快，濕滯回差越小，濕敏元件性能越好。半導(dǎo)體式傳感器 :以半導(dǎo)體為敏感材料，在各種物理量的作用下引起半導(dǎo)體材料內(nèi)載流子濃度或分布的變化，通過檢側(cè)這些物理特性的變化，即可反映被測參數(shù)值。分析 C02氣體時，紅外光源發(fā)射出 1～ 20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經(jīng)過一個 ，由紅外傳感器監(jiān)測透過 紅外光的強度，以此表示 C02氣體的濃度。吸收系數(shù)取決于氣體特性，各種氣體的吸收系數(shù) u互不相同。而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的溫室大棚，形成了一個相對封閉的環(huán)境，使得對二氧化碳濃度的控制成為可能。另外，濕敏元件檢測濕度時，所加的激勵電壓不能用直流電壓，而要用交流電壓。 畢業(yè)（設(shè)計）論文 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計 16 水利電力學(xué)院 HS1101的主要特性如下 : （ 1）全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正 （ 2）長時間飽和下快速脫濕； （ 3）可靠性高，長時間穩(wěn) 定性； （ 4）可用于線性電壓或頻率輸出； （ 5）反應(yīng)時間快； （ 6）專用的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)。 早在 18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計，而電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近 20年才迅速發(fā)展起來的。 AD590共有 J、 K、 L、 M五檔，其中 M檔精度最高，在 5℃ — +l50℃范圍內(nèi)，非線性誤差為士 ℃。當(dāng)工作端和參比端之間存在溫差時，就會在回路中產(chǎn)生熱電動勢，接上顯示儀表，儀表上就會指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢的對應(yīng)溫度值。振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不直接使用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)使用，作為時鐘信號，在二分頻的基礎(chǔ)再三分頻產(chǎn)生 ALE 信號，也就是說二分頻的基礎(chǔ)上六分頻得到機器周期信號。 AT89S52是一種低功耗、低價格，高性能 8位微控制器。當(dāng)溫度高于期望的上限或濕度高于期望值上限時，單片機控制風(fēng)扇進行排風(fēng)；當(dāng)溫度低于期望 值下限時，單片機驅(qū)動加熱器進行加熱；當(dāng)二氧化碳的濃度低于要求的下限時，單片機控制二氧化碳容器排放適量的二氧化碳；當(dāng)二氧化碳的濃度高于指定的上限時，單片機控制電磁閥打開天窗或者側(cè)窗。 4. 本系統(tǒng)二氧化碳控制方案 本系統(tǒng)施肥控制方案：出于控制的需要，本系統(tǒng)采用的是鋼瓶裝的液態(tài)二氧化碳氣源，用繼電第二章 研究方案的設(shè)計 水利電力學(xué)院 7 器的啟閉和控制時間來實現(xiàn)對二氧化碳釋放量的控制。 2．溫室濕度特點 溫室濕度的特點有：室內(nèi)濕度通常較高，受季節(jié)和晝夜影響大；不同的作物對濕度的要求不同；相同作物在不同的生長期對濕度也有不同的要求；反過來，作物的生長對濕度也有很大影響，作物通過蒸騰作用可以釋放大量的水蒸氣。另一種在室內(nèi)掛遮光幕，降溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時須考慮安裝成本，清除玻璃表面的水垢污染問題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內(nèi)，達到降溫目的。 本課題主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面： 1. 空氣溫度、濕 度、二氧化碳濃度傳感器的選型及相應(yīng)信號處理電路的設(shè)計； 2. 實現(xiàn)溫室內(nèi)空氣溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)的自動測試； 3. 通過人機對話接口實現(xiàn)參數(shù)顯示和在線參數(shù)修改； 4. 系統(tǒng)的可靠性及抗干擾設(shè)計。 第一章 緒論 水利電力學(xué)院 3 （ 2）缺乏與我國氣候特點相適應(yīng)的溫室測控軟件。溫室可以不受地點和氣候的影響，設(shè)置在氣候惡劣的各種地區(qū)。溫室大棚技術(shù)則是其中一個重要環(huán)節(jié)，并且適合我國當(dāng)前的國情：我國農(nóng)業(yè)技術(shù)水平落后，作物生產(chǎn)單一，專用品種缺乏，絕大多數(shù)地方還是要靠天吃飯。系統(tǒng)主要具有如下功能：對當(dāng)前的環(huán)境因子測量并記錄，采用了4 位 LED 顯示數(shù)碼管，能實時顯示當(dāng)前測量值；當(dāng)采集到的當(dāng)前值高于上限值或低于下限值時，能夠?qū)崿F(xiàn)超限報警，其中長鳴聲代表超低限報警，短鳴聲代表超高限報警，與此同時相應(yīng)的報警指示燈亮；當(dāng)測量值低于或高于適宜值時，輸出開關(guān)量控制；提供人機對話界面，采用一根串口線與電腦串口相連進行通訊，可以在電腦上顯示當(dāng)前的采集值，并可隨時修改數(shù)據(jù)，設(shè)置高、低閥值。 本系統(tǒng)利用計算機自動控制技術(shù)，將檢測與控制過程完全自動化，實現(xiàn)溫室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳濃度的自動調(diào)控。 大力發(fā)展中小型基于單片機控制的溫室大棚是以符合我國現(xiàn)有的基本國情為出發(fā)點，以此為基點在不遠的將來以小變大、以單一變綜合，從而促進我國農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方式到自動化方式的實現(xiàn)，以及將來向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。 溫室中的環(huán)境由多個因子組成，諸如光、溫度、空氣相對濕度、 CO2濃度、土壤水分等是其中較為重要的幾個。與此同時，從 1979年至 1994年，從歐美、日本等國家引進了一系列現(xiàn)代化溫室 (包括加溫系統(tǒng)、濕簾降溫系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、監(jiān)測與集中控制系統(tǒng)及其它附屬設(shè)施 )進行實驗研究。研究溫室大棚的控制系統(tǒng)的基本運行規(guī)律、分析溫室大棚的控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中存在著一些