【正文】 標(biāo)因子的檢測(cè)。檢測(cè)器可以通過(guò)RS232實(shí)現(xiàn)和溫室主機(jī)的串行通訊。針對(duì)不同的參數(shù)，可以通過(guò)鍵盤人為設(shè)定作物所期望的上、下限值。本論文主要針對(duì)溫室內(nèi)二氧化碳濃度、溫度以及濕度，設(shè)計(jì)了日光溫室檢測(cè)系統(tǒng)。近些年來(lái)，我國(guó)北方農(nóng)村形成了以日光溫室為主導(dǎo)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。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于單片機(jī)的二氧化碳紅外檢測(cè)儀設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平普遍提高，瓜果、蔬菜及花卉的社會(huì)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(yīng)新鮮蔬菜，因此農(nóng)業(yè)溫室得到迅速發(fā)展。二氧化碳?xì)怏w對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)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(duì)其量的排放，所以研制二氧化碳濃度檢測(cè)器并用于日光溫室的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)提高農(nóng)業(yè)科技含量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增收，農(nóng)民增收具有深遠(yuǎn)的意義。綜合考慮系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性要求這三個(gè)方面之后，確定以AT89S52單片機(jī)為控制核心，選用性價(jià)比比較高的傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度、溫濕度的準(zhǔn)確檢測(cè)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到二氧化碳濃度、溫濕度有任何一個(gè)參數(shù)越限時(shí)，則啟動(dòng)聲光報(bào)警，這時(shí)檢測(cè)人員通過(guò)主機(jī)打開(kāi)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。本系統(tǒng)具有易于操作、運(yùn)行可靠、便于擴(kuò)充等特點(diǎn)。系統(tǒng)體積小，操作非常簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，針對(duì)不同環(huán)境、不同作物的不同要求，可以隨時(shí)隨地修改極限報(bào)警值，人機(jī)界面友好。關(guān)鍵詞：日光溫室，二氧化碳濃度，溫濕度，單片機(jī)，測(cè)控Design of carbon dioxide infrared detector based on MCUAbstractAs 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(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，特別是日光溫室已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)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(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)施已經(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)溫室內(nèi)二氧化碳的濃度，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)。本論文提出一種以AT89S52單片機(jī)為核心的檢測(cè)器，主要是為了對(duì)日光溫室內(nèi)二氧化碳濃度進(jìn)行有效、可靠地檢測(cè)而設(shè)計(jì)的。20世紀(jì)60年代，生產(chǎn)型的高級(jí)溫室開(kāi)始應(yīng)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(guó)、英國(guó)、以色列等國(guó)家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設(shè)施廣泛應(yīng)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(jì)70年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)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(guó)外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設(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)【6】。計(jì)算機(jī)對(duì)這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡(jiǎn)單的、獨(dú)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(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。與此同時(shí)，從1979年至1994年，從歐美、日本等國(guó)家引進(jìn)了一系列現(xiàn)代化溫室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。但這些溫室也存在著許多不足之處，主要表現(xiàn)在：，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前難以接受。目前我國(guó)引進(jìn)溫室的測(cè)控系統(tǒng)大多投資大、運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，并且測(cè)控系統(tǒng)中所側(cè)重考慮的環(huán)境參數(shù)與我國(guó)的氣候特點(diǎn)存在矛盾。隨后在我國(guó)出現(xiàn)了一些國(guó)外的仿造產(chǎn)品，但均沒(méi)有面向我國(guó)廣大農(nóng)村現(xiàn)有的1000萬(wàn)畝傳統(tǒng)溫室的改造工程。因此，以上產(chǎn)品的推廣使用價(jià)值仍然不大【10】。而我國(guó)綜合環(huán)境測(cè)控技術(shù)的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個(gè)或少量環(huán)境因子調(diào)控技術(shù)的階段，而實(shí)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(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響的，環(huán)境要素的空間變化、時(shí)間變化都很復(fù)雜。 課題的主要內(nèi)容及研究意義為適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要,根據(jù)以上分析存在的問(wèn)題，本論文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的二氧化碳濃度檢測(cè)系統(tǒng)。