阳台花卉自动养护系统毕业论文

I 摘要 本次设计的盆花自动养护系统经过对土壤温度，湿度与光照的检测，从而控制电磁阀，步进电机，窗户的开关来达到花卉生长所需要的条件。 土壤温湿度的检测与控制部分包括了土壤温湿度的检测和自动浇水系统。土壤温湿度的检测和显示以温湿度传感器为感应部件，将检测到的土壤温湿度值送入 片机，再由其控制电磁阀工作。 自动浇水系统智能浇水部分是通过单片机程序设定浇水的上下限值与送入单片机的土壤湿度值相比较，当低于下限值时，单片机输出一个信号控制电磁阀打开，开始浇水，高于上限值时再由单片机输出一个信号控制电磁阀 关闭，停止浇水；当光照较强时，由单片机控制电机将窗帘拉下，遮挡阳光。温度较高时，打开窗户进行散热。 本文为阳台自动养花进行了初步探索和实验， 取得了一些对开发设计新产品有益的数据和经验。 关键词 ： 片机 温湿度传感器 光照传感器 序 数字电路 he of is on It to of of in it up it a it is a is to to be to 4 目 录 第一章 绪论 .题的目的与意义 .动浇花器的诞生背景及国内外发展现状 . 论文的主要研究内容 .二章系统的总体设计 .用场合 与 工作环境 .统预期功能 与 技术指标 .统设计总体方案 .统的工作原理 .三章 系统的硬件设计 .片机控制系统设计 . 单片机的选择 . 介 . 存储器的配置 . 时钟电路和复位电路的设计 .据采集电路的设计 .阳能电池板充电电路 .。 23 出控制电路的设计 第四章软件系统的设计 .体的 设计 思想 .感器控制模块 的 设计 .五章结论 .结 .望 .表 .5 第一章 绪论 题的目的和意义 随着现代社会的进步，人民的生活水平越来越好。在家里养盆花能够陶冶情操，使生活多姿多彩。而且， 盆花通过光合作用 能 吸收二氧化碳，净化空气 ，在有花草的地方 空气中阴离子聚积较多，所以空气 也会 特别清新 ，另外， 有许多花木还可吸收空气中的有害气体 ， 因此，如今许多的人喜爱养盆花。 盆花浇水能否能做到适时适量，对养花成败非常关键。但是，生活中人们经常会有无暇顾及的时候，例如出差、旅游等。 花草生长问题大部分是由花儿浇灌问题引起；好不容易种植几个月的花草 ,如果浇水不及时，会长势不好，美化家园的花草几乎都成了“鸡肋”；如果不种植了，家中没有绿色的衬托，感觉会没有生机；保留吧，花草长得不够旺盛，会影响家庭的装饰效果。 虽然现在 市面上有 卖 自动浇水器的，但价格十分的昂贵不说，并且大多都只能设定一个定时浇水的时 间，不能 做到给盆花适时适量浇水。较经济的 盆花缺水报警器 可以提 醒人们及时的给盆花浇水，可是它 只能报警，浇水还 得 需要人们亲自动手 ，无法解决出差等出现的问题 。当家里 没 人时，即使报警也 会 无人浇水，就起不到 任何 作用了。因此，我想通过设计一种集盆花土壤湿度检测，温度检测，光照检测以及自动浇水于一体的盆花自动浇水系统。让盆花在人们无暇照顾时也能得到及时的浇灌。 动浇花器的诞生背景 及国内外发展现状 自动浇花器 是随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生 的一种园艺用品。它把微喷的概念用于家庭盆花浇灌中，通过一定的改进，达到了给盆花合理自动浇水的目的。 早在多年以前，国外就已经开始普及电子类 自动浇花器 ，国内使用的多数是从国外进口的，虽然价格昂贵，但质量比较可靠。不过这不太适用于国内，现在国内比较流行的是用玻璃制作的 自动浇花器 。这种类型的浇花器大多数在我国山西和浙江一带加工生产，价格比较低廉，但实用性没有电子类自动浇花器好。目前，随着国内居民消费水平和生活质量的不断提高，居家园艺市场非常火爆，可是由于生活节奏的加快，种花容易养花难的问题也暴露出来了，而养花最重要的问题就是适量浇水问题。研究表明，花草 80%以上的死亡是由于浇水不及时引起 6 的，因此国内的商家已经看到了这种市场的需求潜力。目前这类产品的厂家主要集中在广东，上海，浙江一带，所出售的自动浇花器分为以下几类： 电子类自动浇花器 电子类自动浇花器也叫时控喷淋装置，系统的主 要构成为：主机（控制器）、主管（可以是花园管，或者是 4/7微喷淋管）、分水接头 (6 通、 5 通、 4 通、3 通、分水器）、副管 (3/5喷淋管（旋转喷头、折射雾化喷头）等。 