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引言
植物，尤其是稀有植物、珍貴花卉和苗木的生長都需要某種特定的溫度、濕度和光照度等條件，當環(huán)境條件不能滿足上述要求時，它們便停止生長，甚至腐爛、死亡。而要獲得植物生長所需的最佳條件，不能單獨靜態(tài)地考慮某一因素，而應從整體上綜合地研究環(huán)境參數(shù)控制問題。
智能化溫室控制系統(tǒng)，即根據(jù)植物生長發(fā)育的需要，通過傳感器技術、微型計算機及單片機技術，自動測控溫室的環(huán)境參數(shù)，其中包括溫度、濕度、光照度等，使植物在不適宜生長發(fā)育的反季節(jié)中，獲得適宜的環(huán)境條件，達到早熟、優(yōu)質、高產(chǎn)的目的。
主要硬件配備
(1)采用STC89C54RD+單片機
(2)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20
(3)采用電容式濕度傳感器HS1101
1 環(huán)境參數(shù)對植物的影響
影響植物生長的因素主要有溫度、濕度、土壤水分、光照度和CO2濃度等，研究發(fā)現(xiàn)溫度對植物的影響占40％，濕度占28％，它們對植物的生長起主要作用。因此，本系統(tǒng)主要研究溫度和濕度對植物的影響和智能化溫室中對環(huán)境溫濕度的調控。
1.1 溫度對植物的影響
植物在生命周期中的一切生物化學作用都必須在一定的溫度條件下進行，不管濕度、光照、CO2濃度等其他環(huán)境條件如何適宜，植物總將在溫度降低至某一低溫或 超過某一高溫時停止生長發(fā)育。
溫度對植物的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一是發(fā)育進程的快慢，包括出葉速度(葉齡)及開花日期等；二是生長量增長的快慢，包括 株高、葉面積、節(jié)間長度、果實大小等。當然，溫度的影響要和光照強度相結合進行分析。當光合產(chǎn)物大于呼吸消耗時，植物體內(nèi)有機質才會有積累。當溫度超過光 合最適溫度后，光合強度減弱而呼吸強度增強，將減少物質的積累，影響植物的生長。
1.2 濕度對植物的影響
濕度主要指溫室內(nèi)空氣的相對濕度，其大小不僅影響著溫室內(nèi)植物蒸騰與地面蒸發(fā)量，而且直接影響著植物光合強度與病害情況。濕度與病原微生物的繁殖密切相關，因此濕度條件是引起植物病害的主要原因。
研究發(fā)現(xiàn)，植物的生長和發(fā)育并不取決于某一時刻某個特定溫度與濕度，而主要取決于在一個時間段中的平均參數(shù)。這就要求控制系統(tǒng)不能設置一個固定的參數(shù)值，溫室中的溫度和濕度在最高和最低范圍內(nèi)進行變動，以求在一個較長的時間段內(nèi)達到理想的生長環(huán)境。
控制系統(tǒng)根據(jù)室外的氣候，在使用最低能耗、最佳利用溫室中 現(xiàn)有的設備情況下進行動態(tài)調節(jié)，保持在適宜植物生長的狀態(tài)。
2 溫室環(huán)境參數(shù)檢測
2.1 環(huán)境溫度檢測
控制系統(tǒng)中需要采集溫室中多點溫度或溫室群的溫度，本系統(tǒng)采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其結構簡單不需要外接電 路，僅用一根I/O數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)。每只DS18B20有獨立的序列號，實現(xiàn)多個DS18B20傳感器掛接在一根數(shù)據(jù)線上分別檢測多點溫度。
單片機通過單線接口控制DS18B20溫度傳感器，檢測溫度先發(fā)啟動命令，當DS18B20接收到溫度轉換命令啟動轉換，轉換完成后的溫度值以16位帶符 號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的高、低字節(jié)中；讀取數(shù)據(jù)時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.062 5 ℃／LSB形式表示。
暫存存儲器的高字節(jié)前5位的 “S”為符號位，當S=0時，直接將二進制位轉換為十進制數(shù)；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。DS18B20完成溫度轉換后，把測得的 溫度值與TH、TL做比較，若T>TH或T<TL，則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出告警命令。
由于DS18B20轉換后的代碼并不是實際的溫度值，所以要進行計算轉換。溫度高字節(jié)中的前5位用來保存溫度的正負(標志為S的 bit11～bit15)，高字節(jié)(MS Byte)的后3位和低字節(jié)8位來保存溫度值(bit0～bit10)，其中低字節(jié)(LS Byte)的低4位保存溫度的小數(shù)位(bit0～bit3)。
由于要求采用0.062 5的精度，小數(shù)部分的值，可以用后四位代表的實際數(shù)值乘以0.062 5，得到真正的溫度值，本系統(tǒng)保留一位小數(shù)，即檢測的溫度精確到0.1度。
2.2 環(huán)境濕度檢測
本系統(tǒng)采用HS1101濕度傳感器采集環(huán)境的相對濕度，HS1101屬于電容式濕度傳感器，其工作機理是當基于電極間的感濕材料吸附環(huán)境中的水份時，其介電常數(shù)隨之變化，等效電容與環(huán)境中水蒸汽的關系表示為：C=ε0×εμ×S/d
其中ε0是真空介電常數(shù)、εμ是感濕材料的介電常數(shù)、S是電容式傳感器有效面積、d為感濕膜厚度。
HS1101濕度傳感器的線性輸出電壓與濕度的關系：
Vo=Vcc(0.00474×%RH+0.2354)
在環(huán)境濕度檢測中，既可以利用HS1101濕度傳感器的等效電容與濕度的關系，組成振蕩器，將濕度與電容的關系轉化為濕度與頻率的關系，測量頻率達到檢測 濕度的目的；也可以利用HS1101濕度傳感器的輸出電壓與濕度的關系，測量電壓實現(xiàn)濕度檢測。本系統(tǒng)利用HS1101的等效電容與濕度的關系，測出頻率 實現(xiàn)濕度的測量。
