溫室大棚畢業(yè)設(shè)計(jì)論文正文

1 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(jì)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(gè)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(jìn)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(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)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(dòng)強(qiáng)度大及由于測控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。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)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(dòng)化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋?當(dāng)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(dòng)化控制系統(tǒng)，改變?nèi)咳斯す芾淼?方式，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(jì)了一套低成本的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用傳感器技術(shù)和單片機(jī)相結(jié)合，由上位機(jī)和下位機(jī) ( 都用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) ) 構(gòu)成，采用 485 接口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)溫室大棚自動(dòng)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(jì)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(gè)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(jìn)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 。 2 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(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)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(dòng)強(qiáng)度大及由于測控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。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)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(dòng)化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋?內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況 溫室是一種可以改變植物生長環(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溆绊懙膱鏊?。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。 國外對溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于 20世紀(jì) 70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。 從國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段 : （ 1） 手動(dòng)控制。 3 這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對溫室內(nèi)外的氣候狀況和對作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動(dòng)控制方式，對于作物生長狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對種植者的素質(zhì)要求較高。 （ 2） 自動(dòng)控制。 這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱 、降溫和通風(fēng)等動(dòng)作。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。通過改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以自動(dòng)地進(jìn)行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對作物生長狀況的改變難以及時(shí) 做 出反應(yīng)，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。目前我國絕大部分自主開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國外設(shè)備都屬于這種控制方式。 （ 3） 智能化控制。 這是在溫室自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)出的一種適合不同作物生 長的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。溫室控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，向著越來越先進(jìn)、功能越來越完備的方向發(fā)展。由此可見，溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長模型、溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動(dòng)采集及智能控制趨勢發(fā)展。 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(gè)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(huì)給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控 制溫室環(huán)境。該系統(tǒng)可自動(dòng)控制加熱、降溫、通風(fēng)。