【正文】 ........................................... 7 微控制器概述和選用 ............................................. 7 AT89S52 單片機的特點 ......................................... 7 AT89S52 單片機的主要特性 ..................................... 8 二氧化碳數(shù)據(jù)的采集與處理 ....................................... 8 二氧化碳傳感器的選擇 ......................................... 8 紅外二氧化碳傳感器的工作原理 ................................. 9 溫度數(shù)據(jù)的采集與處理 .......................................... 10 溫度傳感器 AD590 簡介 ........................................ 11 溫度測量電路 ................................................ 11 濕度數(shù)據(jù)的采集與處理 .......................................... 13 濕度傳感器 錯誤 !未找到引用源。 電路設計 ................................... 21 XX 大學 畢業(yè)設計 V 錯誤 !未找到引用源。 總線的軟件設計 ........................... 32 數(shù)據(jù)處理子程序模塊 .......................................... 33 ........................................................ 34 布局設計 ...................................................... 34 外形結(jié)構設計 .................................................. 35 6 使用說明 ........................................................ 37 7 結(jié)論 ............................................................ 38 參考文獻 .......................................................... 39 致謝 .............................................................. 42 XX 大學 畢業(yè)設計 1 1 緒論 目前，隨著日光溫室的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對溫室的自動化程度要求也越來越高?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。溫室內(nèi)的二 氧化碳濃度、溫度與濕度等參數(shù)，直接關系到蔬菜和水果的生長。而當今大多數(shù)對溫室二氧化碳濃度、溫度、濕度的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費了人力資源，而且很難達到預期的效果。 由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋? 國內(nèi)外發(fā)展狀況 XX 大學 畢業(yè)設計 2 國外發(fā)展現(xiàn)狀 西方發(fā)達國家在現(xiàn)代溫室測控技術上起步比較早。隨著計算機技術的進步和智能控制理論的發(fā)展，近百年來，溫室大棚作為設施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其自動控制和管理技術不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發(fā)展 【 1】【 2】 。 80 年代，隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室控制要求的提高，以微機為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng) ，在歐美得到了長足的發(fā)展，并邁入了網(wǎng)絡化，智能化階段 【 5】 。溫室內(nèi)的各環(huán)境因子大多由計算機集中控制，檢測傳感器也較為齊全，如溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液濃度等，由傳感器的檢測基本上可以實現(xiàn)對各個執(zhí)行機構的自動控制，如無級調(diào)節(jié)的天窗通風系統(tǒng)，濕簾與風扇配套的降溫系統(tǒng)，由熱水鍋爐或熱風機組成的加溫系統(tǒng)，可定時噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng)，二氧化碳施肥系統(tǒng)，以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機械等。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國現(xiàn)代溫室技術起步較晚， 70 年代以來，政府大力發(fā)展以塑料大棚、節(jié)能日光溫室為主的設施農(nóng)業(yè)，促進了農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展和緩和了蔬菜季節(jié)性短缺矛盾。引進的溫室與我國傳統(tǒng)溫室比較，其空間大，便于進行機械作業(yè)，生產(chǎn)率與資源利用 率比較高，為我國溫室的發(fā)展提供了借鑒作用。 XX 大學 畢業(yè)設計 3 。 ，軟件實現(xiàn)模式固定，不能進行功能擴展 【 9】 。所以，傳統(tǒng)的方法，人們主要還是采用溫度計、濕度計來采集溫度值 和濕度值，通過人工操作加熱、加濕、通風和降溫來控制溫濕度。 總體上說，我國自行開發(fā)的溫室測控系統(tǒng)其技術水平和調(diào)控能力與發(fā)達國家還有一定的差距。因此，我們應該根據(jù)我國的國情研制出適合我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展的儀器儀表，并在農(nóng)業(yè)設施 中廣泛推廣。該系統(tǒng)在設計過程中充分考慮到性價比，選用價格低、性能穩(wěn)定的元器件，可實現(xiàn)對大棚內(nèi)二氧化碳濃度、溫濕度的在線實時檢測。 本論文主要 研究內(nèi)容包含以下幾個方面： 、空氣溫度、濕度傳感器的選型及相應信號處理電路的設計； 、空氣溫度、濕度等環(huán)境因子的自動檢測； ； ； 。其中，上位機是溫室主機 (PC 機 )，下位機是檢測器。 檢測器是以單片機為核心的，整個檢測器系統(tǒng)包括主模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、輸出控制模塊、鍵盤顯示模塊和數(shù)據(jù)通信模塊等。 整個溫室測控系統(tǒng)主要由溫室內(nèi)外環(huán)境自動測試系統(tǒng)， (間接 )自動控制系統(tǒng)，人機對話接口和通訊接口四個部分組成。 圖 溫室智能測控系統(tǒng)原理圖 XX 大學 畢業(yè)設計 5 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。 圖 AT89S52管腳圖 XX 大學 畢業(yè)設計 8 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、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構，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。 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XX 大學 畢業(yè)設計 9 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 錯誤 !未找到引用源。 ，氣體介質(zhì)的厚度為 錯誤 !未找到引用源。 的吸收所造成的光強減弱為 錯誤 !未找到引用源。 （ ） 式中 K 為比例常數(shù)。 （ ） 式中： 錯誤 !未找到引用源。 為積分常數(shù)。 式中 錯誤 !未找到引用源。 則式（ ）可寫成： 錯誤 !未找到引用源。 及厚度 錯誤 !未XX 大學 畢業(yè)設計 10 找到引用源。吸收系數(shù)取決于氣體特性，各種氣體的吸收系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。對同一氣體， 錯誤 !未找到引用源。若吸收介質(zhì)中含 錯誤 !未找到引用源。 （ ） 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 錯誤 !未找到引用源。 波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測透過 !未找到引用源。 溫度是表征物體或系統(tǒng)冷熱程度的物理量。由于溫度是非電量，因此，對溫度的檢測與控制需使用傳感器或溫度敏感元件。熱電偶和熱敏電阻的測量精度都比較高，成本比較低，而且測量的范圍也比較寬，但XX 大學 畢業(yè)設計 11 是它容易受到測量場所以及環(huán)境的限制，高溫或長期使用時由于環(huán)境的影響會使其性能下降，需要定期檢查與更換，給實際應用帶來了很大不便。所以，決定采用 AD 公司生產(chǎn)的AD590 集成溫度傳感器。是利用 PN 結(jié)正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的 be 結(jié)壓降的不飽和值 錯誤 !未找到引用源。 和通過發(fā)射極電流 錯誤 !未找到引用源。 ,錯誤 !未找到引用源。 — 電子電荷絕對值 （ ） 集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。 ，溫度 0 錯誤 !未找到引用源。 時輸出 錯誤 !未找到引用源。 ， 本文選用的是電流輸出型溫度傳感器。 ）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即 :錯誤 !未找到引用源。 ③ AD590 的保存溫度為 65～ +175 錯誤 !未找到引用源。 ～ 30 錯誤 !未找到引用源。 ⑥響應時間僅為 20 錯誤 !未找到引用源。 AD590 共有 錯誤 !未找到引用源。 檔精度最高，在 55 錯誤 !未找到引用源。 范圍內(nèi) ，非線性誤差XX 大學 畢業(yè)設計 12 為177。 。因為流過 AD590 的電流與熱力學溫度成正比，當電阻 錯誤 !未找到引用源。 的電阻之和為 1錯誤 !未找到引用源。 隨溫度的變化為 1 錯誤 !未找到引用源。