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1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书大棚温度湿度控制器设计摘要：温室是蔬菜大棚生产中必不可少的设施之一，不同种类蔬菜对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，本设计就是控制大棚的温湿度，为它们提供一个良好的生存环境，给我们带来巨大的经济效益。关键词：传感器、温湿度、控制电路、温度报警电路Abstract: Greenhouse production of greenhouse vegetables are an essential facilities, different types of vegetables, such as temperature and humidity on the
2、 growth of the necessary requirements are not the same, the design is to control the greenhouse temperature and humidity, to provide them with a good the living environment, has brought us huge economic benefits. Key words: sensors, temperature and humidity, control circuit, temperature alarm circui
3、t391 引言随着改革开放，特别是90年代以来，我国的温室大棚产业得到迅猛的发展，以蔬菜大棚、花卉为主植物栽培设施栽培在大江南北遍地开花，随着政府对城市蔬菜产业的不断投入，在乡镇内蔬菜大棚产业被看作是21世纪最具活力的新产业之一。温室是蔬菜等植物在栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类的蔬菜对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，从而可以通过提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其
4、他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段：(1) 手动控制：这是在温室技术发展初期
5、所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构，他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。(2) 自动控制：这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因
6、子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时作出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。(3)智能化控制：这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能
7、化控制的发展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。为了满足人们在寒冷季节也能吃上新鲜蔬菜的需要，虽然广大的大棚种植产业带来巨大的经济效益,大棚栽培技术得到空前的发展，但随之而来也出现了温度、湿度难以控制的问题。温度和湿度作为常用的环境参数，对动植物的生长、物理化学的反应以及人体的舒适程度都有着较大影响，温度湿度测控系统在工农业生产、智能家居以及人工环境等领域有广泛的应用前景。本电路可以使大棚的温度和湿度自动控制在 一个合适的范围内，实验证明该系统的成本低、可靠性高，
8、有着很高的实用价值。2、控制系统方案选择21、方案一：本方案我们主要采用模拟电路设计,电路主要分为以下几个主要的组成部分,电源电路、温度检测电路、加热、换气电路、温度报警电路、自动浇水电路五各单元电路,电路中利用了温度、湿度等传感器,大大的提高了测量的精确度,本方案中当温度、湿度传感器检测到温度湿度超过设定的标准值时候，电路中就会自动的进行加热和浇水，是农作物生长在一个良好的环境中系统的框图如下图1所示：图1方案一 系统框图22、方案二：本方案利用集成温度传感器MAX6613和集成湿度传感器IH3605作为检测元件，结合ADuC824，构建温湿度监控系统的方法，该系统可以方便地实现温度、湿度的
9、实时控 制，无纸记录及语音报警，还可与上位机(PC机)通信，实现温度、湿度的打印、分析等功能。 温湿度监控系统的硬件原理如图2所示：图 2方案二系统框图由单片机系统(含键盘、液晶显示器、数据存储器和通信接口)、集成温度传感器MAX6613、集成湿度传感器IH3605、实时时钟、语音系统及加热、加湿、通风装置等几部分组成， ADuC824高性能微转换器，它在单个芯片内集成了双路高精度-ADC、程控增益放大器PGA、8位 MCU、8KB闪速/电擦除程序存储器、640B闪速/电擦除数据存储器、256B数据RAM以及定时器/计数器等功能部件，指令系统与8051兼容。特 别是两个独立的-ADC，其主、辅
