【正文】 溫度、濕度、光照度、CO2含量及土壤水量等參數(shù)進行采集的功能，實現(xiàn)溫室大棚內(nèi)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集任務，傳感器負責對溫室環(huán)境因子的采集，將采集信轉(zhuǎn)換為05伏的電壓信號，送入ADC0809, 再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換, 供單片機使用，而使用的各種類型傳感器，分別介紹如下：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)展公司自動化研究室生產(chǎn)的“可選通式溫度傳感器” 型號為KSG。優(yōu)點是內(nèi)置選通碼和數(shù)字信號傳輸，測溫范圍為10℃50℃，精度為：≤℃，適用于遠距離傳輸。溫室的濕度如果能控制在一定范圍內(nèi)，則可以大大降低雙霉病、炭霉病及疫害病的發(fā)病率。本系統(tǒng)的濕度傳感器選用 Honeywell公司的集成濕度傳感器HIH3610, 該傳感器采用熱固,聚脂電容式傳感頭, 同時在內(nèi)部集成了信號處理功能電路, 因此該傳感器可完成將相對濕度值轉(zhuǎn)換為線性電壓輸出的任務。傳感器的輸出電壓為 ⅴⅴ，A/D 采集電路的標準電壓為0ⅴ5ⅴ,故需進行電壓變換。但當該濕度傳感器工作的溫度發(fā)生變化時，相同的濕度值，其輸出電壓值也將不同，因此該傳感器在使用時還需進行溫度補償。 HIH3610相對濕度傳感器的性能指標參數(shù)RH精度 RH互換性 RH線性 RH遲滯 RH重復性 RH反應時間 RH穩(wěn)定性 供電電壓 消耗電流 輸出電壓 溫度補償指標177。2%RH，13%～100%RH非凝結(jié)，25℃（供電電壓=5VDC）177。5% RH,0%～60% RH 177。% RH典型值 177。%的RH最大量程 177。%RH30s，慢流動的空氣中177。1%RH典型值，50%RH，5年時間內(nèi) 4～9VDC（傳感器在5 VDC下標定） 5 VDC,2mA典型值 9 VDC V1=V0[(sensor%RH)] RH=(sensor %RH)/()8 HIH3610輸出電壓與濕度的關系曲線光照傳感器選用硅太陽能電池的感應元件及濾光系統(tǒng)構(gòu)成光照傳感器, 該傳感器將0150000LX的光照信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，此信號經(jīng)運放電路放大為0ⅴ5ⅴ電壓輸出。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的狀態(tài)變化 但它不能直觀地反映土壤水勢指標值，所以需對傳感器進行重新標定。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，濃度檢測范圍大等特點，此傳感器將質(zhì)量分數(shù)范圍在01000106濃度的CO2轉(zhuǎn)換為05ⅴ電壓輸出。傳感器輸出的電壓信號，直接送至A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由單片機進行相應的運算、顯示和儲存。 單片機控制系統(tǒng)和微機系統(tǒng)它主要包括：ADC0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換、單片機89C5繼電器、侍服電機、本系統(tǒng)采用啟動三環(huán)計算機廠生產(chǎn)的 SCB51IU 單片機應用板，采用片選法 配備了89C5276ADC0808155等芯片, 具有較強的抗干擾能力微機系統(tǒng)采用普 9通的微機即可。該設計選用ADC0809 把各被檢測電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至主控制器，其優(yōu)點在于換精度高，抗干擾能力強，線性度高，并可通過軟件程下直接實現(xiàn)溫度、土壤含水率等參數(shù)的切換。該設計選用20K 字節(jié)內(nèi)存存儲器和內(nèi)部256 字節(jié)RAM 的單片機 AT89C55作為主控器。該系統(tǒng)由單片機對溫度濕度等參數(shù)進行巡回測量，并對測量的結(jié)果進行優(yōu)化補償，并進行調(diào)控，此外，主控制器還可以同時完成系統(tǒng)參數(shù)測量，數(shù)據(jù)存儲，以及與上位機通信等功能。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。