【正文】 圖 3. 3 AD590 封 裝圖 AD590 基本使用方法如下： 圖 3. 4 AD590 基本電路圖 AD590 的輸出電流值說(shuō)明如下： 其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（ 273℃ ）為基準(zhǔn)，每增加 1℃ ，它會(huì)增加 1μA輸出電流，因此在室溫 25℃ 時(shí)，其輸出電流 Iout=（ 273+25） =298μA。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 55℃～ +150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。精度高。 11 電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K T— 熱力學(xué)溫度，單位為 K。電流輸出型的靈敏度一般為 1mA/KAD590 正是基于這些特點(diǎn)，工作時(shí)它就是利用晶體管的 be 結(jié)壓降的不飽和值 VBE 與熱力學(xué)溫度 T 和通過(guò)發(fā)射極電流 I 的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：它的主要特性如下： 流過(guò)器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)， 即：式中： 集成溫度傳感器的輸出形式分以為電壓輸出和電流輸出兩種。 溫度傳感器 AD590 簡(jiǎn)介 AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。而由 AD公司生產(chǎn)的 AD590 溫度傳感器，具有線性好、精度高、靈敏度高、體積小、使用方便、價(jià)格比較低，并具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。這種材料具有很大的正電阻溫度系數(shù)，在居里溫度以上幾十度的溫度范圍內(nèi)，其電阻率可增大 4~10 個(gè)數(shù)量級(jí)，即產(chǎn)生所謂 PTC 效應(yīng)。正溫度系數(shù)熱敏電阻簡(jiǎn)稱 PTC（是Positive Temperature Coefficient 的縮寫(xiě)），超過(guò)一定的溫度 (居里溫度 )時(shí)，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。電阻值對(duì)溫度的依賴關(guān)系稱為阻溫特性。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。 10 溫度傳感器的選擇及其電路設(shè)計(jì) 在實(shí)際的工作當(dāng)中，溫度檢測(cè)的方法一般用熱電偶、熱敏電阻以及集成溫度傳感器等測(cè)溫元件。對(duì) P3 口寫(xiě)入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 Flash 編程或校驗(yàn) 時(shí)， P2 亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 P1 口： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。作為輸 9 出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口 P0 寫(xiě)“ 1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 GND：接地端 3．并行口簡(jiǎn)介 空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 2．功能特性 8k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O 口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？删幊檀?UART 通道 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM 全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz 8k 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃速存儲(chǔ)器 4．定時(shí) /計(jì)數(shù)器 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生的用語(yǔ)程序控制轉(zhuǎn)向。 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶存儲(chǔ)單元，他們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器（ ROM）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí)計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址 總線和控制總線等三大總線。、 本設(shè)計(jì)選用了 AT89C51 單片機(jī)，它是一種低功耗，低價(jià)格，高性能 8 位微處理器。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。 單片機(jī)的選擇及其特性 單片機(jī)的概述 單 片 機(jī) AT89C51 驅(qū)動(dòng)顯示 鍵盤 X25045 濕度測(cè)點(diǎn) CO2 濃度測(cè)點(diǎn) 溫度測(cè)點(diǎn) AD590 HS1101 報(bào)警 ADC 0809 光電隔離 驅(qū)動(dòng)放大 執(zhí)行機(jī)構(gòu) TGS4160 7 單片機(jī)又稱單片微控制器它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。 圖 2. 2 總體方案框圖 第 三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件元器件的選擇，必須考慮到功能的實(shí)現(xiàn)，必須考慮到到期間的實(shí)施性，價(jià)格和通用性等幾個(gè)方面。