基于單片機的智能溫室大棚控制系統(tǒng)-畢業(yè)論文設(shè)計

1、 基于單片機的智能溫室大棚控制系統(tǒng)摘要溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所必需的基本設(shè)備，用它有效地控制溫度、光照、濕度、二氧化碳濃度等是改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙那疤?。本設(shè)計以STC89C52單片機為核心完成了對空氣溫度、土壤濕度、光照度進行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示等系統(tǒng)的基本框圖、工作原理和繼電器控制的設(shè)計的工作。主要內(nèi)容有：（1）通過單片雙端集成溫度傳感器AD590采集實時溫度。（2）通過濕度傳感器HS1100采集實時濕度。（3）通過固態(tài)電化學性二氧化碳傳感器TGS4160采集二氧化碳濃度。（4）判斷采集到的參數(shù)值與設(shè)置值是否一致，并進行繼電器控制。通過

2、以上設(shè)計可以對植物生長過程中的土壤濕度、環(huán)境溫度、光照度以及二氧化碳濃度進行了實時地、連續(xù)地檢測、直觀地顯示并進行自動地控制。克服了傳統(tǒng)的人工測量方法不能進行連續(xù)測量的弊端，節(jié)省了工作量，并避免了人為的疏漏或錯誤造成的不必要的損失。關(guān)鍵詞：單片機溫度傳感器濕度傳感器二氧化碳傳感器基于單片機的智能溫室大棚控制系統(tǒng)長春大學 InthispaperGreenhouseisessentialformodernagriculturebasicequipment,useittoeffectivelycontrol,suchastemperature,light,humidity,carbondioxide

3、concentrationistochangetheplantgrowthenvironment,createthebestconditionforplantgrowth,avoidtheseasonschangeandtheinfluenceofbadweather.ThisdesigntoSTC89C52single-chipmicrocomputerasthecoretocompletetheairtemperature,soilmoisture,andlightfordataacquisition,processinganddisplaysystemofthebasicblockdia

4、gram,workingprincipleandthedesignofrelaycontrolwork.Maincontentsare:(1)bymonolithicintegratedtemperaturesensorAD590tocollectreal-timetemperature.(2)bythehumiditysensorHS1100gatheringreal-timehumidity.(3)throughsolidelectriechemicalcarbondioxidesensorTGS4160collectingcarbondioxideconcentrations.(4)de

5、terminewhethercollectedparametervalueandsetvalue,andrelaycontrol.Throughtheabovecanbedesignedforplantstogrowintheprocessofsoilhumidity,environmenttemperature,lightandco2concentrationinrealtime,continuousdetection,displayvisuallyandautomaticallycontrol.Overcomesthetraditionalcontinuousmeasurementofth

6、eshortcomingsofmanualmeasurementmethoddoesnot,andsavetheworkload,andavoidtheunnecessarylosscausedbytheomissionorhumanerror.Keywords:SCMtemperaturesensorhumiditysensorcarbondioxidesensor基于單片機的智能溫室大棚控制系統(tǒng)長春大學基于單片機的智能溫室大棚控制系統(tǒng)長春大學 目錄TOC o 1-5 h z1.緒論1 HYPERLINK l bookmark8 課題背景及研究意義1 HYPERLINK l bookmark

7、10 國內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況21.2.1國外狀況3 HYPERLINK l bookmark12 1.2.2國內(nèi)狀況3 HYPERLINK l bookmark14 選題的目的和意義3 HYPERLINK l bookmark16 溫室大棚自動控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark18 控制方案設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark20 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)6 HYPERLINK l bookmark22 溫室大棚的硬件組成7 HYPERLINK l bookmark24 2.3.1傳感器7 HYPERLINK l bookmark34 2.3.2單片機控制系統(tǒng)

8、和微機系統(tǒng)10 HYPERLINK l bookmark40 溫室大棚的軟件組成11 HYPERLINK l bookmark42 2.4.1單片機軟件設(shè)計11 HYPERLINK l bookmark52 測試系統(tǒng)的組成及原理13 HYPERLINK l bookmark60 測試系統(tǒng)的設(shè)計13 HYPERLINK l bookmark62 （1）溫度測量電路13（2）濕度測量電路14 HYPERLINK l bookmark66 （3）C02含量測量電路15 HYPERLINK l bookmark68 微處理器系統(tǒng)16 HYPERLINK l bookmark70 程序模塊16 HYPE

9、RLINK l bookmark72 2.6.1主程序16 HYPERLINK l bookmark74 顯示子程序16 HYPERLINK l bookmark76 A/D轉(zhuǎn)換測量子程序17 HYPERLINK l bookmark78 2.6.4顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序17 HYPERLINK l bookmark80 溫室大棚的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)18 HYPERLINK l bookmark82 系統(tǒng)設(shè)計18 HYPERLINK l bookmark84 3.1.1系統(tǒng)組成18 HYPERLINK l bookmark86 系統(tǒng)工作原理19 HYPERLINK l bookmark88 系統(tǒng)軟件設(shè)計

10、193.2.1上位機軟件設(shè)計193.2.2下位機軟件設(shè)計19 HYPERLINK l bookmark90 誤差分析19 HYPERLINK l bookmark92 可靠性設(shè)計19 HYPERLINK l bookmark94 3.4.1硬件可靠性設(shè)計204.2軟件可靠性設(shè)計20 HYPERLINK l bookmark96 溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)21 HYPERLINK l bookmark98 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和特點21系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)21 HYPERLINK l bookmark104 主要特點22信號檢測的多元化22信號檢測的連續(xù)化22數(shù)據(jù)采集與處理的實時化22系統(tǒng)功能的易擴充性22 HY