根據(jù)需要，通過按鍵將溫度信息輸入 據(jù)情況可隨時(shí)調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動(dòng)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(jī)對溫度及濕度控制的基本原理實(shí)例化，利用現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)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) 4 計(jì)，讓我們將課本知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，更加深刻的理解自動(dòng)控制的運(yùn)作模式及意義，也能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)和技能更多的運(yùn)用于生活和工作中。 5 第 2 章 溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì) 目前 ,我國 農(nóng)村使用的簡易日光溫室絕大部分采用手動(dòng)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(dòng)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(jì)一種控制器減少手動(dòng)控制。而當(dāng)今國內(nèi)常見的智能溫室系統(tǒng)都是采用工控機(jī)或者 案 ,價(jià)格昂貴 ,較大部分用戶經(jīng)濟(jì)能力承受不起。因此 ,在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要充分考慮用戶的經(jīng)濟(jì)承受能力 ,減少溫室設(shè)計(jì)中的各種成本 ,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 ,這在溫室上具有較為深遠(yuǎn)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)境因素的控制要求 ,設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于 單片機(jī)的低成本溫室自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 控制方案設(shè)計(jì) 植物的生長是在一定環(huán)境中進(jìn)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(fēng)系統(tǒng)、濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、補(bǔ)氣系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)，能夠?qū)χ参锏纳L進(jìn)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(yùn)作和協(xié)同則需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此 ,本系統(tǒng)就是利用價(jià)格便宜的一般電子器件來設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)精度高 ,控制操作方便 ,性價(jià)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(jī)對溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行巡回測量 ,并對測量的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償 ,并進(jìn)行調(diào)控 ,此外主控制器還可以同時(shí)完成系統(tǒng)參數(shù)測量 ,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，硬件總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 示。由圖 知 ,整個(gè)系統(tǒng)采用 單片機(jī)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)?,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)。然后將 16 路開關(guān)量輸出口傳送到電機(jī)和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)上 ,從而實(shí)現(xiàn)對溫室的控制。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。本控制系統(tǒng)采用宏晶科技公司生產(chǎn) 1 系列單片機(jī)控制器 ( )。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。 單片機(jī)最 6 高時(shí)鐘頻率為 0 802k 的 1280字節(jié)的 有 I/162以提供比其它單片機(jī)更多的存儲(chǔ)空間。其不需要依靠任何燒錄器 ,直接通過電腦上的串口以 式進(jìn)行燒錄。這種單片機(jī)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(shí)間和環(huán)境的影響和限制 ,可為以后產(chǎn)品的改進(jìn)和升級(jí)提供方便。 圖 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 由下位單片機(jī) 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 。 智能溫室大棚控制系統(tǒng)的組成基于兩個(gè)方面：單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)。 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。對于單棟溫室大棚控制系統(tǒng)，設(shè)置了獨(dú)立的控制和顯示 等功能，并設(shè)置了 于和上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)，其模式如圖 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。 圖 散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 室大棚的硬件組成 溫室大棚的硬件組成原理如圖 圖 室大棚系統(tǒng)的主要硬件組成原理圖 感器 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了對與作物生長發(fā)育有關(guān)的環(huán)境溫度、濕度、光照度、 量及土壤水量等參數(shù)進(jìn)行采集的功能，實(shí)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(fù)責(zé)對溫室環(huán)境因子的采集，將采集信轉(zhuǎn)換為 0入 再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換 , 供單片機(jī)使用，而使用的各種類型傳感器，分別介紹如下： 8 1. 