【正文】 是用光電元件作為轉(zhuǎn)換器件的傳感器，是把光信號(可見、紅外及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕脑?。準確快速地測出花卉生長環(huán)境的光照強度，才能及時做出調(diào)控，確保作物生長的光照環(huán)境狀態(tài)最佳。光照是植物制造營養(yǎng)物質(zhì)的源泉，是進行光合作用的必要條件。調(diào)節(jié)RES的阻值，能夠控制土壤濕度的范圍在60%80%之間，具體的阻值經(jīng)后期實驗測定。石墨電極的電阻隨濕度變化而改變，土壤濕度變大時，其體電阻也隨之增大， V1因其基極電位增高而截止，從而造成V2也截止，使其集電極的輸出為低電平。 考慮到電路的復(fù)雜程度及成本問題，本系統(tǒng)可采用簡單電路，控制土壤濕度保持在60%～80%之間。因此，準確迅速地測出土壤含水量，能夠適時作出灌溉施肥決策或排水措施，使植物生長發(fā)育期內(nèi)保持最適宜的土壤水分。 土壤濕度是最重要和最常用的土壤信息，它能夠科學地控制和調(diào)節(jié)土壤水分狀況，進行合理的節(jié)水灌溉，實現(xiàn)科學用水。準確快速采集花卉生長環(huán)境的濕度信息，對于植物生長環(huán)境是否為最佳狀態(tài)極為重要。簡單的溫度檢測電路如圖38所示： 圖38溫度檢測電路 濕度是表征空氣中所含水蒸氣含量的物理量，常用相對濕度和絕對濕度來表示。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖37所示：存儲器和控制邏輯64位ROM和單線接口高速緩存存儲器溫度靈敏器件 內(nèi)部VDD低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH電源探測配置寄存器 8位CRC生成器圖37DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的引腳如圖所示：DALLASDS18B20 GND DQ VCC圖 DS18B20外部引腳引腳說明：GND 接地，VCC接電源， DQ 是數(shù)據(jù)I\O口。報警搜索命令能夠識別并標志超過程序所限定溫度（溫度報警條件）的器件將溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字最多需75毫秒CC范圍內(nèi)的精度為177。F），在10176。C ~ +125176。多點分布式的測溫應(yīng)用簡單方便獨特的單線接口，一個端口引腳即可進行通訊與前代產(chǎn)品不同的是，新一代產(chǎn)品支持的電壓范圍為3v~5v，使系統(tǒng)設(shè)計更方便靈活，而且新一代產(chǎn)品不但體積更小，而且性價比越高?，F(xiàn)場的溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式進行傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。176。C ~ 85176。C ~+125176。現(xiàn)在，新一代DS18B20體積更小、更靈活、更經(jīng)濟。DS18B20簡介Dallas半導(dǎo)體公司研發(fā)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20成為世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。與設(shè)定溫度進行比較。通過分析比較上述幾種溫度傳感器的性能與實際情況的聯(lián)系，選擇使用集成溫度傳感器DS18B20。與其它傳感器相比較，線性度和一致性較好，而且體積小，使用方便。具有線性度好、熱慣性小、靈敏度高等優(yōu)點，缺點是互換性差。具有結(jié)構(gòu)簡單、互換性好的優(yōu)點，是500℃800℃溫區(qū)的首選最優(yōu)溫度傳感器。它的不足之處是非線性，且互換性較差。目前使用最多的是陶瓷熱敏電阻。常用的溫度傳感器有熱敏電阻、集成溫度傳感器、熱電偶、熱電阻等。前者包括土壤溫度、土壤PH值、土壤含水量；后者包括溫度、濕度、光照度、二氧化碳等。 傳感器技術(shù)在我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)中已發(fā)揮著重要的作用，主要用于對環(huán)境參數(shù)的獲取。 中華人民共和國國家標準(GB/T76651987傳感器通用術(shù)語)規(guī)定了傳感器的定義為：“能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置”，通常由轉(zhuǎn)換元件和敏感元件組成。后兩者得到了迅速發(fā)展，但傳感器技術(shù)卻發(fā)展滯后。充電池采用四節(jié)鎳鎘電池。Q1選用低電壓的齊納管。