【正文】 技術(shù)主要停留在對(duì)溫室環(huán)境因子的監(jiān)控上，并沒(méi)有考慮溫室作物本身的生理過(guò)程。在開(kāi)發(fā)溫室農(nóng)業(yè)專(zhuān)家控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)知識(shí)的表達(dá)及推理策略等要認(rèn)真考慮。總之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)、傳感器智能化技術(shù)、機(jī)械電子一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的發(fā)展，溫室技術(shù)體系己經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家為合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的前沿性研究領(lǐng)域。本文將信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息存儲(chǔ)技術(shù)及信息處理技術(shù)等相互融合，將溫室環(huán)境多種參數(shù)監(jiān)測(cè)和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實(shí)可行的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以全面、實(shí)時(shí)、自動(dòng)地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用最有效方式送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并可對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：◆傳感器設(shè)計(jì)成智能型，可以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度，減輕監(jiān)控計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)?！魡纹瑱C(jī)的設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)速度，系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性都有很大提高◆對(duì)模擬設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，為防止失真，采用了數(shù)據(jù)插值算法。2 單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能如下：◆實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，測(cè)量空間多點(diǎn)的溫度和濕度：根據(jù)測(cè)量空間或設(shè)備的實(shí)際需要，由多路溫度、濕度傳感器對(duì)關(guān)鍵溫、濕度敏感點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，由單片機(jī)對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能、多空間點(diǎn)的測(cè)量?！衄F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程通信功能。與計(jì)算機(jī)通訊功能，采用RS232串行通訊方式最遠(yuǎn)傳輸距離為20米。◆監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)管理軟件既要具有完成數(shù)據(jù)采集、處理的功能，其軟件編程應(yīng)具有功能強(qiáng)大、界面友好、便于操作和執(zhí)行速度快等特點(diǎn)。l、可靠性高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。操作維護(hù)方便在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對(duì)操作人員專(zhuān)用知識(shí)的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性?xún)r(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。 單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的組成與工作原理以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。選用的主要器件有：溫度傳感器DS1820，濕度傳感器HSll01，At89S51，A/D轉(zhuǎn)換器TLCO834，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C04，MMC存儲(chǔ)卡，4數(shù)碼管顯示模塊，語(yǔ)音報(bào)警芯片ISD2560，MAX232，集成定時(shí)器555芯片等。數(shù)據(jù)采集通過(guò)單總線的智能溫度傳感器DS18B20。在整個(gè)系統(tǒng)中采用了多種總線、協(xié)議技術(shù)，如智能溫度傳感器DS1820的單總線技術(shù)，存儲(chǔ)擴(kuò)展的I2C總線技術(shù)，MMC的模擬SPI總線技術(shù)，單片機(jī)和計(jì)算機(jī)連接的RS232協(xié)議技術(shù)等。在這個(gè)系統(tǒng)中單片機(jī)部分采用語(yǔ)言為匯編和C語(yǔ)言混合編程，計(jì)算機(jī)部分采用VC++。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集溫度的采集、處理、顯示、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其原理框圖如圖3—1所示。溫度傳感器的作用是采集大棚內(nèi)的溫度，并進(jìn)行判斷和顯示。該傳感器是利用在板專(zhuān)利技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度的。并且DSl8B20只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口，因此，多個(gè)DSl8B20可以并聯(lián)到3或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20進(jìn)行通信，而它們只需簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就能加以識(shí)別，這樣就節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。由于該溫度計(jì)采用數(shù)字輸出形式，故不需要A/D轉(zhuǎn)換器。由于AT89系列單片機(jī)與MCS—51系列單片機(jī)兼容，所以，本系統(tǒng)中的單片機(jī)選用AT89C2051。雖然RS232是串行通訊中目前最常用的接口，且在PC機(jī)系列中，每臺(tái)微機(jī)均配有標(biāo)準(zhǔn)的RS232，但是這種共地傳輸，由于受距離與環(huán)境的影響，極易受到干擾。而RS485串行通訊是一種多發(fā)送器的電路新標(biāo)準(zhǔn)，它采用了差分平衡的電氣接口，利用平衡驅(qū)動(dòng)、差分接收的方法，從根本上消除了地線信號(hào)。