【正文】 溫室環(huán)境控制系統(tǒng)正在不斷吸收相關領域新的理論和方法，結(jié)合溫室作物種植的特點，不斷創(chuàng)新，逐步完 善。溫室環(huán)境控制的目的是把各被控變量 (溫室環(huán)境因子 )，如光照、溫度、濕度、 CO2 濃度等，維持在作物生長發(fā)育要求的范圍內(nèi)，所以本論文還分析了各環(huán)境因子對作物生長發(fā)育的影響以及各環(huán)境因子之間的相互耦合關系。 本設計為一閉環(huán)控制系統(tǒng)，由 89C51 單片機， A/D 轉(zhuǎn)換電路，溫度檢測電路，濕度檢測電路、控制系統(tǒng)組成。 溫室大棚自動控制 系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效農(nóng)業(yè)發(fā)展技術，它是在普通日光溫室的基礎上，結(jié)合現(xiàn)代化計算機自控技術、智能傳感技術等高科技手段發(fā)展起來的。另一方面隨卡還提供了一個高級語言庫的原碼程序。包括信號比較分析、決策控制信息的傳輸。其功能為實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 ,對采集數(shù)據(jù) 進行分析加工處理，輸出相應的控制信號； (3)伺服機構部分。 數(shù)據(jù)采集與處理的實時化 為了保證實時地檢測溫室內(nèi)環(huán)境的變化，數(shù)據(jù)采集與處理 要滿足一定的時間限制， 以便能實時做 出評價，采取相應的控制措施，抵御自然災害的襲擊，預防意外事故發(fā)生。二氧化碳施放機構完成對溫室內(nèi)二氧化碳施放。信號處理實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)與本階段環(huán)境參數(shù)值進行比較分析，為控制提供決策依據(jù)，控制部分則由此發(fā)出各種相應的控制信號。為了減輕后級處理工作量，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)對采得的原始數(shù)據(jù)應進行一定程度的預處理。傳感器主要包括檢測溫室大棚內(nèi)部溫度的溫度傳感器、檢測室內(nèi)空氣及土壤水分的濕度傳感器、檢測室內(nèi)光照度的光照傳感器、 檢測二氧化碳濃度的二氧化碳濃度傳感器。 目前我國的溫室大棚 ，多依靠人工經(jīng)驗進行管理，或以單片機控制的單參數(shù)單回路的較多，自動化程度不高，效率低下，就農(nóng)作物的生長環(huán)境而言，溫度、 濕度、光照、二氧化碳是其最基本的要素，作為檢測控制系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)對以上要素的數(shù)據(jù)采集與分析處理，并進行相應的控制，以使溫室大棚為農(nóng)作物的生長提供一個良好的環(huán)境。 UDP 典型的通信過程為：在服務器端一直采集串口的數(shù)據(jù) ,默認情況下每 5 分鐘存入一次數(shù)據(jù)庫中 ,可以隨時讀取當前的溫度值和畫出溫度曲線。 (2)接收數(shù)據(jù) : AT*E2IPACT=XX=1時為接收數(shù)據(jù)共享是在局域網(wǎng)中共享的 ,通過Windows 套接字實現(xiàn)的。 計算機部分軟件 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 24 主要完成對溫室大棚的控制以及信息管理 ,通過串口與工業(yè) GPRS 模塊連接 , 讀取模塊中接收到的信息流 ,進行相關處理 ,或者完成控制信息的發(fā)送。 軟件系統(tǒng)主要包括兩部分 ,一部分是單片機軟件 ,一部分是控制中心計算機軟件。 GPRS 通信通過 ATmega16 向 GPRS 模塊發(fā)送 AT 指令實現(xiàn)。調(diào)濕調(diào)溫通過 AVR 單片機 ATmega16 控制加熱爐和風機完成升溫 ,室內(nèi)降溫主要通過水簾、風機完成。轉(zhuǎn)換結(jié)束后的數(shù)據(jù)值暫存在 AVR 單片機 ATmega16 的寄存器中 ,最后通過 GPRS 網(wǎng)絡發(fā)送到監(jiān)控中心。 GR64 內(nèi) 嵌 TCP/IP 協(xié)議棧 ,通過其異步串行通信接口 UART1,使用相應 AT指令進行開發(fā) ,可方便地實現(xiàn) GPRS 通信。設計中采用 GPRS 模塊 GR64, GR64 是 Sony/Ericsson 公司最新推出的一款內(nèi)嵌 TCP/IP 協(xié)議棧的 GSM/GPRS 模塊 ,可向下兼容 GR4,基于 EGSM 900/GSM 1800 網(wǎng)絡 ,串行接口符合 V24 協(xié)議 ,支持語音、數(shù)據(jù)、傳真和短信息功能。 GPRS 通信模塊 GPRS 通用分組無線業(yè)務 ( general packet radio service)作為第二代移動通信技術 ( GSM)向第三代移動通信 (3G)的過渡技術 ,采用先進的無線分組技術 ,將移動通信與 INTERNET 緊密結(jié)合 GPRS 數(shù)據(jù)終端支持 TCP /IP、 PPP 協(xié)議和透明 數(shù)據(jù)傳輸 ,每個用戶可占用多個信道 ,同一信道又可以為多個用戶共享。全量程標定 ,兩線數(shù)字接口 ,可與單片機直接相連 ,大大縮短研發(fā)時間、簡化外圍電路并降低費用。系統(tǒng)結(jié)構如圖 所示。數(shù)據(jù)存儲是以數(shù)據(jù)庫的方式存儲的 ,以 SQL Server 2021 為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) [3,4]。如系統(tǒng)出現(xiàn)異常 ,則通過控制 GPRS 模塊將異常信號發(fā)送到管理員的手機上。報警通過 GPRS 網(wǎng)絡以短信的方式發(fā)送到管理員的手機上 ,以便及時處理。 