當充電電壓升到5V左右時，三極管（2N3055）開始導(dǎo)通，它對電池進行分流，以防止過充。 過充保護電路 為了防止把電池充壞，本系統(tǒng)還采用了簡單自己設(shè)計的過沖保護電路，本電路還需以后的實驗驗證。CN3068的管腳排列如圖34所示：CN3068 11 FB TEMP IR STAT2 GND STAT1 VCC BAT 圖34CN3068的管腳排列 CN3068特點：（1）輸入電壓范圍： 到 6V （2）不需要外部阻流二極管和電流檢測電阻 （3）恒壓充電電壓 ，也可外接電阻調(diào)整恒壓充電電壓（4）可設(shè)置的持續(xù)恒流充電電流可達 500mA （5）采用恒流/恒壓/恒溫模式充電，既可以使充電電流最大化，又可以防止芯 片過熱 （6）電源電壓掉電時自動進入低功耗的睡眠模式 （7）充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙指示輸出（8）封裝形式SOP8 (9)無鉛產(chǎn)品 穩(wěn)壓電源電路采用LM7805系列集成穩(wěn)壓器，可以輸出正5V直流電壓。1%以內(nèi)，滿足了電池的要求。當電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓降到再充電閾值以下時，自動開始新的充電周期。當充電電流減小到充電結(jié)束閾值時，充電周期結(jié)束，STAT2端輸出高阻態(tài)，STAT1端輸出低電平，表示充電周期結(jié)束，充電結(jié)束閾值是恒流充電電流的10%。當電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓超過3V時，充電器采用恒流模式對電池充電。 當輸入電壓大于電源低電壓檢測閾值和電池端電壓時，CN3068開始對電池充電，STAT2管腳輸出低電平，表示充電正在進行。芯片內(nèi)部的功率管理電路在芯片的結(jié)溫超過115℃時自動降低充電電流，這個功能可以使用戶最大限度的利用芯片的功率處理能力，不用擔心芯片過熱而損壞芯片或者外部元器件。充電電流可以用外部電阻編程設(shè)定，最大持續(xù)充電電流可達500mA，不需要另加阻流二極管和電流檢測電阻。其它功能包括輸入電壓過低鎖存，自動再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)/充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能。充電電流通過一個外部電阻設(shè)置。CN3068只需要極少的外圍元器件，熱調(diào)制電路可以在器件的功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的時將芯片溫度控制在安全范圍內(nèi)。圖33 按鍵復(fù)位電路 充電芯片的選擇CN3068是可以對單節(jié)可充電鋰電池進行恒流/恒壓充電的充電器電路。按下SW鍵，電源對電容充電，使RST端快速到達高電平；松開按鍵，電容向芯片內(nèi)阻放電，RST恢復(fù)為低電平，從而使單片機迅速可靠復(fù)位，一般電阻R1選470Ω，電容選22uF。電路中的反饋元件選用石英晶體，電容Cl和C2均為22PF，晶體與電容的安裝位置應(yīng)盡量靠近單片機。AT89S52內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，通過XTAL1(輸入端)、XTAL2(輸出端)外接，作為反饋元件的片外石英晶體(或陶瓷諧振器)和電容CC2組成并聯(lián)諧振電路后，便構(gòu)成片內(nèi)自激振蕩器，從而利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時鐘。時鐘電路設(shè)計 AT89S52單片機內(nèi)部含有振蕩器，可以作為CPU的時鐘源。數(shù)據(jù)和程序存儲器在物理和邏輯上均分為兩個地址空間:外部存儲空間和內(nèi)部存儲空間。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 EA/V: EA處于低電平時，外部程序存儲器(0000HFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 ALE：低電平有效，當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用來鎖存地址的低位字節(jié)。P3口同時也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如下表1所示: 口管腳 備選功能 RXD 串行輸入口 TXD 并行輸入口 /INT0 外部中斷0 /INT1 外部中斷1 T0 計時器0外部輸入 T1 計時器1外部輸入 / 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 / 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 表1 P3口的特殊功能控制信號引腳 RST：復(fù)位輸入。