#辦公室花卉自動(dòng)澆灌控制系統(tǒng)

第一章緒論1.1研究的背景1..水對(duì)我們的生命起著重要的作用，它是生命的源泉，是人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的不可缺少的最重要的物質(zhì)資源之一。人的生命一刻也離不開(kāi)水，水是人生命需要最主要的物質(zhì)。而對(duì)人體而言的生理功能是多方面，而體內(nèi)發(fā)生的一切化學(xué)反應(yīng)都是在介質(zhì)水中進(jìn)行，沒(méi)有水，養(yǎng)料不能被吸收；氧氣不能運(yùn)到所需部位；養(yǎng)料和激素也不能到達(dá)它的作用部位；廢物不能排除，新陳代謝將停止，人將死亡。因此，水對(duì)人的生命是最重要的物質(zhì)。在地球上，哪里有水，哪里就有生命。一切生命活動(dòng)都是起源于水的。2..在現(xiàn)代工業(yè)中，沒(méi)有一個(gè)工業(yè)部門(mén)是不用水的。也沒(méi)有一項(xiàng)工業(yè)不和水直接或間接發(fā)生關(guān)系。更多的工業(yè)是利用水來(lái)冷卻設(shè)備或產(chǎn)品，例如鋼鐵廠等。水還常常用來(lái)作為洗滌劑，如漂洗原料或產(chǎn)品，清洗設(shè)備或地面，每個(gè)工廠都要利用水的各種作用來(lái)維護(hù)正常生產(chǎn)，幾乎每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有水的參和。所以，水作為大自然賦予人類(lèi)的寶貴財(cái)富，早就被人們關(guān)注。但是人們經(jīng)常使用“水資源”一詞，卻是近一二十年的事。關(guān)于水資源的定義，有幾十種之多，較普遍的說(shuō)法是指“可以供人們經(jīng)常取用、逐年可以恢復(fù)的水量”。也就是通常所指的淡水資源。這樣，苦咸的的海水就不算在內(nèi)，連千年難化的冰川、不易取用的一部分地下水也排除在外了。水落石出資源是人類(lèi)調(diào)查了解得最清楚的資源，決不會(huì)像煤、鐵、石油等資源那樣有新的大發(fā)現(xiàn)而改變數(shù)量結(jié)構(gòu)和分布。水資源的價(jià)值在于，水資源地球生命的需求、為人類(lèi)服務(wù)包括水所具有的發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、環(huán)境等方面的能力。我們都知道，水在自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境中，都是極為重要而活躍的因素。山清水秀，鳥(niǎo)語(yǔ)花香，風(fēng)調(diào)雨順，五谷豐登，是人類(lèi)追求向往的美境，也是人類(lèi)勞動(dòng)創(chuàng)造和精心愛(ài)護(hù)的碩果。水在不停地運(yùn)動(dòng)，在人體里，在農(nóng)田，在工廠，使世界充滿生機(jī)和活力，污物被水流帶走，稀釋了，化解了，又被大自然凈化了。當(dāng)我們徜徉在大自然的懷抱的時(shí)候,其實(shí)我們所面對(duì)的全部是水給我們的力量.我們那山木禾水的生活，水給了我們很大的比例.地球有“水球”之稱?！叭狡咚环痔铩保@句俗語(yǔ)，比較形象地概括了地球表面的情況。據(jù)權(quán)威人士估計(jì)，地球上的儲(chǔ)水量達(dá)3.85億立方千米，如果把這些水平鋪在地球的表面，那么地球就會(huì)變成一顆平均水深達(dá)2700多米的“水球”。1.2自動(dòng)澆灌的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.3.1現(xiàn)狀目前國(guó)際上園林澆灌技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已形成系統(tǒng)化，世界上專業(yè)的澆灌制造企業(yè)園林澆灌系統(tǒng)技術(shù)及制造技術(shù)已非常成熟。這包括但不限于泵站技術(shù)、噴滴灌技術(shù)、中心控制系統(tǒng)硬件及軟件技術(shù)、閥門(mén)技術(shù)、施肥施藥技術(shù)等等。我國(guó)現(xiàn)代園林澆灌技術(shù)起步較晚，目前尚沒(méi)有形成系統(tǒng)化、專業(yè)化的軟件及硬件系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)許多園林澆灌技術(shù)開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)大都是在學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)自己的技術(shù)及產(chǎn)品。隨著世界人口的增長(zhǎng)和能源、水資源危機(jī)的加劇，園林澆灌設(shè)備正朝著更加環(huán)保、采用新材料、智能化控制、跨行業(yè)開(kāi)發(fā)、低壓噴灑、降低能耗、綜合利用、多種用途方向穩(wěn)步發(fā)展。隨著塑料模具加工精度越來(lái)越高，其加工成本費(fèi)用也大幅度降低，必將大大促進(jìn)各種灌水器及其附件的更新?lián)Q代速度。國(guó)外園林澆灌現(xiàn)已關(guān)注噴滴灌系統(tǒng)中最令人頭痛的堵塞及利用微堿水和城市處理過(guò)的廢水進(jìn)行澆灌等問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)，從北京市水利局和北京市節(jié)水辦獲悉，北京市已啟動(dòng)替代水源工程，加快雨水和中水的開(kāi)發(fā)利用，并已經(jīng)列出時(shí)間表，年月起，城市園林綠化、道路沖灑、建筑降塵、水景觀必須使用中水和河水。