电子类自动浇花器由于电源的不同，分为交流电自动浇花器和电池自动浇花器。控制器的一般性能包括：电磁阀的控制；智能时控电路微电脑芯片的控制；适用的电源为 0适宜的水压 机功率（ 4水时 12可控制连续作业的时间是 1 分钟至 168 个小时；能每天自动完成十次以上浇水作业，能每天、隔天 、隔多天自动循环进行浇水；每天计时的误差小于正负 3 秒；电器的适应环境温度为 50；相对湿度 90% 玻璃、陶瓷类自动浇花器 玻璃、陶瓷类自动浇花器也叫自动渗水装置，它是由本身材质的物理结构构成，根据器具的物理渗水原理，完成自动浇灌。由于自动浇水器内部存水，自身形成一定压力，当遇到干燥的土壤时，水会自上而下的流出，当土壤湿润之后，就会形成一个堵塞压力，将导致水流速度变慢，甚至停止。器具工艺的不同，效果也会不一样。当然，土壤疏松情况也会决定水流速度。 目前，由于传感器与单片机技术的迅速发展，其 应用逐渐从工业、军事等领域渗透到其他领域，已经与人们的日常生活息息相关。而且，智能家居的概念也越来越受人们的青睐，因此，单片机控制的电子类自动浇花器会有很好的发展前景。 随着现代高科技的发展，各种智能家电与数码产品已走进人们的生活，网络成为人们在现代生活中人际交往和获取知识不可或缺的平台。鉴于高科技的迅速发展，未来自动浇水控制系统也有望朝智能化、网络化、 综合环境调控和 高移植性方面发展。 综合环境调控 综合环境调节，是 以 实现花卉 的 正常生长为目标， 让 影响花卉生长的多种环境参数 (如光照、 湿 度、 温 度等 )都 处于 适宜花卉生长的状态，并 要尽可量 使用最少量的环境调节装置 (遮 光、 采 光、通风、 加 温、 保 温、施用 )。 智能无人操作将是未来各种行业的发展趋势， 因为这 不仅能大量节省人们的宝贵时间 ，而且 还能更好的控制各种成分的细微比例 ，达 到人们自己动手所不能做到的效果。 高移植性 7 高移植性，是指修改系统的参数及设备后，即可应用于其他的的环境下，省时省力，节省大量资金及研发成本。 在不久的将来， 科技发展 不仅 可以 实现对 阳台 花卉的 自动 控制 ， 而且 能够 实现 其他 公共场所花草树木的自动灌溉， 甚至 可以加入 视频 控制， 远程控制，以便可以 更大限度的节省人力物力，这将 成为 浇灌系统 未来的 发展趋势。 业设计所采用的研究方法和手段 本次毕业设计是设计一种由单片机控制的自动浇水装置，可实现阳台盆花自动浇水的系统。该系统可通过土壤的温湿度进行监控 ,对作物进行适时、适量的浇水。其核心是单片机和温湿度传感器以及控制执行电路构成。主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、室内温度和光照及浇灌控制技术硬件、软件编程各个部分。控制部分，单片机选用 片机；数据采集部分，温度传感器选用度传感器，湿度传感 器采用 线性输出湿度检测模块 ，光照传感器较器 。 用 利传感器技术将温度传感器、 A/D 转换器、校准数据存储器、标准 字接口、总线等电路全部集成在一个芯片内。土壤湿度传感器可将检测到的土壤温湿度模拟量进行放大，然后转换成数字量输入单片机，通过单片机内的中断服务程序，判断是否要给盆花浇水。若需浇水时 ,则单片机发出浇水信号，经放大驱动设备 ,开启电磁阀进行浇水；若不需浇水 ,则进行下一次循环检测。温度与光照也是经数据采集部分，传递给控制部分，也就是单片机，然后驱动执行机构进 行调节。 8 第二章 系统总体设计 用场合和工作环境 该单片片机应用系统主要应用于 家庭阳台或办公室， 价格低 廉 ， 而且 操作方便 。 主要面向喜爱花卉 ， 但没有时间管理 的人群 。其工作环境温度为 0 40C。 统的预期功能和技术指标 题研究预期功能 现实生活中很多花卉 的生长条件需要湿 度、 温 度和光照保持在 一定的范围内 ，超出或者低于这个 范围 将对花卉的生长产生 不利 影响。该单片机测控 系统对花卉生长环境因子 进行实时 信息数据采集、处理，而后 单片机 输出 命令， 控制执行机构，实现 对 环境 温 度 、 湿 度和光照强度的测控，达到 花卉生长所需要的条件，并且有 省时省工 ，节水节能 的效果。