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，用作輸入電流使用。 P2口：P2口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/0口。GND: 接地 4個8位I/O端口：P0、PP2和P3 P0口：PO口是一個8位漏級開路雙向工I/0口，每個引腳能吸收8個TTL門電流。 看門狗定時器 掉電后中斷可喚醒 全雙工UART串行通道 八個中斷源 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 可反復(fù)擦寫至少1000次 與MCS51單片機產(chǎn)品能夠兼容 AT89S52簡介AT89S52是一個高性能，低功耗CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。ATMEL公司的89系列Flash單片機用 Intel80C51/52作為內(nèi)核，采用可重復(fù)編程FlashROM技術(shù)，是一種源于8051，而又優(yōu)于8051的單片機，已成為廣大MCS51用戶進行電子設(shè)計與開發(fā)的優(yōu)選單片機品種。 目前，世界上最具實力的單片機開發(fā)公司有:美國的Intel，ATMEL，德國的SiemenS，荷蘭的PhilipS等。 單片機由于具有體積小，價格低廉，穩(wěn)定可靠，功能強大，運算速度快，擴展容易，功耗低，抗干擾能力強，使用方便靈活，系列齊全等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表、自動監(jiān)測、家用電器等領(lǐng)域。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使得計算機在不斷更新?lián)Q代。光照檢測電路，將光照強度轉(zhuǎn)換成電壓信號，輸入單片機，當光照過強時，單片機控制關(guān)閉窗簾，光照適合時，打開窗簾。溫度過高時，單片機通過控制直流電機驅(qū)動器打開窗戶，進行自然散熱；溫度適合時，則關(guān)閉窗戶。 在系統(tǒng)工作中，利用太陽能給電池充電，電池為整個系統(tǒng)提供電能，但電池輸出要經(jīng)過穩(wěn)壓模塊，防止電壓出現(xiàn)較大變化。整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，如圖所示：穩(wěn)壓濾波太陽能電池板電池充電集成電路放大電路濕度傳感器繼電器電磁閥溫度傳感器 單片機 AT89S52光照傳感器 （2）硬件電路中，控制器以AT89S52單片機為核心，系統(tǒng)輸入由土壤水分傳感器、溫度傳感器和光照傳感器及傳感器信號處理電路組成，輸出執(zhí)行機構(gòu)由繼電器、執(zhí)行器構(gòu)成。因此，本系統(tǒng)仍采用經(jīng)典的閉環(huán)控制技術(shù)，系統(tǒng)控制原理邏輯框圖，見圖22所示：電磁閥、電動機、步進電機 溫度濕度光照花卉參數(shù)AT89S52 給定值 溫度濕度光照傳感器 圖22閉環(huán)控制邏輯原理框圖 （1）本文針對客觀需要，設(shè)計了一套濕度、溫度和光照信息采集與控制系統(tǒng)，確?；ɑ茉谏L的過程中有最適宜的生長環(huán)境。 表21系統(tǒng)技術(shù)指標控制參數(shù)土壤濕度%RH溫度光照強度LX太陽能電池板硬件總成本控制范圍60~8020~303～5萬尺寸112mm*65mm*4mm，開路6V，短路電流150MA50～70 在自動控制技術(shù)方面，有諸如開環(huán)、閉環(huán)反饋控制，自適應(yīng)控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制技術(shù)。只考慮到夏天光照強度高于設(shè)定上限值時，通過關(guān)閉窗簾，來降低光照。當土壤含水量過低，已不能滿足花卉生長最低需求時，就打開電磁閥進行灌溉；當濕度滿足要求時，關(guān)閉電磁閥。室內(nèi)溫度高于設(shè)定上限值時，自動打開窗戶進行自然降溫；達到要求值時，則自動關(guān)閉。具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等優(yōu)點。具體功能如下:實現(xiàn)花卉按需灌溉功能。 系統(tǒng)的預(yù)期功能和技術(shù)指標 現(xiàn)實生活中很多花卉的生長條件需要濕度、溫度和光照保持在一定的范圍內(nèi)，超出或者低于這個范圍將對花卉的生長產(chǎn)生不利影響。其工作環(huán)境溫度為0～40176。