通過(guò)鍵盤可以設(shè)定參數(shù)的上限值下限值，當(dāng)當(dāng)前參數(shù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，由單片機(jī)控制報(bào)警電路報(bào)警。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，可以通過(guò)單片機(jī)直接控制來(lái)達(dá)到需要的數(shù)值。 通過(guò)監(jiān)測(cè) S（＋）、 S（－）兩個(gè)電極之間 所產(chǎn)生的電勢(shì)值 EMF，就可以測(cè)量 CO2的濃度值。對(duì)脈沖寬值的計(jì)算得到濕度值。其原理圖下圖 ： 圖 系統(tǒng)原理圖 詳細(xì)設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究和分析，對(duì)系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，采用的芯片主要有： ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)， AD 公司生產(chǎn)的 AD590 集成溫度傳感器，電容式濕度傳感單片機(jī) 檢測(cè)系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 人機(jī)對(duì)話 CO2 濃度檢測(cè) 濕度檢測(cè) 溫度檢測(cè) 溫度執(zhí)行 濕度執(zhí)行 報(bào)警系統(tǒng) 鍵盤系統(tǒng) LED顯示 6 器 HS1101。 (6) 在完成以上功能時(shí)，要確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，是系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。 (4) 設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話接口，鍵盤顯示和報(bào)警系統(tǒng)。 (2) 使用溫度傳感器測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及傳到單片機(jī)處理。 本課題針對(duì)于當(dāng)前我國(guó)溫室環(huán)境控制相關(guān)技術(shù)面臨的一些問(wèn)題提出一定的方案，希望解決溫室控制系統(tǒng)的高成本低效益的現(xiàn)實(shí)困難推進(jìn)溫室的產(chǎn)業(yè)化和智能化發(fā)展步伐，從而有利于我國(guó)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)向規(guī)范化，低成本、產(chǎn)業(yè)化、智能化方向發(fā)展。 (2)監(jiān)控管理軟件的設(shè) 計(jì)為控制器 (單片機(jī) )軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。 本課題的研究意義及主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容表述如下 : (1)控制器以單片機(jī)為核心，整個(gè)系統(tǒng)包括主控制模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、輸出控制模塊、鍵盤及顯示模塊。近年來(lái)，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等新的控制理論不斷出現(xiàn)并逐漸應(yīng)用于溫室控制領(lǐng)域，這一問(wèn)題得到很好的解決。 總的來(lái)說(shuō)，國(guó)外現(xiàn)代溫室環(huán)境控制系統(tǒng)性能先進(jìn)，產(chǎn)出效益高，但價(jià)格昂貴，維護(hù)不便，并且也是根據(jù)本國(guó)自己國(guó)情的不同有所側(cè)重，因此不能全盤照搬用來(lái)指導(dǎo)我國(guó)的溫室生產(chǎn)。國(guó)外先進(jìn)溫室， 對(duì)室內(nèi)外氣溫、風(fēng)力、降雨等氣象情況，室內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度和含水量、光照強(qiáng)度、 CO2濃度、營(yíng)養(yǎng)液的酸堿度 (PH 值 )、導(dǎo)電率 (EC)和溫度等環(huán)境參數(shù)，可利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)施控制。 環(huán)境監(jiān)測(cè)控制技術(shù) :環(huán)境控制技術(shù)是溫室技術(shù)的核心。這是 80 年代發(fā)展起來(lái)的利用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境因素的方法，將各種作物不同生長(zhǎng)發(fā)育階段需要的適宜環(huán)境條件要求輸入計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)某一環(huán)境因素發(fā)生改變時(shí)，其余因素自動(dòng)做出相應(yīng)修正或調(diào)整。其局限性在于外界氣候的變化 隨時(shí)影響到室內(nèi)的小氣候，靠人工指令隨時(shí)進(jìn)行相 4 應(yīng)改變是很難辦到的。對(duì)環(huán)境影響因素采用的控制方法一般有兩 種： (1)單因子控制。主要包括 : 生態(tài)環(huán)境因素控制自動(dòng)化 :生態(tài)環(huán)境因素控制自動(dòng)化的主要內(nèi)容是溫、濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，灌水量、水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)， CO2 施肥自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫室通風(fēng)換氣自動(dòng)調(diào)節(jié)等。發(fā)達(dá)國(guó)家近二十年來(lái)建造的溫室，自動(dòng)化水平高，都設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集和集中控制系統(tǒng)，包括各種傳感器、計(jì)算機(jī)及各種電氣裝置等。