【文章內(nèi)容簡介】 、通風。溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技術(shù)的體現(xiàn)。改變傳統(tǒng)的控制方式,實施溫室環(huán)境的計算機監(jiān)控,開發(fā)符合中國國情的溫室自動控制系統(tǒng),對加快中國溫室生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平和提高溫室的經(jīng)濟效益具有重要意義。 溫室控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容溫室控制系統(tǒng)以 AT89C54 單片機的溫度、濕度測量和控制系統(tǒng)為核心來對溫濕度進行實時巡檢。單片機能獨立完成各自功能，同時能根據(jù)主控機的指令對溫度進行定時采集。測量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機的串行口和 RS232 總線通信協(xié)議把溫室中的溫度、濕度等參數(shù)及時上傳至上位機，并與設(shè)定值進行比較，與設(shè)定值不符時采取相應的處理措施，以實現(xiàn)恒溫恒濕環(huán)境。在設(shè)計的過程中充分考慮到性價比和精度，在選用低價格、通用元件的的基礎(chǔ)上，盡量滿足設(shè)計要求，并使系統(tǒng)具有高的精度。本控制系統(tǒng)以單片機的控制為核心，實時監(jiān)測環(huán)境的溫度和濕度，并設(shè)定了這兩個參數(shù)的上下限定值，并具有相應的報警系統(tǒng)，當超過設(shè)定的限定值時，單片機控制報警系統(tǒng)進行報警，而且同時驅(qū)動繼電器打開相應的開關(guān)使相應的執(zhí)行機構(gòu)運行。當參數(shù)值恢復到設(shè)定值范圍內(nèi)時，單片機控制執(zhí)行機構(gòu)停止運行。從而使環(huán)境的溫濕度在一定的范圍內(nèi)得到控制。本設(shè)計主要內(nèi)容包括以下幾個方面：，設(shè)計相應的信號采集和處理電路。 AT89C54 單片機的主要功能和特性，以其為核心設(shè)計控制系統(tǒng)。，如鍵盤、顯示、報警等。 RS485 實現(xiàn)單片機與上位機的通信。濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5第二章 溫室自動控制系統(tǒng)介紹 單片機應用系統(tǒng)的設(shè)計原則在應用系統(tǒng)設(shè)計中，軟件、硬件緊密相關(guān)。多用硬件可減輕 CPU 負擔，提高工作速度。多用軟件可降低成本，但軟件人員的工作量增大。對于一個應用系統(tǒng)，有些部分必須由硬件完成，有些部分必須由軟件完成，對于軟、硬件都可完成的交叉部分，應根據(jù)具體情況選擇最佳方案，以達到最佳性能價格比。 硬件設(shè)計的基本原則系統(tǒng)硬件設(shè)計中，一定要注意在滿足性能指標的前提下，盡可能地降低價格，以便得到高的性能價格比，這是硬件設(shè)計中優(yōu)先考慮的一個主要因素，也是一個產(chǎn)品爭取市場的主要因素之一。選購設(shè)備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、振動、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。要有超量程和過載保護，保證輸入、輸出通道正常工作。要注意對交流電以及電火花等的隔離，要保證連接件的接觸可靠。有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產(chǎn)生錯誤的必要條件。例如強電與弱電之間的隔離措施，對電磁干擾的屏蔽，高輸入阻抗下的防止漏電等。 軟件設(shè)計的基本原則程序應該采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計。這不僅有利于程序的進一步擴充，而且也有利于程序的修改和維護。，使用方便，系統(tǒng)應設(shè)計一定的檢測程序，例如狀態(tài)檢測和診斷程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時，便于查找故障部位。對于重要的參數(shù)要定時存儲，以防止因掉電而丟失數(shù)據(jù)。濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 溫度傳感器 DS18B20DS18B20 是 DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的，是一種單總線溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，有兩種封裝形式分別為 3 腳 PR 35 封裝和 16 腳SSOP 封裝。本文采用的是 3 腳 PR 35 封裝，其具有以下特點：（1）采用了單總線技術(shù)，傳感器直接以二進制輸出被測溫度，可通過串行口線，也可與單片機通過 I/O 口連接；（2）測量溫度范圍為： 55℃～+125℃ ，測量精度高達+℃；（3）內(nèi)含寄生電源，在兩線方式下可通過數(shù)據(jù)線提供寄生電源，而不需要再單獨供電；（4） 轉(zhuǎn)換時間在分辨率為 12 位（即 ℃） 時最大轉(zhuǎn)換時間為 750ms；（5）用戶可分別對每個器件設(shè)定溫度上下限；（6）DS18B20 在使用時不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；（7）電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；（8）每個 DSl8B20 器件對應一個唯一的 64 位長的序號，該序號值存放 ROM 中，可通過序號匹配實現(xiàn)多點測溫。 