【正文】 地設(shè)定合適的參數(shù)，便于根據(jù)不同的植被的環(huán)境中使用。方案二具有較高的性價(jià)比且同時(shí)也能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，故采用光敏電阻作為光照度傳感器。靈敏度和半導(dǎo)體材料、以及入射光的波長有關(guān)，價(jià)格低廉，性價(jià)比高。光敏電阻的工作原理是當(dāng)有光線照射時(shí)，電阻內(nèi)原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的電子受到激發(fā)，成為自由電子，所以光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的自由電子也就越多，電阻就會(huì)越小。但價(jià)格昂貴，性價(jià)比不高，且不易購買。（負(fù)溫度 把得到的16進(jìn)制數(shù) 取反后1再轉(zhuǎn)成10進(jìn)制數(shù)）。例如＋125℃的數(shù)字輸出為07D0H （正溫度直接把16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成10進(jìn)制即得到溫度值 ）。故我們采用方案二作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。 綜合比較方案一和方案二，兩方案都可以滿足設(shè)計(jì)所要求的精度溫度要求，但方案一的后續(xù)電路復(fù)雜，需要經(jīng)過放大，數(shù)模轉(zhuǎn)換等步驟，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和成本，并需要占用單片機(jī)較多的I/O口。美國DALLAS公司的產(chǎn)品可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度信號(hào)的采集，有很多優(yōu)點(diǎn)：如直接輸出數(shù)字信號(hào)，故省去了后繼的信號(hào)放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，外圍電路簡單，成本低。AD590為電流型傳感器溫度每變化1℃其電流變化1uA在35℃和95℃ ?！妫?dāng)電源電壓在5—10V之間，穩(wěn)定度為1﹪時(shí)，誤差只有177。AD590溫度傳感器是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。2%RH,響應(yīng)時(shí)間小于5S，℃。因此，我們選擇方案二作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。HS1100/ HS1101濕度傳感器，在電路結(jié)構(gòu)上等效于一個(gè)電容器，其電容量隨著土壤濕度的增大而增大，不需要校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路。這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性度。HOS201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測量范圍為0%～100%RH，工作溫度為0～50℃，阻抗在75%RH(25℃)時(shí)為1MΩ。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸水后的介電常數(shù)、電阻率和體積發(fā)生的變化進(jìn)行濕度的測量。工業(yè)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化的測量和控制，大部分主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參量，使系統(tǒng)工作在最佳的狀態(tài)下。如何準(zhǔn)確的確定外圍環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)就顯的非常重要。顯示以上各項(xiàng)參數(shù)并自動(dòng)調(diào)節(jié)。最后通過單片機(jī)STC89C52處理后顯示在1602液晶顯示屏上，并通過控制繼電器的開合控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)部件對(duì)植物的生長環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到適合植物生長的環(huán)境條件。采用濕度傳感器HS1101來檢測土壤濕度。外接的鍵盤可以設(shè)定系統(tǒng)控制的溫度值，以滿足不同條件下對(duì)溫度的不同要求。、目的及思路本系統(tǒng)主要采用STC89c52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，由溫室內(nèi)的空氣溫度傳感器、土壤濕度傳感器、光照度傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的控制，例如控制繼電器的開合，使換氣風(fēng)扇、滴灌設(shè)備、遮陽幕等設(shè)備的啟動(dòng)或停止，達(dá)到控制溫室各項(xiàng)參數(shù)的目的。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測控軟件，不利于在我國廣泛地推廣，而當(dāng)今在我國大多數(shù)地方對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量，光照強(qiáng)度的檢測與控制都采用人工管理，存在著測控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。傳統(tǒng)的方法是用毛發(fā)濕度表、酒精溫度計(jì)等進(jìn)行人工測量，再對(duì)不符合的溫度、濕度、光照度通過在溫室大棚進(jìn)行灌溉、降溫、遮光等控制操作[1]來調(diào)節(jié)，這種人工測控的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低、且無法保證測量的連續(xù)性，測量的誤差大、隨機(jī)性大，隨意性強(qiáng)。溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。