調(diào)濕，通過AT89C55 控制加熱爐和風機完成升溫，室內(nèi)降溫主要通過排氣扇完成和風機完成。土壤調(diào)濕主要通過澆水、加肥來實現(xiàn)，可自動完成或采用輔助報警，由人工完成。室外保溫通風調(diào)光主要采用自動或半自動得外部設備完成。鍵盤和顯示由HD7279A完成。 溫室大棚的軟件組成系統(tǒng)軟件設計包括單片機程序設計和微機程序設計。 單片機軟件設計它的主要功能模塊有：采集模塊、控制模塊、通訊模塊。采集模塊主要完成對ADC0809的通道的控制和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取，并將結(jié)果暫存人數(shù)據(jù)區(qū)。通過對AT89S51定時器T0的計數(shù)實現(xiàn)定時，每15min 采集1 次，用定時器T ,定時來確定三個參量的采集時間間隔。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送到89C51內(nèi)的定時器T0的輸入端, 通過對定時器 T0的計數(shù),實現(xiàn)溫度的采集。度、土壤水分、光照傳感器采集的電壓值分別通過校正，轉(zhuǎn)換為標準的0ⅴ5ⅴ電壓，送到ADC0809 的輸入端，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，變換為數(shù)字信號，送到89C51。由于傳感器、ADC0809 的采集、轉(zhuǎn)換速度快，一分鐘內(nèi)可以采集成千上萬條數(shù)據(jù)，溫室內(nèi)環(huán)境因子變化沒有這么快，在實際應用中，沒有必要對這些數(shù)據(jù)都進行處理，所以要對采集的周期加以控制。本實驗每五分鐘采集一次溫度、濕度、土壤水分、光照傳感器，將采集值送到89C51?？刂颇K分溫度控制、空氣濕度控制、光照控制、土壤濕度控制。根據(jù)不同的控制要求,發(fā)出不同的控制信號, 通過繼電器、行程開關、電機, 控制開關窗、屋頂噴淋、遮陽網(wǎng)、滴灌, 達到實時控制的要求控制模塊實現(xiàn)對通風和噴灌裝置的控制，當接收到上位機的控制信號時，將相應的引腳置零即可開通通風和噴灌裝置?？刂颇K分溫度控制、濕度控制、光照控制，當溫室內(nèi)的溫度高于設定的溫度上限時，通過開窗裝置開窗通風，噴淋裝置在屋頂上噴淋，達到溫室降溫的目的，當溫室內(nèi)的溫度低于設定的溫度下限時，通過關窗來實現(xiàn)保溫目的。濕度的控制同樣是通過開關窗和溫室內(nèi)噴淋來實現(xiàn)光照控制是通過遮陽網(wǎng)來實現(xiàn)，當太陽的光照強度高于設定的光照值時，關遮陽網(wǎng)，低于設定的值，開遮陽網(wǎng)，滴灌控制是當土壤水分傳感器的值低于設定的值時，打開滴灌裝置進行灌溉。通訊模塊可將采集到的參量傳到上位機，并接收上位機發(fā)來的控制信息。實現(xiàn)上位機和單片機之間的通信，便于用戶遠程管理，單片機將采集的數(shù)據(jù)和控制裝置當前的狀態(tài)信息通過RS485送到上位機，實現(xiàn)信息的上傳。通訊模塊首先需要初始化設置,設置串口的工作方式、波特率、定時器的工作方式, 設置串口中斷位和全局中斷位。其次設置傳輸數(shù)據(jù)的幀格式,向上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)有溫度、濕度、光照、當前設備的狀態(tài)等,不同的數(shù)據(jù)之間需要有區(qū)分標志, 在數(shù)據(jù)區(qū)的頭部加上聯(lián)絡標志和結(jié)束標志；接收到上位機的數(shù)據(jù)有各種控制信號, 在各個控制信號間有區(qū)分標志,同樣在數(shù)據(jù)區(qū)的頭尾有標志信號,目的是區(qū)分是有效數(shù)據(jù)還是誤碼。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)控制信號進行操作,向控制部件發(fā)送命令,控制開關窗、遮陽網(wǎng)等部件, 達到實時控制的目的。最后在主程序中, 使用順序方式向微機發(fā)送數(shù)據(jù)。使用中斷方式接受微機發(fā)來的數(shù)據(jù)。單片機串行通信的工作方式如下: MOV TMOD, 25H；選用定時器T1作為波特率發(fā)生器,工作模式 2。MOV TH1, 0F3H；定時器初植,波特率為 1200B/S。MOV TL1, 0F3H；8 位重裝。MOV SCON, 50H；串行口工作方式設置為方式 1,REN=1。MOV PCON, 00H；設置波特率的選擇位。SETB TR1；啟動定時器 T1。SETB ES；串口中斷允許 SETB EA；中斷允許。 