軟件可靠性設計 軟件部分可靠性主要通過抗干擾設計實現(xiàn) , 其中本系統(tǒng)中的抗干擾設計主要包括以下部分 : (1) 采用數(shù)字濾波方法來抑制輸入通道的干擾； (2)對數(shù)字輸出信號處理； (3) 對部分關鍵控制設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測； (4) 采用指令冗余、軟件陷阱、“ 看門狗” 等方法避免程序混亂。 本系統(tǒng)在選擇合適的器件和合理的電路同時 ,在軟件上也采用了數(shù)字濾波和定點算法 ,減小了系統(tǒng)誤差。 （ 2）設計抗干擾性強的電路。 誤差分析 系統(tǒng)誤差來源有兩個 ,一個是系統(tǒng)硬件 ,另一個是系統(tǒng)軟件。 下位機軟件設計 下位機軟件主要有采集模塊 ,通訊模塊和控制模塊。顯示模塊是用于同時顯示測得的溫度值和濕度值。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。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。該芯片采用的 RISC 結(jié)構 ,比相同時鐘的 51單片機執(zhí)行速度快約 12 倍。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。 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。運用程序進行數(shù)據(jù)處理可達到要求的精度。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 ,但各個通道的單位是一定的。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 16 圖 微處理器硬件接口電路 程序模塊 主程序 系統(tǒng)上電時 ,初始化程序?qū)?70H,71H,72H內(nèi)存單元清零， P3口置零。復位鍵的作用是 ,當按下“ S W1” ,“ S W2” 或“ S W3” 任意 1個鍵時 ,顯示器則只顯示其對應的參數(shù)值 ,可以通過按復位來使顯示器恢復輪流顯示 .顯示采用 4 位 LED 顯示，其中 3 位顯示所測量參數(shù)信號的大小 ,另 1位代表所測信號的通道 .利用 AT89C51 的 P0口和 P2口的低 4位來驅(qū)動顯示。 L 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 mL 圖 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 ( ) 2個電極之間所產(chǎn)生的電勢值 EMF,就可以測量 CO2 的含量值。在此采用第 1 種測量方法 ,測量電路如圖 示。電路的測溫范圍為 0～ 100℃ ,相應輸出為 0～ 5V,呈現(xiàn)線性關系。 （ 1） 溫度測量電路 采用溫度傳感器 AD590,其測溫放大電路設計如 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、按鍵與顯示模塊 .傳感器把被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號 ,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 3 個被測信號實時地輪流顯示出來 .軟件采用匯編語言的程序模塊構成。 SETB ES；串口中斷允許 SETB EA； 中斷允許。 MOV TL1, 0F3H； 8 位重裝。最后 在主程序中 , 使用順序方式向微機發(fā)送數(shù)據(jù) 。 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。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。 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 0ⅴ 5ⅴ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。 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。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。 2. 系統(tǒng)控制器 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。 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，濃度檢測范圍大等特點，此傳感器將質(zhì)量分數(shù)范圍在 01000 106濃度的 CO2 轉(zhuǎn)換為 05ⅴ電壓輸出。 %的 RH 最大量程 RH 重復性 177。 表 HIH3610相對濕度傳感器的性能指標 參數(shù) 指標 RH 精度 177。 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。另外，在設計過程中考慮到農(nóng)生產(chǎn)的特點，每個系統(tǒng)的各部分接口都作了模塊化設計，并增加備用接口和功能，便于大棚生產(chǎn)重建和生產(chǎn)場地的變化，也增加了系統(tǒng)的通用性，擴大了適用范圍。 圖 總體結(jié)構圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構 整個系統(tǒng)采用模塊 化設計，硬件結(jié)構由傳感器和單片機、控制裝置組成，傳感器將物理參量轉(zhuǎn)換為電壓并完成信號的調(diào)理，再送人模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 ,由下位單片機 AT89S51 讀取，單片機將數(shù)據(jù)通過 485 總線送給上位機，上位機設有顯示功能，根據(jù)預先設置的參數(shù)決定要采取的措施，并將信息傳給下位機，由下位機控制通風和噴灌裝置，也可以通過鍵盤強制控制 。該單片機具有強加密性 ,無法解密 ， 具有超強的抗干擾性能 ,且芯片內(nèi)部自帶看門狗。由圖 可知 ,整個系統(tǒng)采