11、PERLINK l bookmark106 硬件結(jié)構(gòu)22系統(tǒng)軟件設(shè)計23 HYPERLINK l bookmark108 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)23 HYPERLINK l bookmark110 軟件的實現(xiàn)245.總結(jié)25致謝26英漢互譯27 HYPERLINK l bookmark118 參考文獻35附主程序流程圖36第1章緒論課題背景及研究意義中國農(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(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，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。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化

12、碳含量、土壤的含水量等。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(guān)，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。以蔬菜大棚為代表的現(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。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應(yīng)的測控軟件。而當今大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量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

13、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(yù)期的效果。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(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，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)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，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，對大棚的自動化程度要求也越來越高。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?。當前農(nóng)業(yè)溫室大棚大多是中、小規(guī)模，要在大棚內(nèi)引人自動化控制系統(tǒng)

14、，改變?nèi)咳斯す芾淼姆绞?，就要考慮系統(tǒng)的成本，因此，針對這種狀況，結(jié)合郊區(qū)農(nóng)戶的需要，設(shè)計了一套低成本的溫濕度自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用傳感器技術(shù)和單片機相結(jié)合，由上位機和下位機（都用單片機實現(xiàn)）構(gòu)成，采用485接口進行通訊，實現(xiàn)溫室大棚自動化控制。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(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，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。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。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(guān)，進行環(huán)境測

15、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。以蔬菜大棚為代表的現(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。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應(yīng)的測控軟件。而當今大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量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(yù)

16、期的效果。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(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，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)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，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，對大棚的自動化程度要求也越來越高。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?.2國內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況國外狀況世界發(fā)達國家如荷蘭、美國、以色列等大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室內(nèi)溫度、光照、水、氣、肥實現(xiàn)了計算機調(diào)控，從品種選擇、

17、栽培管理到采收包裝形成了一整套完整的規(guī)范化技術(shù)體系。美國是最早發(fā)明計算機的國家，也是將計算機應(yīng)用于溫室控制和管理最早、最多的國家之一。美國有發(fā)達的設(shè)施栽培技術(shù)，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高。環(huán)境控制計算機主要用來對溫室環(huán)境（氣象環(huán)境和栽培環(huán)境）進行監(jiān)測和控制。以花卉溫室為例，溫室內(nèi)監(jiān)控項目包括室內(nèi)氣溫、水溫、土壤溫度、鍋爐溫度、管道溫度、相對空氣濕度、保溫幕狀況、通窗狀況、泵的工作狀況、CO濃度、Ec2調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值、pH調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值；室外監(jiān)控項目包括大氣溫度、太陽輻射強度、風向風速、相對濕度等。溫室專家系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來了一定的經(jīng)濟效益，提高了決策水平，減輕了技術(shù)管理工作量，同時

18、也為種植帶來了很大方便2。以園藝業(yè)著稱的荷蘭從20世紀80年代以來就開始全面開發(fā)溫室計算機自動控制系統(tǒng)，并不斷地開發(fā)模擬控制軟件。目前，荷蘭自動化智能玻璃溫室制造水平處于世界先進水平，擁有玻璃溫室1.2萬多平方米，占世界1/4以上，有85的溫室用戶使用計算機控制溫室環(huán)境。荷蘭開發(fā)的溫室計算機控制系統(tǒng)是通過人機交互界面進行參數(shù)設(shè)置和必要的信息顯示，可繪制出設(shè)定參數(shù)曲線、修正值曲線以及測量的數(shù)據(jù)曲線，可以從數(shù)據(jù)庫內(nèi)調(diào)出設(shè)定的時間段內(nèi)參數(shù)以便于必要的數(shù)據(jù)查詢，并能直接對計算機串行口進行操作，完成上位機與下位機之間的通信。上位機軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時還能夠很好地完成溫室灌溉和

19、氣候的控制和管理。此外，國外溫室業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展。遙測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中?？刂埔竽茉谶h離溫室的計算機控制室就能完成，即遠程控制。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個通訊平臺，用戶可以在遙遠的地方通過形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對話，就像在現(xiàn)場操作一樣，給人以身臨其境之感。國內(nèi)狀況我國農(nóng)業(yè)計算機的應(yīng)用開始于20世紀70年代，80年代開始應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域。20世紀90年代初期，中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)氣象研究所和作物花卉研究所，研制開發(fā)了溫室控制與管理系統(tǒng)，并開發(fā)了基于Windows操作系統(tǒng)的控制軟件；90年代中后期，江蘇理工大學毛罕平等人研制

20、開發(fā)了溫室軟硬件控制系統(tǒng)，能對營養(yǎng)液系統(tǒng)、溫度、光照、CO、施肥等進行綜合控制，是目前國產(chǎn)化溫室2計算機控制系統(tǒng)較為典型的研究成果。在此期間，中國科學院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國農(nóng)業(yè)大學、中國科學院上海植物生理研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，研究溫室設(shè)施的計算機控制與管理技術(shù)?！熬盼濉逼陂g，國家科技攻關(guān)項目和國家自然科學基金均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè)（設(shè)施農(nóng)業(yè)）研究項目，并且在項目中加大了計算機應(yīng)用研究的力度，其中“九五”國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”中，直接設(shè)置了“智能型連棟塑料溫室結(jié)構(gòu)及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計及實施”的專題3。20世紀90年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學院的閆忠文研制了作物大

