【正文】 人依法享有和承擔由此論文而產(chǎn)生的權(quán)利和責任。 本科畢業(yè)論文（設計） 題 目： 大棚 溫濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng) 學 院： 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 指導老師： 職稱： 成 績： (分數(shù) ) 溫州醫(yī)學院教務處制 I 畢業(yè)設計（論文）誠信聲明書 本人承諾：在今后的畢業(yè)（設計）論文撰寫過程中，將遵守學校有關(guān)規(guī)定，恪守學術(shù)規(guī)范，在指導老師指導下獨立完成研究成果。本人在論文寫作中參考的其他個人或集體的研究成果，將均在文中以明確方式標明。 聲明人： （簽字） 時間： 年 月 日 I 大 棚 溫濕度監(jiān)測 與 報警系統(tǒng) 摘要 ： 本文以 STC89C52單片機為核心，結(jié) 合溫度傳感器 AD590及濕度傳感器 HS1101設計并完成了一款適用于大棚的監(jiān)測與報警系統(tǒng)。首先由傳感器采集溫度、濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機處理后在 LED上顯示，并與按鍵輸入的預設值進行比較，如果超出預設值一定范圍，后再由單片機啟動報警模塊。 關(guān)鍵詞 ： STC89C52 型 單片機； AD590； HS1101 濕度 傳感器 ； 大棚 Design of a temperature and humidity monitoring and alarming system for greenhouse application Abstract: In this thesis, a temperature and humility alarming system for greenhouse designed and pleted, utilizing STC89C52 microcontroller, temperature sensors AD590 and humidity sensors HS1101. The system mainly consists of environmental parameters acquisition module, data processing module, display and keypad module and power module. Firstly, temperature and humidity data was collected by the sensors. Then, after processing by the MCU, the results was displayed on LED. Finally, conpared with the setting values, if the default value beyond a certain range, and then start the alarm module from the SCM. After missioning, the system performance and stability, temperature measurement accuracy up to ℃ , humidity measurement accuracy up to 1%, basically reached the preset target. Keywords： STC89C52 microcontroller。 HS1101 humidity sensor。而 大棚 作為現(xiàn)代化 農(nóng)業(yè) 設施的重要產(chǎn)物，在國內(nèi)多數(shù)地區(qū)得到了廣泛應用。 由于 大棚 中各種環(huán)境因素是可以人為控制的，因此控制技術(shù)直接決定著 大棚 中農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。在目前的監(jiān)測 系統(tǒng)中， 需采集的 環(huán)境 參數(shù) 主要包括 溫度、濕度、 CO2濃度、光照強度、土壤濕度等 。例如我國北方地區(qū)，冬季寒冷而漫長， 大棚監(jiān)測 最主要的一部分就是溫度的調(diào) 節(jié)。午前以增加同化量為主 ， 一般應將棚溫保持在 25～ 30℃為宜 ； 午后光合作用呈下降趨勢 ， 以 20～ 25℃為好 ,避免高溫下養(yǎng)分消耗過多； 日落后 4～ 5h 內(nèi) ,要將棚內(nèi)溫度從 20℃逐漸降到 15℃上下 ， 以促進體內(nèi)同化物的運轉(zhuǎn)。 考慮 外界環(huán)境因素的同時也不能忽略植物本身的生理過程 ， 比如植物的蒸騰作用、光合作用等，事實上 大棚 內(nèi)的水分養(yǎng)料供給可以通過蒸騰這樣的實 測數(shù)據(jù)來決定；而 CO2 濃度 則可根據(jù)光合作用的情況來決定，這一系列監(jiān)測過程 都可通過單片機系統(tǒng)來實現(xiàn) 。 國內(nèi)外 研究 概況 國外研究概況 美國是最早發(fā)明計算機的國家，也是將計算機應用于 大棚 控制和管理最早、最多的國家之一。 