還設(shè)計(jì)了通信系統(tǒng)，單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的二氧化碳濃度，當(dāng)二氧化碳濃度超過(guò)設(shè)定的上、下限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)與溫室主機(jī)進(jìn)行通信來(lái)打開(kāi)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度的調(diào)控，從而使得大棚內(nèi)的參數(shù)在適合作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)為了便于管理本設(shè)計(jì)以上、下位機(jī)模型為陽(yáng)光溫室測(cè)控系統(tǒng)。檢測(cè)器應(yīng)能完成以下工作：脫離主機(jī)獨(dú)立地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，通過(guò)人機(jī)接口（鍵盤和顯示器）實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、顯示和報(bào)警等功能；連接主機(jī)時(shí)能實(shí)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)二氧化碳濃度的模擬量的采集和處理，結(jié)果送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或傳輸給監(jiān)控服務(wù)器，由監(jiān)控服務(wù)器存儲(chǔ)和管理，輸出控制模塊主要負(fù)責(zé)與主機(jī)相連接時(shí)溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制；通信模塊則是基于RS232總線，由雙絞線進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器和主機(jī)的通信。1．溫室內(nèi)外環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)本設(shè)計(jì)研究的檢測(cè)器主要測(cè)試溫室內(nèi)二氧化碳濃度環(huán)境參數(shù)。3．人機(jī)對(duì)話接口LED顯示系統(tǒng)：顯示溫室內(nèi)的二氧化碳濃度環(huán)境參數(shù)值。報(bào)警信號(hào)：當(dāng)某環(huán)境參數(shù)值超過(guò)限定界限時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒農(nóng)藝人員采取相應(yīng)措施。 詳細(xì)設(shè)計(jì)本文通過(guò)以上對(duì)陽(yáng)光溫室蔬菜中的參量及其相互關(guān)系的分析研究，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)、美國(guó)生產(chǎn)的紅外二氧化碳傳感器6004。顯示部分由比較廉價(jià)的LED數(shù)碼管對(duì)二氧化碳濃度進(jìn)行分時(shí)顯示。本設(shè)計(jì)采用的是聲光報(bào)警，聲光報(bào)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(dá)到報(bào)警的目的。微控制器（單片機(jī)）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(shè)計(jì)的，在智能控制系統(tǒng)中，微控制器得到了廣泛的應(yīng)用【14】。各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長(zhǎng)，在處理速度、穩(wěn)定性、I/O能力、功耗、功能、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。AT89S52是一種低功耗、低價(jià)格，高性能8位微處理器。 AT89S52管腳圖 AT89S52單片機(jī)的主要特性AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)單元。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。 二氧化碳數(shù)據(jù)的采集與處理二氧化碳是植物進(jìn)行光合作用的重要原料之一，可以提高植物光合作用的強(qiáng)度，并有利于作物的早熟豐產(chǎn)，增加含糖量，改善品質(zhì)。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，大都采用溫室大棚進(jìn)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(dá)，活力增強(qiáng)、產(chǎn)量增加。但是，空氣中二氧化碳濃度的測(cè)量，是一個(gè)比較困難的問(wèn)題，因?yàn)樗婕暗綔y(cè)量方法、信號(hào)的獲取和測(cè)量設(shè)備的成本。 二氧化碳傳感器的選擇氣體傳感器主要可以分為金屬氧化物半導(dǎo)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(dǎo)體傳感器測(cè)量時(shí)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(fù)性比較差；紅外線吸收散射式氣體傳感器靈敏度高，可重復(fù)性好，響應(yīng)時(shí)間快，考慮到系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性選擇采用紅外二氧化碳傳感器6004。其測(cè)量精度：二氧化碳濃度相對(duì)誤差2%；檢測(cè)重復(fù)性1%；測(cè)量范圍：二氧化碳濃度0～5%。設(shè)入射光是平行光，其強(qiáng)度為，出射光的強(qiáng)度為，氣體介質(zhì)的厚度為．當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為時(shí)，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(yīng)改為 （）因此對(duì)于多種混合氣體，為了分析特定組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝一個(gè)適合分析氣體吸收波長(zhǎng)的窄帶濾光片，使傳感器的信號(hào)變化只反映被測(cè)氣體濃度變化。分析二氧化碳?xì)怏w時(shí)，紅外光源發(fā)射出1～20的紅外光，通過(guò)一定長(zhǎng)度的氣室吸收后，以此表示二氧化碳?xì)怏w的濃度。單片機(jī)接口技術(shù)【18】是研究單片機(jī)與外部芯片之間如何交換信息的技術(shù)，外部的各種信息通過(guò)輸入接口送入單片機(jī)，而單片機(jī)的各種信息通過(guò)輸出接口送到外部芯片中，因此單片機(jī)需要通過(guò)信息轉(zhuǎn)換器件實(shí)現(xiàn)信息的交流與控制。常用的A/D轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積分式，前者轉(zhuǎn)換時(shí)間短，但抗干擾能力差；后者轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，抗干擾能力較強(qiáng)。在常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片（如ADC080ADC083ICL7109等）中，ADC0832與其余幾種有所不同，ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。學(xué)習(xí)并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。本文用單片機(jī)的串行方式采集ADC0832的數(shù)據(jù)【19】。 ADC0832封裝以及各端子 ADC0832的主要特點(diǎn)及管腳ADC0832的主要特點(diǎn)有： 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間； 一般功耗僅為15mW； 商用級(jí)芯片溫寬為0176。C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為?40176。C；芯片接口說(shuō)明：ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。其內(nèi)部電源輸入與參