【正文】 連續(xù)采集數(shù)據(jù)，工作效率非常低；溫室大棚里的氣體印象人身健康。近年來(lái)，有線通信方式在智能溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)，大大改善了傳統(tǒng)作業(yè)的不足，實(shí)現(xiàn)了溫室大棚環(huán)境監(jiān)控智能化。會(huì)面臨很多問(wèn)題：線路過(guò)長(zhǎng)造成施工布線困難，總線驅(qū)動(dòng)能力要求很高、長(zhǎng)距離通信速率受到限制、信號(hào)衰減和反射明顯：室外線路受滲水、雷擊等因素影響，常出現(xiàn)線路接口腐蝕，維修工作繁瑣?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展使遠(yuǎn)程控制得到發(fā)展，有互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將各傳感器，執(zhí)行器鏈接到互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)了溫室大棚環(huán)境監(jiān)控智能化。光照度標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表11；而一般蔬菜光照度見(jiàn)下表12：表11 光照度標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件光照度范圍(lux)環(huán)境條件光照度范圍(lux)一般黑夜—陰天室外50……500月夜……晴天室內(nèi)100……1000陰天室內(nèi)5……50夏天太陽(yáng)光下100000閱讀報(bào)刊50……60家用攝像機(jī)標(biāo)準(zhǔn)照度1400表12 若干蔬菜光參數(shù)種類(lèi)品種光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)飽和時(shí)Pn甜瓜齊甜1號(hào)白菜南農(nóng)矮321324絲瓜普通絲瓜27由此可見(jiàn)，白天室外光照度滿足大于光補(bǔ)償點(diǎn)，小于光飽和點(diǎn)的要求，所以針對(duì)白天我們不需要對(duì)光照度進(jìn)行控制，到了夜間，光照度幾乎等于零，我們只需要根據(jù)不同的參數(shù)控制對(duì)應(yīng)的led燈提供大于光補(bǔ)償點(diǎn)的光照就能達(dá)到既節(jié)能又提高蔬菜光合作用效率的目的。 （2）該控制系統(tǒng)省略了光照檢測(cè)和控制遮光簾等裝置，有效的節(jié)約了成本， 但是沒(méi)有降低控制的效果。 國(guó)內(nèi)外研究的發(fā)展?fàn)顩r 20世紀(jì)70年代，國(guó)外的溫室生產(chǎn)開(kāi)始以較快的速度發(fā)展，特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，如荷蘭、美國(guó)等國(guó)家實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。例如，在控制溫度時(shí)，控制的只是溫度的改變，而不影響到其它因素，要改變其它因素，則要實(shí)施另外的控制過(guò)程，才能達(dá)到一定溫度條件下其它相關(guān)環(huán)境因素的配合。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代采取多因素綜合控制方法，這是利用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境因素的方法。一般以光照條件為始變因素，溫度、濕度和二氧化碳濃度為隨便因素，使這4個(gè)主要環(huán)境因素隨時(shí)處于最佳配合狀態(tài)。目前Et本、荷蘭、以色列、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家可以根據(jù)作物的要求和特點(diǎn)，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控。目前市場(chǎng)的發(fā)展方向?yàn)橄拢海?） 提高溫室環(huán)境控制水平。從而發(fā)展適合溫室環(huán)境特點(diǎn)的控制系統(tǒng)。（3）利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控、信息收集、產(chǎn)品網(wǎng)上交易。包括溫度，濕度，CO2濃度，這些都是溫室大 棚要實(shí)現(xiàn)良好性能的關(guān)鍵參數(shù)，只有及時(shí)，準(zhǔn)確的檢測(cè)到這些參數(shù)的確定 值，才能實(shí)現(xiàn)好控制。（2） 溫室大棚的控制。本課題 只涉及到光照，通過(guò)上文的分析，只需要對(duì)led燈進(jìn)行控制，而且對(duì)led 等控制誤差比較小，只要進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制就可以達(dá)到效果，這樣既節(jié)省了成 本又達(dá)到效果。通過(guò)遠(yuǎn)程pc作為上位機(jī)，能觀察溫室大棚的情況，能遠(yuǎn) 程控制各種執(zhí)行器。上位機(jī)可以選擇種植的蔬菜，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到下位機(jī)，下位機(jī)選擇端口發(fā)送到不同的單片機(jī)，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)光照的開(kāi)環(huán)控制。如果在擴(kuò)充到其他的的參數(shù)結(jié)構(gòu)相同，只需要對(duì)部分軟件和硬件進(jìn)行替換。如上圖11，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖有以下幾點(diǎn)意義：（1） 控制系統(tǒng)通過(guò)internet實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信，不受距離的限制， 能達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。