目錄 3 3 目的及思路 3 3 4 4 5 63系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 6 6 6 9 STC89C52特點(diǎn) 9 10 10 10 11 12 12 13 13 14 14 14 16 16 18參考文獻(xiàn) 18附錄1 電子元器件明細(xì)表 21附錄2：系統(tǒng)總體電路圖 22附錄3：實(shí)物圖 23附錄4：系統(tǒng)源代碼 25現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。克服了傳統(tǒng)的人工測量方法不能進(jìn)行連續(xù)測量的弊端，節(jié)省了工作量，并避免了人為的疏漏或錯(cuò)誤造成的不必要的損失。論文完成了以STC89C52單片機(jī)為核心對(duì)空氣溫度、土壤濕度、光照度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示等系統(tǒng)的基本框圖、工作原理和繼電器控制的設(shè)計(jì)的闡述。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于單片機(jī)的溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)【摘要】本系統(tǒng)由單片機(jī)STC89C5溫度檢測電路、濕度檢測電路、光照度檢測電路、鍵盤掃描電路、時(shí)鐘電路、傳感器電路以及繼電器控制電路等部分組成。系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)，功能強(qiáng)、功耗低、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。該系統(tǒng)對(duì)植物生長過程中的土壤濕度、環(huán)境溫度、光照度進(jìn)行了實(shí)時(shí)地、連續(xù)地檢測、直觀地顯示并進(jìn)行自動(dòng)地控制?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī)、濕敏傳感器、數(shù)字溫度傳感器、光敏電阻、繼電器控制。例如：空氣的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用，所以對(duì)大棚內(nèi)的溫度、濕度與光照強(qiáng)度等參數(shù)的控制就顯的非常重要了。為了克服以上幾點(diǎn)不足，我們需要一種造價(jià)低廉，使用方便且測量準(zhǔn)確的自動(dòng)測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要針對(duì)溫室大棚內(nèi)溫度、濕度，光照強(qiáng)度研制了單片機(jī)控制的溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng),綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟(jì)性要求三個(gè)方面因素之后，最終確定以STC89C52單片機(jī)為控制核心，選用性價(jià)比比較高的傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的精確測量與準(zhǔn)確控制，同時(shí)又具有價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，便于在我國推廣。同時(shí)在外接的LCD液晶上顯示實(shí)時(shí)參數(shù) ，便于觀察。 在本系統(tǒng)中為了保證對(duì)溫度、濕度和光照度的檢測的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，采用了數(shù)字溫度傳感器DS18B20來檢測溫度。采用光敏電阻檢測光照度。 本系統(tǒng)的基本功能有：檢測空氣溫度、土壤濕度、環(huán)境光照度。單片機(jī)作為控制核心，要有被檢測信號(hào)輸入，由單片機(jī)處理。傳感器是實(shí)現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)就無法實(shí)現(xiàn)要求的各項(xiàng)功能。測量土壤濕度的方法有很多種，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的土壤中吸收水分后引起的物理或化學(xué)的性質(zhì)的變化，間接的獲得土壤的濕度。方案一：采用HOS201濕敏傳感器[2]。這種傳感器主要用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻域內(nèi)檢測濕度。 方案二：采用HS1100/ HS1101濕度傳感器[3]。 綜合比較方案一和方案二，方案一雖然滿足精度和測量溫度的要求，但是只是限定于一定的范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性度。20 40 60 80 100 相對(duì)濕度% 200 190 180 170 電容F圖21：HS1101濕度－電容響應(yīng)曲線 濕度傳感器HS1101的特點(diǎn)：相對(duì)濕度在1%～100%RH范圍內(nèi)：電容量有16pf變到200pf，其誤差不大于177。由此可以看出HS1101具有測量精度高，反應(yīng)速度高的優(yōu)點(diǎn)，其濕度－電容響應(yīng)曲線如圖21：HS1101的一些常用參數(shù)如表21：表21：HS1101常用參數(shù)參數(shù)符號(hào)參數(shù)值單位工作溫度Ta40～100℃儲(chǔ)存溫度Tstg40～125℃供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0～100%RH焊接時(shí)間=260℃t10S 方案一：采用AD590溫度傳感器[4]。AD590性能描述：測量范圍在50℃ +150℃，滿刻度范圍誤差為177?！?。方案二：采用DS18B20溫度傳感器[5]。單總線接口，只有一根信號(hào)線作為單總線與CPU連接，且每一只都有自己唯一的64位系列號(hào)存儲(chǔ)在其內(nèi)部的ROM存儲(chǔ)器中，故在一根信號(hào)線上可以掛接多個(gè)DS18820,便于多點(diǎn)測量且易于擴(kuò)展。