21、棚溫濕度測量系統(tǒng)，能對大棚內(nèi)的溫濕度進行實時測量與控制。中科院合肥智能機械研究所研制了“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境一DET系列軟件”和智能溫室自動控制系統(tǒng)，能夠有效地提高作物產(chǎn)量、縮短生長期、減小人工操作的盲目性。北京農(nóng)業(yè)大學研制成功“JG-1”溫室環(huán)境監(jiān)控計算機管理系統(tǒng)，采用了分布式控制系統(tǒng)。河南省農(nóng)科院自動化控制中心研制了“GCSI型智能化溫室自動控制系統(tǒng)”，采用上位機加PLC的集散式控制方法，軟件采用智能化模糊算法。中國農(nóng)業(yè)大學設(shè)計研制的“山東省濟寧大型育苗溫室計算機分布式控制系統(tǒng)”，實現(xiàn)了計算機分布式控制4。1.3選題的目的和意義溫室是觀賞植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類觀賞花卉對

22、溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，以提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經(jīng)濟效益。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計算機已用于控制溫室環(huán)境。該系統(tǒng)可自動控制加熱、降溫、通風。根據(jù)需要，通過按鍵將溫度信息輸入MCU,根據(jù)情況可隨時調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技術(shù)的體現(xiàn)。本文將使用8051型單片機對溫度及濕度控制的基本原理實例化，利用現(xiàn)有資源設(shè)計一個實時控制溫室大棚溫度、濕度等的控制系統(tǒng)。目的是通過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我們將課本知識與實踐相結(jié)合，更加深刻的理解自動控制的運作模式及意義，也能夠?qū)⑺鶎W知識和技

23、能更多的運用于生活和工作中，學以致用。第2章溫室大棚自動控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計目前,我國農(nóng)村使用的簡易日光溫室絕大部分采用手動控制,生產(chǎn)效率低下,單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本偏高。隨著溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,溫室作物趨向于多樣化,對溫室的控制要求也隨之提高,手動控制因其控制精度低已開始不能滿足溫室生產(chǎn)的需求,需要設(shè)計一種控制器減少手動控制。而當今國內(nèi)常見的智能溫室系統(tǒng)都是采用工控機或者PLC方案，價格昂貴，較大部分用戶經(jīng)濟能力承受不起。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計過程中要充分考慮用戶的經(jīng)濟承受能力,減少溫室設(shè)計中的各種成本,提高勞動生產(chǎn)率，這在溫室上具有較為深遠的意義。為此，針對簡易日光溫室對溫度、濕度以及光照度等環(huán)境因

24、素的控制要求，設(shè)計和開發(fā)了基于STC89C58RD+單片機的低成本溫室自動化控制系統(tǒng)?？刂品桨冈O(shè)計植物的生長是在一定環(huán)境中進行的，在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對植物生長影響最大的是溫度、濕度和光照度。環(huán)境中晝夜的溫度、濕度和光照度的變化大，對植物生長極為不利?，F(xiàn)代溫室有內(nèi)外遮陽系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)、自然通風系統(tǒng)、濕簾風機降溫系統(tǒng)、補光系統(tǒng)、補氣系統(tǒng)、環(huán)流風機、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)，能夠?qū)χ参锏纳L進行合理的控制，而如何才能合理地控制這些配套設(shè)備的運作和協(xié)同則需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進行控制。因此，本系統(tǒng)就是利用價格便宜的一般電子器件來設(shè)計一個參數(shù)精度

25、高，控制操作方便，性價比高的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的溫室大棚測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由單片機對溫度、濕度等參數(shù)進行巡回測量，并對測量的結(jié)果進行優(yōu)化補償，并進行調(diào)控，此外主控制器還可以同時完成系統(tǒng)參數(shù)測量，數(shù)據(jù)存儲等，硬件總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。由圖2.1可知，整個系統(tǒng)采用STC89C58RD+單片機為處理核心，通過溫室現(xiàn)有的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)紺PU中，并與系統(tǒng)設(shè)定值進行比較、判斷、處理以及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲。然后將CPU處理后各種控制結(jié)果通過16路開關(guān)量輸出口傳送到電機和電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)上，從而實現(xiàn)對溫室的控制。溫室獨立控制系統(tǒng)

26、上還包擴各種人機界面和數(shù)據(jù)傳輸接口，實現(xiàn)了人機交換方式以及實時參數(shù)的設(shè)定。本控制系統(tǒng)采用宏晶科技公司生產(chǎn)STC51系列單片機控制器(STC89C58RD+)。該單片機具有強加密性，無法解密，具有超強的抗干擾性能，且芯片內(nèi)部自帶看門狗oSTC89C58RD+單片機最高時鐘頻率為080MHz,32k的Flash存儲器、1280字節(jié)的RAM、擁有P4口適合需要多I/O的系統(tǒng)設(shè)計、16k字節(jié)的E2PROM可以提供比其它單片機更多的存儲空間。其不需要依靠任何燒錄器，直接通過電腦上的串口以ISP方式進行燒錄。這種單片機的燒錄方式操作簡單容易，程序的調(diào)試靈活，修改方便，且不受地域、時間和環(huán)境的影響和限制，可

27、為以后產(chǎn)品的改進和升級提供方便。溫濕度傳感器光照度傳感器土壤含水率傳感器驚模擬量和驚數(shù)字量輸入接口RSCPU16路開光量輸出接口通風系統(tǒng)執(zhí)行電機加熱系統(tǒng)&執(zhí)行機構(gòu)濕連水泵采集輸入層數(shù)據(jù)處理層圖2.1總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，硬件結(jié)構(gòu)由傳感器和單片機、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的調(diào)理，再送人模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，由下位單片機AT89S51讀取，單片機將數(shù)據(jù)通過485總線送給上位機，上位機設(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，由下位機控制通風和噴灌裝置，也可以通過鍵盤強制控制。智能溫室大棚控制系統(tǒng)的組成基于兩個方面：單

