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第1章 绪论
1. 1课题背景
随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。
1 .2国内外温室控制技术发展概况
温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。
花博会
国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段:
① 手动控制。这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构，他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。
② 自动控制。这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时作出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。
③ 智能化控制。这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。
1.3 立题的目的和意义.
温室是观赏植物栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类观赏花卉对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，以提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。先编制出温室花卉各生育阶段最适环境条件的管理程序表，存储于电子计算机的记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正各栋温室内的参数，并给终端控制系统指令。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现温室环境调节。该系统可自动控制加热、降温、通风。根据需要，通过按键将温度信息输入MCU，根据情况可随时调节环境。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施栽培高新技术的体现。
本文将使用8051型单片机对温度及湿度控制的基本原理实例化，利用现有资源设计一个实时控制花房内的温度及湿度的花房温湿度控制系统。目的是利用毕业设计的这段时间学习一种利用8051型单片机对花房温湿度进行控制的方法。
1.4 、系统功能及操作说明
温度的检测及控制通过单片机来实现，用温度传感器DS18b20检测当前温度，用三位数码管显示当前温度值，通过按键可设置温度上限，温度下限，并保存到存储器中。当温度高于上限时，系统通过继电器控制外设给温室降温；当温度低于下限时，系统通过继电器控制外设给温室加温。
湿度检测及控制通过模拟电路实现，当湿度高于设定值时，驱动通风设备，降低湿度。湿度控制值通过改变电阻Rx的值来调整。
第2章、温度控制系统分析与设计。
2.1、系统中的温度传感技术
传感器技术是信息社会的重要技术基础，传感器的品种、数量、质量和技术水平直接决定了信息技术系统的功能和质量。
传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并通过电路或装置使之按照一定规律转换成与之对应的输出信号。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获或转换，一切准确的测试与控制都将无法实现。在高档传感器中，智能传感器由于可将传感器模拟量输出数字化(对执行器则为数字量变为模拟量接入执行器)，近几年尤其受到用户的青睐。数字智能传感器主要由传感器、微处理器(或微计算机)及相关电路组成。
2.1.1 传感器的选择
农业设施中最基本的条件就是温度、湿度、CO2浓度、光照、水压等环境条件及植物生长量、气孔开闭、植物营养状况等生物条件。用户可根据具体情况灵活选用，因此应选用相应的温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、光照度传感器，以及相应的生物传感器。选用的原则是：实用、经济、标准、耐用。即根据具体设施必须监测的条件，选用适合的传感器；鉴于我国经济的实际情况，选用传感器价位较低；同时传感器的监测参数必须符合一定的标准，且使用寿命较长。
2.1.2．一线式数字温度传感器DS18B20
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。
ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
图2 DS18B20的内部结构
图3 DS18B20的管脚排列
（a）初始化时序
（b）写时序
（c）读时序
图4 DS18B20的工作时序图
DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。
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温度值低字节
MSBLSB
温度值高字节
高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下：
MSBLSB
R1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。
高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。
3DS18B20的工作时序
DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图4（a）（b）（c）所示。
主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，可写出完成一次转换并读取温度值子程序RD_TEMPER。（见附录程序部分）
2.2、系统显示部分。
用三位数码管显示当前温度值，温度范围为-50℃~~90℃。第一个数码管显示符号，温度为负时，显示“-XX”，温度为正时显示“0XX”。按设置键可对控制温度的上下限设置，按一下进入上限设置状态，可通过按加、减键来调整上限值。再按一下设置键进入下限设置状态，可通过按加、减键来调整下限值。再按设置键，返回当前温度显示状态。在上下限设置状态，无任何按键，30秒后自动返回前温度显示状态。
在单片机系统中，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。
2.3八段LED显示器
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