【正文】 各種傳感器檢測溫 室的溫度、 濕度、 光照度等環(huán)境因素 ,經(jīng)由控制系統(tǒng)的 8 路模擬量、數(shù)字量輸入接口傳輸?shù)? CPU中 ,并與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較、判斷、處理以及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。溫室獨(dú)立控制系統(tǒng)上還包擴(kuò)各種人機(jī)界面和數(shù)據(jù)傳輸接口 ,實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換方式以及實(shí)時(shí)參數(shù)的設(shè)定。該單片機(jī)具有強(qiáng)加密性 ,無法解密 ， 具有超強(qiáng)的抗干擾性能 ,且芯片內(nèi)部自帶看門狗。其不需要依靠任何燒錄器 ,直接通過電腦上的串口以 ISP 方式進(jìn)行燒錄。 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)采用模塊 化設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)由傳感器和單片機(jī)、控制裝置組成，傳感器將物理參量轉(zhuǎn)換為電壓并完成信號(hào)的調(diào)理，再送人模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 ,由下位單片機(jī) AT89S51 讀取，單片機(jī)將數(shù)據(jù)通過 485 總線送給上位機(jī)，上位機(jī)設(shè)有顯示功能，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)決定要采取的措施，并將信息傳給下位機(jī)，由下位機(jī)控制通風(fēng)和噴灌裝置，也可以通過鍵盤強(qiáng)制控制 。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 后者建立在前者的基礎(chǔ)上，前者適于我國農(nóng)村個(gè)體經(jīng)營的現(xiàn)狀。另外，在設(shè)計(jì)過程中考慮到農(nóng)生產(chǎn)的特點(diǎn)，每個(gè)系統(tǒng)的各部分接口都作了模塊化設(shè)計(jì)，并增加備用接口和功能，便于大棚生產(chǎn)重建和生產(chǎn)場地的變化，也增加了系統(tǒng)的通用性，擴(kuò)大了適用范圍。優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)置選通碼和數(shù)字信號(hào)傳輸，測溫范圍為 10℃ 50℃，精度為：≤ ℃，適用于遠(yuǎn)距離傳輸 。 本系統(tǒng)的濕度傳感器選用 Honeywell 公司的集成濕度傳感器HIH3610, 該傳感器采用熱固 ,聚脂電容式傳感頭 , 同時(shí)在內(nèi)部集成了信號(hào)處理功能電路 , 因此該傳感器可完成將相對(duì)濕度值轉(zhuǎn)換為線性電壓輸出的任務(wù)。 該傳感器的性能指標(biāo)如表 所示。 表 HIH3610相對(duì)濕度傳感器的性能指標(biāo) 參數(shù) 指標(biāo) RH 精度 177。 5% RH,0%～ 60% RH RH 線性 177。 %的 RH 最大量程 RH 重復(fù)性 177。 1%RH 典型值， 50%RH， 5 年時(shí)間內(nèi) 供電電壓 4～ 9VDC（傳感器在 5 VDC 下標(biāo)定） 消耗電流 5 VDC,2mA 典型值 9 VDC 輸出電壓 V1=V0[(sensor%RH)] 溫度補(bǔ)償 RH=(sensor %RH)/() 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 圖 HIH3610輸出電壓與濕度的關(guān)系曲線 3. 光照傳感器 光照傳感器選用硅太陽能電池的感應(yīng)元件及濾光系統(tǒng)構(gòu)成光照傳感器 , 該傳感器將 0150000LX 的光照信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)運(yùn)放電路放大為 0ⅴ 5ⅴ電壓輸出。 5. CO2 傳感器 CO2傳感器選用紅外線氣敏傳感器，此傳感器具有精度高，選擇性好，濃度檢測范圍大等特點(diǎn)，此傳感器將質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在 01000 106濃度的 CO2 轉(zhuǎn)換為 05ⅴ電壓輸出。 單片機(jī)控制系統(tǒng)和微機(jī)系統(tǒng) 它主要包括： ADC0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換、 單片機(jī) 89C5繼電器、 侍服電機(jī)、 本系統(tǒng)采用啟動(dòng)三環(huán)計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 SCB51IU 單片機(jī)應(yīng)用板 ,采用片選法 配備了 89C5 276 ADC080 8155 等芯片 , 具有較強(qiáng)的抗干擾能力微機(jī)系統(tǒng)采用普河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 通的微機(jī)即可。 2. 系統(tǒng)控制器 該設(shè)計(jì)選用 20K 字節(jié)內(nèi)存存儲(chǔ)器和內(nèi)部 256 字節(jié) RAM 的單片機(jī) AT89C55作為主控器。主控器控制功能主要包括調(diào)濕、調(diào)溫和室外保溫等控制。