濕度傳感器 IH3605 IH3605 結(jié)構(gòu)及引腳介紹由于 IH3605 內(nèi)部的兩個熱化聚合體層之間形成的平板電容器電容量的大小可隨濕度的不同發(fā)生變化，從而可完成對濕度信號的采集。熱化聚合體層同時具有防御污垢、灰塵、油及其它有害物質(zhì)的功能。IH3605 的引腳定義分別如圖 所示。IH3605 采用 SIP 封裝形式，有 3 個引腳，1 腳()接地；2 腳(OUT)輸出與濕度相對應的模擬電壓；3 腳(+)接電源。1 2 3 +O U T IH3605引腳圖 IH3605 的電壓輸出特性IH3605 的輸出電壓是供電電壓、濕度及溫度的函數(shù)。電源電壓升高，輸出電壓將成比例升高，在實際應用中，通過以下兩 個步驟可計算出實際的相對濕度值。濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7，計算出 25℃溫度條件下相對濕度值 RH0 。VOUT=VDC( RH0 +)其中 VOUT 為 IH3605 的電壓輸出值，VDC 為 IH3605 的供電電壓值，RH0 為 25℃ 時的相對濕度值。，計算出當前溫度下的實際相對濕度值 RHRH= RH0/(—)其中 RH 為實際的相對濕度值，t 為當前的溫度值，單位為℃。IH3605 的輸出電壓與相對濕度的關(guān)系曲線如圖 所示0 . 5 1 . 01 . 52 . 02 . 53 . 03 . 54 . 04 . 502 0 4 0 6 08 01 0 0相對濕度 （ % ）輸出電壓（ V ）4 . 0 73 . 9 03 . 5 00 ℃2 5 ℃8 5 ℃0 . 8 輸出電壓與濕度關(guān)系曲線 其它傳感器它是利用光敏電阻的光電效應進行工作的。在黑暗的環(huán)境下光敏電阻的電阻值很大，導電性降低，受光線照射后，電阻值降低，導電性增強。常用的光敏器件有光敏二極管和三極管，作光照傳感器使用時，一般和一個電阻相串聯(lián)，接入到電橋電路中去。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單可靠，反應快，精度比較高，光敏二極管的靈敏度比三極管的更高一些。光照測量采用光電池實現(xiàn)，測量范圍 0100 光照單位，測量精度為士 3 光照單位。監(jiān)測二氧化碳含量的方法有導電率法和紅外線二氧化碳分析儀測試法等。導電率法是根據(jù)氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應時其導電率會發(fā)生變化的原理進行測量的。測量范圍的變化取決于氫氧化鈉的規(guī)定含量，通?？蓽y定 502022mg/kg 范圍內(nèi)的二氧化濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8碳含量。溶液的導電率通過電極測量的信號經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后可輸入微機處理后調(diào)控二氧化碳濃度。在溫室中監(jiān)測二氧化碳含量最常用的方法是導電率法。二氧化碳測量采用二氧化碳傳感器 GS160 實現(xiàn)，該傳感器測量精度高、線性度好，測量范圍 0100PPM，測量精度為士 3PPM。 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC549 的主要特點TLC549 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過 CLK、CS、DATA OUT 三條口線進行串行接口。具有 4MHz 片內(nèi)系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長 17μs，TLC549 為 40000 次/s。總失調(diào)誤差最大為177。，典型功耗值為 6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍，VREF接地，VREF+－VREF≥1V，可用于較小信號的采樣。TLC1549 引腳排列如圖 所示。R E F + A N A L O G I NR E F G N DV C CI / O C L O C KD A T A O U TC S12348765 TLC549 引腳排列TLC549 在工作溫度范圍內(nèi)的極限參數(shù):電源電壓 VCC: V。輸入電壓范圍: V～VCC+ V。輸出電壓范圍: ～VCC+ V。正基準電壓: VCC+ V。負基準電壓: V。峰值輸入電流: 177。10 mA。峰值總輸入電流: 177。30 mA。工作溫度范圍:TLC549C 為 0℃～70℃, TLC549I 為 40℃～85℃。濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 數(shù)碼管顯示接口電路C N12345678abcdefg.d pabcdefgd p LED數(shù)碼管7 段 LED 數(shù)碼管是利用 7 個 LED 組合而成的顯示設(shè)備如圖 所示，可以顯示 0到 9 共 10 個數(shù)字。