由于從大棚到計(jì)算機(jī)的距離較長(zhǎng)，因此，在本課題設(shè)計(jì)中，需要在PC機(jī)側(cè)配置RS485轉(zhuǎn)換器，以達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?系統(tǒng)工作原理采用單總線技術(shù)設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖3—2所示。單片機(jī)通過(guò)RS485總線與PC機(jī)通訊。該系統(tǒng)只要一條雙絞線(一根為信號(hào)線，一根為地線)從單片機(jī)拉向監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，然后將各種監(jiān)控對(duì)象(傳感器)掛接在一根總線上就可以了。圖3—2中只畫(huà)出了一個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的配置，其布線接頭與通常電話線路使用的一樣，插入和拔出都很方便。如果采集的溫度值高于上限報(bào)警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起動(dòng)制冷設(shè)備，把溫度降下來(lái)，當(dāng)溫度降到一定的程度，即低于上限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制冷設(shè)備，使制冷設(shè)備停止工作。其具體的溫度越限自動(dòng)控制過(guò)程如圖3—3所示?；?作為控制碼信息，去勝制報(bào)警設(shè)備、通風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(空調(diào))等的開(kāi)啟與關(guān)閉。DS2405是DALLAS公司提供了一種可尋址的開(kāi)關(guān)器件，其主要特性為：DS9502為防靜電保護(hù)二極管。圖3—2中每個(gè)與單總線直接相連的測(cè)控對(duì)象的機(jī)構(gòu)芯片內(nèi)均有一個(gè)64位(bit)的ROM，其中存有48位(hit)二進(jìn)制編碼的序列號(hào)，稱(chēng)之為身份證，以確保芯片掛接在總線上可以被識(shí)別出來(lái)，這是在單總線上實(shí)現(xiàn)定位和尋址通信的關(guān)鍵所在。由圖3—4可見(jiàn)，芯片內(nèi)還含有收、發(fā)控制和電源電路，其耗電量都很小，從總線上獲得一點(diǎn)電量存儲(chǔ)在大電容中就可以正常工作了，故一般不需要另附電源。 溫度傳感器的選擇測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段：(含敏感元件)：；。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用IC。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD59TMP1LM135等。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。智能溫度傳感器(亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測(cè)量裝置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9—2位數(shù)字值讀數(shù)方式。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為55℃—+125℃，在10—+85℃范圍內(nèi)，℃。因此，數(shù)字化單總線器件DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等?？蓮V泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。(2)在使用中不需要任何外圍元件。(4)測(cè)溫范圍：55—+l25℃。當(dāng)在10℃—+85℃范圍內(nèi)，℃，在55—+125℃范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過(guò)2℃。(6)用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。(8)負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。但此時(shí)芯片無(wú)法正常工作。(10)適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其ROM中。 DS18B20的控制方法在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，DS18B20的I/0口線要接5K見(jiàn)左右的上拉電阻。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。 DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖3—6所示。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的概述單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，又稱(chēng)微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。正是由于這一原因，國(guó)際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計(jì)算機(jī)(SCM)這一名稱(chēng)。單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。3)控制功能強(qiáng)。 AT89C2051芯片的主要性能芯片AT89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的帶ZK字節(jié)快閃存儲(chǔ)器的8位單片機(jī)。 AT89C2051芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖AT89C2051是一帶有2K字節(jié)快閃可編程可擦除存儲(chǔ)體(EEPROM)的低電壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的CPL1和快閃存儲(chǔ)器，ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)，它對(duì)許多嵌入式控制的應(yīng)用，提供了一種高度靈活和成本低的解決辦法。 輸入通道的設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸入通道的作用是將溫控箱的溫度(非電量)通過(guò)傳感器電路轉(zhuǎn)化為電量(電壓或電流)輸出，本系統(tǒng)就是將溫度轉(zhuǎn)化為電壓的輸出。輸入通道由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換等電路組成。因此在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)選擇不同的溫度傳感器。與熱電偶、熱敏電阻相比較，鉑的物理、化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強(qiáng)，離散性很小，精度最高，靈敏度也較好。由于在本系統(tǒng)中，測(cè)溫范圍較大(在室溫到600℃之間)，且要求檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好，因此選用Pt100鉑電阻作為本溫度控制系統(tǒng)的溫度傳感器。在測(cè)量精度方