【正文】 用濕度傳感器HS1101來檢測土壤濕度。外接的鍵盤可以設定系統(tǒng)控制的溫度值，以滿足不同條件下對溫度的不同要求。本系統(tǒng)主要采用STC89c52單片機作為系統(tǒng)的控制核心，由溫室內的空氣溫度傳感器、土壤濕度傳感器、光照度傳感器采集數據，經過模數轉換后送入單片機，由單片機根據采集的數據做出相應的控制，例如控制繼電器的開合，使換氣風扇、滴灌設備、遮陽幕等設備的啟動或停止，達到控制溫室各項參數的目的。 通過熱電偶加溫度傳感器的形式，利用A/D轉換將單片機無法測量的溫度信號轉換為可測量的電信號，然后在將溫度值在LED數碼管上顯示出來，溫度傳感器將溫度信號變換為模擬電壓信號后，將電壓信號放大到單片機可以處理的范圍內，經過低通濾波，濾掉干擾信號送入單片機。當光照度過低時，就打開遮陽幕，增加光照度。這種傳感器只限于在一定范圍內使用時具有良好的線性，有效地利用其線性特性。 溫度控制系統(tǒng)的硬件部分包括濕度檢測電路、單片機、LED顯示電路電源恒壓電路。根據上式，可以把電阻值歲溫度的變化關系轉化為電壓隨溫度變化的關系，由于熱敏電阻的電信號一般都是毫伏級，必須經過放大嗎，才能在單片機中使用。由于熱敏電阻具有負的電阻溫度特性，當溫度升高時，電阻值減小，它的阻值—溫度特性曲線是一條指數曲線，非線性較大。本系統(tǒng)主要針對溫室大棚內溫度、濕度，光照強度研制了單片機控制的溫室大棚自動控制系統(tǒng),綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經濟性要求三個方面因素之后，最終確定以STC89C52單片機為控制核心，選用性價比比較高的傳感器，實現(xiàn)對溫濕度的精確測量與準確控制，同時又具有價格低等優(yōu)點，便于在我國推廣。目前世界各國的溫室大棚測控技術的發(fā)展很迅速，一些國家也朝著完全自動化、無人化的這個進行方向進行發(fā)展。而后又出現(xiàn)了分布式的控制系統(tǒng)。由此可見，溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長模型，溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發(fā)展。（3）智能化控制：這是溫度自動控制技術和生產實踐的基礎上，通過總結，收集農業(yè)領域知識、技術和各種實驗數據構建專家系統(tǒng)，以建立作物生長的數學模型為理論依據，研究開發(fā)出的一種適合不同作物生長的溫室專家控制系統(tǒng)技術。通過改變溫室環(huán)境設定目標值，可以自動的進行溫室內環(huán)境氣候調節(jié)，但是這種控制方式對作物生產狀況的改變難以及時做出反應，難以介入作物生長的內在規(guī)律。（2）自動控制：這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標參數，計算機根據傳感器實際的測量值與事先設定的目標進行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過程，控制相應機構進行加熱、降溫和通風等動作。種植者采用手動控制方式，對于作物生長狀況的反應是最直接，最迅速且最有效的，它符合傳統(tǒng)農業(yè)的生產規(guī)律。他們是溫室環(huán)境控制的核心。 國內外發(fā)展現(xiàn)狀國內外溫室控制技術的發(fā)展狀況來看，溫室環(huán)境控制技術大致經歷了3個發(fā)展階段：（1）手動控制：這是在溫室控制技術發(fā)展初期所采取的控制手段，其實并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構。傳統(tǒng)的方法是用毛發(fā)濕度表、酒精溫度計等進行人工測量，再對不符合的溫度、濕度、光照度通過在溫室大棚進行灌溉、降溫、遮光等控制操作[1]來調節(jié)，這種人工測控的方法費時費力、效率低、且無法保證測量的連續(xù)性，測量的誤差大、隨機性大，隨意性強。溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產管理自動化、科學化的基本保證，通過對監(jiān)測數據的分析，結合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達到優(yōu)質、高產、高效的栽培目的?，F(xiàn)代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數進行檢測和控制。另外，陰雨天光照不足，光合作用不能正常進行，棚內溫度也應比晴天低5℃左右，以降低呼吸消耗。此后，再將夜溫降到1012℃，以抑制呼吸、減少消耗、增加積累。午前以促進光合作用，增加同化量為主，一般將棚溫保持在2530℃為宜；午后光合作用呈下降趨勢，應將溫度比午前降低5℃左右，以2025℃為好，避免高溫下養(yǎng)分消耗過多。冬季蔬菜大棚管理最重要的一個因素是溫度的控制。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作?，F(xiàn)代人類生活中所有的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。