土壤調(diào)濕主要通過澆水、加肥來實(shí)現(xiàn)，可自動(dòng)完成或采用輔助報(bào)警，由人工完成。鍵盤和顯示由 HD7279A 完成。 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 它的主要功能模塊有：采集模塊、 控制模塊、 通訊模塊。通過對(duì) AT89S51 定時(shí)器 T0 的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，每 15min 采集 1 次，用定時(shí)器 T ,定時(shí)來確定三個(gè)參量的采集時(shí)間間隔，定為 。 度、 土壤水分 、光照傳感器采集的電壓值分別通過校正，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 0ⅴ 5ⅴ電壓，送到 ADC0809 的輸入端，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，變換為數(shù)字信號(hào)，送到 89C51。本實(shí)驗(yàn)每五分鐘采集一次溫度、濕度、土壤水分、光照傳 感器 ，將采集值送到 89C51。根據(jù)不同的控制要求 ,發(fā)出不同的控制信號(hào) , 通過繼電器、行程開關(guān)、電機(jī) , 控制開關(guān)窗、屋頂噴淋、遮陽網(wǎng)、滴灌 , 達(dá)到實(shí)時(shí)控制的要求控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)和噴灌裝置的控制，當(dāng)接收到上位機(jī)的控制信號(hào)時(shí)，將相應(yīng)的引腳置零即可開通通風(fēng)和噴灌裝置。 濕度的控制同樣是通過開關(guān)窗和溫室內(nèi)噴淋來實(shí)現(xiàn)光照控制是通過遮陽網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)太陽的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時(shí)，關(guān)遮陽網(wǎng)，低于設(shè)定的值， 開遮陽網(wǎng)，滴灌控制是當(dāng)土壤水分傳感器的值低于設(shè)定的值時(shí)，打開滴灌裝置進(jìn)行灌溉。 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和單片機(jī)之間的通信，便于用戶遠(yuǎn)程管理，單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)和控制裝置當(dāng)前的狀態(tài)信息通過 RS485 送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息的上傳。其次設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的幀格式 ,向上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)有溫度、濕度、光照、當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)等 ,不同的數(shù)據(jù)之間需要有區(qū)分標(biāo)志 , 在數(shù)據(jù)區(qū)的頭部加上聯(lián)絡(luò)標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志；接收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)有各種控制信號(hào) , 在各個(gè)控制信號(hào)間有區(qū)分標(biāo)志 ,同樣在數(shù)據(jù)區(qū)的頭尾有標(biāo)志信號(hào) ,目的是區(qū)分是有效數(shù)據(jù)還是誤碼。最后 在主程序中 , 使用順序方式向微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) 。 單片機(jī)串行通信的工作方式如下 : MOV TMOD, 25H；選用定時(shí)器 T1 作為波特率發(fā)生器 ,工作模式 2。 MOV TL1, 0F3H； 8 位重裝。 MOV PCON, 00H；設(shè)置波特率的選擇位。 SETB ES；串口中斷允許 SETB EA； 中斷允許。 下面給出主程序流程圖，如 附錄 所示： 溫室大棚種植提高了人們的生活水平并得到了迅速的推廣和應(yīng)用 .溫室大棚種植的環(huán)境 ,如溫度、濕度和二氧化 碳含量等是對(duì)農(nóng)作物生長影響最大的因素 ,傳統(tǒng)的人工檢測方式難以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息管理與科學(xué)種植的要求 ,國內(nèi)對(duì)溫室大棚參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用尚在起步階段 ,而引進(jìn)國外具有多功能的大型連棟溫室控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴 ,很難適合中國農(nóng)村的實(shí)際需求 .為此 ,作者研制了一種性價(jià)比較高、運(yùn)行可靠的自動(dòng)測試系統(tǒng) ,以適合中國溫室大棚種植科學(xué)化管理的推廣與應(yīng)用。分為傳感 器及其整理電路模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、按鍵與顯示模塊 .傳感器把被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) ,并經(jīng)過整理電路調(diào)理變?yōu)? 