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(dòng)化研究室生產(chǎn)的“可選通式溫度傳感器” 型號(hào)為 點(diǎn)是內(nèi)置選通碼和數(shù)字信號(hào)傳輸，測溫范圍為 精度為： 適用于遠(yuǎn)距離傳輸。 2. 濕度傳感器 溫室的濕度如果能控制在一定范圍內(nèi)，則可以大大降低雙霉病、炭霉病及疫害病的發(fā)病率。 本系統(tǒng)的濕度傳感器選用 司的集成濕度傳感器該傳感器采用熱固 ,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濕度值轉(zhuǎn)換為線性電壓輸出的任務(wù)。傳感器的輸出電壓為 A/D 采集電路的標(biāo)準(zhǔn)電壓為 0 ,故需進(jìn)行電壓變換。該傳感器的性能指標(biāo)如表 示。但當(dāng)該濕度傳感器工作的溫度發(fā)生變化時(shí)，相同的濕度值，其輸出電壓值也將不同， 其輸出電壓與濕度的關(guān)系曲線如圖 此該傳感器在使用時(shí)還需進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 表 參數(shù) 指標(biāo) 度 2%13% 100%凝結(jié)， 25（供電電壓=5 換性 5% % H 線性 型值 滯 大量程 復(fù)性 H 應(yīng)時(shí)間 30s，慢流動(dòng)的空氣中 定性 1%型值， 50%5 年時(shí)間內(nèi) 供電電壓 4 9感器在 5 標(biāo)定） 消耗電流 型值 9 出電壓 0H)溫度補(bǔ)償 ( 9 圖 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 0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 0 壓輸出。 4. 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(biāo)值，所以需對傳感器 進(jìn)行重新標(biāo)定。 5. 感器 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 010換為 0壓輸出。傳感器輸出的電壓信號(hào)，直接送至 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、 顯示和儲(chǔ)存。 片機(jī)控制系統(tǒng)和微機(jī)系統(tǒng) 它主要包括： 模轉(zhuǎn)換、 單片機(jī) 89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 片機(jī)應(yīng)用板 ,采用片選法 配備了 892764、 8155等芯片 , 具有較強(qiáng)的抗干擾能力微機(jī)系統(tǒng)采用普 10 通的微機(jī)即可。 1. A/D 轉(zhuǎn)換 該設(shè)計(jì)選用 各被檢測電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送至主控制器，其優(yōu)點(diǎn)在于換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，線性度高，并可通過軟件程下直接實(shí)現(xiàn)溫度、土壤含水率等參數(shù)的切 換。 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) 單片機(jī) 系統(tǒng)由單片機(jī)對溫度濕度等參數(shù)進(jìn)行巡回測量，并對測量的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，并進(jìn)行調(diào)控，此外，主控制器還可以同時(shí)完成系統(tǒng)參數(shù)測量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及與上位機(jī)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 制加熱爐和風(fēng)機(jī)完成升溫，室內(nèi)降溫主要通過排氣扇完成和風(fēng)機(jī)完成。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。室外保溫通風(fēng)調(diào)光主要采 用自動(dòng)或半自動(dòng)得外部設(shè)備完成。鍵盤和顯示由 成。 室大棚的軟件組成 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和微機(jī)程序設(shè) 計(jì) 。 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。 1. 采集模塊 采集模塊主要完成對 將結(jié)果暫存人數(shù)據(jù)區(qū)。通過對 時(shí)器 計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，每 15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 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(hào)送到 89的定時(shí)器 通過對定時(shí)器 實(shí)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(biāo)準(zhǔn)的 0 壓，送到 輸入端，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，變換為數(shù)字信號(hào)，送到 89于傳感器、 采集、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(shí)際應(yīng)用中，沒有必要對這些數(shù)據(jù)都進(jìn)行處理， 所以要對采集的周期加以控制 。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 89 11 2. 控制模塊 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(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。 控制模塊分溫度控制 、濕度控制、光照控制，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度高于設(shè)定的溫度上限時(shí)，通過開窗裝置開窗通風(fēng)，噴淋裝置在屋頂上噴淋，達(dá)到溫室降溫的目的，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)，通過 關(guān)窗來實(shí)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(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。 