（3） mcu采用51單片機(jī)，對(duì)于以后的擴(kuò)充功能比較方便。工控機(jī)常用于環(huán)境污染嚴(yán)重，酸堿度較高，磁干擾較嚴(yán)重的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)；PLC是繼電器控制的智能發(fā)展，特別適用于開(kāi)關(guān)量控制，其特有的梯形圖變成結(jié)構(gòu)比較直觀；單片機(jī)成本低，壽命高，控制能力較強(qiáng)，在小規(guī)?？刂片F(xiàn)場(chǎng)用得比較多。方案1：PLC可編程邏輯控制器 PLC是一種專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。 本設(shè)計(jì)要求將傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)送到接收端上去，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集，先設(shè)計(jì)出兩套方案，一種方案是每一個(gè)傳感器上面都用一個(gè)GPRS模塊，通過(guò)GPRS發(fā)送到上位機(jī)。GPRS可說(shuō)是GSM的延續(xù)。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。無(wú)線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳送工作。 綜上所述我們選擇NRF24l01作為無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線通信。方案1：LCD顯示器LCD1602 圖21 LCD1602 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。如圖21為單片機(jī)常用的液晶顯示器1602外觀圖。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類(lèi)似于3位“+1”型。圖2是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車(chē)站，家電等場(chǎng)合。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片圖22 這是一個(gè)7段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10引腳的LED數(shù)碼管 圖23引腳定義每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP是小數(shù)點(diǎn). 圖22 LED數(shù)碼管引腳定義 圖23 10引腳的LED數(shù)碼管由項(xiàng)目要求可知，我們的顯示裝置要顯示實(shí)時(shí)的光照度和預(yù)定的光照度，顯示的數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單，我們采取數(shù)碼管分段顯示或者分時(shí)顯示都能達(dá)到顯示效果，而且數(shù)碼管控制原理簡(jiǎn)單明了，易于控制，成本低，綜上所述我們選擇數(shù)碼管作為顯示裝置。目前，光敏電阻應(yīng)用的極為廣泛，可見(jiàn)光波段和大氣透過(guò)的幾個(gè)窗口都有適用的光敏電阻。當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時(shí)，光敏電阻電導(dǎo)率的改變量為： ……………………式21在（1）式中，e為電荷電量，為空穴濃度的改變量，為電子濃度的改變量，表示遷移率。在一定的光照度下，為恒定的值，因而光電流和電壓成線性關(guān)系。光照度不變的情況下，電壓越高，光電流也越大，而且沒(méi)有飽和現(xiàn)象。 圖24 光敏電阻的伏安特性曲線 圖25 光敏電阻的光照特性曲線光敏電阻的光照特性則如圖25所示。由于光敏電阻的光照特性是非線性的，因此不適宜作線性敏感元件 ，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一。方案2：光敏二極管光敏二極管的伏安特性相當(dāng)于向下平移了的普通二極管，光敏二極管的伏安特性如圖26所示。原因是它們都能產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，只因光電三極管的集電結(jié)在無(wú)反向偏壓時(shí)沒(méi)有放大作用，所以此時(shí)沒(méi)有電流輸出（或僅有很小的漏電流）。而光敏三極管在弱光時(shí)靈敏度低些，在強(qiáng)光時(shí)則有飽和現(xiàn)象，這是由于電流放大倍數(shù)的非線性所至，對(duì)弱信號(hào)的檢測(cè)不利。比較光敏二極管和光敏電阻的光照特性可知，光敏二極管的光照特性線性度非常好，而光敏電阻非線性非常差，開(kāi)關(guān)特性比較好。綜上所述，我們選擇光敏電阻作為光照度檢測(cè)元件。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類(lèi)似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增 加。常見(jiàn)的有2CU、2DU等系列。 通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 （2）．ADC0809引腳結(jié)構(gòu)圖31 ADC0809引腳圖ADC0809各腳功能如下：D7……D0：8位數(shù)字量輸出引腳。VCC：+5V工作電壓。REF（+）：參考電壓正端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。