具体功能如下 : 1、实现 花卉 按需灌溉功能。按照 花卉对水分的需求， 开启和关闭灌溉系统，实现 智能 控制。具有成本低，结构简单，操作方便 等优点 。 2、通过传感器 ，对 花卉生长的土壤湿度 、 环境温度和光照强度 进行检测 ，依据设定的 植 物 生长 要求 所需 的 湿 度、 温 度和光照强度的上下限值，由单片机来控制电磁阀 、 开关窗户 和窗帘， 从而调节 湿 度 、温 度 和光照 。 室内 温度高于 设定 上限值时，自动打开窗户进行自然降温 ； 达到要求值时 ， 则自动关闭。 3、土壤湿度是室内环境 中 的 重要因子 。 当土壤含水量过低 ，已 不能满足花卉 生长 最低需求时，就 打开电磁阀进行 灌溉 ；当湿度满足要求时，关闭电磁阀。 4、光照强度控制因子 由于 考虑到生产成本问题，本系统 不足之处是没有设计 人工增光设备 。只考虑到夏天 光照强度高于 设定 上限值时， 通过 关闭窗帘 ，来 降低光照 。 统技术指标 系统技术指标 （夏天） 要求具体见表 2示，其控制范围 也 可 以根 据具体作物的 生长 需要来设定， %相对百分数 ，其中硬件成本单个制作会比批量生产大很多，因此尽量选取批量生产的硬件。 表 2统技术指标 控制参数 土壤湿度 %度 光照强度 阳能电池板 硬件总成本 9 控制范围 6080 2030 3 5 万 尺寸 1125路6V，短路电流 1500 70 统设计总体方案 统测控原理 在 自动 控制技术方面，有诸如开环、闭环反馈控制，自适应控制，模糊控制，神经网络控制等现代控制技术。 其中， 模糊控制技术 虽然 当前应用最广泛， 但 一般用于有上、下位机的单片机控制系统。 因此， 本系统 仍 采用 经典 的闭环控制技术， 系统 控制原理逻辑框图 ， 见图 2示： 温度湿度光照 给定值 图 2环控制逻辑原理框图 统总体设计 （ 1）本文针对 客观 需要，设计了一套 湿度 、 温 度和光照 信息采集 与控制系统， 确保 花卉在生长的 过程中 有 最 适宜的生长环境 。 整个测控系统 ，包括 传感器、控制器和执行机构三部分构成。整个系统的硬件结构 ， 如图所示 ： 单片机 度传感器 温度传感器 放大电路 光照传感器 电磁阀 继电器 磁阀、电动机、步进电机 温度湿度光照传感器 花卉参数 10 （ 2）硬件电路 中，控制器 以 片机为核心， 系统输入 由土壤水分传感器、温度传感器 和 光照传感器及传感器信号处理电路组成，输出 执行机构 由继电器、执行器构成。 （ 3） 系统 软件用 C 语言作为编程语言，采用模块式结构设计。 统的工作原理 在 系统工作中， 利用 太阳能给电池充电，电池为整个系统提供电能 ，但电池输出要经过稳压模块，防止电压出现较大变化 。 首先， 传感器 对湿 度、 温 度及光照 进行信息采集， 转换成电压信号， 即 转换为 0字信号后送入单片机中，与 设 定的所 需 要控制的 湿 度、 温 度 、光照 值进行比较，根据单片机 设置的参数 ，输出相应温度、湿度 、光照 值对应的被控对象电机和电磁阀的值，带动 执行机构 作相应的运动，不断 接近 单片机中 的 设置值 。温度过高时，单片机通过控制直流电机驱动器打开窗户，进行自然散热；温度适合时，则关闭窗户。当土壤湿度较低时，单片机通过继电器控制电磁阀进行浇水，浇水到湿度适中时，关闭电磁阀。 光照检测电路 ， 将光照强度转换成 电压信号 ，输入单片机，当光照过强时 ，单片机控制 关闭窗帘，光照适合时 ， 打开窗帘 。 温度 、 湿度 和光照通过不断地检测 与 控制，使 环境因子 达到 适宜花卉生长的 动态平衡 。 11 第三章 系统的硬件设计 片机控制系统设计 片机的选择 由于 电子技术 的迅 速发展，使得计算机 在 不断更新换代。其中单片机 技术 更是一枝独秀， 在 各个领域 得到广泛应用 ， 大大提高了 自动化程度。 单片机 由于 具有体积小，价格低廉，稳定可靠，功能强大，运算速度快，扩展容易，功耗低，抗干扰能力强，使用方便灵活 ， 系列齐全等优点， 被 广泛应用于工业过程控制、智能仪器仪表、自动监测、家用电器等领域。单片机成为当今世界上应用面最广、销售量最大、价格最便宜的微型计算机产品。 