到年，全市年利用中水和雨水要達(dá)到億立方米。而在中水的利用方面，國(guó)外諸如美國(guó)雨鳥(niǎo)公司的中水澆灌產(chǎn)品早已在美國(guó)加利佛尼亞、佛羅里達(dá)等地區(qū)被廣泛使用。。1.3.21.3.2發(fā)展趨勢(shì)隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，各種智能家電、數(shù)碼產(chǎn)品走進(jìn)人們的生活，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們現(xiàn)代生活中人際交往和獲取知識(shí)的一個(gè)不可或缺的平臺(tái)。鑒于現(xiàn)在高科技的發(fā)展，未來(lái)自動(dòng)澆灌控制系統(tǒng)的發(fā)展也有望朝這些方面發(fā)展。1、智能化隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的使用將由簡(jiǎn)單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測(cè)，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和使用為主。因此軟件系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)將不斷深入完善，其中以專家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且使用前景非常廣闊。2、網(wǎng)絡(luò)化目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為最有活力，發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息傳播。設(shè)施的產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。3、綜合環(huán)境調(diào)控所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實(shí)現(xiàn)花卉的正常生長(zhǎng)為目標(biāo)，把影響花卉生長(zhǎng)的多種環(huán)境參數(shù)（如光照、溫度、濕度等）都保持在適宜花卉生長(zhǎng)的狀態(tài)，并盡可能使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置（采光、遮光、通風(fēng)、保溫、加溫、施用C02等）。智能及無(wú)人操作將是未來(lái)的各種行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，不僅能大量節(jié)省人們的寶貴時(shí)間還能更好的控制各種成分的細(xì)微比例做到人們自己動(dòng)手所不能做到的效果。4、高移植性稍微修改一些系統(tǒng)的參數(shù)及設(shè)備即可使用于別的環(huán)境下，省時(shí)省力，節(jié)省大量資金及研發(fā)成本。在不久的將來(lái)，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)辦公室花卉的控制而且可以實(shí)現(xiàn)路邊及所有公共場(chǎng)所花草樹(shù)木的自動(dòng)灌溉，而且可以加入遠(yuǎn)程控制，可視頻控制，更大限度的節(jié)省人力物力，這將是世界澆灌系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。1.4本論文的主要研究?jī)?nèi)容基礎(chǔ)研究和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)通過(guò)研究盆景花卉正常生長(zhǎng)的各種參數(shù)，根據(jù)是否需要水和光照而自動(dòng)澆灌，很好地控制花卉生長(zhǎng)的溫度及濕度?？紤]干擾的消除措施，有效地避免干擾的產(chǎn)生，如何采用太陽(yáng)能給電池充電使之環(huán)保又節(jié)省了資本，系統(tǒng)的器件需要采用高性能低價(jià)原件，降低開(kāi)發(fā)成本低，而且能夠滿足大多數(shù)用戶的需求。自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)1、本系統(tǒng)將對(duì)溫室環(huán)境中土壤濕度、光照強(qiáng)度、溫度因子的調(diào)控進(jìn)行自動(dòng)化控制，以期達(dá)到最佳的控制效果。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，完成硬件原理圖。硬件將通過(guò)調(diào)研對(duì)比分析，選用高性價(jià)比元件，采用一些成熟電路設(shè)計(jì)，達(dá)到提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和精度，降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。3、程序設(shè)計(jì)流程和程序清單。