基于51单片机的温室测试系统

设施农业是世界现代农业发展的主要方向之一，我国农业正处于从传统也向高产、优质、高效为目的的现代化农业转化新阶段，设施农业是我国今后比较长的时间内农业发展的个主要方向。

环境控制对果树生产的重要作用已经为国内外大量的科学实验和生产的实践所证实。只有在适宜的生长环境下果疏才能充分发挥其高产潜力。多年的有关果树生长环境的研究，不仪知道了农业生产，也为温室环境测控的研究提供了理论和依据。但如何利用传感器技术，白动检测技术，通讯技术，计算机技术的发展和温室栽培的推广研制出对温室温度，湿度，二氧化碳浓度的智能测控系统，为果树提供最佳的生长环境，一直是农业研究者面临的重要课题。

虽然国外采用了全智能控制，但是他们的成本太高，不适合我国国情，国内已有的日光温室主要采用自然能源，虽然造价比较低，但过于简陋，只有少数实现了温度、湿度、光照等单一因素的测控，不能满足日益现代化的农艺要求。本文研制一种价格比较适宜、扩展性较好的多功能温室智能测试系统。

1 系统组成及工作原理

本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换、各种信息的显示等;软件主要完成信号的处理及控制功能等。

其工作原理是89C51单片机一次查询各传感器的输出信号，然后89C51对输入信号进行相应处理后通过显示模块44780输出，同时还可输出各种报警信号。

2 硬件构成

该系统硬件主要包括以下几个模块：89C51主控模块、传感器模块、A/D转换器、扩展、44780显示模块等。其中89C51主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能，A/D转换器主要完成模/数的转换、存储器主要完成程序和数据的存储、44780显示模块完成字符、数字的显示功能。

主控模块

系统采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机，它带有4kB闪速式存储器、128B内存，最大工作频率24MHz，同时，具有32条输入输出线，16位定时/计数器，5个中断源，1个串行口。

2.1 传感器的选取

2.1.1 温度传感器

采用AD590集成温度传感器，此传感器是电流型的，它的特性如表1所列。

测量地表温与土温也可以用AD590集成温度传感器。由于传感器探头要插入土中，所以要将传感器及变换电路封装在金属探棒中。金属探棒可以起到防水、防腐的作用。又因为金属的导热性好，所以金属探棒不会影响传感器对温度的测量。

2.1.2 湿度传感器

采用IH3605电容式集成湿度传感器。其输出电压较高且线性较好。尢需进行信号放大和信号调整，可直接进行A/D转换。其特性表如表2所列。

2.1.3 光照强度传感器

本系统选用北京林业大学生产的光量子传感器，主要由感应元件和匹配滤光片系统组成。感应元件选用硅太阳能电池，在太阳辐射作用下产牛的光电流与辐射强度成线性关系。标准的硅光电池的光谱响应在400nm-1100n。的范围，峰值波长为800nm。光量子传感器是一种灵敏的蓝色硅电池，在近红外区域700nm-1100nm只有相当低的响应，而在可见区域400～700nm比一股硅电池的响应却要高得多，峰值响应在550～-650nm之间。光量子传感器在光的照射下，输山变化十分微弱的电流信号(约几个微安)。所以光合有效辐射的检测电路应选用低漂移，共模抑制比高的集成运算放大器。放大电路采用电流一电压变换放大电路，如图1所示。光电子传感器的电气特性如表3所列。

2.1.4 C02浓度传感器

C02浓度传感器选用红外线气敏传感器。其测量范围宽，达-2000ppm，检测精度可达15%。可以选用这种方法来监测温室空气中C02的浓度。

2.1.5 土壤水分传感器

选用TDR-3型土壤水分传感器。TDR-3土壤水分传感器可测量土壤水分的体积百分比，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。TDR-3型土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。

2.2 多路开关CD4051

本系统选用了单端8通道模拟多路开关CD4051。它由电平位移电路，带禁止端INH的8选1译码器和由该译码器对各个输出分别加以控制的八个CMOS双向模拟开关组成。其引脚如图2所示。INH为高电平时，八路通道全部不通。A、B、C分别为输入选通地址端，0-7为八路模拟输入信号端，COMMON端为被选通模拟信号的输出端CD4051传送的信号范围从VFE到VDD。由于环境因子的采样信号幅值为0～2V，所以将VEE端与Vss端相连并接地，VDD端接电源端Vcc，使得信号传送范周为O-Vcc，即0～+5V，INH，A，B，C四端连接四根地址线，控制信号的选通，其真倩表见表4。选通的信号从COMMON端送到A/D电路。

2.2.1 通道的分配

七路环境因子的