28、棟溫室大棚控制系統(tǒng)和集約化生產(chǎn)連棟溫室大棚控制系統(tǒng)。后者建立在前者的基礎(chǔ)上，前者適于我國農(nóng)村個體經(jīng)營的現(xiàn)狀。對于單棟溫室大棚控制系統(tǒng)，設(shè)置了獨立的控制和顯示等功能，并設(shè)置了RS-232和RS-485通訊接口，便于和上位機通信，實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)，其模式如圖2.2。另外，在設(shè)計過程中考慮到農(nóng)生產(chǎn)的特點，每個系統(tǒng)的各部分接口都作了模塊化設(shè)計，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，擴大了適用范圍。大棚1大棚n-1大棚2大棚n上位機通信接口圖2.2集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)溫室大棚的硬件組成溫室大棚的硬件組成原理如圖2.3所示：空氣濕度傳感器濕度傳感器土壤含水率傳感I器I其

29、他傳感器測溫放大器程控放大器P1P2AT89C55P0P1圖2.3溫室大棚系統(tǒng)的主要硬件組成原理圖傳感器本系統(tǒng)設(shè)計了對與作物生長發(fā)育有關(guān)的環(huán)境溫度、濕度、光照度、CO2含量及土壤水量等參數(shù)進行采集的功能,實現(xiàn)溫室大棚內(nèi)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，傳感器負責對溫室環(huán)境因子的采集，將采集信轉(zhuǎn)換為0-5伏的電壓信號，送入ADC0809,再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換,供單片機使用，而使用的各種類型傳感器，分別介紹如下：溫度傳感器溫度傳感器的選擇余地較大可選用集成溫度傳感器鉑電阻傳感器及數(shù)字式傳感器本系統(tǒng)采用廣州市科技發(fā)展公司自動化研究室生產(chǎn)的“可選通式溫度傳感器”型號為KSG。優(yōu)點是內(nèi)置選通碼和數(shù)字信號傳輸，測溫范圍為

30、-10C-50C,精度為:W0.3C，適用于遠距離傳輸。1.1溫度傳感器AD590簡介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。是利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。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。這種器件在被測溫度一定時，相當于一個恒流源，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。它的電源電壓可以在4V6V范圍變化，電流Ir變化luA，相當于溫度變化IK。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用

31、晶體管的b一e結(jié)壓降的不飽和值Vbe與熱力學溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實現(xiàn)對溫度的檢測:Vb=KTxlnI，K-波爾茲常數(shù)；q-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。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0C時輸出為0,溫度25C時輸出2.982v;電流輸出型的靈敏度一般為luA/K，本文選用的是電流輸出型溫度傳感器。AD59O的主要特性如下：流過器件的電流（uA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即：Ir/T=luA/K；AD590的測溫范圍為-55+150C；AD590的保存溫度為-65+175C；AD590的電源電壓范圍為4V30V輸出電

32、阻為710M。；響應(yīng)時間僅為20us；精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-5C+150C范圍內(nèi)，非線性誤差為土0.3C。濕度傳感器本系統(tǒng)的濕度傳感器選用Honeywell公司的集成濕度傳感器HIH3610，該傳感器內(nèi)部集成了信號處理功能電路，可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)。輸出電壓為：Vout=Vsupply0.0062（sensor%RH）+0.16outsupply在本系統(tǒng)中Vsuppi固定為+5V，貝V其輸出電壓值正比于濕度測量值，因此可由測試現(xiàn)場的溫度值決定。送LM258,在此處LM258起電壓跟隨作用，以與采集現(xiàn)場隔

33、離和提高帶負載能力。然后信號送帶8路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809,經(jīng)轉(zhuǎn)換后送單片機I/O口。在該設(shè)計中溫度的極限參數(shù)為：-5OCWTW7OC；濕度的極限參數(shù)為l%WHW99%；溫度的顯示分度為0.1C；濕度的顯示分度為0.5%；芯片特點：低成本，大批量OEM設(shè)計精度2%，激光修正互換性至5%線性電壓輸出對應(yīng)%RH低功耗設(shè)計：200口A驅(qū)動電流快速反應(yīng)：15秒穩(wěn)定性好、低漂移、抗化學腐蝕性能HIH-3610有許多性能指標，能性能指標見表3.5表3.5HIH-3610性能指標RH精度（1）2%RH，0-100%RH非凝結(jié)，25C，供電電壓=5VDCRH互換

34、性5%RH，0-60%RH；8%90%RHRH線性0.5%RH典型值RH遲滯1.2%RH滿量程（最大值）RH重復(fù)性0.5%RHRH反應(yīng)時間1/e25C5秒，慢流動的空氣中RH穩(wěn)定性1%RH（典型值），在50%RH環(huán)境，（5年時間內(nèi)）供電電源供電電壓消耗電源4到5.8VDC，傳感器在5VDC下標定0.2mA5VDC輸出電壓供電電壓=5VDC驅(qū)動限制Vout二Vsupply0.0062（SensorRH）+0.16,典型值25C（所附的工廠標定數(shù)據(jù)提供類似的、每個傳感器單獨標定的數(shù)據(jù)25C）0.8到3.9VDC輸出25C典型值對稱的拉/推：50口A典型值，20口A最小值，100口A最大值開啟0.1

