【正文】 on dioxide detector developed and used in greenhouse agriculture production, raise agricultural science and technology to promote agricultural ine and farmers increase of farreaching significance.This thesis presents the measuring and controlling system about temperature, humidity and carbon dioxide39。該系統(tǒng)具有功能強成本低的特點，適合在各種溫室或塑料大棚進行環(huán)境因子檢測。該系統(tǒng)考慮到溫室環(huán)境的復雜性增加傳感器實現(xiàn)多點多目標因子的檢測。檢測器可以通過RS232實現(xiàn)和溫室主機的串行通訊。針對不同的參數(shù)，可以通過鍵盤人為設定作物所期望的上、下限值。本論文主要針對溫室內(nèi)二氧化碳濃度、溫度以及濕度，設計了日光溫室檢測系統(tǒng)。近些年來，我國北方農(nóng)村形成了以日光溫室為主導的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，因此，為二氧化碳的增施創(chuàng)造了有利的條件。二氧化碳濃度檢測器設計摘要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平普遍提高，瓜果、蔬菜及花卉的社會需求數(shù)量和品質(zhì)要求也不斷提高，特別是大中城市需要周年供應新鮮蔬菜，因此農(nóng)業(yè)溫室得到迅速發(fā)展。二氧化碳氣體對農(nóng)作物的生長起著非常重要的作用。由于不同作物所需的二氧化碳濃度不同，在二氧化碳的增施中又難于控制對其量的排放，所以研制二氧化碳濃度檢測器并用于日光溫室的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對提高農(nóng)業(yè)科技含量，促進農(nóng)業(yè)增收，農(nóng)民增收具有深遠的意義。綜合考慮系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性要求這三個方面之后，確定以AT89S52單片機為控制核心，選用性價比比較高的傳感器，來實現(xiàn)對二氧化碳濃度、溫濕度的準確檢測。當單片機檢測到二氧化碳濃度、溫濕度有任何一個參數(shù)越限時，則啟動聲光報警，這時檢測人員通過主機打開相應的執(zhí)行機構(gòu)進行補償。本系統(tǒng)具有易于操作、運行可靠、便于擴充等特點。系統(tǒng)體積小，操作非常簡單，靈活性強，針對不同環(huán)境、不同作物的不同要求，可以隨時隨地修改極限報警值，人機界面友好。關(guān)鍵詞：日光溫室，二氧化碳濃度，溫濕度，單片機，測控The design of carbon dioxide detectorAbstractAs our country realizes the paratively welloff level basically, people39。s density in the greenhouse, posed of host PC and secondary MCU. Considering the accuracy and economical, this thesis design AT89S52 as the core control apparatus, and choose the sensors with high ration between performance and cost. it achieved accurate measurement and accuracy control. When the parameter has exceeded the limit, including temperature, humidity and carbon dioxide39。 temperature。 carbon dioxide。中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應用技術(shù)越來越受到重視，特別是日光溫室已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。例如：二氧化碳濃度、空氣的溫度、濕度等。以日光溫室為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。國外的溫室設施已經(jīng)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。因此，為了實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學化并提高農(nóng)業(yè)研究的準確性，推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設施與相應的農(nóng)業(yè)工程，科學合理地調(diào)節(jié)溫室內(nèi)二氧化碳的濃度、溫度以及濕度，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜，水果生長的環(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)。本論文提出一種以AT89S52單片機為核心的檢測器，主要是為了對日光溫室內(nèi)二氧化碳濃度、溫度以及濕度進行有效、可靠地檢測而設計的。20世紀60年代，生產(chǎn)型的高級溫室開始應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠，70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設施廣泛應用于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。