單片機比專用處理器最合適應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機雖小，但它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，也就是說一塊芯片就成了一臺計算機?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。國外對溫室環(huán)境控制技術研究較早，始于20世紀70年代。溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣天氣對其影響的場所，它以采光覆蓋材料作為全部或部分結構材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。目錄第1章 緒論 1 1 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 2 課題內容、目的及思路 3 設計過程及工藝要求 5第2章 方案的比較和選擇 6 濕度傳感器的選擇 6 8 光照度傳感器的選擇 10第3章 系統(tǒng)的總體設計 11 確定系統(tǒng)任務 11 系統(tǒng)的組成和工作原理 12 元件的特性 15 STC89C52特點 15 AD0804特點 16第4章 電路設計 18 濕度測量電路 18 溫度測量電路 19 光照度測量電路 19 數據顯示電路 20 復位電路 21 鍵盤電路 22 22 電源設計 23第5章 軟件設計 25 25 Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構 25 使用獨立的Keil仿真器時，注意事項 26 Keil C51單片機軟件基本操作步驟 26 主程序流程圖 26 參數測量子程序流程圖 28 鍵盤掃描子程序流程 28第6章 結 論 31致 謝 32參考文獻 33附錄 34 34 35第1章 緒論隨著改革開放，特別是90年代以來，我國的溫室大棚產業(yè)得到迅猛的發(fā)展，以蔬菜大棚、花卉為主植物栽培設施栽培在大江南北遍地開花，隨著政府對城市蔬菜產業(yè)的不斷投入，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)內蔬菜大棚產業(yè)被看作是21世紀最具活力的新產業(yè)之一。溫室是蔬菜等植物在栽培生產中必不可少的設施之一，不同種類的蔬菜對溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為他們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，從而可以通過提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經濟效益。而溫室設施的關鍵技術是環(huán)境控制，該技術的最終目標是提高控制與作業(yè)精度。顯示采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制。目前正開發(fā)和研制計算機數據采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。同時它也被稱為微控制器（Microcontroller）,是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成在復雜的，而對提及要求嚴格的控制設備當中。事實上單片機是世界上數量最多的計算機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有12部單片機。我國北方冬季寒冷而漫長，大力推廣蔬菜大棚種植蔬菜能更好的滿足人民生活水平日益提高的需求。溫度管理一般把一天分為午前、午后、前半夜和后半夜4個時段來進行溫度調節(jié)。日落后45h內，要將棚內溫度從20℃逐漸降到15℃上下，以促進體內同化物的運轉。但不可把溫度降得過低，以免發(fā)生低溫危害。隨著單片機的飛速發(fā)展，通過單片機對被控制對象進行控制日益廣泛，其具有體積小、功能強、性價比高等特點，把單片機應用于自動控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，可完成對溫度采集和控制等要求。例如：空氣的溫度、濕度、光照強度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農業(yè)設施在現(xiàn)代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用，所以對大棚內的溫度、濕度與光照強度等參數的控制就顯的非常重要了。為了克服以上幾點不足，我們需要一種造價低廉，使用方便且測量準確的自動測控系統(tǒng)。生產一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對溫室作物進行管理的執(zhí)行機構。通過對溫室內外的氣候的狀況和對作物生長狀況進行觀測，憑借長期積累的經驗和直覺推測及判斷，手動調節(jié)溫室內環(huán)境。但這種控制方式的勞動生產率較低，不適合工業(yè)化農業(yè)的生產需要，而且對種植者的素質要求較高。計算機自動控制的溫室控制技術實現(xiàn)了生產的自動化，適合規(guī)?；a，勞動生產率得到了提高。