35、秒溫度補償效應(yīng)0%RH效應(yīng)100%RH真實RH=(SensorRH)/(1.093-0.0021T)，T為華氏度真實RH=(SensorRH)/(1.0546-0.00216T)，T為攝氏度0.007%RH/C(可忽略)-0.22%RH/C(一般小于1%RH典型，固定環(huán)境，15C以上)濕度范圍工作儲存0到100%RH，非凝結(jié)（1）0至【90%RH，非凝結(jié)溫度范圍工作儲存-40+85C-51+125C操作對靜電干擾敏感，一級管最大保護至15KV注：1、長時間處于90%RH時，將引起3%RH的漂移2、當供電電壓處于5V時，上限可提高3、傳感器對光敏感，為得到最好的測量結(jié)果，應(yīng)避免傳感器接收亮光。光

36、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0-150000LX的光照信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，此信號經(jīng)運放電路放大為Ov-5v電壓輸出。土壤水分傳感器土壤水分傳感器采用中科院南京土壤研究所研制的電阻式土壤濕度傳感器，該傳感器由陶頭、塑料連接管、壓阻傳感器、真空表頭四部分組成，該傳感器輸出為電壓值此電壓值雖能反映出土壤水勢的狀態(tài)變化但它不能直觀地反映土壤水勢指標值，所以需對傳感器進行重新標定。CO傳感器2CO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2檢測范圍大等特點，此傳感器將質(zhì)量分數(shù)范圍在0-1000X10-6濃度的CO轉(zhuǎn)換為20-5v電壓

37、輸出。傳感器輸出的電壓信號，直接送至A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由單片機進行相應(yīng)的運算、顯示和儲存。3.2單片機控制系統(tǒng)和微機系統(tǒng)它主要包括：ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換、單片機89C51、繼電器、侍服電機、本系統(tǒng)采用啟動三環(huán)計算機廠生產(chǎn)的SCB-51-IU單片機應(yīng)用板，采用片選法配備了89C51、2764、ADC0809、8155等芯片，具有較強的抗干擾能力微機系統(tǒng)采用普通的微機即可。A/D轉(zhuǎn)換該設(shè)計選用ADC0809把各被檢測電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至主控制器，其優(yōu)點在于換精度高，抗干擾能力強，線性度高，并可通過軟件程下直接實現(xiàn)溫度、土壤含水率等參數(shù)的切換。系統(tǒng)控制器該設(shè)計選用20K字節(jié)內(nèi)存存儲

38、器和內(nèi)部256字節(jié)RAM的單片機AT89C55作為主控器。該系統(tǒng)由單片機對溫度濕度等參數(shù)進行巡回測量，并對測量的結(jié)果進行優(yōu)化補償，并進行調(diào)控，此外，主控制器還可以同時完成系統(tǒng)參數(shù)測量，數(shù)據(jù)存儲，以及與上位機通信等功能。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。調(diào)濕，通過AT89C55控制加熱爐和風機完成升溫，室內(nèi)降溫主要通過排氣扇完成和風機完成。土壤調(diào)濕主要通過澆水、加肥來實現(xiàn)，可自動完成或采用輔助報警，由人工完成。室外保溫通風調(diào)光主要采用自動或半自動得外部設(shè)備完成。鍵盤和顯示由HD7279A完成。2.4溫室大棚的軟件組成系統(tǒng)軟件設(shè)計包括單片機程序設(shè)計和微機程序設(shè)計。單片機軟件設(shè)計它的

39、主要功能模塊有：采集模塊、控制模塊、通訊模塊。采集模塊采集模塊主要完成對ADC0809的通道的控制和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取，并將結(jié)果暫存人數(shù)據(jù)區(qū)。通過對AT89S51定時器TO的計數(shù)實現(xiàn)定時，每15min采集1次，用定時器T,定時來確定三個參量的采集時間間隔，定為0.50s。溫室內(nèi)布置有溫度、濕度、土壤水分、光照傳感器、溫度傳感器將采集的信號送到89C51內(nèi)的定時器T0的輸入端，通過對定時器T0的計數(shù)，實現(xiàn)溫度的采集；度、土壤水分、光照傳感器采集的電壓值分別通過校正，轉(zhuǎn)換為標準的Ov-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，送到89C51。由于傳感器、ADC0809的采集

40、、轉(zhuǎn)換速度快，一分鐘內(nèi)可以采集成千上萬條數(shù)據(jù)，溫室內(nèi)環(huán)境因子變化沒有這么快，在實際應(yīng)用中，沒有必要對這些數(shù)據(jù)都進行處理，所以要對采集的周期加以控制。本實驗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?？刂颇K控制模塊分溫度控制、空氣濕度控制、光照控制、土壤濕度控制。根據(jù)不同的控制要求，發(fā)出不同的控制信號,。通過繼電器、行程開關(guān)、電機、控制開關(guān)窗、屋頂噴淋、遮陽網(wǎng)、滴灌，達到實時控制的要求控制模塊實現(xiàn)對通風和噴灌裝置的控制，當接收到上位機的控制信號時，將相應(yīng)的引腳置零即可開通通風和噴灌裝置?？刂颇K分溫度控制、濕度控制、光照控制，當溫室內(nèi)的溫度高于設(shè)定的溫度上限時，通

41、過開窗裝置開窗通風，噴淋裝置在屋頂上噴淋，達到溫室降溫的目的，當溫室內(nèi)的溫度低于設(shè)定的溫度下限時，通過關(guān)窗來實現(xiàn)保溫目的。濕度的控制同樣是通過開關(guān)窗和溫室內(nèi)噴淋來實現(xiàn)光照控制是通過遮陽網(wǎng)來實現(xiàn)，當太陽的光照強度高于設(shè)定的光照值時，關(guān)遮陽網(wǎng)，低于設(shè)定的值，開遮陽網(wǎng)，滴灌控制是當土壤水分傳感器的值低于設(shè)定的值時，打開滴灌裝置進行灌溉。通信模塊通訊模塊可將采集到的參量傳到上位機，并接收上位機發(fā)來的控制信息。實現(xiàn)上位機和單片機之間的通信，便于用戶遠程管理，單片機將采集的數(shù)據(jù)和控制裝置當前的狀態(tài)信息通過RS-485送到上位機，實現(xiàn)信息的上傳。通訊模塊首先需要初始化設(shè)置，設(shè)置串口的工作方式、波特率、定時器