軟件設(shè)計(jì)將采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的修改、調(diào)試和升級(jí)（增加控制因子）的能力。4、通過(guò)系統(tǒng)仿真，檢驗(yàn)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)的合理性，能否達(dá)到預(yù)期的功能。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使用場(chǎng)合和工作環(huán)境該單片片機(jī)使用系統(tǒng)主要使用于辦公室、家庭內(nèi)，價(jià)格低，操作方便，主要面向喜愛(ài)花卉但沒(méi)有時(shí)間管理者經(jīng)營(yíng)者。其工作環(huán)境溫度為0?40°C。系統(tǒng)的預(yù)期功能和技術(shù)指標(biāo)課題研究預(yù)期功能現(xiàn)實(shí)生活中很多花卉溫度、濕度和光照需要保持在一個(gè)既定的值上，超出或者低于這個(gè)預(yù)定值將對(duì)花卉的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。該系統(tǒng)要求用單片機(jī)測(cè)控來(lái)實(shí)現(xiàn)花卉生長(zhǎng)環(huán)境因子信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理，而后輸出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境濕度、溫度和光照強(qiáng)度的測(cè)控，達(dá)到節(jié)水節(jié)能，省時(shí)省工的效果。具體功能如下：1、實(shí)現(xiàn)按需灌溉功能。按照花卉的需求開(kāi)啟和關(guān)閉灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一般的控制。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作方便。2、通過(guò)傳感器檢測(cè)花卉生長(zhǎng)的環(huán)境溫度、土壤濕度和光照強(qiáng)度，依據(jù)設(shè)定的植物要求的溫度、濕度和光照強(qiáng)度的上下限值，由單片機(jī)來(lái)控制開(kāi)關(guān)窗戶、電磁閥和窗簾，從而調(diào)節(jié)溫度、濕度和光照。當(dāng)空氣溫度高于上限值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)窗戶進(jìn)行自然降溫，達(dá)到要求值時(shí)則自動(dòng)關(guān)閉。3、室內(nèi)環(huán)境中土壤濕度是重要因子，要求當(dāng)土壤含水量過(guò)低己不能滿足花卉最低需求時(shí)，就打開(kāi)電磁閥進(jìn)行灌溉，當(dāng)濕度滿足要求是關(guān)閉電磁閥。4、光照強(qiáng)度控制因子考慮到生產(chǎn)成本問(wèn)題，但是本系統(tǒng)不足之處是未考慮人工增光設(shè)備，如果光照強(qiáng)度高于上限值時(shí)，關(guān)閉窗簾降低光照，如果光照強(qiáng)度低，打開(kāi)窗簾網(wǎng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案系統(tǒng)測(cè)控原理在控制技術(shù)方面，有諸如開(kāi)環(huán)、閉環(huán)反饋控制，模糊控制，自適應(yīng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)當(dāng)前使用最廣泛，一般用于有上、下位機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的閉環(huán)控制技術(shù).系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（1）本文針對(duì)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一套溫度、濕度和光照檢測(cè)和控制系統(tǒng)，保證花卉在生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期有適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。（2）硬件電路以AT89S52單片機(jī)為核心，系統(tǒng)輸入由采集土壤水分傳感器、光照傳感器和溫度傳感器及傳感器信號(hào)處理電路組成，輸出控制由繼電器、執(zhí)行器構(gòu)成。（3）軟件用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作中，有太陽(yáng)能電池給電池充電，電池的輸出經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓模塊，避免電壓的較大變化，電池為整個(gè)系統(tǒng)提供電能。經(jīng)過(guò)溫度、濕度及光照檢測(cè)的傳感器把被測(cè)對(duì)象的溫度、