方案二的后續(xù)電路簡單，占用的I/O口數(shù)量少，為整體設(shè)計(jì)留出了足夠的I/O口資源。DS18B20的溫度值格式如表22：表22 DS18B20的溫度值格式位7位6位5位4位3位2位1位0低字節(jié)2322212021222324位15位14位13位12位11位10位9位8高字節(jié)SSSSS262524DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測量，用16位二進(jìn)制形式提供，形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。數(shù)字輸出格式如表23：表23 DS18B20的數(shù)字輸出格式表溫度數(shù)字輸出(二進(jìn)制)數(shù)字輸出(十六進(jìn)制)+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+0000 0001 1001 00010191h+0000 0000 1010 001000A2h+0000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h1111 1111 1111 1000FFF8h1111 1111 0101 1110FF5Eh1111 1110 0110 1111FE6Fh551111 1100 1001 0000FC90h 方案一：采用光照度傳感器M124749，該光照度傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強(qiáng)，量程可調(diào)。 方案二：采用光敏電阻。光敏電阻的優(yōu)點(diǎn)有內(nèi)部的光電效應(yīng)和電極無關(guān)（光電二極管才有關(guān)），即可以使用直流電源。 比較以上兩個(gè)方案，方案一雖然具有更好的設(shè)計(jì)精度和線性度，但性價(jià)比不如光敏電阻好。3系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的要求是以STC89C52為控制核心，以HS1101濕度傳感器、DS18B光敏電阻完成對(duì)溫室大棚內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測量，并將數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中，有單片機(jī)根據(jù)所編寫的程序，通過繼電器控制電路控制相應(yīng)的設(shè)備達(dá)到自動(dòng)調(diào)控溫室大棚內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)的目的，同時(shí)將通過各種傳感器測的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地顯示在液晶屏上。 硬件系統(tǒng)主要有信號(hào)采集、信號(hào)分析、信號(hào)處理三個(gè)部分組成。（2） 信號(hào)分析 由單片機(jī) STC89C52基本系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)的原理方框圖如圖31：圖31 硬件系統(tǒng)的原理圖圖32 土壤濕度控制流程圖土壤濕度控制部分流程如圖32:單片機(jī)通過濕度傳感器檢測土壤的濕度，若土壤的濕度過低，單片機(jī)就打開滴灌設(shè)備的電磁閥一分鐘，對(duì)作物進(jìn)行滴灌作業(yè)，增加土壤濕度，經(jīng)過一段時(shí)間，單片機(jī)再次檢測土壤濕度，如果濕度過高，就關(guān)閉滴灌設(shè)備的電磁閥，停止滴灌作業(yè)。空氣溫度控制流程如下圖33：圖33空氣溫度控制流程圖單片機(jī)通過溫度傳感器檢測溫室的空氣溫度，當(dāng)空氣溫度過高時(shí)，就通過控制電路，打開排氣扇配合設(shè)置在溫室大棚頂部的噴霧設(shè)備的進(jìn)行一段時(shí)間的溫室大棚的降溫作業(yè)，而當(dāng)溫室溫度過低時(shí)，則通過單片機(jī)自動(dòng)關(guān)閉降溫設(shè)備的工作，使溫度值達(dá)到適宜的范圍。光照度控制部分流程如下圖34：光照度的控制主要靠遮陽幕的開關(guān)，光照度過高時(shí)，系統(tǒng)通過關(guān)閉大棚頂部的遮陽幕，避免陽光直射作物，減小光照度，及減少強(qiáng)光對(duì)作物生長的影響。如果檢測的光照度在適宜范圍，單片機(jī)將維持現(xiàn)狀。STC89C52[6]單片機(jī)管腳如圖35：圖35 STC89C52單片機(jī)管腳定義圖ADC0804[7]為8bit的一路A/D轉(zhuǎn)換器，其輸入電壓范圍在0—5v，轉(zhuǎn)換速度小于100us，﹪，滿足設(shè)計(jì)的精度要求。本系統(tǒng)采用的是測量555輸出的振蕩的方法，電路如圖41所示：圖41 濕度測量電路圖此電路為典型的555雙穩(wěn)態(tài)電路。等量電容HS1101/HS1100通過R19與R20充電到門限電壓（），通過R19放電到觸發(fā)電平（），然后R20通過引腳7短路到地。電壓輸出典型參數(shù)（VCC=5V，25℃）如表41表41 HS1101濕度傳感器電壓輸出典型參數(shù)（VCC=5V，25℃）RH0102030405060708090100Vout 因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中采用了DS18B20數(shù)字溫度傳感器，所以后續(xù)電路簡單，只需將傳感器的數(shù)據(jù)輸入/輸出管腳直接接到單片機(jī)I/O口，通過單片機(jī)的控制DS18B20傳感器并實(shí)時(shí)讀取空氣溫度[1]。根據(jù)光敏電阻在不同的光照下有不同的阻值，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理?？梢燥@示2行每行16個(gè)字符，對(duì)比度可調(diào)、黃綠色背光。手動(dòng)復(fù)位是指通過接通一按鍵開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。本系統(tǒng)使用的復(fù)位電路如圖45所示：圖45 復(fù)位電路圖本設(shè)計(jì)采用的鍵盤掃面電路采用簡單的低電平掃描方式，即采用開關(guān)的一端與單片機(jī)I/O口相連，另一端接地的方式，用單片機(jī)檢測I/O口是否是低電平來判斷鍵盤是否被按下