42、的工作方式，設(shè)置串口中斷位和全局中斷位。其次設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的幀格式,向上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)有溫度、濕度、光照、當前設(shè)備的狀態(tài)等,不同的數(shù)據(jù)之間需要有區(qū)分標志,在數(shù)據(jù)區(qū)的頭部加上聯(lián)絡(luò)標志和結(jié)束標志；接收到上位機的數(shù)據(jù)有各種控制信號,在各個控制信號間有區(qū)分標志,同樣在數(shù)據(jù)區(qū)的頭尾有標志信號,目的是區(qū)分是有效數(shù)據(jù)還是誤碼。如果是誤碼,則不處理,不執(zhí)行控制處理程序,直接退出中斷；如果是有效數(shù)據(jù),則接收,并根據(jù)控制信號進行操作,向控制部件發(fā)送命令,控制開關(guān)窗、遮陽網(wǎng)等部件,達到實時控制的目的。最后在主程序中,使用順序方式向微機發(fā)送數(shù)據(jù)；使用中斷方式接受微機發(fā)來的數(shù)據(jù)。單片機串行通信的工作方式如下:MOVTMO

43、D,#25H；選用定時器T1作為波特率發(fā)生器，工作模式2。MOVTH1,#0F3H；定時器初植，波特率為1200B/S。MOVTL1,#0F3H；8位重裝。MOVSCON,#50H；串行口工作方式設(shè)置為方式1,REN=1。MOVPCON,#00H；設(shè)置波特率的選擇位。SETBTR1；啟動定時器T1。SETBES；串口中斷允許SETBEA；中斷允許。2.4.2微機軟件設(shè)計微機軟件設(shè)計也由動態(tài)顯示模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、通信模塊四個部分組成，通過動態(tài)顯示模塊可以及時監(jiān)控各環(huán)境因子的變化，控制模塊可對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，如開關(guān)窗、噴淋等控制，數(shù)據(jù)庫模塊是為作物生長環(huán)境的設(shè)定而積累數(shù)據(jù)，通信模塊是實

44、現(xiàn)上位機和單片機之間的通信，上位機將控制信號通過RS-485送到單片機實現(xiàn)信息的下傳。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現(xiàn)對農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息管理與科學種植的要求,國內(nèi)對溫室大棚參數(shù)自動監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用尚在起步階段,而引進國外具有多功能的大型連棟溫室控制系統(tǒng)價格昂貴,很難適合中國農(nóng)村的實際需求。為此,作者研制了一種性價比較高、運行可靠的自動測試系統(tǒng),以適合中國溫室大棚種植科學化管理的推廣與應(yīng)用。2.5測試系統(tǒng)的組成及原理本系統(tǒng)采用最簡

45、捷的數(shù)字采集系統(tǒng)將其動態(tài)參數(shù)實時地測量并顯示,設(shè)計分為硬件部分和軟件部分。硬件方框圖如圖2.5所示。分為傳感器及其整理電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機模塊、按鍵與顯示模塊。傳感器把被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)過整理電路調(diào)理變?yōu)?5V的直流電壓信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,送入單片機內(nèi),經(jīng)過計算,以分時顯示的形式,把3個被測信號實時地輪流顯示出來，軟件采用匯編語言的程序模塊構(gòu)成。濕度傳感器及整理電路溫度傳感器及整理電路顯示單片機A/D轉(zhuǎn)換器AI/二氧化碳傳感器及整理I電路I按鍵圖2.5動態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)方框圖測試系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計的關(guān)鍵是傳感器及其整理電路。傳感器性能的好壞直接影響到測量精度、

46、測量范圍和響應(yīng)速度。因此，選擇合適的傳感器直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能溫度傳感器選用單片雙端集成溫度傳感器AD590,濕度傳感器選用濕敏電容HS1100,C02傳感器選用固態(tài)電化學型CO2傳感器TGS4160。（1）溫度測量電路采用溫度傳感器AD590,其測溫放大電路設(shè)計如2.6示。電路中的ICL7650S芯片是斬波穩(wěn)零運算放大器。直流電壓+12V通過電阻R1、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ICL7650S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。電路中的電位器RP1用于調(diào)零,RP3用于調(diào)滿刻度，這樣可以極大地改

47、善AD590非線性引起的誤差,R用于調(diào)節(jié)放大器ICL7650S的輸入失調(diào)，ICL7650S輸出端的R5和C1構(gòu)成濾波器用于濾除斬波尖峰干擾。電路的測溫范圍為0100C,相應(yīng)輸出為05V,呈現(xiàn)線性關(guān)系。4-12V1-1圖2.6溫度傳感器AD590的檢測電路濕度測量電路采用的HS1100濕度傳感器是Sensation公司基于獨特工藝設(shè)計的電容元件,HS1100濕度傳感器的原理是由濕度傳感器的干濕介質(zhì)在外界的相對濕度變化時,吸附/脫附空氣中的水汽分子，使感濕介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，引起濕度傳感器的電容值改變，濕度傳感器實際上相當于1個可變電容，其電容的變化值與空氣中的相對濕度成對應(yīng)的正比線性關(guān)系，相