微機軟件設計微機軟件設計也由動態(tài)顯示模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、通信模塊四個部分組成，通過動態(tài)顯示模塊可以及時監(jiān)控各環(huán)境因子的變化，控制模塊可對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，如開關窗、噴淋等控制，數(shù)據(jù)庫模塊是為作物生長環(huán)境的設定而積累數(shù)據(jù)，通信模塊是實現(xiàn)上位機和單片機之間的通信，上位機將控制信號通過RS485送到單片機 實現(xiàn)信息的下傳。下面給出主程序流程圖，如附錄所示： ,如溫度、濕度和二氧化碳含量等是對農(nóng)作物生長影響最大的因素 ,傳統(tǒng)的人工檢測方式難以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息管理與科學種植的要求 ,國內(nèi)對溫室大棚參數(shù)自動監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用尚在起步階段 ,而引進國外具有多功能的大型連棟溫室控制系統(tǒng)價格昂貴 , ,作者研制了一種性價比較高、運行可靠的自動測試系統(tǒng) ,以適合中國溫室大棚種植科學化管理的推廣與應用。 測試系統(tǒng)的組成及原理本系統(tǒng)采用最簡捷的數(shù)字采集系統(tǒng)將其動態(tài)參數(shù)實時地測量并顯示 ,。分為傳感器及其整理電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機模塊、,并經(jīng)過整理電路調(diào)理變?yōu)?0～5V的直流電壓信號,再經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,送入單片機內(nèi),經(jīng)過計算,以分時顯示的形式,把 。 動態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)方框圖 測試系統(tǒng)的設計設計的關鍵是傳感器及其整理電路。傳感器性能的好壞直接影響到測量精度、測量范圍和響應速度。因此，,濕度傳感器選用濕敏電容 HS1100, CO2傳感器選用固態(tài)電化學型 CO2傳感器TGS4（1）溫度測量電路采用溫度傳感器 AD590,。電路中的 ICL7650S芯片是斬波穩(wěn)零運算放大器。直流電壓 +12V通過電阻 R電位器RP1加到 AD590上 ,AD590的輸出電流在 R1 , RP1上產(chǎn)生電壓降 ,使放大器 I CL7650S反相輸入端的電位隨溫度而變化 ,在其輸出端獲得與被測溫度成正比的直流電壓。電路中的電位器 RP1用于調(diào)零, RP3用于調(diào)滿刻度 ,這樣可以極大地改善 AD590非線性引起的誤差 , R用于調(diào)節(jié)放大器 I CL7650S的輸入失調(diào) , I CL7650S輸出端的 R5 和 C1 構(gòu)成濾波器用于濾除斬波尖峰干擾。電路的測溫范圍為 0～100℃,相應輸出為 0～5V,呈現(xiàn)線性關系。 溫度傳感器 AD590的檢測電路（2）濕度測量電路采用的 HS1100濕度傳感器是 Sensation公司基于獨特工藝設計的電容元件，HS1100濕度傳感器的原理是由濕度傳感器的干濕介質(zhì)在外界的相對濕度變化時，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, ,其電容的變化值與空氣中 13 的相對濕度成一一對應的正比線性關系 ,相對濕度越大 ,濕度傳感器的電容越大。相對濕度越小 ,濕度傳感器的電容越小。將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C接受的信號 ,常用 2種方法:一是將該濕敏電容置于運放與容阻組成的放大器電路中,所產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)直流放大、再經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于振蕩電路中,將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻串信號,可直接被計算機所采集。在此采用第 1種測量方法 ,測量電路如圖 。Uf為外加的 10 kHz方波信號。