濕度光照轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0-1數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)中，和給定的所要控制的溫度、濕度值進(jìn)行比較，根據(jù)單片機(jī)AT89S52中設(shè)置的參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度、濕度值對(duì)應(yīng)的被控對(duì)象電機(jī)和電磁閥的值，帶動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，不斷減少和單片機(jī)中設(shè)置值的差值，溫度過(guò)高時(shí)，單片機(jī)控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器打開(kāi)窗戶，進(jìn)行自然散熱，溫度適合時(shí)關(guān)閉窗戶。當(dāng)土壤濕度過(guò)低時(shí)，單片機(jī)通過(guò)繼電器控制電磁閥使其打開(kāi)進(jìn)行澆水，澆水后濕度適中時(shí)關(guān)閉電磁閥。光照檢測(cè)電路將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成0-1代碼，輸入單片機(jī)，當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)時(shí)關(guān)閉窗簾，光照適合時(shí)打開(kāi)窗簾。溫度濕度不斷地檢測(cè)、控制，使之達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇電子技術(shù)飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)不斷更新?lián)Q代。其中單片機(jī)更是一枝獨(dú)秀，廣泛使用于各個(gè)領(lǐng)域，使其自動(dòng)化程度大提高。單片機(jī)具有體積小，價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，穩(wěn)定可靠，運(yùn)算速度快，功耗低，擴(kuò)展容易，抗干擾能力強(qiáng)，系列齊全，使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用于工業(yè)過(guò)程控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域。單片機(jī)成為當(dāng)今世界上銷(xiāo)售量最大、使用面最廣、價(jià)格最便宜的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。目前世界上最具實(shí)力的單片機(jī)開(kāi)發(fā)公司有:美國(guó)的Intel，ATMEL，荷蘭的PhilipS，德國(guó)的SiemenS等。其中Intel公司一直處于領(lǐng)先地位，主要有MCS-48、MCS-51和MCS-96三大系列，其中MCS-51系列是1980年推出的高檔8位單片機(jī)，代表著單片機(jī)的發(fā)展方向，成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品。ATMEL公司的89系列Flash單片機(jī)以Intel80C51/52作為內(nèi)核，并采用可重復(fù)編程FlashROM技術(shù)，是一種源于8051而又優(yōu)于8051的單片機(jī)，己成為廣大MCS-51用戶進(jìn)行電子設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的優(yōu)選單片機(jī)品種。根據(jù)實(shí)際情況和要求，本系統(tǒng)選用ATMEL公司89系列標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89S52,其價(jià)格適中功能強(qiáng)大，這應(yīng)當(dāng)是比較符合我國(guó)國(guó)情的選擇。AT89S52簡(jiǎn)介AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制使用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和基本特征1、基本特征?和MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容

8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM可反復(fù)擦寫(xiě)＞1000次全靜態(tài)操作：0Hz?33Hz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器32個(gè)可編程I/O口線三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門(mén)狗定時(shí)器雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識(shí)符3.1.2.2引腳配置及功能AT89S52單片機(jī)有40個(gè)引腳，為CMOS工藝雙列直插封裝(DIP),其引腳配置見(jiàn)圖3-1所示，各引腳功能簡(jiǎn)述如下：1、主電源引腳VCC:電源端，+5V。