當要顯示多個數(shù)碼管，可分別驅(qū)動每個數(shù)碼管，當要利用人類的視覺暫留現(xiàn)象，則可以采用快速掃描的方式，只要一組驅(qū)動電路即可達到顯示多個數(shù)碼管的目的。一般來說，7 段 LED 數(shù)碼管可分為共陽極和共陰極兩種，共陽極就是把所有 LED 的陽極連接到共同的接點 ，而每個 LED 的陰極分別為 a、b、c、d、e、f、g 及dp（小數(shù)點）；同樣的，共陰極就是把所有 LED 的陰極連接到共同的接點 ，而每個LED 的陽極分別為 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小數(shù)點）。 鍵盤接口電路按鍵是一組常開的按鍵開關(guān)。按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的 I/O 端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般在 510ms 之間。為了避免單片機多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。本文在軟件中采用了相應的軟件程序來消除抖動。當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，延時 1020ms 再查詢是否有鍵按下，若沒有鍵按下，說明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動；若仍有鍵按下。則說明閉合鍵已穩(wěn)定。報警范圍鍵盤修改程序，是通過中斷轉(zhuǎn)入執(zhí)行的，所以設(shè)置/完成鍵，連接至 外中斷口，本系統(tǒng)只使用六個按鍵，用于設(shè)置溫度和濕度的報警范圍。綜合考慮各種因素的影響，決定選用非編碼式獨立鍵盤作為本設(shè)計的鍵盤輸入。直接用 I/O 口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條 I/O 口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10響。 溫室自動控制系統(tǒng)控制原理溫室自動控制系統(tǒng)應是一種具有良好控制精度、較好的動態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)。按照系統(tǒng)的控制目的，溫室控制系統(tǒng)主要由氣候監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，氣候監(jiān)控系統(tǒng)對影響作物生長的外界環(huán)境因素進行實時、動態(tài)的測量與分析，包括溫度、濕度、二氧化碳含量、光照等，通過控制天窗的開、關(guān)角度和遮陽簾開合、通風、噴淋等措施達到最佳控制狀態(tài)。 溫室自動控制系統(tǒng)的控制量與控制措施降溫。仲夏季節(jié)，室外氣溫達 3637℃時。溫室內(nèi)溫度近 40℃，植物表面溫度更高。在使用遮陽網(wǎng)后，太陽輻射降低，植物表面溫度降低，但氣溫降低較小，還應打開天窗、側(cè)窗、噴淋、風機，則可使氣溫和植物表面溫度降到 30℃左右，能夠滿足植物生長需要。加溫。冬季保溫可采用鍋爐熱水加熱系統(tǒng)。冬季晴天溫室內(nèi)溫度可達 20℃左右，但夜間溫度較低，用熱水加熱系統(tǒng)使夜間室溫增加，基本達到植物生長需求。在設(shè)計時，以室溫保持 10℃以上為目標。增濕。夏季，室內(nèi)平均濕度在 60％左右，這對植物生長不利，而使用噴淋降溫系統(tǒng)時濕度會增加，一般增加到 75％—85％，這較適合作物生長，但又不會造成濕度過大。降濕。降濕的主要方法是通風。在此靠開天窗和通風機強制通風。遮光。夏季，中午前后光照強度大，室內(nèi)可達 5—8 萬 Lx，對植物生長很不利，開啟遮陽網(wǎng)，可以使光照下降到 3 萬 lx 左右，這一光照強度對作物來說是較合適的。補光。當室內(nèi)光照強度低于 3 萬 lx 時要關(guān)閉遮陽網(wǎng)。二氧化碳濃度調(diào)節(jié)屬于輔助調(diào)節(jié)，只在特殊情況下需要調(diào)節(jié)。溫室內(nèi)夏季氣溫高、光照強，植物生長旺盛，二氧化碳消耗量大，常需要通過二氧化碳發(fā)生器沖入二氧化碳進行調(diào)節(jié)，使植物充分地進行光合作用。濰坊學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11增施二氧化碳的方法一般采用兩種：1)短時間通風。一般情況下由于溫室作物不斷吸收二氧化碳進行光合作用，室內(nèi)的二氧化碳濃度低于自然界的二氧化碳濃度，適當?shù)赝L換氣可以增加室內(nèi)二氧化碳濃度。2)利用二氧化碳發(fā)生器人工增施二氧化碳，保持室內(nèi)的吸濃度達到 1000pm。 控制原理控制系統(tǒng)由中心計算機和單片機智能控制儀組成，l 臺上位機與多臺下位機實現(xiàn)主從式通信，對溫室進行監(jiān)測、管理和控制。單片機智能控制儀對溫度、濕度、光照、照度等氣象環(huán)境因子進行監(jiān)測并對溫室設(shè)備進行控制，計算機和控制儀之間采用 RS