所以設(shè)計(jì)智能化溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)時(shí)須輔以有關(guān)的調(diào)控技術(shù)以及各環(huán)境因子之間的相互耦合系數(shù)，控制各參數(shù)因子處在相對(duì)最佳組合的水平，這樣才能使種植者獲得最佳的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益。 綜上所述，溫室內(nèi)各環(huán)境因子之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，作物是在各環(huán)境因子的綜合影響下生長(zhǎng)的，而不是單個(gè)因素作用的結(jié)果，各環(huán)境因子對(duì)溫 室作物的作用也不是簡(jiǎn)單疊加的。使作物獲得最大生長(zhǎng)率的 CO2 濃度，取決于作物的生長(zhǎng)階段、光照強(qiáng)度、溫度等因素。人工補(bǔ)充 CO2己成為發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的重要措施之一。但是 ，濃度過(guò)高，又可能對(duì)作物造成危害，出現(xiàn)葉片周邊焦邊，嚴(yán)重時(shí)甚至死亡等現(xiàn)象。有關(guān)研究表明，蔬菜作物產(chǎn)量的 90%~95%來(lái)自光合作用。溫室中常用的人工光源有白熾燈、鹵鎢燈、高壓水銀熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等。當(dāng)光照強(qiáng) 度高于光飽和點(diǎn)時(shí)，就需要降低溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度。 光照強(qiáng)度直接影響到光合作用的強(qiáng)度。對(duì)作物生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、光質(zhì)三個(gè)方面。 3 光照是植物環(huán)境中的重要因素，是植物生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)的能量來(lái)源，是作物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵條件之一。傳統(tǒng)的大水漫灌既浪費(fèi)水資源，又容易使土壤發(fā)生板結(jié)，提高了室內(nèi)濕度。不同的作物對(duì)濕度的要求不同，即使是同一種類在不同發(fā)育階段對(duì)濕度的要求也不盡相同。如果土壤中水分過(guò)剩，濕度過(guò)高，導(dǎo)致土壤中的氧氣含量減少，作物根部呼吸困難，進(jìn)而危害作物的生長(zhǎng)發(fā)育。溫室中空氣濕度的管理包括增濕和降濕。根據(jù)有關(guān)研究記載，除了陰雨天以外，溫室內(nèi)午后過(guò)低的空氣濕度會(huì)導(dǎo)致作物發(fā)生光合作用的午休現(xiàn)象，因此空氣相對(duì)濕度的大小直接影響到作物的光合作用，這時(shí)就需要增加溫室內(nèi)的空氣濕度。 溫室內(nèi)作物對(duì)水分的要求體現(xiàn)為對(duì)溫室內(nèi)空氣濕度和土壤濕度的要求。 作物生長(zhǎng)發(fā)育 適宜的溫度，隨種類、品種、生育階段及生理活動(dòng)的變化而變化。不同種類的作物對(duì)溫度的要求是不同的，同一作物在不同發(fā)育階段對(duì)溫度的要求亦有所不同，而且在同一發(fā)育期階段內(nèi)對(duì)溫度的要求也會(huì)隨著晝夜變化而呈周期性地變化。下面就這些環(huán)境條件對(duì)作物的影響進(jìn)行簡(jiǎn)略說(shuō)明。所有這些環(huán)境條件之間是相互作用、相互聯(lián)系、相互耦合的，某個(gè)控制變量發(fā)生改變，會(huì)影響其它控制變量的變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，一方面通過(guò)育種技術(shù)來(lái)獲得具有新遺傳性的品種，另一方面要通過(guò)先進(jìn)的栽培技術(shù)及適宜的環(huán)境條件來(lái)控制其生長(zhǎng)和發(fā)育。一般以光照條件為始變因素，溫度、濕度和 CO2濃度為隨變因素，使這 4 個(gè)主要環(huán)境因素隨時(shí)處于最佳配合狀態(tài)。 (2)多因素綜合控制。這是對(duì)溫度、濕度、光照和 CO2濃度等進(jìn)行單獨(dú)控制的方法，其中主要是控制溫度，其次是濕度，包括空氣濕度和土壤〔或基質(zhì)〕的濕度。通過(guò)控制各種相應(yīng)的操作設(shè)備來(lái)控制上述內(nèi)容，以達(dá)到給作物創(chuàng)造最佳生長(zhǎng)環(huán)境的目的。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，并控制各機(jī)構(gòu)進(jìn)行溫度采集，手機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理及顯示。 本方案以 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)為核心來(lái)對(duì)溫度，濕度和二氧化碳濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和檢測(cè)。實(shí)施遠(yuǎn)程控制。 1 摘要 ........................................................................................................................................................................................1 關(guān)鍵詞 ....................................................................................................................................................................................1 引言 ............................................................................