3. 通信模塊 通訊模塊可將采集到的參量傳到上位機(jī)，并接收上位機(jī)發(fā)來的控制信息。 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 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(shí)器 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(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。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(hào)進(jìn)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(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。最后在主程序中 , 使用順序方式向微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) ; 使用中斷方式接受微機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)。 單片機(jī)串行通信的工作方式如下 : #25H；選用定時(shí)器 工作模式 2。 #0時(shí)器初植 ,波特率為 1200B/S。 #08 位重裝。 #50H；串行口工作方式設(shè)置為方式 1,。 #00H；設(shè)置波特率的選擇位。 動(dòng)定時(shí)器 S；串口中斷允許 A；中斷允許。 12 機(jī)軟件設(shè)計(jì) 微機(jī)軟件設(shè)計(jì)也由動(dòng)態(tài)顯示模塊、 控制模塊 、數(shù)據(jù)庫模塊、 通信模塊四個(gè)部分組成， 通過動(dòng)態(tài)顯示模塊可以及時(shí)監(jiān)控各環(huán)境因子的變化， 控制模塊可對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)上位機(jī)和單片機(jī)之間的通信， 上位機(jī)將控制信號(hào)通過 實(shí)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 ,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(shí)現(xiàn)對農(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 ,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。 測試系統(tǒng)的組成及原理 本系統(tǒng)采用最簡捷的數(shù)字采集系統(tǒng)將其動(dòng)態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)地測量并顯示 ,設(shè)計(jì)分為硬件部分和軟件部分 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 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 圖 態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)方框圖 測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 設(shè)計(jì)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、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(gè)系統(tǒng)的性能 度傳感器 度傳感器選用濕敏電容 （ 1） 溫度測量電路 采用溫度傳感器 測溫放大電路設(shè)計(jì)如 。電路中的 流電壓 +12V 通過電阻 位器 到 , ,使放大器 I 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 于調(diào)零 , 于調(diào)滿刻度 ,這樣可以極大地改善 線性引起的誤差 , I 輸入失調(diào) , I 成濾波器用于濾除斬波尖峰干擾。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。 圖 度傳感器 （ 2）濕度測量電路 采用的 ，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 個(gè)可變電容 ,其電容的變化值與空氣中 14 的相對濕度成一一對應(yīng)的正比線性關(guān)系 ,相對濕度越大 ,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(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)接受的信號(hào) ,常用 2 種方法 :一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與容阻組成的放大器電路中 ,所產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)直流放大、 再經(jīng) A/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(hào) ,可直接被計(jì)算機(jī)所采集。在此采用第 1種測量方法 ,測量電路如圖 。 外加的 10 波信號(hào)。 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 此將相對濕度的基準(zhǔn)點(diǎn)定為 55%,并且與濕度傳感器 電容 成一開關(guān)電容分壓放大電路 , 連接點(diǎn)電壓 運(yùn)放的同相輸入電壓信號(hào) , 運(yùn)放輸出電壓信號(hào) ,其輸入 /輸出特性 :當(dāng)輸入電壓 輸出電壓 相對濕度減小時(shí) , 抗增大 ,而 反之當(dāng)濕度增 大時(shí) , 圖 度 /電壓轉(zhuǎn)換電路 （ 3） 采用 感器測量 它是一種電化學(xué)型氣體的敏感元件 ,當(dāng)該元件暴露在 ,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 可以測量 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(jìn)行加熱 ,加熱電壓穩(wěn)定在 (5內(nèi)。為了保證 ,除了保證加熱電壓穩(wěn)定及對環(huán)境溫度的變化進(jìn)行溫度 補(bǔ)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 10 +50溫度范圍內(nèi) ,基本不受溫度的影響保持常量 350 1 000 L - 1,但根據(jù)溫室大棚 量的實(shí)際情況 ,在此設(shè)定所測量的 量在 350 900 L - 1 之間 ,在這個(gè)范圍內(nèi)可以滿足測試系統(tǒng) 15 的實(shí)際需要 0 5 ,需要把傳感器的輸出信號(hào) 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(jì)采用 2級(jí)減法運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn) (圖 圖 量 . 