C2 是固定電容 ,為了獲得最佳的靈敏度放大系數(shù)取其電容值為180 pF,由此將相對濕度的基準點定為 55%,并且與濕度傳感器 HS1100的電容 CT構(gòu)成一開關電容分壓放大電路, CT 與 C2 的連接點電壓UC為運放的同相輸入電壓信號, U02為運放輸出電壓信號,其輸入/輸出特性:當輸入電壓UC減小時,輸出電壓U02增大。當相對濕度減小時, CT 容抗增大,UC增大,而U02減小,反之當濕度增大時,U02增大。 濕度/電壓轉(zhuǎn)換電路（3）CO2含量測量電路采用 TGS4160型 CO2 傳感器測量 CO2 ,它是一種電化學型氣體的敏感元件 ,當該元件暴露在CO2氣體環(huán)境中時 ,就會產(chǎn)生電化學反應,通過監(jiān)測 S(+),S(1,但根據(jù)溫室大棚 CO2 含量的實際情況 ,在此設定所測量的 CO2 含量在 350～900 mLL1,輸出為 0～ V。運用程序進行數(shù)據(jù)處理可達到要求的精度。第3章 溫室大棚的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展 ,農(nóng)民增收緩慢的問題逐漸成為阻礙我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的一大隱患。解決此問題的關鍵是大力發(fā)展農(nóng)業(yè)科技 ,逐步走向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。溫室大棚技術在農(nóng)業(yè)中有著舉足輕重的作用 ,是提高農(nóng)業(yè)科技水平的關鍵。 系統(tǒng)設計 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)采用的是網(wǎng)絡式的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)。上位機由AT89S51 單片機作為控制器 ,外加 LCD1602 和若干按鍵構(gòu)成人機交互界面 ,同時設有報警裝置。:上位機主要完成的功能是接收下位機傳遞的數(shù)據(jù)并顯示溫室大棚中的平均溫度和平均濕度。用戶可以通過按鍵對進行溫度和濕度的設定。同時 ,還具有報警機制 ,當某處的溫度和濕度出現(xiàn)異常時進行聲光報警并顯示異常點。下位機由ATtiny2313和溫濕度傳感器組成。主要完成的工作是溫度信號與濕度信號的采集,同時傳輸給上位機。ATtiny2313是 AT2MEL 公司發(fā)布的AVR 系列中的一款低端產(chǎn)品。該芯片采用的 RISC結(jié)構(gòu),比相同時鐘的51單片機執(zhí)行速度快約12倍。它有20個引腳,其中有18個是可編程的 I0口,具有豐富的擴展功能,并且內(nèi)部集成了RC振蕩器,無需外部晶振。芯片還具有三個定時器其中一個帶有捕獲功能,兩個外部中斷。芯片價格低廉也是其優(yōu)點之一。上位機與下位機通信采用的 RS485總線形式,這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信,它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。 上位機硬件框圖 系統(tǒng)工作原理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機采集現(xiàn)場溫度和濕度 ,經(jīng)過數(shù)字濾波處理后存儲在控制器中 ,當上位機查詢下位機時 ,下位機通過RS485 總線將溫度值和濕度值傳輸至上位機。上位機每隔 10 分鐘查詢一次所有的下位機 ,將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)行處理 ,排除干擾值 ,確定當前的溫室大棚的溫度和濕度 ,同時將其顯示在 LCD 屏上。上位機根據(jù)當前溫室大棚的溫度和濕度 ,判斷是否需要操作相應的執(zhí)行機構(gòu)。上位機除了正常的數(shù)據(jù)收集和顯示作用外 ,還可以通過按鍵進行溫濕度的設定 ,查詢每個下位機的具體值。同時還具有報警功能 ,當系統(tǒng)檢測到溫濕度異常時能經(jīng)行聲光報警。 系統(tǒng)軟件設計 上位機軟件設計上位機軟件主要有鍵盤模塊 ,顯示模塊 ,控制決策模塊 ,通訊模塊 ,和報警模塊。鍵盤模塊功能包括參數(shù)和功能設置,下位機查詢。顯示模塊是用于同時顯示測得的溫度值和濕度值?？刂茮Q策模塊根據(jù)下位機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)判斷當前是否需要調(diào)溫或調(diào)濕。通訊模塊功能是與下位機經(jīng)行數(shù)據(jù)的傳輸。報警模塊是指溫度或濕度出現(xiàn)異常時,發(fā)出警報。 下位機軟件設計