48、對濕度越大，濕度傳感器的電容越大；相對濕度越小，濕度傳感器的電容越小。將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C接受的信號，常用2種方法:一是將該濕敏電容置于運放與容阻組成的放大器電路中，所產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)直流放大、再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻串信號，可直接被計算機所采集。在此采用第1種測量方法,測量電路如圖2.7示。Uf為外加的10kHz方波信號。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180pF,由此將相對濕度的基準點定為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的連接點電

49、壓UC為運放的同相輸入電壓信號,U02為運放輸出電壓信號，其輸入/輸出特性:當輸入電壓UC減小時，輸出電壓U02增大。當相對濕度減小時,CT容抗增大,UC增大,而U02減小，反之當濕度增大時,U02增大。C2U1=+12VI261!11C2CHS1100R10ICL7650s_圖2.7濕度/電壓轉(zhuǎn)換電路C02含量測量電路采用TGS4160型C02傳感器測量C02,它是一種電化學型氣體的敏感元件，當該元件暴露在CO2氣體環(huán)境中時，就會產(chǎn)生電化學反應(yīng)，通過監(jiān)測S(+),S(-)2個電極之間所產(chǎn)生的電勢值EMF,就可以測量CO2的含量值。為使傳感器保持在最敏感的溫度上，需要給加熱器提供加熱電壓進行加

50、熱，加熱電壓穩(wěn)定在(50.2)V內(nèi)。為了保證CO2含量的準確測量，除了保證加熱電壓穩(wěn)定及對環(huán)境溫度的變化進行溫度補償外，更主要的是要測量兩電極之間變化的電勢值，而不是絕對電勢值。在-10+50C溫度范圍內(nèi)，基本不受溫度的影響保持常量傳感器測量范圍是3501000mLL-1，但根據(jù)溫室大棚CO2含量的實際情況,在此設(shè)定所測量的CO2含量在350900mLL-1之間，在這個范圍內(nèi)可以滿足測試系統(tǒng)的實際需要。但要把TGS4160的輸出信號轉(zhuǎn)換成05V的電壓，需要把傳感器的輸出信號CO2含量對應(yīng)的絕對電勢值轉(zhuǎn)換到傳感器兩極之間變化的電勢值，然后再放大。設(shè)計采用2級減法運算放大電路實現(xiàn)(圖2.8)咖卑代

51、邁;5Jffll!TC$4|!旳卜圖2.8測量CO2電路的減法電路252微處理器系統(tǒng)微處理器選擇ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機,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2.9所示，按鍵電路設(shè)計為4個按鍵，其中SW4是復(fù)位鍵，另3個是功能鍵。設(shè)置的按鍵的功能是:按SW1顯示溫度的參數(shù)值；按SW2顯示濕度的參數(shù)值；按SW3顯示CO2含量參數(shù)值；復(fù)位鍵的作用是，當按下“SW1”，“SW2”或“SW3”任意1個鍵時，顯示器則只顯示其對應(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

52、示所測量參數(shù)信號的大小，另1位代表所測信號的通道，利用AT89C51的P0口和P2口的低4位來驅(qū)動顯示。在P0口的8根數(shù)據(jù)線和段碼管的8根數(shù)據(jù)線之間接一單向驅(qū)動芯片74LS244,增加P0口的驅(qū)動能力，驅(qū)動芯片的輸出口又接了8個470Q的電阻RP,可以作為限流電阻，以免段碼管的功耗太大而燒壞管子。P2口的低4位輸出是選擇位段碼。顯示電路的工作方式是動態(tài)掃描法。AlKOaO?,4i.iI=P2.7爼啰阻測恥訶匕741STARTAlI-aQi3加期3虬ATSCSIJMO:L!IUjP2.0MrPRFSET-CTh1小W1YEWl2Y-taL卜ArxlP2.J圖2.9微處理器硬件接口電路2.6程序模

53、塊2.6.1主程序系統(tǒng)上電時,初始化程序?qū)?0H,71H,72H內(nèi)存單元清零，P3口置零。剛上電時,系統(tǒng)默認位循環(huán)顯示3個通道的參數(shù)值狀態(tài).當進行一次測量時，將顯示每一通道的A/D轉(zhuǎn)換值，每個通道的數(shù)據(jù)顯示時間為1s左右。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2.10o2.6.2顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)4位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，測得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在70H,71H和72H內(nèi)存單元中，測量數(shù)據(jù)在顯示時需要轉(zhuǎn)換為BCD碼放在73H,74H和75H單元中，其中76H存放通道標志數(shù)。寄存器R3用作3路循環(huán)控制,RO用作顯示數(shù)據(jù)地址指針，由于顯示器用的是段碼顯示,

54、不能顯示各參數(shù)的單位,但各個通道的單位是一定的。2.6.3A/D轉(zhuǎn)換測量子程序模/數(shù)轉(zhuǎn)換測量子程序用來控制對ADC0809三路模擬輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)換，并將對應(yīng)的數(shù)值移入70H,71H和72H內(nèi)存單元。圖2.10測試系統(tǒng)主程序流程圖2.6.4顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序溫度的測量范圍是0100C，模擬量輸出是05V；濕度的測量范圍是0100%，模擬量輸出為03.55V；CO2含量的測量范圍是350900mLL-1,輸出為03.46V。運用程序進行數(shù)據(jù)處理可達到要求的精度。第3章溫室大棚的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,農(nóng)民增收緩慢的問題逐漸成為阻礙我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的一大隱患。解決此問題的關(guān)鍵是大力發(fā)展農(nóng)