微處理器系統(tǒng) 微處理器選擇 ,A/用 ,直接與 示 ,按鍵電路設(shè)計(jì)為 4 個(gè)按鍵 ,其中 復(fù)位鍵 ,另 3 個(gè)是功能鍵。設(shè)置的按鍵的功能是 :按 S 示溫度的參數(shù)值；按 S 示濕度的參數(shù)值；按 S 示 量參數(shù)值 ;復(fù)位鍵的作用是 ,當(dāng)按下“ S ,“ S 或“ S 任意 1個(gè)鍵時(shí) ,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 4 位 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 0口和 位來驅(qū)動(dòng)顯示。在 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(dòng)芯片 74加 ,驅(qū)動(dòng)芯片的輸出口又接了 8個(gè) 470的電阻 可以作為限流電阻 ,以免段碼管的功耗太大而燒壞管子。 4位輸出是 選擇位段碼。顯示電路的工作方式是動(dòng)態(tài)掃描法。 16 圖 處理器硬件接口電路 程序模塊 程序 系統(tǒng)上電時(shí) ,初始化程序?qū)?70H,71H,72上電時(shí) ,系統(tǒng)默認(rèn)位循環(huán)顯示 3 個(gè)通道的參數(shù)值狀態(tài) ,將顯示每一通道的 A /,每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間為 1 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 顯示子程序 顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) 4 位數(shù)碼管的數(shù)值顯示 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(shí)需要轉(zhuǎn)換為 放在 73H, 7475,其中 76存器 3路循環(huán)控制 ,作顯示數(shù)據(jù)地址指針 ,不能顯示各參數(shù)的單位 ,但各個(gè)通道的單位是一定的。 /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 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,712 17 圖 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 0100%,模擬量輸出為 0 ； 350 900 - 1,輸出為 0 。運(yùn)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可達(dá)到要求的精度。 18 第 3 章 溫室大棚的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 隨著我國經(jīng)濟(jì)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(jì)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)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(jì) 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)由 片機(jī)作為控制器 ,外加 若干按鍵構(gòu)成人機(jī)交互界面 ,同時(shí)設(shè)有報(bào)警裝置。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。用戶可以通過按鍵對進(jìn)行溫度和濕度的設(shè)定。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)警并顯示異常點(diǎn)。下位機(jī)由 溫濕度傳感器組成。主要完成的工作是溫度信號(hào)與濕度信號(hào)的采集 ,同時(shí)傳輸給 上位機(jī)。 司發(fā)布的 列中的一款低端產(chǎn)品。該芯片采用的 比相同時(shí)鐘的 51單片機(jī)執(zhí)行速度快約 12 倍。它有 20 個(gè)引腳 ,其中有 18 個(gè)是可編程的 ,具有豐富的擴(kuò)展功能 ,并且內(nèi)部集成了 蕩器 ,無需外部晶振。芯片還具有三個(gè)定時(shí)器其中一個(gè)帶有捕獲功能 ,兩個(gè)外部中斷。芯片價(jià)格低廉也是其優(yōu)點(diǎn)之一。上位機(jī)與下位機(jī)通信采用的 線形式 ,這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn) 無法比擬的。 19 圖 位機(jī)硬件框圖 系統(tǒng)工作原理 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機(jī)采集現(xiàn)場溫度和濕度 ,經(jīng)過數(shù)字濾波處理后存儲(chǔ)在控制器中 ,當(dāng)上位機(jī)查詢下位機(jī)時(shí) ,下位機(jī)通過 線將溫度值和濕度值傳輸至上位機(jī)。上位機(jī)每隔 10 分鐘查詢一次所有的下位機(jī) ,將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)行處理 ,排除干擾值 ,確定當(dāng)前的溫室大棚的溫度和濕度 ,同時(shí)將其顯示在 上。上位機(jī)根據(jù)當(dāng)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(jī)構(gòu)。上位機(jī)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(jìn)行溫 濕度的設(shè)定 ,查詢每個(gè)下位機(jī)的具體值。同時(shí)還具有報(bào)警功能 ,當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫濕度異常時(shí)能經(jīng)行聲光報(bào)警。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)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(bào)警模塊。鍵盤模塊功能包括參數(shù)和功能設(shè)置 ,下位機(jī)查詢。顯示模塊是用于同時(shí)顯示測得的溫度值和濕度值?？刂茮Q策模塊根據(jù)下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)判斷當(dāng)前是否需要調(diào)溫或調(diào)濕。通訊模塊功能是與下位機(jī)經(jīng)行數(shù)據(jù)的傳輸。