目前 ， 世界上最具实力的单片机开发公司有 :美 国的 国的荷兰的 。其中 司一直处于领先地位，主要有 大系列，其中 列是 在 1980 年推出的 8 位 高档单片机，代表 了 单片机的 未来 发展方向 ，并迅速 成为单片机领域中的主流产品。司的 89 系列 片机 用 2 作为内核，采用可重复编程 术，是一种源于 8051， 而又优于 8051 的单片机， 已 成为广大户进行电子设计与开发的优选单片机品种。 根据 客观 情况与要求，本系统选用 了 司 89 系列标准型单片机其价格适中，功能强大，适合本系统的设计 。 介 一个高性能 ， 低功耗 位单片机，片内含 8K 可反复擦写 1000 次的 读程序存储器 。 片机内部结构图与基本特征 部结构图如图 3示： 1、基本特征 与 片机产品 能够 兼容 8K 字节在系 统 ， 可编程 储器， 256 字节 可反复擦写 至少 1000 次 三级加密程序存储器 12 全静态操作： 033 32 个可编程 I/O 口线 八个中断源 三个 16 位定时器 /计数器 全双工 行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 双数据指针 看门狗定时器 掉电标识符 1)0)D)R)(8)9)10)11)12)13)14)15)3 图 3部引脚 脚配置及功能 片机 共 有 40 个引脚， 排列是 艺双列直插封装 (其引脚配置见图 3示，各引脚 的 功能简述如下 : 1、主电源引脚 电源端， +5V 。 接地 2、 4 个 8 位 I/O 端口 ： 0 口 ： 是 一个 8 位漏级开路双向工 I/0 口，每个引脚 能 吸收 8 个 ： 为 一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/0 口， 缓冲器 可 接收 和 输出 4 个 电流。 ： 是 一个内部 提供 上拉电阻的 8 位双向 I/0 口 。 ： 管脚是带内部上拉电阻的 8 位 双向 I/0 口。当 写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，用作输入 电流使用 。 当 外部下拉为低电平 时 ， 将输出电流 ( 这是由于上拉 所致 。 同时 也可作为 一些特殊功能口，如下表 1 所示 : 口管脚 备选功能 串行输入口 并行输入口 外部中断 0 外部中断 1 0 计时器 0 外部输入 1 计时器 1 外部输入 外部数据存储器读选通 表 1 的特殊功能 3、控制信号引脚 复位输入。 在 振荡器器件 复位 时，要保持 两个机器周期 为 高电平时间。 14 电平有效， 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用 来锁存地址的低位字节。 电平有效， 外部程序存储器的选通信号。 : 于低电平时，外部程序存储器 (0000不管是否有内 部程序存储器。注意加密方式为 1 时，都将内部锁定为 保持高电平时，此间 内部程序存储器。在 程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源 ( 4、时间振荡电路 反向振荡放大器的输入及 其 内部时钟工作电路的输入。 来自反向振荡器的输出。 储器的配置 列单片机的存储器采用的 数据 存储器和 程序 存储器分开编址的，它们有各自的控制信号 、 寻址系统和特定功能。 数据 和 程序 存储器在物理和逻辑上均分为两个地址空间 :外 部存储空间和 内 部存储空间。 由于 本系统的代码程序不太大， 内的 8 闪速存储器 256 字节的 可满足要求， 所以 无需扩展片外 钟电路与复位电路的设计 1、时钟电路设计 片机内部 含 有振荡器，可以 作为 时钟源。本系统时钟选用内部方式。 部有一个高增益的反相放大器，通过 入端 )、出端 )外接 ， 作为反馈元件的片外石英晶体 (或陶瓷谐振器 )和电容 2 组成并联谐振电路后 ， 便构成片内自激振荡器， 从而利用它内部的振荡器产生时钟。连接方法见图 3示，其中晶体呈感性，其决定着振荡器的振荡频率 ；电容 有微调 频率的 作用。电路中 的 反馈元件选用石英晶体，电容 2 均为 22晶体 与 电容 的安装位置应尽量靠近单片机。 