GND:接地2、4個(gè)8位I/O端口P0、P1、P2和P3P0口：PO口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向工/0口，每個(gè)引腳可吸收8個(gè)TTL門(mén)電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/0口，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。Pl口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口，P2口緩沖器可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1"時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/0口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口3、控制信號(hào)引腳RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。#片過(guò)熱(6)電源電壓掉電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式(7)充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙指示輸出(8)封裝形式SOP8(9)無(wú)鉛產(chǎn)品穩(wěn)壓電路的選擇穩(wěn)壓電源電路采用LM7805系列集成穩(wěn)壓器，可以輸出正5V直流電壓。C7、C8分別為輸入端和輸出端采用濾波電容，輸出端接一個(gè)齊納二極管進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓。過(guò)充保護(hù)電路為了防止把電池充壞，本系統(tǒng)還采用了簡(jiǎn)單自己設(shè)計(jì)的過(guò)沖保護(hù)電路，本電路還需以后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在不發(fā)生過(guò)充時(shí)，由于二極管D1的阻隔三極管不導(dǎo)電。當(dāng)充電電壓升到5V左右時(shí)，三極管(2N3055)開(kāi)始導(dǎo)通，它對(duì)電池進(jìn)行分流，以防止過(guò)充。Q1應(yīng)裝在中等尺的散熱板上。Q1選用低電壓的齊納管。3.3數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)傳感器的選擇傳感器基本概念傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信機(jī)技術(shù)構(gòu)成了信息技術(shù)，成為信息時(shí)代的三大支柱。后兩者發(fā)展迅速，唯有傳感器技術(shù)發(fā)展滯后。傳感器技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。依照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T7665-1987傳感器通用術(shù)語(yǔ))的規(guī)定，傳感器的定義為：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件“指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺?或響應(yīng))被測(cè)量的部分”，此處的被測(cè)量一般為非電量；轉(zhuǎn)換元件是“指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺?或響應(yīng))的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分”。傳感器在我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，主要用于環(huán)境參數(shù)的獲取，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象分為空氣環(huán)境和土壤環(huán)境。前者包括溫度、濕度、二氧化碳、光照度等；后者包括土壤溫度、土壤含水量、土壤PH值。溫度傳感器的選擇溫度是一個(gè)和人類(lèi)的生活、工作息息相關(guān)的物理量，也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最重要的物理量。常用的溫度傳感器有熱敏電阻、熱電偶、成溫度傳感器、熱電阻等。⑴熱敏電阻:利用半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而顯著變化的特性制成的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。目前使用的多為陶瓷熱敏電阻。它的優(yōu)點(diǎn)是:靈敏度高，工作溫度范圍寬，穩(wěn)定性好，過(guò)載能力強(qiáng)，體積小。但它的不足之處在于非線性和互換性