報(bào)警模塊是指溫度或濕度出現(xiàn)異常時(shí) ,發(fā)出警報(bào)。 位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)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 20 采集和濕度采集。通訊模塊主要完成向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的工作。控制模塊功能是控制調(diào)溫裝置和調(diào)濕裝置。 誤差分析 系統(tǒng)誤差來源有兩個(gè) ,一個(gè)是系統(tǒng)硬件 ,另一個(gè)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(jì)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(jì)抗干擾性強(qiáng)的電路。 （ 3）選擇支持浮點(diǎn)運(yùn)算的控制器。 （ 4）對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波 ,排除干擾。 （ 5）數(shù)值處理 利用定點(diǎn)算法。 本系統(tǒng)在選擇合適的器件和合理的電路同時(shí) ,在軟件上也采用了數(shù)字濾波和定點(diǎn)算法 ,減小了系統(tǒng)誤差。 可靠性設(shè)計(jì) 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(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)的可靠性包括軟件的可靠性和硬件的可靠性。 件可靠性設(shè)計(jì) 單片機(jī)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(jì)過程 , 因此在設(shè)計(jì)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(hù)電路； (3)采用抗干擾穩(wěn)壓電源； (4)采用良好的接地系統(tǒng)。 件可靠性設(shè)計(jì) 軟件部分可靠性主要通過抗干擾設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) , 其中本系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)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(hào)處理； (3) 對部分關(guān)鍵控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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。 21 第 4 章 溫室大棚的 控系統(tǒng) 是基于目前我國溫室大棚生產(chǎn)的特點(diǎn) ,既能滿足個(gè)體農(nóng)民生產(chǎn)的需要 ,又便于企業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)的需要。該系統(tǒng)不但能完成對溫室大棚參 數(shù)實(shí)時(shí)高精度測量 ,而且能實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)、灌溉等的智能控制及報(bào)警提示 ,而且也能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)保濕、通風(fēng)和光照調(diào)節(jié)。并可聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)顯示及語音播報(bào) ,進(jìn)行溫度報(bào)警。報(bào)警通過 絡(luò)以短信的方式發(fā)送到管理員的手機(jī)上 ,以便及時(shí)處理。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)主要由兩部分組成 :下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)。下位機(jī)系統(tǒng)以 核心 ,采用數(shù)字溫濕度傳感器 量溫室溫度和濕度。 斷 ,控制 晶模塊 然后控制溫度、濕度、光照控制器調(diào)節(jié)溫室環(huán)境參數(shù) ,最后通過 絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；監(jiān)控中心為通過串口與 塊連接的計(jì)算機(jī) ,完成各種信息的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和控制命令發(fā)送功能。如系統(tǒng)出現(xiàn)異常 ,則通過控制 塊將異常信號(hào)發(fā)送到管理員的手機(jī)上。本設(shè)計(jì)采用 模塊接收 將信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)系統(tǒng)是以 算機(jī)為核心的 C/ S 模型的網(wǎng)絡(luò) ,可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的復(fù)雜處理和保存。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是以數(shù)據(jù)庫的方式存儲(chǔ)的 ,以 005為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 3,4。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)訪問采用 用 句進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的操作。保存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) ,可以通過表格控件顯示其數(shù)據(jù) ,也可以通過圖形控件畫出用戶所需的各種曲線。用戶還可以根據(jù)需要打印數(shù)據(jù)表格和圖形。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 圖 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 硬件電路設(shè)計(jì) 22 號(hào)檢測 溫室大棚各點(diǎn)的溫度、濕度及光照等與位置的不同而分布不均勻 ,各點(diǎn)差異較大 ,為提高測量精度 , 對于室內(nèi)不同位置 ,采用多點(diǎn)檢測和循環(huán)檢測的方式。 氣溫濕度的檢測 濕 濕度的檢測即溫室內(nèi)的空氣溫度和濕度 ,采用數(shù)字溫度傳感器 傳感器是瑞士 出的 列數(shù)字溫濕度傳感器 ,基于領(lǐng)先世界的字傳感技術(shù) ,具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。全量程標(biāo)定 ,兩線數(shù)字接口 ,可與單片機(jī)直接相連 ,大大縮短研發(fā)時(shí)間、簡化外圍電路并降低費(fèi)用。