10、助通道的分辨率分别为24和16位，具有可编程自校正功能。另外，还有一个通用UART串行 I/O，一个与I2C兼容的二线串口和SPI串口，一个看门狗定时器(WDT)，一个电源监视器(PSM)。其性能完全可以满足系统的需求。键盘用于设定温度、湿度的上、下限报警范围及控制值，设定采样时间间隔，调整系统时间。液晶显示器采用一体化封装的液晶显示模块TC1602A，用于显示 温度、湿度的上、下限值，控制值和当前值，模块内的控制驱动器型号为HD44780，可以方便地与ADuC824进行接口。由于系统需要无纸记录温度、湿度值，因此外扩一片容量为4MB的AT29C040A Flash EPPROM，在写入过程中
11、无需编程高压和紫外线照射，具有硬件和软件两方面的数据保护，可防止其内容免遭意外改写，使用十分方便。通信接口电路主要由双路RS232数据收发器MAX232芯片组成，只需+5V电源供电即可工作。上位机(PC机)通过通信接口调用温度、湿度值，以用于打印或分析。2.3、系统控制方案确定通过以上两个方案的比较分析我们可以知道方案一和方案二都可以实现对大棚温度湿度的控制和调节，同时方案一具有自动浇水的功能，而且还可以扩展以下两个功能， （1）热能存储电路可利用太阳能转换装置将之转化为电能储存。当夜间温度过低时，再起到和上述加热装置一样的功能。（2）远距离报警功能在意外事故发生致使温度持续下降时，需要及时报
12、警，唤醒在家 休息或在外工作的棚主赶来处理。报警装置由一发射器和接收器组成。接收器平时由棚主带 在身上，可做得很小，棚主在一公里的范围内可接收发射器发出的提示音信号。方案二设计的原理虽然很容易的实现，设计的功能也比较的齐全但是我们可以通过具体的控制框图2-2以知道它所要求的芯片的型号和外部硬件比较的高，成本也很高不能很好的推广，我们设计中要求的是实用而且很容易掌握的方案，在广大的农村农民用户种植中不需要编程等一系列的专业的技术学习，这就更加符合我们的种植农户的要求，相比与方案一的专业要求就有了不可代替的优势，而且在芯片应用等方面，方案一的芯片购买的比较的方便，而方案二所需要的一些芯片价格比较的
13、昂贵，要求的外部硬件条件也比较的高，比如方案二中要求系统采用MAX6613和IH3605作为温度、湿度传感器，使其监控的实时性、控制的精确性得到了提高；同时，由于选用了ADuC824，它能保证系统自动从死机状态恢复到正常工作状态，但是要求有相关的电脑操作技能，这些方面方案一相比于方案二都具有一定的优势。但是方案一在自动控制方面不如方案二，方案二具有更好的自动控制功能，综合以上几点我们选择方案一作为我们的设计方案，因为方案一不仅成本低而且比较的容易制作和操作，适合我们的大面积的推广。在方案一系统功能简介：当测温电路测出适时温度超过25时，启动换气电路；且当温度达到30启动报警系统。同理，当测温电
14、路测出适时温度低于20时，启动加热电路，且当温度低于15时，启动报警电路。当温度在20到25之间时，测湿系统测出适时湿度低于70%RH时，启动浇水系统。只有当温度在20到25之间，同时湿度在70%RH以上时，系统不工作。该电路可调节温度检测电路中的RP，即调节温度检测电路的基准温度值，同理，又可调节湿度检测电路中的基准湿度值，以适应在不同环境的需要。3 温度、湿度传感器介绍3. 1 热敏电阻器温度传感器基本特性：电路中主要采用了热敏电阻做为主要的传感器，以下主要介绍热敏电阻及热敏二极管和热敏晶体管的特性与参数。热敏电阻器可以从结构、材料和阻温特性等多方面进行分类。按结构形状分类：片状、垫圈状、
15、杆状、管状、薄膜状、厚膜状和其他形状。按加热方式分类：直热式和旁热式。按阻温度范围分类有：常温、高温和超低温热敏电阻器。图3 几种不同类型的热敏电阻器的阻温特性曲线按阻温特性分类有：负温度系数热敏电阻器(NTC)，图41中曲线2；开关型正温度热敏电阻器(PTC)，图3中曲线4；缓变型正温度系数热敏电阻器(PTC)，图3中曲线5；临界负温度系数热敏电阻，图3中曲线3；铂电阻器限温度曲线如图3中曲线1。1、热敏电阻器的电阻温度特性热敏电阻的阻温特性是指实际电阻值与电阻体温之间的依赖关系，这是热敏电阻 图3 几种不同类型的热敏电阻器的基本特性之一,其阻温特性曲线见图3。PTC开关型正温度系数热敏电阻器的阻温特性曲线(图3曲线4)。室温至居里温度以下的一段温度范围内，表现出和一般半导体相同的NTC特性。从居里点开始，电阻值急剧上升到某一温度附近达到最大值。 PTC热敏电阻器的居里温度TC以通过掺杂来控制。如在BaTio3中掺杂Pb，可使Tc向高温方向移动，在BaTio3中掺入Sr或Sn等元素后，可使TC向低温方向移动。可根据需要调整居里点TC。热敏电阻器的实际阻值用RT来表示。是在一定环境温度下，采用引起阻值变化不超过0.1的测量功率所测得的电阻值。实际电阻值又称为零功率