55、業(yè)科技,逐步走向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。溫室大棚技術(shù)在農(nóng)業(yè)中有著舉足輕重的作用,是提高農(nóng)業(yè)科技水平的關(guān)鍵。系統(tǒng)設(shè)計系統(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)。上位機由AT89S51單片機作為控制器，外加LCD1602和若干按鍵構(gòu)成人機交互界面，同時設(shè)有報警裝置。上位機硬件框圖如圖3.1所示:上位機主要完成的功能是接收下位機傳遞的數(shù)據(jù)并顯示溫室大棚中的平均溫度和平均濕度。用戶可以通過按鍵對進行溫度和濕度的設(shè)定。同時，還具有報警機制，當某處的溫度和濕度出現(xiàn)異常時進行聲光報警并顯示異常點。下位機由ATtiny2313和溫濕度傳感器組成。主要完成的工作是溫度信號與濕度信號的采集，同時傳輸給上位機。ATtiny23

56、13是AT2MEL公司發(fā)布的AVR系列中的一款低端產(chǎn)品。該芯片采用的RISC結(jié)構(gòu)，比相同時鐘的51單片機執(zhí)行速度快約12倍。它有20個引腳，其中有18個是可編程的10口,具有豐富的擴展功能，并且內(nèi)部集成了RC振蕩器，無需外部晶振。芯片還具有三個定時器其中一個帶有捕獲功能，兩個外部中斷。芯片價格低廉也是其優(yōu)點之一。上位機與下位機通信采用的RS485總線形式，這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。圖3.1上位機硬件框圖系統(tǒng)工作原理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機采集現(xiàn)場溫度和濕度，經(jīng)過數(shù)字濾波處理后存儲在控制器中,當上

57、位機查詢下位機時,下位機通過RS485總線將溫度值和濕度值傳輸至上位機。上位機每隔10分鐘查詢一次所有的下位機,將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)行處理,排除干擾值,確定當前的溫室大棚的溫度和濕度,同時將其顯示在LCD屏上。上位機根據(jù)當前溫室大棚的溫度和濕度,判斷是否需要操作相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。上位機除了正常的數(shù)據(jù)收集和顯示作用外,還可以通過按鍵進行溫濕度的設(shè)定,查詢每個下位機的具體值。同時還具有報警功能,當系統(tǒng)檢測到溫濕度異常時能經(jīng)行聲光報警。系統(tǒng)軟件設(shè)計3.2.1上位機軟件設(shè)計上位機軟件主要有鍵盤模塊,顯示模塊,控制決策模塊,通訊模塊,和報警模塊。鍵盤模塊功能包括參數(shù)和功能設(shè)置,下位機查詢。顯示模塊是用于同時顯

58、示測得的溫度值和濕度值?？刂茮Q策模塊根據(jù)下位機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)判斷當前是否需要調(diào)溫或調(diào)濕。通訊模塊功能是與下位機經(jīng)行數(shù)據(jù)的傳輸。報警模塊是指溫度或濕度出現(xiàn)異常時,發(fā)出警報。3.2.2下位機軟件設(shè)計下位機軟件主要有采集模塊,通訊模塊和控制模塊。采集模塊主要完成溫度采集和濕度采集。通訊模塊主要完成向上位機傳輸數(shù)據(jù)的工作?？刂颇K功能是控制調(diào)溫裝置和調(diào)濕裝置。誤差分析系統(tǒng)誤差來源有兩個,一個是系統(tǒng)硬件,另一個是系統(tǒng)軟件。硬件帶來的誤差包括傳感器選型,采樣電路器件選型和電路設(shè)計等方面。軟件誤差主要是指異常數(shù)據(jù)的干擾和數(shù)值處理的精度。減小誤差的方法有以下幾種:（1）選擇高精度的傳感器。（2）設(shè)計抗干擾性強的電

59、路。（3）選擇支持浮點運算的控制器。（4）對數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波,排除干擾。（5）數(shù)值處理利用定點算法。本系統(tǒng)在選擇合適的器件和合理的電路同時,在軟件上也采用了數(shù)字濾波和定點算法,減小了系統(tǒng)誤差?？煽啃栽O(shè)計用于工業(yè)控制場合的系統(tǒng)對可靠性有較高的要求,只有具有較高可靠性的系統(tǒng)才具有實用價值。系統(tǒng)的可靠性包括軟件的可靠性和硬件的可靠性。硬件可靠性設(shè)計單片機硬件系統(tǒng)的抗干擾能力與元器件質(zhì)量、裝配質(zhì)量等因素都有關(guān)系,但其中起決定作用的是設(shè)計過程,因此在設(shè)計中我們采取了以下抗干擾措施:(1)采用光電隔離；(2)采用過壓保護電路；(3)采用抗干擾穩(wěn)壓電源；(4)采用良好的接地系統(tǒng)。軟件可靠性設(shè)計軟件部分可靠性

60、主要通過抗干擾設(shè)計實現(xiàn),其中本系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計主要包括以下部分:(1)采用數(shù)字濾波方法來抑制輸入通道的干擾；(2)對數(shù)字輸出信號處理；(3)對部分關(guān)鍵控制設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測；(4)采用指令冗余、軟件陷阱、“看門狗”等方法避免程序混亂。第4章溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)近年來，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了較大的發(fā)展，溫室大棚作為新的農(nóng)作物種植技術(shù)，已突破了傳統(tǒng)農(nóng)作物種植受地域、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。而溫室大棚的檢測控制系統(tǒng)是實現(xiàn)其生產(chǎn)自動化、高效化的最關(guān)鍵、最為重要的環(huán)節(jié)。目前我國的溫室大棚，多依靠人工經(jīng)驗進行管理，或以單片機控制的單參數(shù)單回路的較多，自動化程度不高，效率低