此外 ,體積微小、響應(yīng)迅速、低能耗、可浸沒、抗干擾能力強(qiáng)、溫濕一體 ,兼有露點(diǎn)測量 ,性價(jià)比高 ,使該產(chǎn)品能夠適于多種場合的應(yīng)用。 室參數(shù)的 塊選用帶中文字庫的 它是可以顯示 8 4 行 1616漢字的帶背光的液晶模塊?？梢院芊奖愕貜?觀地讀出溫度數(shù)據(jù)。 信模塊 用分組無線業(yè)務(wù) ( 為第二代移動(dòng)通信技術(shù) ( 第三代移動(dòng)通信 (3G)的過渡技術(shù) ,采用先進(jìn)的無線分組技術(shù) ,將移動(dòng)通信與 密結(jié)合 每個(gè)用戶可占用多個(gè)信道 ,同一信道又可以為多個(gè)用戶共享。 線網(wǎng)的優(yōu)勢 在于能提高資源利用率 ,在通信過程中不需要建立保持電路 ,符合數(shù)據(jù)通信突發(fā)性的特點(diǎn) ,它組網(wǎng)迅速靈活、成本低、覆蓋范圍廣、實(shí)時(shí)在線、按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、登錄網(wǎng)絡(luò)快捷等。由于 這些特點(diǎn) ,使它適合多點(diǎn)分散的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)選用 信取代 消息的原因 ,是因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)對系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高 ,據(jù)傳輸速度快、通信質(zhì)量高、永遠(yuǎn)在線和按流量計(jì)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn) ,所以無論從性能或是經(jīng)濟(jì)角度 , 信都有很大優(yōu)勢。設(shè)計(jì)中采用 司最新推出的一款內(nèi)嵌 塊 ,可向下兼容 于 00/800 網(wǎng)絡(luò) ,串行接口符合 議 ,支持語音、數(shù)據(jù)、傳真和短信息功能。本文采用其串行接口 ,過連接開通 能的 絡(luò) 23 連接到 。在本系統(tǒng)中 ,它帶有 套語音和數(shù)據(jù)功能 ,具有信解決方案的全部核心功能。 嵌 P 協(xié)議棧 ,通過其異步串行通信接口 用相應(yīng) 可 方便地實(shí)現(xiàn) 統(tǒng)控制器 該設(shè)計(jì) 片機(jī) 為主控器。該系統(tǒng)由單片機(jī)對溫度濕度等參數(shù)進(jìn)行巡回測量 ,并對測量的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償 ,并進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)啟動(dòng)溫濕度轉(zhuǎn)換后 , 始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后的數(shù)據(jù)值暫存在 片機(jī) 寄存器中 ,最后通過 過 片機(jī) 每 3 外 ,主控制器同時(shí)完成系統(tǒng)參數(shù)測量 ,數(shù)據(jù)存儲(chǔ) , 示以及與上位機(jī)通信等功能。主控器控制功能主要包括調(diào)濕、調(diào) 溫、調(diào)節(jié)光照、自動(dòng)灌溉等控制。調(diào)濕調(diào)溫通過 片機(jī) 制加熱爐和風(fēng)機(jī)完成升溫 ,室內(nèi)降溫主要通過水簾、風(fēng)機(jī)完成。土壤調(diào)濕主要通過澆水來實(shí)現(xiàn) ,由自動(dòng)噴頭來完成。室外保溫通風(fēng)調(diào)光主要采用自動(dòng)頂棚（帶遮光布）、自動(dòng)側(cè)窗完成。當(dāng)超過報(bào)警限時(shí) ,通過語音芯片和發(fā)光二極管進(jìn)行聲光報(bào)警。 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件采用 言設(shè)計(jì)。該語言庫函數(shù)豐富、運(yùn)算速度快、占用資源少、可靠性高。在設(shè)計(jì)中采用模塊化方式 ,主要由主程序 ,溫度、濕度 、光照、土壤濕度等參數(shù)采集子程序 , 外圍設(shè)備控制子程序 , 塊控制子程序等模塊組成。 軟件系統(tǒng)主要包括兩部分 ,一部分是單片機(jī)軟件 ,一部分是控制中心計(jì)算機(jī)軟件。 片機(jī)部分軟件 主要完成的功能是 : 接收溫度、濕度數(shù)據(jù)采集信息 ,與設(shè)定值進(jìn)行比較 , 如果超出設(shè)定范圍向 塊發(fā)送告警信息 ,通過 絡(luò)向監(jiān)控中心和管理者告警。接收手機(jī)模塊中的控制信息控制溫濕度等控制器 ,如果在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)接受不到控制信息 , 則對于大棚參數(shù)數(shù)據(jù)按照默認(rèn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。 片機(jī)與 塊的通信 其實(shí)就是單片機(jī)通過 令控制 塊 ,通過向 機(jī)模塊寫入不同的 令能完成多種功能 ,如網(wǎng)絡(luò)登陸、發(fā)送 取 算機(jī)部分軟件 24 主要完成對溫室大棚的控制以及信息管理 ,通過串口與工業(yè) 塊連接 , 讀取模塊中接收到的信息流 ,進(jìn)行相關(guān)處理 ,或者完成控制信息的發(fā)送。同樣是通過 令完成 ,也就是通過串口向 T 指令。 用的 T 指令以及設(shè)置 通過 超級(jí)終端使用 令對 塊進(jìn)行控制 ,從而實(shí)現(xiàn) 通信。 (1)建立一個(gè) 信 : 2,“ ,立 接 ,監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)端 址 ,端口號(hào)。 (2)接收數(shù)據(jù) : 2X=1時(shí)為接收數(shù)據(jù)共享是在局域網(wǎng)中共享的 ,通過接字實(shí)現(xiàn)的。用戶目前可以使用兩種套接字 ,它們是數(shù)據(jù)報(bào)套接字( s) 和流式套接字 ( s)。數(shù)據(jù)報(bào)套接字使 用用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (,流式套接字使用傳輸控制協(xié)議 ( 由于溫度數(shù)據(jù)的共享是隨機(jī)訪問的 ,不需要一直訪問數(shù)據(jù) ,所以本文使用 服務(wù)器端一直采集串口的數(shù)據(jù) ,默認(rèn)情況下每 5 分鐘存入一次數(shù)據(jù)庫中 ,可以隨時(shí)讀取當(dāng)前的溫度值和畫出溫度曲線。在客戶端也可以隨時(shí)請求服務(wù)器端的數(shù)據(jù) ,以達(dá)到溫度數(shù)據(jù)的共享。 25 第 5 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(shí)