特別是二十世紀70年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計算機的出現(xiàn)，更使溫室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化【3】【4】。目前，國外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準【6】。計算機對這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制，而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制，以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制【7】【8】，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。與此同時，從1979年至1994年，從歐美、日本等國家引進了一系列現(xiàn)代化溫室進行實驗研究。但這些溫室也存在著許多不足之處，主要表現(xiàn)在：，國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前難以接受。目前我國引進溫室的測控系統(tǒng)大多投資大、運行費用過高，并且測控系統(tǒng)中所側(cè)重考慮的環(huán)境參數(shù)與我國的氣候特點存在矛盾。隨后在我國出現(xiàn)了一些國外的仿造產(chǎn)品，但均沒有面向我國廣大農(nóng)村現(xiàn)有的1000萬畝傳統(tǒng)溫室的改造工程。因此，以上產(chǎn)品的推廣使用價值仍然不大【10】。而我國綜合環(huán)境測控技術(shù)的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個或少量環(huán)境因子調(diào)控技術(shù)的階段，而實際上，溫室內(nèi)的光照度、溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對作物的生長產(chǎn)生影響的，環(huán)境要素的空間變化、時間變化都很復雜。為適應農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要,根據(jù)以上分析存在的問題，本論文設計了基于單片機的二氧化碳濃度、溫濕度檢測系統(tǒng)。還設計了通信系統(tǒng)，單片機實時監(jiān)測大棚內(nèi)的二氧化碳濃度、溫濕度，當二氧化碳濃度、溫濕度超過設定的上、下限時，單片機通過與溫室主機進行通信來打開相應的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對二氧化碳濃度、溫濕度的調(diào)控，從而使得大棚內(nèi)的參數(shù)在適合作物生長的范圍內(nèi)。2系統(tǒng)總體方案的設計為了便于管理本設計以上、下位機模型為陽光溫室測控系統(tǒng)。檢測器應能完成以下工作：脫離主機獨立地進行數(shù)據(jù)采集和處理，通過人機接口（鍵盤和顯示器）實現(xiàn)參數(shù)設定、顯示和報警等功能；連接主機時能實現(xiàn)通信功能。數(shù)據(jù)采集與處理模塊能夠完成溫室內(nèi)二氧化碳濃度、溫度和濕度的模擬量的采集和處理，結(jié)果送數(shù)據(jù)存儲器或傳輸給監(jiān)控服務器，由監(jiān)控服務器存儲和管理，輸出控制模塊主要負責與主機相連接時溫室執(zhí)行機構(gòu)的控制；通信模塊則是基于RS232總線，由雙絞線進行遠程的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)檢測器和主機的通信。 溫室智能測控系統(tǒng)原理圖1．溫室內(nèi)外環(huán)境自動測試系統(tǒng)本設計研究的檢測器主要測試溫室內(nèi)二氧化碳濃度、空氣溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)。2．溫室內(nèi)環(huán)境自動控制系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境自動測試系統(tǒng)得到的結(jié)果,控制相應執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行，為作物提供良好的生長環(huán)境。鍵盤：用以人工預置各適宜環(huán)境參數(shù)值。4．通訊接口用來實現(xiàn)與主機的通訊，將存儲的測試數(shù)據(jù)傳送給主機，可以方便的實現(xiàn)集中式管理。單片機通過ICL7135A/D轉(zhuǎn)換器把從傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。顯示部分由比較廉價的LED數(shù)碼管對二氧化碳濃度、溫度、濕度進行分時顯示。本設計采用的是聲光報警，聲光報警主要是控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率和控制指示燈，使其一亮一滅，從而達到報警的目的。微控制器（單片機）就是在這種情況下誕生的。它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制的要求設計的，在智能控制系統(tǒng)中，微控制器得到了廣泛的應用【14】。各個系列的單片機各有所長，在處理速度、穩(wěn)定性、I/O能力、功耗、功能、價格等方面各有優(yōu)劣。AT89S52是一種低功耗、低價格，高性能8位微處理器。 