差。(2)熱電偶:是利用物理學(xué)中的金屬熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，互換性好，是500℃-800℃溫區(qū)的首選溫度傳感器。(3)PN結(jié)溫度傳感器:實(shí)質(zhì)是一種半導(dǎo)體集成電路，利用晶體二極管、三極管的PN結(jié)電壓隨溫度變化而變化的原理制成。線性度好，熱慣性小，靈敏度高，但互換性差。(4)集成溫度傳感器:是把濕敏元件，放大電路、偏置電路及線形化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。相對(duì)其它傳感器有較好的線性度和一致性，且體積小，使用方便。據(jù)據(jù)實(shí)際情況可知，溫室內(nèi)環(huán)境的變化范圍為0℃-40℃，溫度的變化范圍較小;并且溫度的變化速度較慢，因而不需要傳感器的反應(yīng)速度太高。經(jīng)過(guò)對(duì)上述幾種溫度傳感器的性能分析比較，認(rèn)為選用集成溫度傳感器DS18B20合適。由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不需要外接電路，可用一根I/O數(shù)據(jù)線既供電又傳輸數(shù)據(jù)，并且具有體積小，分辨率高，轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于測(cè)量和控制溫度的地方。所測(cè)溫度由P2.7口輸入單片機(jī)和給定溫度進(jìn)行比較，當(dāng)溫度大于給定溫度時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)正傳一定步數(shù)，打開(kāi)窗簾；當(dāng)溫度低于給定溫度時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)閉窗簾。DS18B20簡(jiǎn)介Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，是用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新的概念，現(xiàn)在，新一代DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。DS18B20同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線接口”，測(cè)量溫度范圍為-55°C~+125°C，在-10°C~85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制。測(cè)溫類(lèi)電子產(chǎn)品等。和前一代產(chǎn)品不同，新產(chǎn)品支持3v?5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活。方便，而且新一代產(chǎn)品更便宜體積更小。DS18B20的特征?獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊.每個(gè)器件有唯一的64位的序列號(hào)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布式測(cè)溫使用無(wú)需外部器件可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，供電范圍為3.0V到5.5V測(cè)溫范圍為-55°C?+125°C(-67?+257°F)在-10°C?85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C溫度計(jì)分辨率可以被使用者選擇為9~12位數(shù)字最多在75ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置

報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件使用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)DS18B20和另一款測(cè)溫軟件AD590相比，其外圍硬件電路更加簡(jiǎn)單，通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，和單片機(jī)之間僅需一條連接線，無(wú)需外部電源，無(wú)需A\D轉(zhuǎn)換電路，安裝、使用方便，大大的節(jié)省了成本。濕度傳感器的選擇濕度是表示空氣中水蒸氣含量的物理量，常用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度來(lái)表示，影響植物生長(zhǎng)的濕度是相對(duì)濕度?？焖佟?zhǔn)確地測(cè)定花卉生長(zhǎng)環(huán)境的濕度信息，對(duì)于探明植物生長(zhǎng)環(huán)境此時(shí)是否為最佳狀態(tài)具有重要意義。針對(duì)室內(nèi)的具體環(huán)境，對(duì)濕度傳感器要求：可使用在線監(jiān)測(cè)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，有良好的靈敏度和精確度、寬量程，測(cè)濕范圍為0-100%RH，檢測(cè)壽命長(zhǎng)，可靠性、穩(wěn)定性高，傳感器為線性輸出濕度檢測(cè)模塊。土壤濕度是最重要和最常用的土壤信息，它是科學(xué)地控制調(diào)節(jié)土壤水分狀況，進(jìn)行節(jié)水灌溉，實(shí)現(xiàn)科學(xué)用水的基礎(chǔ)。植物一般以土壤水分占土壤持水量的60%?80%時(shí)生長(zhǎng)最好，快速準(zhǔn)確地測(cè)定土壤水分對(duì)于探明植物生長(zhǎng)發(fā)育期內(nèi)土壤水分盈虧以便適時(shí)作出灌溉施肥決策或排水措施等具有重要的意義。