1 25 图 3钟电路 2、复位电路设计 89 系列单片机在启动时也需要复位 ， 使 系统各部件处于 一 定的初始状态，并从初始态开始工作。按下 ，电源对 电容 充电，使 快速到达高电平；松开按键， 电容 向芯片内阻放电， 复为低电平，从而使单片机迅速 可靠复位，一般 电阻 470， 电阻 电容 选 22路简单可靠。 键复位电路 阳能电池板充电电路 电芯片的选择 可以对单节可充电锂电池进行恒流 /恒压充电的充电器电路。该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。需要极少的外围元器件，热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时将芯片温度控制在安全范围内。可以通过一个外部的电阻调节。 充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电压掉电时， 动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于3 微安。其它功能包括输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控以及充电状态 /充电结束状态指示等功能。 细描述 专门为一节锂电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最大持续充电电流可达 500需要另加阻流二极管和电流检测电阻。 电状态指 示端 充电结束指示输出端 片内部的功率管理电路在芯片的结温超过 115 时自动降低充电电流，这个功能可以使用户最大限度的利用芯片的功率处理能力，不用担 16 心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件。这样，用户在设计充电电流时，可以不用考虑最坏情况，而只是根据典型情况进行设计就可以了，因为在最坏情况下，自动减小充电电流。 当输入电压大于电源低电压检测阈值和电池端电压时， 始对电池充电， 脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电池电压 测输入端 (电压低于 3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压测输入端 (电压超过 3电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由 脚和 间的电阻 电池电压 测输入端(电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小， 入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束， 输出高阻态，输出低电平，表示充电周期结束，充电结束阈值是恒流充电电流的 10%。如果要开始新的充电周期，只要将输入电压断电，然后再上电 就可以了。当电池电压 测输入端 (电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的误差在 1%以内，满足了电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于 3而增加了待机时间。 管脚排列如图 3示 ： R 3管脚排列 点： （ 1）输入电压范围： 6V （ 2）不需要外部阻流二极管和电流检测电阻 （ 3）恒压充电电压 可外接电阻调整恒压充电电压 （ 4）可设置的持续恒流充电电流可达 500（ 5）采用恒流 /恒压 /恒温模式充电，既可以使充电电流最大化，又可以防止芯 片过热 17 （ 6）电源电压掉电时自动进入低功耗的睡眠模式 （ 7）充电状态和充电结 束状态双指示输出 （ 8）封装形式 9)无铅产品 压电路的选择 稳压电源电路采用 列集成稳压器，可以输出正 5V 直流电压。别为输入端和输出端采用滤波电容，输出端接一个齐纳二极管进一步稳定输出电压。 充保护电路 为了防止把电池充坏， 本系统还采用了 简单自己设计的 过冲保护电路， 本电路还需以后的实验验证。 