在日本 ， 作為設施農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容的設施園藝相當發(fā)達 ， 塑料 大棚 和其它人工栽培設施達到普遍應用 ， 設施栽培面積位居世界前列 ， 蔬菜、花卉、水果等普遍實行設施栽培生產(chǎn)。 2020 年，英國倫敦大學農(nóng)學院利 用計算機遙控技術(shù)，可以觀測 50km 以外 大棚 內(nèi)的溫度、濕度等環(huán)境狀況并進行遙控 [6]。 荷蘭 的 園藝 大棚 也 發(fā)展較早 ， 由于地處高緯度地區(qū) ,日照短 ,全年平均氣溫較低 ,因此 ,集中較大力量發(fā)展經(jīng)濟價值高的鮮花和蔬菜 ,大規(guī)模地發(fā)展玻璃 大棚 和配套的工程設施 ， 全部采用計算機控制 [5]。遙測技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應用于 大棚 的管理與控制中 ,近幾年各國溫度控制技術(shù)提出建立 大棚 行業(yè)標準，朝著網(wǎng)絡化， 大規(guī)模，無人化的方向發(fā)展的思路 [7]。70 年代末起 ， 我國陸續(xù)從以色列、美國、日本、荷蘭等國引進了許多先進的現(xiàn)代化 大棚 ，在吸收國外發(fā)達國家高科技 大棚 生產(chǎn)技術(shù)的基礎上 ， 我國農(nóng)業(yè)科研工作人員進行了 大棚 內(nèi)部溫度、濕度、光照、 CO2濃度等環(huán)境參數(shù) 控制技術(shù)的綜合研究。到了 90 年代初期 ,計算機開始用于 大棚 的管理 和控制領域。該研究是以工業(yè)控制機為核心采集環(huán)境信息，控制執(zhí)行機構(gòu)。 2020 年，杜輝等研究了基于藍牙技術(shù)的分布式 大棚 監(jiān)控系統(tǒng) [10]。但由于藍牙技術(shù)本身的不成熟，該系統(tǒng)的實際應用仍需要一定的時間。該系統(tǒng)把 個體生產(chǎn)和規(guī)?；a(chǎn)相結(jié)合，在單個 大棚 大棚生產(chǎn)實現(xiàn)智能自動化的基礎上實現(xiàn)連棟 大棚 大棚的規(guī)?；a(chǎn)。 2020 年，周茂雷，郭康權(quán)研究出了基于 ARM7 微處理器的 大棚 控制器系統(tǒng) [12]。 溫州醫(yī)學院本科畢業(yè)論文（設計） 大棚溫濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的設計與制作 3 課題 主要 研究內(nèi)容與目標 本 課題主要研究如何制作一個 應用于 中小型 大棚的可 達到溫濕度實時監(jiān)測及報警功能的系統(tǒng)。具體實施主要通過選擇傳感器件、設計應用電路、編寫功能程序等步驟來實現(xiàn)該課題所需要求。同時，當測量結(jié)果超出設置數(shù)值一定范圍后，能順利啟動報警模塊，提示管理人員給出響應?？傮w硬件結(jié)構(gòu) 如圖 21 所示。 STC89C52 可構(gòu)成單片機的最小應用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)成本。小系統(tǒng)構(gòu)成如圖 22. 圖 22 小系統(tǒng)的構(gòu)成 溫度 及濕度 監(jiān)測 模塊 本 系統(tǒng) 通過 傳感器采集環(huán)境參數(shù)，由處理模塊讀取數(shù)據(jù)并進行相應的處理，其中若要實溫州醫(yī)學院本科畢業(yè)論文（設計） 大棚溫濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的設計與制作 6 現(xiàn)高精度與快速的環(huán)境信息獲取，關(guān)鍵在于選擇何種高性能的模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器和傳感器?，F(xiàn)代 大棚 的實質(zhì)是實現(xiàn)環(huán)境因子實時顯示并自動調(diào)節(jié)作物生長環(huán)境條件，這些功能是通過一個閉環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 （ 2）長期穩(wěn)定性好。因此，傳感器需要有期穩(wěn)定性?？紤]到運用與較大環(huán)境內(nèi)的信息監(jiān)測 ,則需要用到大量的傳感器，因此，必須要求其價格較低廉，否則難以推廣。 美國 TI公司生產(chǎn)的集成溫度傳感器 AD590，其具有線性度好，精度高等優(yōu)點，能滿足本課題要求 ，其外觀及基本電路如圖 23 所示。 其測溫 范圍 為 55℃～ + 150℃，工作電壓 430V。 圖 23 AD590外形 電路符號及基本電路 溫度 監(jiān)測 模塊結(jié)構(gòu) 如圖 24 所示，首先由 AD590 將溫度信號轉(zhuǎn)換成相應的電信號，然后經(jīng) A/D 芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至單片機小系統(tǒng)， 與 鍵盤 設置溫度值進行比較，如超出設定值一定范圍啟動 風扇降溫 裝置。