（3）ADC0809應(yīng)用說(shuō)明ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連；初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平；送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上；在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)；是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷；當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。AT89C52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。 圖32 AT89C52外觀和引腳圖 MAX232 TTL轉(zhuǎn)串口電平芯片MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專(zhuān)為RS……232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。12V電源的應(yīng)用。MAX225，MAXX233，MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部元件，推薦用于印刷電路板面積有限的應(yīng)用。ULN2003 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。 硬件電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路就是產(chǎn)生象時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。用于產(chǎn)生這個(gè)時(shí)間的電路就是時(shí)鐘電路。AT89C52單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)翻身相放大器所構(gòu)成的震蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和 圖34 時(shí)鐘電路 輸出端，時(shí)鐘可以有內(nèi)部或外部產(chǎn)生。電容取值為5pf到30pf，電容可以對(duì)頻率起微調(diào)的作用。為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。5%，～。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。圖36 八段數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 光照度傳感電路設(shè)計(jì)圖37 光照度傳感電路 RS232通信電路設(shè)計(jì) Max232芯片能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)5vttl電平與pc機(jī)12v串口標(biāo)準(zhǔn)電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)pc機(jī)串口與單片機(jī)串口TXD/，RXD/，如下圖，電容選擇104能保證電路的穩(wěn)定性，兩個(gè)指示燈能直觀的反映數(shù)據(jù)是否傳送。但在實(shí)際通信軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，MSComm控件并非像想像中那樣完美和容易控制．特別是在中文Wln95／98下通信時(shí)更會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。一般悅來(lái)，計(jì)算機(jī)都有一個(gè)或多個(gè)串行端口，它們依次為Com…，這些串口還提供了外部設(shè)備與PC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信的通道。當(dāng)字符數(shù)據(jù)從CPU發(fā)送給外設(shè)時(shí)，這些字符數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)換成串行比特流數(shù)據(jù)；當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，比特流數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為字符數(shù)據(jù)傳遞給圖41 MSCOMM控件的添加CPU，再進(jìn)一步說(shuō)，在操作系統(tǒng)方面，Windows用通信驅(qū)動(dòng)程序（）調(diào)用API函數(shù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，當(dāng)用通信控件或聲明調(diào)用API函數(shù)時(shí)，它門(mén)由COMM. DRV解釋并傳遞給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，作為一個(gè)VB程序員，要編寫(xiě)通信程序．只需知道通信控件提供給Windows通信AP1函數(shù)的接口即可．換句話說(shuō)，只需設(shè)定和監(jiān)視通信控件的屬性和事件即可。即使對(duì)TCP/IP不太熟悉的用戶，使用該控件也可以在十幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的客戶機(jī)/服務(wù)器程序。 服務(wù)器程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：（1）服務(wù)器程序必須設(shè)置好LocalPort屬性，作為偵聽(tīng)端口，該值為一個(gè)整數(shù)（只要是一個(gè)其它TCP/IP應(yīng)用程序沒(méi)有使用過(guò)的值即可）。（3）客戶機(jī)程序發(fā)出連接請(qǐng)求，使服務(wù)器程序產(chǎn)生ConnectionRequest事件，該事件得到一個(gè)參數(shù)requestID。這樣，服務(wù)器程序就可以用SendDat