在不发生过充时，由于二极管 阻隔三极管不导电。当充电电压升到 5V 左右时，三极管（ 2始导通，它对电池进行分流，以防止 过充。 装在中等尺的散热板上。 用低电压的齐纳管。 太阳能电池板充电的电路图如图 3示： 6330阳能电池板充电的电路图 电池正极的恒压充电电压为： 0x 其中， 单位是伏特 单位是欧姆 太阳能电池板采用尺寸 1125路 6V，短路电流 150电 18 池采用四节镍镉电池。 据采集电路的设计 感器的选择 感器基本概念 传感器技术 、 计算机技术 和 通信 计算机 机技术构成了 现代 信息技术， 迅速成为信息时代的三大支柱 产业 。后两者 得到了 迅速 发展 ， 但 传感器技术 却 发展滞后。传感器技术 的发展 是衡量一个国家科技发展水平的重要标志。 中华人民共和国国家标准 (7665感器通用术语 )规定 了 传感器的定义为 ：“ 能 够 感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置 ” ，通常由 转换 元件和 敏感 元件组成。其中敏感元件 是 指传感器中能直接感受 (或响应 )被测量的部分，被测量一般 是 非电量 ； 转换元件是指传感器中能将敏感元件感受 (或响应 )的被测量转换成适于 测量 或 传输 的电信号部分。 传感器 技术 在我国的设施农业中 已 发挥着重要的作用，主要用于 对 环境参数的获取 。 根据检测 的 对象 ，可 分为 土壤 环境和 空气 环境。 前 者包括土壤温度、土壤 、 土壤含水量 ；后 者包括温度、湿度、光照度 、 二氧化碳等。 传感器的原理如图 3示 ： 被测 量 电信号 图 3感器的原理 度传感器的选择 温度是一个 同 人类的生活 和 工作息息相关的物理量，也是科学技术中最重要和常出现 的物理量。常用的温度传感器有热敏电阻、 集 成温度传感器、热电偶、热电阻等。 (1)热敏电阻 :利用半导体电阻随温度变化而 明显 变化的特性制成的半导 体测温元件。目前使用 最 多 的是 陶瓷热敏电阻。它的优点是 :灵敏度高，稳定性好，工作温度范围 大 ，体积小 ， 过载能力强。它的不足之处 是 非线性 ，且 互换性敏感元件 转换元件 接口电路 辅助电源 19 较 差。 (2)热电偶 :利用物理学中金属热电效应制成的温度传感器。 具有 结构简单 、互换性好 的优点 ，是 500 温区的首选 最优 温度传感器。 (3)温度传感器 :实质 是 利用晶体二极管、三极管的 电压随温度变化而变化的原理制成 的温度传感器 。 具有 线性度好 、 热惯性小 、 灵敏度高 等优点 ，缺点是 互换性差。 (4)集成温度传感器 :是 将 湿敏元件 、 偏置电路 、 放大电路及线形化电路集成 在同一芯片上的 测温元件 。 与 其它传感器 相比较， 线性度和一致性 较好 ， 而 且体积小，使用方便。 据据实际情况，温室内 温度 变化范围为 0 ，变化范围较小 ， 并且变化速度较慢，因而传感器的反应速度 不需要 太高。 通 过分析比较上述几种温度传感器的性能 与实际情况的联系 ，选 择使 用集成温 度传感器 它 具有结构简单 ， 不需要外接电路， 故只需使 用一根 I/0 数据线 ，就能 既供电又传输数据 ； 具有体积小，转换快 ， 分辨率高等优点，被广泛 应 用于 需 测量和控制温度的 领域 。所测温度 经 输入单片机 ， 与 设 定温度进行比较 。如 温度大于给定温度时 ， 控制步进电机，打开 窗户 ；当温度低于 设定温度时，控制步进 电机 ，关闭 窗户 。 介 导体公司 研发的 数字化温度传感器 为 世界上第一片支持 “ 一线总线 ” 接口的温度传感器。 由于 一线总线独特经济的特点， 使 用户 能 轻松地组建传感器网络，为 构建 测量系统引入 了 全新的概念 。 现在，新一代 灵活 、 更经济。 样， 支持 “ 一线总线接口 ” ，测量温度范围 是 +125C， 在 85C 范围内精度 是 。 现场 的 温度直接以 “ 一线总线 ” 的数字方式 进行 传输， 大大 提高了系统的抗干扰性 能 。 该测温类电子产品 适 用 于恶劣环境 下 的现场温度测量， 例 如设备 、环境 控制或过程控制。 