目前，土壤水分的直接測(cè)定主要方法有烘干法即土鉆法（SA），間接測(cè)量可用石膏電阻塊、電容法、張力計(jì)和中子儀、時(shí)域反射儀（TDR）等?？紤]到成本及電路的復(fù)雜程度本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單電路即可實(shí)現(xiàn)，使本系統(tǒng)控制土壤的濕度在60%?80%之間。由V1和V2及部分外圍元件組成土壤水分檢測(cè)電路，石墨電極的體電阻隨濕度而變化，當(dāng)土壤濕度較大時(shí)，其體電阻較大，V1因其基極電位高而截止，造成V2也截止，其集電極輸出低電平。當(dāng)土壤水分降低到規(guī)定值時(shí)，V1因其基極電位降低而導(dǎo)通，于是V2也導(dǎo)通，由V2集電極輸出高電平，單片機(jī)控制電磁閥打開(kāi)開(kāi)始放水；待土壤水分降低至規(guī)定值時(shí)，檢測(cè)電路中的V2管就輸出高電平，經(jīng)反向器U6反向后輸出低電平給單片機(jī)的P2.5端，控制電磁閥關(guān)閉。通過(guò)調(diào)節(jié)RES的阻值，可以控制土壤濕度的范圍在％60-%80之間，具體阻值由后期實(shí)驗(yàn)測(cè)定..光照檢測(cè)電路的選擇光照是作物生長(zhǎng)的必要條件，是植物制造營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能源，沒(méi)有光的存在光合作用就不能進(jìn)行，作物的生長(zhǎng)發(fā)育就要受到影響?？焖贉?zhǔn)確地測(cè)定作物生長(zhǎng)環(huán)境的光照強(qiáng)度，對(duì)于探明作物生長(zhǎng)環(huán)境狀態(tài)是否為最佳，是否適宜作物生長(zhǎng)，以便及時(shí)做出調(diào)控等具有重要的意義。光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它是把光信號(hào)（紅外、可見(jiàn)及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件?？捎糜跈z測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等;也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)。本系統(tǒng)的光照檢測(cè)電路采用LM324作比較器，光電三極管作感光元件，當(dāng)有光照并且達(dá)到一定的強(qiáng)度的時(shí)候，光電三極管導(dǎo)通，LM324輸出低電平，單片機(jī)接受低電平信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作（拉開(kāi)窗簾）。3.3.2輸出控制電路的設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)傳感器對(duì)受控對(duì)象的有關(guān)參數(shù)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，經(jīng)過(guò)數(shù)字化變換進(jìn)入單片機(jī)CPU進(jìn)行必要的處理，而后輸出以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件或機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，直接推動(dòng)被控對(duì)象來(lái)調(diào)整被測(cè)參量，最終目的以使受控參量始終處于要求值或范圍內(nèi)。在單片機(jī)完成控制處理后總是以數(shù)字信號(hào)通過(guò)I/O口線或數(shù)據(jù)總線輸出至受控對(duì)象的。對(duì)受控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)常采用模擬量或數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)兩種方式。而在實(shí)際的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，數(shù)字量輸出控制已越來(lái)越廣泛地被使用，尤其是其中的開(kāi)關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)和控制。目前單片機(jī)I/O口線的驅(qū)動(dòng)能力和和CPU直接接口的一般TTL電路或CMOS電路的驅(qū)動(dòng)能力很有限的，不足以驅(qū)動(dòng)那些功率開(kāi)關(guān)（如繼電器、電機(jī)、電磁開(kāi)關(guān)等）和強(qiáng)電設(shè)備、大功率負(fù)載，且由于工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、輸出通道接近控制對(duì)象及周?chē)碾姶诺雀蓴_嚴(yán)重，所以輸出控制電路設(shè)計(jì)主要是解決輸出隔離即干擾防治和功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。