发布时间 : 星期二 文章基于单片机的CO2浓度检测与显示系统设计更新完毕开始阅读3ed59ad2b04e852458fb770bf78a6529647d355f
西安建筑科技大学课程设计（论文）
1绪论
1.1研究目的和意义
随着社会经济的发展，人们生活水平普遍提高，对空气品质要求也不断提高，特别是大中城市空气污染严重。二氧化碳气体对人和人农作物的生活生长起着非常重要的作用。所以言之CO2研究检测装置是非常必要的，对我们人的健康和农作物的生长考价值，不同植物对CO2的浓度需求也不尽相同。
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。
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、温度以及湿度进行有效、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。
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。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
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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。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。
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，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。 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，通过人工操作加热、加湿、通风和降温来控制温湿度。因此，以上产品的推广使用价值仍然不大。
总体上说，我国自行开发的温室测控系统其技术水平和调控能力与发达国家还有一定的差距。而我国综合环境测控技术的研究刚刚起步，目前仍然停留在研
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究单个或少量环境因子调控技术的阶段，而实际上，温室内的光照度、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境因素，都是在相互影响、相互制约的状态中对作物的生长产生影响的，环境要素的空间变化、时间变化都很复杂。因此，我们应该根据我国的国情研制出适合我国农业的发展的仪器仪表，并在农业设施中广泛推广。
1.3课题的主要内容及研究意义
为适应农业发展的需要,根据以上分析存在的问题，本论文设计了基于单片机的二氧化碳浓度、温湿度检测系统。该系统在设计过程中充分考虑到性价比，选用价格低、性能稳定的元器件，可实现对大棚内二氧化碳浓度、温湿度的在线实时检测。还设计了通信系统，单片机实时监测大棚内的二氧化碳浓度、温湿度，当二氧化碳浓度、温湿度超过设定的上、下限时，单片机通过与温室主机进行通信来打开相应的执行机构，实现对二氧化碳浓度、温湿度的调控，从而使得大棚内的参数在适合作物生长的范围内。
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2系统总体方案的设计
2.1系统设计特点和设计思路
2.1.1系统设计特点
CO2浓度测量是指从CO2传感器或其它待测设备等模拟或数字被测单元中自动采电量或非电量信号输出。目前，我国大部分地区测量CO2浓度的方式有两种，一种使用有线的控制方式，另一种使用无线控制方式。有线接线麻烦，且接收温度点用线固定，不能随意移动，接收参数读取不易；无线成本比有线高，在设计时较容易。
本次设计采用有线方式测量温度，有线测量的终端设备可以根据测量者的需求选择位置，有线方式抗干扰能力强。大部分CO2浓度测量系统都是采用工控机或PLC方案，价格昂贵。在系统的设计过程中要充分考虑经济性，减少温室设计中的各种成本，这在选择方案上具有较为深远的意义，因此本设计基于STC89C52RC单片机的CO2浓度测量系统。 2.1.2设计思路
本课题设计的是一种以STC89C52单片机为主控制单元，以CO2浓度传感器的组成测量控制系统。
本设计主要针对空气中二氧化浓度的检测采用二氧化碳浓度传感器TGS4160，TGS4160检测到的二氧化碳浓度信号经过模拟变送模块后，送入A/D转化器转化为数字信号后送入单片机处理。
检测器是以单片机为核心的，整个检测器系统包括主模块、数据采集与处理模块、模数转换模块、输出控制模块和显示模块等。数据采集与处理模块能够完成二氧化碳浓的模拟量的采集和处理，结果送数据存储器，输出控制模块主要负责显示控制。 系统总体框图如图2-1所示。
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