基于AT89S52單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

摘 要

隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，對(duì)于蔬菜大棚來(lái)說(shuō)，最重要的一個(gè)管理因素是溫濕度的控制。溫濕度太低，蔬菜就會(huì)被凍死或停止生長(zhǎng)，同時(shí)，溫濕度過(guò)高亦不行，所以要將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，這就首先需要一個(gè)溫濕度檢測(cè)裝置來(lái)正確檢測(cè)溫濕度。現(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的提高，大部分蔬菜大棚，都對(duì)溫濕度的檢測(cè)裝置提出了更高的要求。為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有溫濕度自動(dòng)檢測(cè)裝置，以檢測(cè)蔬菜大棚溫濕度，來(lái)適應(yīng)生產(chǎn)需要。

本論文主要闡述了基于AT89S52單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)，主要包括硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)等。該系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為控制器，DS18B20、HS1101分別作為溫度濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，溫度濕度實(shí)現(xiàn)LCD數(shù)字實(shí)時(shí)顯示，按鍵調(diào)整上下限設(shè)置，超限報(bào)警等功能。通過(guò)軟、硬件設(shè)計(jì)使得該款溫濕度檢測(cè)裝置具有智能化、高精度、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：AT89S52； DS18B20； HS1101； 蔬菜大棚； 溫濕度檢測(cè)

課題設(shè)計(jì)背景

隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代生活的快速發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研等部門及日常生活中，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫度與濕度進(jìn)行檢測(cè)及控制。準(zhǔn)確測(cè)量溫濕度對(duì)于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要。在溫濕度檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展完善的今天，溫濕度檢測(cè)裝置也正在朝著集成化、智能化的方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）溫濕度傳感器正從分立元件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代溫濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，（2）在溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自動(dòng)校準(zhǔn)濕度等幾項(xiàng)新技術(shù)。

本論文是以蔬菜大棚為研究對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)裝置。溫濕度是衡量溫室大棚的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接影響到栽培作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，植物的生長(zhǎng)都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長(zhǎng)過(guò)程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對(duì)植物生長(zhǎng)影響最大的是環(huán)境中的溫度和濕度。環(huán)境中晝夜的溫度和濕度變化大，其對(duì)植物生長(zhǎng)極為不利。因此必須對(duì)環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，使其適合植物的生長(zhǎng)，來(lái)提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。 但傳統(tǒng)的人工溫度濕度的測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度檢測(cè)裝置。該論文即是針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度自動(dòng)檢測(cè)，LCD數(shù)字實(shí)時(shí)顯示，按鍵調(diào)整上下限設(shè)置，超限報(bào)警等多功能的溫濕度檢測(cè)裝置。

1.2 溫度濕度檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)中，往往采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳感器一般采用熱電阻、熱電偶等模擬器件，需要額外加補(bǔ)償電路，安裝復(fù)雜，成本較高，而且必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才可以被微處理器識(shí)別和處理，這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量中的切換誤差和信號(hào)調(diào)理電路的誤差等問(wèn)題。而其中某一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就有可能造成整個(gè)系統(tǒng)性能的下降。目前，溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí)DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開(kāi)銷，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20 更受歡迎。此外DS18B20作為新型數(shù)字溫度傳感器，采用3腳封裝，從DS1820讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)僅需要一根I／O口線，而且測(cè)量精度達(dá)到12位，最低精確到小數(shù)點(diǎn)后4位有效數(shù)字。用這種智能化數(shù)字式傳感器的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。

近十年來(lái)隨著時(shí)代的發(fā)展，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門，越來(lái)越需要采用濕度傳感器，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境溫、濕度的控制以及對(duì)工業(yè)材料水分值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè)，濕度傳感器，分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜，空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。目前，國(guó)內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量?jī)r(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，而且，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面做出了種種努力，但互換性仍很差 。而且校正濕度要比校正溫度困難得多，溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球濕度計(jì)和一些常見(jiàn)的指針式濕度計(jì)是不能用來(lái)做標(biāo)定的，精度無(wú)法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法，并測(cè)量其溫度。

濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%—±5%RH，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到±2%—±3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問(wèn)題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2—0.8%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч蔷€性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在40℃以上正常工作。

1.3 預(yù)期目標(biāo)

本設(shè)計(jì)裝置完成后可以通過(guò)溫度傳感器DB18B20和濕度傳感器HS1101對(duì)蔬菜大棚內(nèi)的溫度濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)單片機(jī)AT89S52對(duì)采集到的溫度濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用LCD顯示出當(dāng)前蔬菜大棚內(nèi)的溫度濕度的測(cè)量值，其中溫度濕度的設(shè)定值可由工作人員根據(jù)蔬菜大棚內(nèi)種植的具體作物所需的最適宜溫度濕度進(jìn)行按鍵調(diào)整，當(dāng)測(cè)量到的溫度濕度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器（蜂鳴器）則會(huì)動(dòng)作報(bào)警。本設(shè)計(jì)裝置完成封裝后正面視圖應(yīng)如下圖1-1所示：