本系統(tǒng)的執(zhí)行器件和機(jī)構(gòu)只有開(kāi)啟和停閉兩種狀態(tài)，采用開(kāi)關(guān)量形態(tài)輸出控制，經(jīng)I/O口到受控對(duì)象，據(jù)輸出控制具體情況附加功率放大驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件直接推動(dòng)受控對(duì)象。單片機(jī)和功率放大電路間易產(chǎn)生電磁干擾，因此采用光電耦合器隔離等抗干擾措施。開(kāi)關(guān)量輸出電路中最主要的干擾是在控制動(dòng)力設(shè)備啟停時(shí)的沖擊干擾。開(kāi)關(guān)量輸出隔離的目的在于隔斷單片機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的直接電氣聯(lián)系，以防地電位差、外界電磁場(chǎng)等干擾因素造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)地誤動(dòng)作，甚至導(dǎo)致智能儀器本身的損壞。目前常用的開(kāi)關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)隔離器件主要有：功率晶體管、光電耦合器件和繼電器等。功率晶體管適合于負(fù)載所需電流不太大的場(chǎng)合，常用來(lái)驅(qū)動(dòng)微型繼電器、LED顯示等。光電耦合器件具有輸出信號(hào)和輸入信號(hào)在電氣上完全隔離，抗干擾能力強(qiáng)，隔離電壓可達(dá)千伏以上;無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可靠性高;響應(yīng)速度快，易和TTL電路配合使用，兼有隔離驅(qū)動(dòng)功能。繼電器是利用改變金屬觸點(diǎn)位置使動(dòng)觸點(diǎn)和定觸點(diǎn)閉合或分開(kāi)，所以繼電器具有接觸電阻小，流過(guò)電流大和耐壓高等優(yōu)點(diǎn);并且繼電器觸點(diǎn)的負(fù)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光電耦合的負(fù)載能力，它能直接控制強(qiáng)電動(dòng)力回路，且外電路安排靈活，且還有很大的電流放大作用是一種很好的開(kāi)關(guān)量輸出隔離及驅(qū)動(dòng)器件。本系統(tǒng)中被控對(duì)象都要用到功率驅(qū)動(dòng)器件，其中電磁閥約5V/個(gè)、天窗電機(jī)約10W/臺(tái)。電磁閥選用的是直流電磁閥，具有使用方便，高靈敏度，高效節(jié)能，壽命長(zhǎng)，高可靠性的特點(diǎn)。產(chǎn)品適用于小型自動(dòng)供水。窗戶電機(jī)選用日本/THINK系歹列/直流馬達(dá)/DC24V/小齒輪減速電機(jī)。對(duì)輸出控制的前置隔離功放驅(qū)動(dòng)電路均采用功率晶體管、具有隔離驅(qū)動(dòng)功能的光電禍合器件和繼電器，其中隔離控制繼電器選用電磁式繼電器，繼電器兩端加接泄流二極管回路，用來(lái)保護(hù)驅(qū)動(dòng)器。硬件的抗干擾設(shè)計(jì)在自動(dòng)澆灌控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)可靠性的保證是非常重要的，單片機(jī)硬件系統(tǒng)的可靠性決定了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。硬件抗干擾技術(shù)主要體現(xiàn)在過(guò)程通道抗干擾設(shè)計(jì)、供電系統(tǒng)抗干擾

設(shè)計(jì)和印刷電路板抗干擾設(shè)計(jì)三個(gè)方面。單片機(jī)硬件系統(tǒng)的抗干擾能力和元器件質(zhì)量、裝配質(zhì)量等因素都有關(guān)系，但主要取決于設(shè)計(jì)的可制造性(DEM),本系統(tǒng)采取如下相應(yīng)的抗干擾措施。.采用抗干擾穩(wěn)壓電源采用具有抗干擾能力的穩(wěn)壓電源，絕大部分干擾都可以克服。提高穩(wěn)壓電源抗干擾能力，通常采用的措施:采用電源濾波和退禍;通過(guò)低通濾波器接入電網(wǎng).采用良好的接地系統(tǒng)。.抑制電路內(nèi)部產(chǎn)生的干擾。沿著單片機(jī)主板邊緣，安置上一圈地線和電源線，并將O.luF的電容置于電源和地線間，以確保電源穩(wěn)定。.采用光電耦合器隔離數(shù)字信號(hào)，強(qiáng)電和弱電之間采用繼電器隔離。.印刷線路板大小要適中，且要合理分區(qū)按照單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地的原則送電。在進(jìn)行印刷電路板抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)除了遵循抗干擾設(shè)計(jì)原則外，在印刷電路板的重要元器件電源處均配置了退禍電容以有效地去除高頻成分的干擾。6、模擬電路和數(shù)字電路地線分開(kāi)。模擬電路和數(shù)字電路地線分開(kāi)有利于防止模擬電路和數(shù)據(jù)電路的干擾導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)采集誤差，從而保證模擬信號(hào)的可靠采集。3.3.2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由ULN2003作步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電