AT89S52管腳圖 AT89S52單片機的主要特性AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KBISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。此外，AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。二氧化碳是植物進行光合作用的重要原料之一，可以提高植物光合作用的強度，并有利于作物的早熟豐產(chǎn)，增加含糖量，改善品質(zhì)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，大都采用溫室大棚進行作物的栽培和培育。適宜的二氧化碳濃度可以促使幼苗根系發(fā)達，活力增強、產(chǎn)量增加。但是，空氣中二氧化碳濃度的測量，是一個比較困難的問題，因為它涉及到測量方法、信號的獲取和測量設備的成本。氣體傳感器主要可以分為金屬氧化物半導體式傳感器、固體電解質(zhì)傳感器、紅外式傳感器等，一般的半導體傳感器測量時受環(huán)境影響較大，輸出線性不穩(wěn)定；電解式氣體傳感器氣體的重復性比較差；紅外線吸收散射式氣體傳感器靈敏度高，可重復性好，響應時間快，考慮到系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和經(jīng)濟性選擇采用紅外二氧化碳傳感器6004。其測量精度：二氧化碳濃度相對誤差2%；檢測重復性1%；測量范圍：二氧化碳濃度0～5%。設入射光是平行光，其強度為，出射光的強度為，氣體介質(zhì)的厚度為．當由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)的吸收所造成的光強減弱為時，根據(jù)朗伯比爾吸收定律： （）式中K為比例常數(shù)。顯然，有：式中為氣體濃度。吸收系數(shù)取決于氣體特性，各種氣體的吸收系數(shù)互不相同。若吸收介質(zhì)中含種吸收氣體，則式（）應改為 （）因此對于多種混合氣體，為了分析特定組分，應該在傳感器或紅外光源前安裝一個適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光片，使傳感器的信號變化只反映被測氣體濃度變化。分析二氧化碳氣體時，紅外光源發(fā)射出1～20的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，以此表示二氧化碳氣體的濃度。溫度是一個很重要的物理量，自然界中任何物理、化學過程都緊密地與溫度相聯(lián)系。 溫度的檢測方法【15】，一般采用熱電偶、熱敏電阻以及集成溫度傳感器等測溫元件。而由AD公司生產(chǎn)的AD590集成溫度傳感器，它具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便、價格比較低，并且具有長期穩(wěn)定性等優(yōu)點，得到廣泛應用。AD590是美國模擬器件公司生產(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、無需補償、熱容量小，抗干擾能力強、可遠距離測溫并且使用方便等優(yōu)點。電壓輸出型的靈敏度一般為10，溫度0時輸出為0，；電流輸出型的靈敏度一般為1u，本文選用的是電流輸出型溫度傳感器。AD590共有五檔，其中檔精度最高，在55～+150范圍內(nèi)，非線性誤差為177。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻和電位器的電阻之和為1時，輸出電壓隨溫度的變化為1。AD590的輸出電流（為攝氏溫度），因此測得電壓。常用的有高分子電阻式濕度傳感器、高分子電容式濕度傳感器等。電容式濕度傳感器的動態(tài)范圍大，動態(tài)響應快，幾乎沒有零漂，結(jié)構(gòu)簡單，適應性強。電容式濕度傳感器HS1101【16】，它是基于獨特工藝設計的電容元件，固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，精度高達177。穩(wěn)定性強是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度、一致性、長期穩(wěn)定性的可靠保證。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，因此被廣泛使用。其中R1，R2，C1，C2和NE556構(gòu)成多諧振蕩器，外接電阻R1，R2與濕敏電容C1構(gòu)成了對電容C1的充電回路，7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對C1的放電回路，并將引腳2,6端相連引入到片內(nèi)比較器。如此翻來覆去，形成方波輸出。從多諧振蕩器出來的信號又接入到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖中,，和傳感器HS1101是外接地定時元件，觸發(fā)脈沖由5端輸出，由8端輸入，下降沿有效，從9端輸出一個幅度、寬度都一定的矩形波信號，輸出的脈沖寬度為： （）為了減少外界對信號的干擾，采用低通濾波器，過濾掉高頻信號的干擾，直接用單片機的定時計數(shù)器來測量的脈寬。其誤差不大于；響應時間小于；溫度系數(shù)為。 A/D轉(zhuǎn)換器及其接口電路接口是計算機與外部設備交換信息的橋梁，它包括輸入接口和輸出接口。人們把由模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器件（Analog to Digital Converter）稱為模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；把由數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換的器件（Digital to