本系統(tǒng)的濕度模塊中采用的是 法國 HUMIREL 公司的 電容式濕度傳感器HS1101，與其他產(chǎn)品相比 ,它有著顯著的優(yōu)點 : (1) 具有高可靠性和長期穩(wěn)定性 。 (3) 響應時間快 。 (5)特有的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) 。 (7)適應自動裝配過程 ,包括波峰焊接、回流焊接等 [15]。 圖 25 HS1101外形及電路符號 圖 26 HS1101濕度傳感器的電容 濕度響應曲線 HS1101 濕度傳感器的的電容 濕度響應曲線如圖 26 所示。 濕度 監(jiān)測 模塊 結(jié)構(gòu) 如圖 27所示。 由按鍵輸入極限值，超出該值則觸發(fā)蜂鳴報警。 電源模塊如圖 25 所示，將 220V 交流電經(jīng)變壓器、橋路整流后，通過 78 系列的三端穩(wěn)壓集成芯片獲得相應的常用電壓輸出。 溫度測量模塊 溫度測量電路原理 溫度 監(jiān)測 電路 主要由 AD590、 100uf 電容、 9K4 電阻、 1K 電位器、運放 LM324 組成 ，原理 如圖 31 所示。 圖 31 溫度測量電路 首先介紹下 AD590 的基本工作原理，當被測溫度一定時 ， AD590 則成為了一 個恒流源，把它與直流電源相連并在輸出端串聯(lián)一個標準 電阻，此時流經(jīng)該電阻上的電流與被測熱力學溫度 將 成正比 [16]。 在室溫 20 oC 時 調(diào)節(jié)電位器使 輸出電壓 為 （對應 293 K） ，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入單片機， 通過 軟件編程 將電壓值減去 ，直接 將熱力學溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度。 其次是運放的選擇，該電路選擇了 LM324，其特點是價格便宜，工作電壓范圍較大，低至 高至 32V, 靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一； 共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性 ,另外具有短路保護輸出、高增益頻率補償運算、真差動輸入級、輸入 端具有靜電保護功能。 由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用于家用電器，工業(yè)儀器，電子玩具，報警裝置，自動控制等電路中。 實際操作過程 如下：（ 1）準備一 燒 杯冷水，一 燒 杯熱水，一支溫度計及萬能表；（ 2）將溫度計放入冷水中，再把熱水加入冷水中，待溫度到達 15℃便把 絕緣處理后的 AD590 放入杯中，然后用萬能表測量 圖 31 中 out 端 輸出電壓值；（ 3）緩慢將熱水加入冷水， 均勻攪拌，待熱平衡后，測量溫度值并記錄 當時的輸出電壓值。測量數(shù)據(jù) 如 表 31 所示。其中 A 為實際測量 曲溫州醫(yī)學院本科畢業(yè)論文（設計） 大棚溫濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的設計與制作 11 線， B 為 模擬的 理想 情況下 AD590 的溫度與電壓 關(guān)系曲線。在 oC 時曲線 A 出現(xiàn)拐點，且隨溫度進一步上升，線性度將有所下降。 當然電源不穩(wěn)定或者其他的一些人為因素，也會影 響定標結(jié)果。 濕度測量模塊 濕度測量電路 原理 濕度測量電路 主要由濕度傳感器 HS110 NE555 芯片及一系列電阻組成。在自動測試系統(tǒng)中 ,電容值 會 隨著空氣濕度的變化而變化 ,因此將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或頻率的變化 ,才能進行有效地數(shù)據(jù)采集。 集成定時器 555 芯片外接電阻 R R R3 與濕敏電容 HS1101 ,構(gòu)成了對 HS1101 的充電回路。另外 , R6 是防止輸出短路的保護電阻 , R4 和 R5 用于平衡溫度系數(shù)。 NE555 具 有如下特點： 溫州醫(yī)學院本科畢業(yè)論文（設計） 大棚溫濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的設計與制作 12 ，可與 TTL， CMOS 等邏輯電路配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合； 、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。 圖 35 NE555 內(nèi) 部功能框圖 因為濕度測量的不穩(wěn)定性，所以記錄很難在一個準確的值上，顧采用多次測量取平均值的方法來做這次定標 濕度 模塊性能分析 與評估 濕度測量電路輸出的是一個 與環(huán)境濕度相對應的 56KHZ 的方波 信號 ， 由示波器采集的信號波形 如圖 36 所示。 表 32 濕度測量電路頻率對應濕度值 濕度（ %） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 頻率（ HZ） 6642 6516 6392 6268 6145 6020 5892 5760 5622 5478 5325 溫州醫(yī)學