基于AT89S52單片機的蔬菜大棚溫濕度檢測裝置的設計

摘 要

隨著大棚技術的普及，溫室大棚數量不斷增多，對于蔬菜大棚來說，最重要的一個管理因素是溫濕度的控制。溫濕度太低，蔬菜就會被凍死或停止生長，同時，溫濕度過高亦不行，所以要將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內，這就首先需要一個溫濕度檢測裝置來正確檢測溫濕度。現在，隨著農業生產規模的提高，大部分蔬菜大棚，都對溫濕度的檢測裝置提出了更高的要求。為此，在現代化的蔬菜大棚管理中通常有溫濕度自動檢測裝置，以檢測蔬菜大棚溫濕度，來適應生產需要。

本論文主要闡述了基于AT89S52單片機的蔬菜大棚溫濕度檢測裝置的設計，主要包括硬件電路設計及軟件設計等。該系統采用AT89S52單片機作為控制器，DS18B20、HS1101分別作為溫度濕度數據采集系統，溫度濕度實現LCD數字實時顯示，按鍵調整上下限設置，超限報警等功能。通過軟、硬件設計使得該款溫濕度檢測裝置具有智能化、高精度、高可靠性等優勢，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：AT89S52； DS18B20； HS1101； 蔬菜大棚； 溫濕度檢測

課題設計背景

隨著科技的進步和現代生活的快速發展，在工農業生產、氣象、環保、國防、科研等部門及日常生活中，經常需要對環境溫度與濕度進行檢測及控制。準確測量溫濕度對于生物制藥、食品加工、造紙等行業更是至關重要。在溫濕度檢測技術不斷發展完善的今天，溫濕度檢測裝置也正在朝著集成化、智能化的方向發展。主要表現在以下兩個方面：（1）溫濕度傳感器正從分立元件向集成化、智能化、系統化的方向迅速發展，為開發新一代溫濕度測控系統創造了有利條件，（2）在溫濕度檢測系統中普遍采用線性化處理、自動溫度補償和自動校準濕度等幾項新技術。

本論文是以蔬菜大棚為研究對象來設計一款基于單片機的溫濕度檢測裝置。溫濕度是衡量溫室大棚的兩項重要指標，它直接影響到栽培作物的生長和產量，植物的生長都是在一定的環境中進行的，其在生長過程中受到環境中各種因素的影響，其中對植物生長影響最大的是環境中的溫度和濕度。環境中晝夜的溫度和濕度變化大，其對植物生長極為不利。因此必須對環境的溫度和濕度進行監測和控制，使其適合植物的生長，來提高其產量和質量。 但傳統的人工溫度濕度的測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準確的溫濕度檢測裝置。該論文即是針對這一問題，設計出了能夠實現溫濕度自動檢測，LCD數字實時顯示，按鍵調整上下限設置，超限報警等多功能的溫濕度檢測裝置。

1.2 溫度濕度檢測技術發展現狀

在傳統的溫度檢測裝置的設計中，往往采用模擬技術進行設計。傳感器一般采用熱電阻、熱電偶等模擬器件，需要額外加補償電路，安裝復雜，成本較高，而且必須經過A/D轉換后才可以被微處理器識別和處理，這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補償、多點測量中的切換誤差和信號調理電路的誤差等問題。而其中某一環節處理不當，就有可能造成整個系統性能的下降。目前，溫度傳感器的種類眾多，在應用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達拉斯）公司生產的DS18B20 溫度傳感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開銷，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20 更受歡迎。此外DS18B20作為新型數字溫度傳感器，采用3腳封裝，從DS1820讀出或寫入數據僅需要一根I／O口線，而且測量精度達到12位，最低精確到小數點后4位有效數字。用這種智能化數字式傳感器的優勢顯而易見。

近十年來隨著時代的發展，科研、農業、暖通、紡織、機房、航空航天、電力等工業部門，越來越需要采用濕度傳感器，對產品質量的要求越來越高，對環境溫、濕度的控制以及對工業材料水分值的監測與分析都已成為比較普遍的技術條件之一。濕度傳感器產品及濕度測量屬于90年代興起的行業，濕度傳感器，分為電阻式和電容式兩種，產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、介質常數發生很大的變化，從而制成濕敏元件。目前，國內外各廠家的濕度傳感器產品水平不一，質量價格都相差較大，用戶如何選擇性能價格比最優的理想產品確有一定難度，而且，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現象，同一型號的傳感器不能互換，嚴重影響了使用效果，給維修、調試增加了困難，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，溫度標定往往用一根標準溫度計作標準即可而濕度的標定標準較難實現，干濕球濕度計和一些常見的指針式濕度計是不能用來做標定的，精度無法保證，因其要求環境條件非常嚴格，一般情況，（最好在濕度環境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設備時，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。

濕度傳感器的精度應達到±2%—±5%RH，達不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳感器要達到±2%—±3%RH的精度是比較困難的，通常產品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測量的。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結合其長期穩定性去判斷，一般說來，長期穩定性和使用壽命是影響濕度傳感器質量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

濕敏元件除對環境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，其溫度系數一般在0.2—0.8%RH/℃范圍內，而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補償式。采用單片機軟件補償，或無溫度補償的濕度傳感器是保證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償的效果，非線性的溫漂往往補償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數。多數濕敏元件難以在40℃以上正常工作。

1.3 預期目標

本設計裝置完成后可以通過溫度傳感器DB18B20和濕度傳感器HS1101對蔬菜大棚內的溫度濕度進行實時檢測，通過單片機AT89S52對采集到的溫度濕度數據進行處理，用LCD顯示出當前蔬菜大棚內的溫度濕度的測量值，其中溫度濕度的設定值可由工作人員根據蔬菜大棚內種植的具體作物所需的最適宜溫度濕度進行按鍵調整，當測量到的溫度濕度值超過設定值時，報警器（蜂鳴器）則會動作報警。本設計裝置完成封裝后正面視圖應如下圖1-1所示：