人工氣候箱模擬氣候環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案

    人工氣候箱把無法控制的大自然環(huán)境搬進實驗室，實現(xiàn)人為地通過計算機實施模擬自然環(huán)境中與生物生長發(fā)育有關(guān)的溫度，濕度和光照三大主要因素，創(chuàng)造局部人工氣候，尋求 各種農(nóng)作物的優(yōu)良生長條件，探索其生長發(fā)展的規(guī)律，培養(yǎng)新品種，獲取優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)，高產(chǎn)的新技術(shù)。在計算機輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中，人工氣候箱是農(nóng)業(yè)科學研究的有效工具。
本文介紹的人工氣候模擬系統(tǒng)由傳感系統(tǒng)、測控電路和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。在研制人工氣候箱的過程中，廣泛的應(yīng)用到了傳感技術(shù)和單片機技術(shù)。
氣候箱內(nèi)的環(huán)境主要由溫度、濕度、光照三個參數(shù)來衡量。由各自的傳感器來獲取這三個參數(shù)，通過傳感器將非電量溫度、濕度和光照轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬量。這樣在系統(tǒng)的信號采集部分設(shè)計了三個探測環(huán)境參數(shù)的探頭：
1.1 溫度探頭
根據(jù)實際情況選用了NTH5D153A熱敏電阻，它的性能參數(shù)如下：
標稱電阻-15 000歐 B常數(shù)-4 100
溫度系數(shù)--4.6 最大允許功率-0.56W
熱時間常數(shù)-20秒 使用環(huán)境溫度--30~+125℃
1.2 濕度探頭
采用不用電熱清洗的氧化鋅-五氧化二鉻陶瓷濕敏元件。該濕敏元件的電阻率幾乎不隨溫度改變，老化現(xiàn)象很小，長期使用后電阻變化只有百分之幾。元件的響應(yīng)速度快，（0~100）%RH時，約10秒，濕度變化±20%時，響應(yīng)時間僅2秒；吸濕和脫濕時幾乎沒有濕滯現(xiàn)象。
1.3 光照探頭
采用硅光電池，將光照參數(shù)轉(zhuǎn)換成光電流。該元件靈敏度高，穩(wěn)定性好，輸出電流與光亮度成線性關(guān)系。在自然光條件下，其光電流約為0.1~10mA,可經(jīng)前置放大器輸出完成放大和I/U轉(zhuǎn)換。
2 測控電路
由于所用到的熱敏電阻和濕敏電阻的電阻值相對溫度變化是對數(shù)關(guān)系。為了軟件設(shè)計的方便，應(yīng)用對數(shù)二極管使其等間隔表示，因此，輸出端都需要與對數(shù)二極管 相連。然后通過前置放大電路輸出。而硅光電池的輸出本身是線性度好，可直接連接前置放大器。再通過零點調(diào)節(jié)電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路送ADC0809進行 A/D轉(zhuǎn)換。通過主控芯片8031,測得的數(shù)據(jù)在這里分兩路輸出：一路送顯示器，采用三片三位半LED顯示，分別顯示當前的溫度、濕度、光照參數(shù)。另一路 數(shù)據(jù)通過與存儲器的標準預(yù)設(shè)值比較，如果超過誤差范圍則反饋到控制設(shè)備如加濕器、加熱管等，調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)以適應(yīng)實際需要。
電路各模塊的組成如圖1所示。