0～ 5V 的直流電壓信號(hào) ,再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ,送入單片機(jī)內(nèi) ,經(jīng)過計(jì)算 ,以分時(shí)顯示的形式 ,把 3 個(gè)被測信號(hào)實(shí)時(shí)地輪流顯示出來 .軟件采用匯編語言的程序模塊構(gòu)成。傳感器性能的好壞直接影響到測量精度、測量范圍和響應(yīng)速度。 （ 1） 溫度測量電路 采用溫度傳感器 AD590,其測溫放大電路設(shè)計(jì)如 示。直流電壓 +12V 通過電阻 R電位器 RP1 加到 AD590上 ,AD590 的輸出電流在 R1 , RP1 上產(chǎn)生電壓降 ,使放大器 I CL7650S 反相輸入端的電位隨溫度而變化 ,在其輸出端獲得與被測溫度成正比的直流電壓。電路的測溫范圍為 0～ 100℃ ,相應(yīng)輸出為 0～ 5V,呈現(xiàn)線性關(guān)系。相對(duì)濕度越小 ,濕度傳感器的電容越小。在此采用第 1 種測量方法 ,測量電路如圖 示。 C2 是固定電容 ,為了獲得最佳的靈敏度放大系數(shù)取其電容值為 180 pF,由此將相對(duì)濕度的基準(zhǔn)點(diǎn)定為 55%,并且與濕度傳感器 HS1100 的電容 CT 構(gòu)成一開關(guān)電容分壓放大電路 , CT 與 C2 的連接點(diǎn)電壓 UC 為運(yùn)放的同相輸入電壓信號(hào) , U02 為運(yùn)放輸出電壓信號(hào) ,其輸入 /輸出特性 :當(dāng)輸入電壓 UC 減小時(shí) ,輸出電壓 U02增大。 圖 濕 度 /電壓轉(zhuǎn)換電路 （ 3） CO2 含量測量電路 采用 TGS4160 型 CO2 傳感器測量 CO2 ,它是一種電化學(xué)型氣體的敏感元件 ,當(dāng)該元件暴露在 CO2氣體環(huán)境中時(shí) ,就會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng) ,通過監(jiān)測 S( + ) ,S ( ) 2個(gè)電極之間所產(chǎn)生的電勢值 EMF,就可以測量 CO2 的含量值。)V 內(nèi)。 L 1,但根據(jù)溫室大棚 CO2 含量的實(shí)際情況 ,在此設(shè)定所測量的 CO2 含量在 350～ 900 mL設(shè)計(jì)采用 2 級(jí)減法運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn) (圖 ) 圖 測量 CO2電路的減法電路 . 微處理器系統(tǒng) 微處理器選擇 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C51單片機(jī) ,A/D轉(zhuǎn)換器選用 ADC0809,利用 ADC0809轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存功能 ,直接與 AT89C51的總線相連接口電路如圖 所示 ,按鍵電路設(shè)計(jì)為 4 個(gè)按鍵 ,其中 SW4 是復(fù)位鍵 ,另 3 個(gè)是功能鍵。復(fù)位鍵的作用是 ,當(dāng)按下“ S W1” ,“ S W2” 或“ S W3” 任意 1個(gè)鍵時(shí) ,顯示器則只顯示其對(duì)應(yīng)的參數(shù)值 ,可以通過按復(fù)位來使顯示器恢復(fù)輪流顯示 .顯示采用 4 位 LED 顯示，其中 3 位顯示所測量參數(shù)信號(hào)的大小 ,另 1位代表所測信號(hào)的通道 .利用 AT89C51 的 P0口和 P2口的低 4位來驅(qū)動(dòng)顯示。 P2口的低 4位輸出是選擇位段碼。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 圖 微處理器硬件接口電路 程序模塊 主程序 系統(tǒng)上電時(shí) ,初始化程序?qū)?70H,71H,72H內(nèi)存單元清零， P3口置零。主程序在調(diào)用測試子程序 ,顯示子程序和判斷按鍵之間循環(huán) ,主程序圖見圖 。寄存器 R3用作 3路循環(huán)控制 ,R0 用作顯示數(shù)據(jù)地址指針 .由于顯示器用的是段碼顯示 ,不能顯示各參數(shù)的單位 ,但各個(gè)通道的單位是一定的。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 圖 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序 溫度的測量范圍是 0～ 100℃ ,模擬量輸出是 0～ 5V；濕度的測量范圍是 0～100%,模擬量輸出為 0～ V； CO2 含量的測量范圍是 350～ 900mL運(yùn)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可達(dá)到要求的精度。解決此問題的關(guān)鍵是大力發(fā)展農(nóng)業(yè)科技 ,逐步走向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代 化。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)采用的是網(wǎng)絡(luò)式的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)。上位機(jī)硬件框圖如圖 :上位機(jī)主要完成的功能是接收下位機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)并顯示溫室大棚中的平均溫度和平均濕度。同時(shí) ,還具有報(bào)警機(jī)制 ,當(dāng)某處的溫度和濕度出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)