基于51單片機的溫室測試系統(tǒng)

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)是世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向之一，我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)也向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化新階段，設(shè)施農(nóng)業(yè)是我國今后比較長的時間內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的個主要方向。

　　環(huán)境控制對果樹生產(chǎn)的重要作用已經(jīng)為國內(nèi)外大量的科學(xué)實驗和生產(chǎn)的實踐所證實。只有在適宜的生長環(huán)境下果疏才能充分發(fā)揮其高產(chǎn)潛力。多年的有關(guān)果樹生長環(huán)境的研究，不儀知道了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也為溫室環(huán)境測控的研究提供了理論和依據(jù)。但如何利用傳感器技術(shù)，白動檢測技術(shù)，通訊技術(shù)，計算機技術(shù)的發(fā)展和溫室栽培的推廣研制出對溫室溫度，濕度，二氧化碳濃度的智能測控系統(tǒng)，為果樹提供最佳的生長環(huán)境，一直是農(nóng)業(yè)研究者面臨的重要課題。

　　雖然國外采用了全智能控制，但是他們的成本太高，不適合我國國情，國內(nèi)已有的日光溫室主要采用自然能源，雖然造價比較低，但過于簡陋，只有少數(shù)實現(xiàn)了溫度、濕度、光照等單一因素的測控，不能滿足日益現(xiàn)代化的農(nóng)藝要求。本文研制一種價格比較適宜、擴展性較好的多功能溫室智能測試系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)組成及工作原理

　　本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉(zhuǎn)換、各種信息的顯示等;軟件主要完成信號的處理及控制功能等。

　　其工作原理是89C51單片機一次查詢各傳感器的輸出信號，然后89C51對輸入信號進行相應(yīng)處理后通過顯示模塊44780輸出，同時還可輸出各種報警信號。

　　2 硬件構(gòu)成

　　該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊：89C51主控模塊、傳感器模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、擴展、44780顯示模塊等。其中89C51主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能，傳感器完成信號的采樣功能，A/D轉(zhuǎn)換器主要完成模/數(shù)的轉(zhuǎn)換、存儲器主要完成程序和數(shù)據(jù)的存儲、44780顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。

　　主控模塊

　　系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機，它帶有4kB閃速式存儲器、128B內(nèi)存，最大工作頻率24MHz，同時，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，1個串行口。

　　2.1 傳感器的選取

　　2.1.1 溫度傳感器

　　采用AD590集成溫度傳感器，此傳感器是電流型的，它的特性如表1所列。

　　測量地表溫與土溫也可以用AD590集成溫度傳感器。由于傳感器探頭要插入土中，所以要將傳感器及變換電路封裝在金屬探棒中。金屬探棒可以起到防水、防腐的作用。又因為金屬的導(dǎo)熱性好，所以金屬探棒不會影響傳感器對溫度的測量。

　　2.1.2 濕度傳感器

　　采用IH3605電容式集成濕度傳感器。其輸出電壓較高且線性較好。尢需進行信號放大和信號調(diào)整，可直接進行A/D轉(zhuǎn)換。其特性表如表2所列。

　　2.1.3 光照強度傳感器

　　本系統(tǒng)選用北京林業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的光量子傳感器，主要由感應(yīng)元件和匹配濾光片系統(tǒng)組成。感應(yīng)元件選用硅太陽能電池，在太陽輻射作用下產(chǎn)牛的光電流與輻射強度成線性關(guān)系。標(biāo)準的硅光電池的光譜響應(yīng)在400nm-1100n。的范圍，峰值波長為800nm。光量子傳感器是一種靈敏的藍色硅電池，在近紅外區(qū)域700nm-1100nm只有相當(dāng)?shù)偷捻憫?yīng)，而在可見區(qū)域400～700nm比一股硅電池的響應(yīng)卻要高得多，峰值響應(yīng)在550～-650nm之間。光量子傳感器在光的照射下，輸山變化十分微弱的電流信號(約幾個微安)。所以光合有效輻射的檢測電路應(yīng)選用低漂移，共模抑制比高的集成運算放大器。放大電路采用電流一電壓變換放大電路，如圖1所示。光電子傳感器的電氣特性如表3所列。

　　2.1.4 C02濃度傳感器

　　C02濃度傳感器選用紅外線氣敏傳感器。其測量范圍寬，達-2000ppm，檢測精度可達15%?？梢赃x用這種方法來監(jiān)測溫室空氣中C02的濃度。

　　2.1.5 土壤水分傳感器

　　選用TDR-3型土壤水分傳感器。TDR-3土壤水分傳感器可測量土壤水分的體積百分比，與土壤本身的機理無關(guān)，是目前國際上最流行的土壤水分測量方法。TDR-3型土壤水分傳感器是一款高精度、高靈敏度的測量土壤水分的傳感器。

　　2.2 多路開關(guān)CD4051

　　本系統(tǒng)選用了單端8通道模擬多路開關(guān)CD4051。它由電平位移電路，帶禁止端INH的8選1譯碼器和由該譯碼器對各個輸出分別加以控制的八個CMOS雙向模擬開關(guān)組成。其引腳如圖2所示。INH為高電平時，八路通道全部不通。A、B、C分別為輸入選通地址端，0-7為八路模擬輸入信號端，COMMON端為被選通模擬信號的輸出端CD4051傳送的信號范圍從VFE到VDD。由于環(huán)境因子的采樣信號幅值為0～2V，所以將VEE端與Vss端相連并接地，VDD端接電源端Vcc，使得信號傳送范周為O-Vcc，即0～+5V，INH，A，B，C四端連接四根地址線，控制信號的選通，其真倩表見表4。選通的信號從COMMON端送到A/D電路。