目前我國絕大部分自主開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進的國外設備都屬于這種控制方式。溫室控制技術沿著手動、自動、自動化控制的生產進程，向著越來越先進的，功能越來越完備的方向發(fā)展。國外對溫室環(huán)境控制技術的研究相對較早，先是采用模擬式組合儀表，采集信并息進行指示、記錄以及控制。目前正研制的是計算機數據采集測控系統(tǒng)的多因子綜合測控系統(tǒng)。國外的溫室設施雖然己經發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件，不利于在我國廣泛地推廣，而當今在我國大多數地方對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量，光照強度的檢測與控制都采用人工管理，存在著測控精度低、勞動強度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補的損失，結果不但大大增加了成本，浪費了人力資源，而且很難達到預期的效果。 課題內容、目的及思路 溫度控制系統(tǒng)的硬件部分包括 溫度檢測系統(tǒng)（采用高精度熱敏電阻）、信號放大系統(tǒng)、A/D轉換、單片機、I/O設備、控制執(zhí)行系統(tǒng)等。而對溫度要求不高，是在室溫環(huán)境下熱敏電阻的阻值與環(huán)境溫度基本呈線性關系，這樣可以通過電阻分壓簡單地將溫度值轉化為電壓值。溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號后，將電壓信號放大到單片機可以處理的范圍內，經過低通濾波，濾掉干擾信號送入單片機，由于傳感器輸出微弱的模擬信號，當信號中存在環(huán)境干擾時，干擾信號也被同時放大，影響檢測精度，所以需要濾波電路對模擬信號進行處理，以提高信號的抗干擾能力。濕度傳感器為高濕度開關傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ1KHZ，測量濕度范圍為0100%RH，工作溫度范圍為050℃，阻抗在75%RH（25℃）時為1MΩ。光照度的控制主要靠遮陽幕的開關，光照度過高時，系統(tǒng)通過關閉大棚頂部的遮陽幕，避免陽光直射作物，減小光照度，及減少強光對作物生長的影響。如果檢測的光照度在適宜范圍，單片機將維持現(xiàn)狀。在單片機中對信號進行采樣，為進一步提高測量精度，采樣后對信號進行數字濾波單片機將檢測到的溫度信息與設定值進行比較，如果不相符，數字調節(jié)程序根據給定值與測得值的差值按PID控制法設計控制量，觸發(fā)程序根據控制量控制執(zhí)行單元。同時在外接的LCD液晶上顯示實時參數 ，便于觀察。 設計過程及工藝要求在本系統(tǒng)中為了保證對溫度、濕度和光照度的檢測的實時性和準確性，采用了數字溫度傳感器DS18B20來檢測溫度。采用光敏電阻檢測光照度。在此系統(tǒng)中，溫度傳感器獲得所測環(huán)境中的檢測溫度信號，信號處理和放大后，由A/D轉換器轉換成數字信號進入單片機內部，顯示于LED顯示器上。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。 第2章 方案的比較和選擇 濕度傳感器的選擇單片機作為控制核心，要有被檢測信號輸入，由單片機處理。傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關鍵部件，如果沒有傳感器對原始信號進行準確可靠的捕捉和轉換，系統(tǒng)就無法實現(xiàn)要求的各項功能。測量土壤濕度的方法有很多種，其原理是根據某種物質從其周圍的土壤中吸收水分后引起的物理或化學的性質的變化，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的傳感器，不能在寬頻域內檢測濕度。 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使用時具有良好的線性度。圖21 HS1101濕度－電容響應曲線濕度傳感器HS1101是基于獨特工藝設計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產。它有以下幾個顯著的特點：(1)全互換性，在標準環(huán)境下不需校正 (2)長時間飽和下快速脫濕(3)可以自動化焊接，包括波峰或水浸(4)高可靠性與長時間穩(wěn)定性(5)專利的固態(tài)聚合物結構 (6)可用于線性電壓或頻率輸出回路 (7)快速反應時間相對濕度在1%～100%RH范圍內：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，反應速度高的優(yōu)點，其濕度－電容響應曲線如圖21：HS1101的一些常用參數如表21：表21：HS1101常用參數參數符號參數值單位工作溫度Ta40～100℃儲存溫度Tstg40～125℃供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0～100%RH焊接時間=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，只有一根信號線作為單總線與CPU連接，且每一只都