【正文】 ..22 硬件結(jié)構(gòu) ..................................................................................................................22 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...........................................................................................................23 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) .................................................................................................23 軟件的實(shí)現(xiàn) ...........................................................................................................24 .........................................................................................................................25 致謝 .............................................................................................................................26 英漢互譯 ....................................................................................................................27 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................35 附 主程序流程圖 ...................................................................................................36 基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 1 第 1 章 緒 論 課題背景及研究意義 中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。 通過以上設(shè)計(jì)可以對(duì)植物生長(zhǎng)過程中的土壤濕度、環(huán)境溫度、光照度以及二氧化碳濃度進(jìn)行了實(shí)時(shí)地、連續(xù)地檢測(cè)、直觀地顯示并進(jìn)行自動(dòng)地控制。 （ 3） 通過固態(tài)電化學(xué)性二 氧化碳傳感器 TGS4160 采集二氧化碳濃度。主要內(nèi)容有： （ 1） 通過 單片雙端集成溫度傳感器 AD590 采集實(shí)時(shí)溫度?；趩纹瑱C(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 1 摘要 溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所必需的基本設(shè)備 ， 用它有效地控制溫度、光照、濕度、二氧化碳濃度等是改變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙那疤帷?本設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī)為核心完成了對(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)的工作。（ 2）通過濕度傳感器 HS1100 采集實(shí)時(shí)濕度。 （ 4） 判斷采集到的參數(shù)值與設(shè)置值是否一致 ， 并進(jìn)行繼電器控制。克服了傳統(tǒng)的人工測(cè)量方法不能進(jìn)行連續(xù)測(cè)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?，F(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(cè)和控制。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)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。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長(zhǎng)。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢 測(cè)與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測(cè)控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)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。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對(duì)其性能要求也越來(lái)越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)大棚 的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高。 當(dāng)前農(nóng)業(yè)溫室大棚大多是中、 小規(guī)模， 要在大棚內(nèi)引人自 動(dòng)化控制系統(tǒng)，改變?nèi)咳斯す芾淼姆绞剑鸵紤]系統(tǒng)的成本，因此，針對(duì)這種狀況，結(jié)合郊區(qū)農(nóng)戶的需要， 設(shè)計(jì)了一套低成本的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)。 中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重 視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。例如：空氣的溫度、濕度、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。國(guó)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(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳 的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長(zhǎng)的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋? 美國(guó)是最 早發(fā)明計(jì)算機(jī)的國(guó)家，也是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室控制和管理最早、最多的國(guó)家之一。環(huán)境控制計(jì)算機(jī)主要用來(lái)對(duì)溫室環(huán)境 (氣象環(huán)境和栽培環(huán)境 )進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。溫室專家系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高了決策水平 ，減輕了技術(shù)管理工作量，同時(shí)也為種植帶來(lái)了很大方便 [2]。目前，荷蘭自動(dòng)化智能玻璃溫室制造水平處于世界先進(jìn)水平，擁有玻璃溫室 平方米 ，占世界 1/4以上，有 85％的溫室用戶使用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境。上位機(jī)軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時(shí)還能夠很好地完成溫室灌溉和氣候的控制和管理。遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個(gè)通訊平臺(tái)，用戶可以在遙遠(yuǎn)的地方通過形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對(duì)話，就像在現(xiàn)場(chǎng)操作一樣，給人以身臨其境之感。 20世紀(jì) 90年代初期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所和作物花卉研究所，研制開發(fā)了溫室控制與管理系統(tǒng)，并開發(fā)了基于 Windows操作系統(tǒng)的控制軟件； 90年代中后期，江蘇理工大學(xué)毛罕平等人研制開發(fā)了溫室軟硬件控制系統(tǒng)，能對(duì)營(yíng)養(yǎng)液系統(tǒng)、溫度、光照、 CO2 、 施肥等進(jìn)行綜合控制，是目前國(guó)產(chǎn)化溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)較為典型的研究成果。 “ 九五 ” 期間，國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè) (設(shè)施農(nóng)業(yè) )研究項(xiàng)目，并且在項(xiàng)目中加大了計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究的力度，其中 “ 九五 ” 國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程 “ 工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程 ” 中，直接設(shè)置了 “ 智能型連棟塑料溫室結(jié)構(gòu)及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)施 ” 的專題 [3]。中科院合肥智能機(jī)械研究所研制了 “ 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 — DET系列軟件 ” 和智能溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠有效地提高作物產(chǎn)量、縮短生長(zhǎng)期、減 小人工操作的盲目性。河南省農(nóng)科院自動(dòng)化控制中心研制了 “ GCS— I型智能化溫室自動(dòng)控制系統(tǒng) ” ，采用上位機(jī)加 PLC的集散式控制方法，軟件采用智能化模糊算法。 選題的目的和意義 溫室是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類觀賞花卉對(duì)溫度及濕度等生長(zhǎng)所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個(gè)更適宜其生長(zhǎng)的封閉基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 4 的、良好的生 存環(huán)境，以提早或延遲花期，最終將會(huì)給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)可自動(dòng)控制加熱、降溫、通風(fēng)。溫室環(huán)境自動(dòng)化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技術(shù)的體現(xiàn)。 目的是通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們將課本知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，更加深刻的理解自動(dòng)控制的運(yùn)作模式及意義，也能夠?qū)⑺?學(xué)知識(shí)和技能更多的運(yùn)用于生活和工作中，學(xué)以致用。隨著溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ,溫室作物趨向于多樣化 ,對(duì)溫室的控制要求也隨之提高 ,手動(dòng)控制因其控制精度低已開始不能滿足溫室生產(chǎn)的需求 ,需要設(shè)計(jì)一種控制器減少手動(dòng)控制。因此 ,在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要充分考慮用戶的經(jīng)濟(jì)承受能力 ,減少溫室設(shè)計(jì) 中的各種成本 ,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 ,這在溫室上具有較為深遠(yuǎn)的意義。 控制方案設(shè)計(jì) 植物的生長(zhǎng)是在一定環(huán)境中進(jìn)行的 ,在生長(zhǎng)過程中受到環(huán)境中各種因素的影響 ,其中對(duì)植物生長(zhǎng)影響最大的是溫度、濕度和光照度?，F(xiàn)代溫室有內(nèi)外遮陽(yáng)系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)、自然通風(fēng)系統(tǒng)、濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、補(bǔ)氣系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)、灌溉系統(tǒng)、施肥 系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)，能夠?qū)χ参锏纳L(zhǎng)進(jìn)行合理的控制 ,而如何才能合理地控制這些配套設(shè)備的運(yùn)作和協(xié)同則需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。該系統(tǒng)由單片機(jī)對(duì)溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行巡回測(cè)量 ,并對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償 ,并進(jìn)行調(diào)控 ,此外主控制器還可以同時(shí)完成系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量 ,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等 ,硬件總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 所示。然后將 CPU處理后各種控制結(jié)果通過 16 路開關(guān)量輸出口傳送到電機(jī)和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)上 ,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的控制。本控制系統(tǒng)采用宏晶科技公司生產(chǎn) STC 51系列單片機(jī)控制器 (STC89C58RD+)。 STC89C58RD+單片機(jī)最高時(shí)鐘頻率為 0～ 80MHz,32k 的 Flash 存儲(chǔ)器、 1280 字節(jié)的 RAM、擁有 P4 口適合需要多I/O 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 16k 字節(jié)的 E2PROM 可以提供比其它單片機(jī)更多的存儲(chǔ)空間。這種單片機(jī)的燒錄方式操作簡(jiǎn)單容易 ,程序的調(diào)試靈活 ,修改方便 ,且不受地域、時(shí)間和環(huán)境的影響和限制 ,可為以后產(chǎn)品的改進(jìn)和升級(jí)提供方便。智能溫室大棚控制系統(tǒng)的組成基于兩個(gè)方面：?jiǎn)螚潨厥掖笈锟刂葡到y(tǒng)和集約化生產(chǎn)連棟溫室大棚控制系統(tǒng)。對(duì)于單棟溫室大棚控制系統(tǒng)，設(shè)置了獨(dú)立的控制和顯示等功能，并設(shè)置了 RS232和 RS485通訊接口，便于和上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)，其模式如圖 。 基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng) 長(zhǎng)春大學(xué) 7 上位機(jī)通信接口大 棚 2 大 棚 n大 棚 1 大 棚 n 1 圖 集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 溫室大棚的硬件組成 溫室大棚的硬件組成原理如圖 所示： 濕 度 傳 感 器空 氣 濕 度 傳 感 器74HCD4051測(cè)溫放大器程控放大器土 壤 含 水 率 傳 感器其 他 傳 感 器MAX338A/D轉(zhuǎn)換器P 1P 2A T 8 9 C 5 5P 0P 1HD7279A驅(qū) 動(dòng) 電 路通 訊 口M A X 8 1 3儲(chǔ) 存 器鍵 盤顯 示繼電器調(diào) 光 圖 溫室大棚系統(tǒng)的主要硬件組成原理圖 傳感器 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了對(duì)與作物生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的環(huán)境溫度、濕度、光照度、 CO2 含量及土壤水量等參數(shù)進(jìn)行采集的功能 ,實(shí)現(xiàn)溫室大棚內(nèi)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，傳感器負(fù)責(zé)對(duì)溫室環(huán)境因子的采集，將采集信轉(zhuǎn)換為 05 伏的電壓信號(hào)，送入ADC0809,再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換 ,供單片機(jī)使用，而使用的各種類型傳感器，分別介紹如下： 1. 溫度傳感器 溫度傳感器的選擇余地較大可選用集成溫度傳感器鉑電阻傳感器及數(shù)字式傳感器本系統(tǒng)采用廣州市科 技發(fā)展公司自動(dòng)化研究室生產(chǎn)的“可選通式溫度傳感器”型號(hào)為 KSG。 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。 AD590 具有線性好、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無(wú)需補(bǔ)償、熱容量小，抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫并且使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的 電源電壓可以在 4V～ 6V 范圍變化，電流 Ir變化 luA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的 b 一 e結(jié)壓降的不飽和值 Vbe 與熱力學(xué)溫度 T 和通過發(fā)射極電流 I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè) : Vbe =qKIT ?lnI ， K波爾茲常數(shù) ； q電子電荷絕對(duì)值 集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流