基于单片机的二氧化碳红外检测仪设计.docx

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基于单片机的二氧化碳红外检测仪设计

基于单片机的二氧化碳红外检测仪设计

摘要

随着社会经济的发展，人们生活水平普遍提高，瓜果、蔬菜及花卉的社会需求数量和品质要求也不断提高，特别是大中城市需要周年供应新鲜蔬菜，因此农业温室得到迅速发展。

二氧化碳气体对农作物的生长起着非常重要的作用。

近些年来，我国北方农村形成了以日光温室为主导的农业产业化，因此，为二氧化碳的增施创造了有利的条件。

由于不同作物所需的二氧化碳浓度不同，在二氧化碳的增施中又难于控制对其量的排放，所以研制二氧化碳浓度检测器并用于日光温室的农业生产，对提高农业科技含量，促进农业增收，农民增收具有深远的意义。

本论文主要针对温室内二氧化碳浓度、温度以及湿度，设计了日光温室检测系统。

综合考虑系统的精度、稳定性以及经济性要求这三个方面之后，确定以AT89S52单片机为控制核心，选用性价比比较高的传感器，来实现对二氧化碳浓度、温湿度的准确检测。

针对不同的参数，可以通过键盘人为设定作物所期望的上、下限值。

当单片机检测到二氧化碳浓度、温湿度有任何一个参数越限时，则启动声光报警，这时检测人员通过主机打开相应的执行机构进行补偿。

检测器可以通过RS-232实现和温室主机的串行通讯。

本系统具有易于操作、运行可靠、便于扩充等特点。

该系统考虑到温室环境的复杂性增加传感器实现多点多目标因子的检测。

系统体积小，操作非常简单，灵活性强，针对不同环境、不同作物的不同要求，可以随时随地修改极限报警值，人机界面友好。

该系统具有功能强成本低的特点，适合在各种温室或塑料大棚进行环境因子检测。

关键词：

日光温室，二氧化碳浓度，温湿度，单片机，测控

DesignofcarbondioxideinfrareddetectorbasedonMCU

Abstract

Asourcountryrealizesthecomparativelywell-offlevelbasically,people'slivingstandardsgenerallyimprove,especiallytheLargeandmediumcitiesneedtosupplythefreshvegetablesinanniversary,ThisneedstodevelopproductionofthegreenhouseCarbondioxideoncropgrowthandplaysaveryimportantrole.Inrecentyears,theruralnorthChinahaveformedagreenhouse-ledindustrializationofagriculture,therefore,appliedfortheincreaseofcarbondioxidecreatedfavorableconditions.Becausedifferentcropsneeddifferentcarbondioxideconcentrations,thegrowthincarbondioxideitdifficulttocontrolitsfacilitiesintheamountofemissions,socarbondioxidedetectordevelopedandusedingreenhouseagricultureproduction,raiseagriculturalscienceandtechnologytopromoteagriculturalincomeandfarmersincreaseoffar-reachingsignificance.

Thisthesispresentsthemeasuringandcontrollingsystemabouttemperature,humidityandcarbondioxide'sdensityinthegreenhouse,composedofhostPCandsecondaryMCU.Consideringtheaccuracyandeconomical,thisthesisdesignAT89S52asthecorecontrolapparatus,andchoosethesensorswithhighrationbetweenperformanceandcost.itachievedaccuratemeasurementandaccuracycontrol.Whentheparameterhasexceededthelimit,includingtemperature,humidityandcarbondioxide'sdensity,thesingle-chipmicrocomputersactivatetheaudibleandvisualalarm.Atthesametime,thesingle-chipmicrocomputerscontrolthesolidstaterelaytoactuatemechanismforcompensation.Fordifferentparameters,wecanusekeyboardtosettheanticipantrangeofthecrop.ThesecondarycomputercommunicatewiththehostcomputerthroughRS232.

Thissystemiseasytooperate,reliable,easytoexpandandsoon.Thesystemtakingintoaccounttheincreasedcomplexityofthegreenhouseenvironmenttoachievemulti-pointmulti-sensortargetofcytokines.Systemissmall,theoperationisverysimpleandflexiblefordifferentenvironments,differentrequirementsofdifferentcropscanbemodifiedatanytimelimitalarmvalue,friendlyinterface.Thesystemhaspowerfulfunctionandlowcost,suitableforgreenhouseorplastictunneltestingofenvironmentalfactors.

Keywards:

greenhouse;temperature;humidity;carbondioxide;single-chipmicrocomputer

1绪论

1.1研究目的和意义

目前，随着日光温室的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对温室的自动化程度要求也越来越高。

中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是日光温室已经成为高效农业的一个重要组成部分。

现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。

例如：

二氧化碳浓度、空气的温度、湿度等。

在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。

以日光温室为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。

温室内的二氧化碳浓度参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。

国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。

而当今大多数对温室二氧化碳浓度的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。

因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节温室内二氧化碳的浓度，使大棚内形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。

由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。

本论文提出一种以AT89S52单片机为核心的检测器，主要是为了对日光温室内二氧化碳浓度进行有效、可靠地检测而设计的。

1.2国内外发展状况

1.2.1国外发展现状

西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。

20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。

随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展【1】【2】。

特别是二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化【3】【4】。

80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段【5】。

目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准【6】。

温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。

计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制【7】【8】，一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向发展。

1.2.2国内发展现状

我国现代温室技术起步较晚，70年代以来，政府大力发展以塑料大棚、节能日光温室为主的设施农业，促进了农村经济的发展和缓和了蔬菜季节性短缺矛盾。

与此同时，从1979年至1994年，从欧美、日本等国家引进了一系列现代化温室进行实验研究。

引进的温室与我国传统温室比较，其空间大，便于进行机械作业，生产率与资源利用率比较高，为我国温室的发展提供了借鉴作用。

但这些温室也存在着许多不足之处，主要表现在：

1.价格昂贵，国内农业生产目前难以接受。

2.缺乏与我国气候特点相适应的温室测控软件。

目前我国引进温室的测控系统大多投资大、运行费用过高，并且测控系统中所侧重考虑的环境参数与我国的气候特点存在矛盾。

3.控制方式比较简单，软件实现模式固定，不能进行功能扩展【9】。

随后在我国出现了一些国外的仿造产品，但均没有面向我国广大农村现有的1000万亩传统温室的改造工程。

所以，传统的方法，人们主要还是采用温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，