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基于AT89S52单片机的蔬菜大棚温湿度检测装置的设计
xinyie2006
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基于AT89S52单片机的蔬菜大棚温湿度检测装置的设计
摘 要
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度的控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或停止生长，同时，温湿度过高亦不行，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内，这就首先需要一个温湿度检测装置来正确检测温湿度。现在，随着农业生产规模的提高，大部分蔬菜大棚，都对温湿度的检测装置提出了更高的要求。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动检测装置，以检测蔬菜大棚温湿度，来适应生产需要。
本论文主要阐述了基于AT89S52单片机的蔬菜大棚温湿度检测装置的设计，主要包括硬件电路设计及软件设计等。该系统采用AT89S52单片机作为控制器，DS18B20、HS1101分别作为温度湿度数据采集系统，温度湿度实现LCD数字实时显示，按键调整上下限设置，超限报警等功能。通过软、硬件设计使得该款温湿度检测装置具有智能化、高精度、高可靠性等优势，具有广阔的应用前景。
关键词：AT89S52； DS18B20； HS1101； 蔬菜大棚； 温湿度检测
课题设计背景
随着科技的进步和现代生活的快速发展，在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门及日常生活中，经常需要对环境温度与湿度进行检测及控制。准确测量温湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。在温湿度检测技术不断发展完善的今天，温湿度检测装置也正在朝着集成化、智能化的方向发展。主要表现在以下两个方面：（1）温湿度传感器正从分立元件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件，（2）在温湿度检测系统中普遍采用线性化处理、自动温度补偿和自动校准湿度等几项新技术。
本论文是以蔬菜大棚为研究对象来设计一款基于单片机的温湿度检测装置。温湿度是衡量温室大棚的两项重要指标，它直接影响到栽培作物的生长和产量，植物的生长都是在一定的环境中进行的，其在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。环境中昼夜的温度和湿度变化大，其对植物生长极为不利。因此必须对环境的温度和湿度进行监测和控制，使其适合植物的生长，来提高其产量和质量。 但传统的人工温度湿度的测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度检测装置。该论文即是针对这一问题，设计出了能够实现温湿度自动检测，LCD数字实时显示，按键调整上下限设置，超限报警等多功能的温湿度检测装置。
1.2 温度湿度检测技术发展现状
在传统的温度检测装置的设计中，往往采用模拟技术进行设计。传感器一般采用热电阻、热电偶等模拟器件，需要额外加补偿电路，安装复杂，成本较高，而且必须经过A/D转换后才可以被微处理器识别和处理，这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题。而其中某一环节处理不当，就有可能造成整个系统性能的下降。目前，温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20 温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20 更受欢迎。此外DS18B20作为新型数字温度传感器，采用3脚封装，从DS1820读出或写入数据仅需要一根I／O口线，而且测量精度达到12位，最低精确到小数点后4位有效数字。用这种智能化数字式传感器的优势显而易见。
近十年来随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越来越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水分值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业，湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜，空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。目前，国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，而且，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面做出了种种努力，但互换性仍很差 。而且校正湿度要比校正温度困难得多，温度标定往往用一根标准温度计作标准即可而湿度的标定标准较难实现，干湿球湿度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来做标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。
湿度传感器的精度应达到±2%—±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%—±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。
湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2—0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。
1.3 预期目标
本设计装置完成后可以通过温度传感器DB18B20和湿度传感器HS1101对蔬菜大棚内的温度湿度进行实时检测，通过单片机AT89S52对采集到的温度湿度数据进行处理，用LCD显示出当前蔬菜大棚内的温度湿度的测量值，其中温度湿度的设定值可由工作人员根据蔬菜大棚内种植的具体作物所需的最适宜温度湿度进行按键调整，当测量到的温度湿度值超过设定值时，报警器（蜂鸣器）则会动作报警。本设计装置完成封装后正面视图应如下图1-1所示：
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