基于51 单片机的温室测试系统

摘 要 为适应我国设施农业的要求，介绍了一种以MCS51 单片机为主控器，以温度、湿度、CO2

含量等传感器为主要外围元件的温室智能测试系统。该系统具有显示直观、准确，使用方便可靠等优

点，代表了温室测试系统的最新发展趋势。在系统设计过程中充分考虑了性价比，选用价格低，性能

稳定的元器件。通过运行调试，试验结果与设计要求基本一致。 关键词 单片机 智能温室 实时监控

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一个主要方向。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，不仅知道了农业生产，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，自动检测技术，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。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。无需进行信号放大和信号调整，可直接进行A/D 转换。

2.1.3 光照强度传感器

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生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 比一般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，输出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。

电压变换放大电路

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，使得信号传送范围为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。选通的信号从COMMON 端送到A/D 电路。

CD4051真值表

INH C B A X 0 0 0 0 X1 0 0 0 1 X2 0 0 1 0 X3 0 0 1 1 X4 0 1 0 0 X5 0 1 0 1 X6 0 1 1 0 X7 0 1 1 1 X8 1 X X X 不通 2.2.1 通道的分配

各种环境因子的测量信号各占一个通道。通道分配为： 通道号 信号 CH0 气温 CH1 地表温 CH2 土温 CH3 湿度 CH4 光度 CH5 CO2浓度 CH6 土壤湿度 CH7 扩展 2.3 A/D 转换电路

MC14433 采用8 位数据输出，转换精度为1/2000，相当于11 位二进制A/D 转换器的精度。它还具有抗干扰性好、自动校零、自动极性输出、自动量程控制信号输出、单基准电压、外接元件少等特点。MC14433的引脚及外接元件如图3 所示。MC14433 的转换速度较慢，不宜用查询方式。系统采用如图3 中所示的中断方式。每次A/D 转换结束 2.4 扩展电路与地址分配 2.4.1 扩展电路

89C51 芯片上带有扩展功能引脚。EA/VPP 端:系统中该引脚接+5V 高电平，程序计数器PC 先访问内部程序存储器，当PC 值超过0FFFH（4k）时，转向执行外部程序存储器内的程序。-PSEN 端:外部程序存储器读选通信号。本系统未扩展外部程序存储器，此引脚空。 ALE/-PROD 端:系统扩展外部存储器时ALE 输出锁存信号。89C51 内部有128 个字节的RAM 存储器。在实时数据采集和处理时，仅靠片内的RAM 是不够的，还需要利用89C51 的扩展功能扩展外部数据存储器。常用的数据存储器有静态SRAM 和动态DRAM。由 于DRAM 需要不断刷新，设计时要增加刷新电路，电路复杂，可靠性差。因此SRAM 在单片机测控系统中应用更普遍。本系统采用常用的2KX8 位SRAM6116。它采用CMOS工艺制造，单一+5V 电源，典型存取时间200ns。与89C51 硬件连接如图4 所示。74LS373 是带三态门的8D 锁存器，用作地址锁存器。