与前代产品不同 的是 ，新 一代 产品支持的电压范围 为 3v5v，使系统设计更方便灵活 ，而 且新一代产品 不但 体积更小 ，而且性价比越高 。 特征 独特的单线接口 ， 一个端口引脚 即可 进行通讯 每个器件存储在内部存储器的序列号中有 64 位 多点分布式 的 测温应用 简单方便 测温范围 是 +125C（ +257F） ， 在 85C 范围内 的 精度为 使用者选择为 912 位数字 的 温度计分辨率 20 将温度转换为 12 位数字 最多需 75 毫秒 用户可 自 定义非易失性温度报警 装 置 报警搜索命令 能够 识别并标志超过程序 所 限定温度（温度报警条件）的器件 应用包括 温度控制、消费品、工业系统、温度计或任何热感测系统 测温软件 比较而言，其外围的硬件电路更加简单，它可通过一个单线接口接受或发送信息，也就是说仅需一条连接线即可与单片机连接，无需外部电源和 AD 转换电路，安装使用起来特别方便，节省了大量的成本。 内部结构如图 3示： 内部 3部结构 引脚如图所示： Q 部引脚 引脚说明： 64 位 接口 高速缓存存储器 存储器和控制逻辑 温度灵敏器件 高温触发器 置寄存器 8位 低温触发器 源探测 21 接地， 电源， 数据 IO 口。 成 的 测温系统 ， 只需 要 外接一个上拉电阻 就能 实现与单片机之间的通讯 。 简单 的 温度检测电路如图 3示 ： 度检测电路 度传感器的选择 湿度是 表征 空气中 所含 水蒸气含量的物理量，常用 相 对湿度和 绝 对湿度来表示 。 影响植物生长的湿度 用 相对湿度 来表示 。 准确快速采集 花卉生长环境的湿度信息，对于植物生长环境是否为最佳状态 极为 重要。 针对室内环境 的具体情况 ，对湿度传感器 应有以下的 要求 ： 可应用在线监测 ，容易 实现自动化，有良好的精确度 和 灵敏度、量程 宽 ，测湿 的 范围为0H，检测 的 寿命长，稳定性高， 可靠性好， 传感器输出湿度检测 是线性的 。 土壤湿度是最重要和最常用的土壤信息，它 能够 科学地控制 和 调节土壤水分状况，进行 合理的 节水灌溉，实现科学用水。植物 的生长环境 一般 要求 土壤水分占土壤持水量的 60% 80%最适宜。因此，准确迅速 地测 出 土壤 含水量，能够适时作出灌溉施肥决策或排水措施 ，使 植物生长发育期 内保持最适宜的 土壤水分 。 目前，直接测定土壤水分的方法主要有烘干法 、 电容法、间接测量可用石膏电阻块、时域反射仪 ( 中子 仪 和张力 计 等。 考虑到电路的复杂程度 及 成本 问题， 本系统 可 采用简单电路 ，控制土壤湿度保持在 60% 80%之间。 土壤水分检测电路 是 由 两个三极管 部分外围元件组成 的。 石墨电极的电阻随湿度 变化 而 改 变，土壤湿度 变 大时，其体电阻 也随之增 大， 其基极电位 增 高而截止， 从而 造成 截止， 使 其集电极 的 输出 为 低电平。当土壤 含水量 降低到规定值 以下 时， 于 其基极电位降低而导通，于是 导通， 从而 V 2 集电极输出 的是 高电平， 使 单片机控制电磁阀打开 ， 开始 浇 水； 22 当 土壤 含水量达到 规定值时，检测电路的 输出 的 高电平， 由 反向器 向后 ， 输出低电平 ，经 输入 单片机， 从而 控制电磁阀关闭。调节 阻值， 能够 控制土壤湿度的范围在 60%间，具体 的 阻值 经 后期实验测定。土壤湿度传感器 的工作原理， 如图 3示： 1度传感器电路组成 照检测电路的选择 花卉 生长的 需要光照。光照 是植物制造营养物质的源 泉 ， 是进行光合作用的必要条件。 没有光 照或光照较弱时，花 卉 的生长发育就 会 受到 明显的 影响。准确快速地测 出花卉 生长环境的光照强度， 才能 及时做出调控 ，确保 作物生长 的光照环境状态最佳 。 光电传感器是 在 光电检测系统中 ， 实现光电转换的 重要器 件 。它是用 光电 元件作为转换 器 件的传感器， 是把 光信号 (可见 、 红外及紫外光辐射 )转变为电信号的 元 件。 能够 检测直接引起光量变化的 各种 非电量，如光强、气体成分 、 辐射测温等 ;也 被 用来检测转换成光量的其他 各种 非电量。光电式传感器具有性能可靠 、非接触、响应快等 优 点。 本系统 设计 的光照检测电路采用 了 为 比较器，光电三极管作 为 感光 器