摘  要：本设计是以温室内的温度和湿度作为被控对象，采用单片机AT89C51作为系统的控制核心，能够实现人工设定，自动控制，实时显示等功能。设计采用温度传感器LM35和湿度传感器HM1500分别对温室内的温度和湿度进行测量，通过单片机AT89C51分别与温度传感器LM35和湿度传感器HM1500通讯后，获得实时温度值和湿度值，并利用单片机内部程序实现对被控量的控制。对被控对象进行人工设定，并在LED上显示其实时值。若当前测量值不在设置范围值之内时，系统则通过继电器的导通来控制相应装置工作，最后使被控对象保持在设定范围值内。因为继电器可以使强电与弱电隔离，所以系统的安全性能提高。
　　关键词：温室;温度;湿度;单片机;控制;
　　文章编号：1674-3520（2015）-11-00-01
　　温室是通过人为的控制与管理，创造适宜作物生长的环境条件。根据作物对各个环境要素相互协调的关系，确定适合作物生长的条件范围，当某一要素发生变化，不在此范围内时，一些装置就要对该要素做出相应地调整，最终将要素恢复到所确定的范围内。这样可以提高作物的产量和质量，能带来可观的经济效益，所以现在温室技术被广泛普及。我国作为一个农业大国，温室技术的发展缺比较晚与国外的技术相比有很大差距。这主要是我国温室技术兴起的比较晚的缘故。为了提高这方面的技术，在自70年代末起，我国先后从日本、美国、荷兰和保加利亚等国引进了不下40套的现代化温室成套设备，虽然引进的这些温室设备技术领先、设备先进，但在我国的使用过程中还存在着较为严重问题，主要是由于我国自然气候的特点和引进的设备不能相符合，导致设备不能發挥起作用，加上设备的可改动性不大，因而很难达到设备对温室内温度、湿度等因素的合理控制。经过多年来的研究和实验，我国的温室大棚技术发展到现在，已经形成了比较完整和全面的体系。
　　一、系统的组成及工作原理
　　根据题目要求，系统的硬件组成可以分为以下几部分：信号采集，信号转换与处理，数码LED显示器，按键设置，继电器控制，电源。其中信号的采集部分又包括温度传感器的采集，湿度传感器的采集两个方面;信号转换与处理部分又包括模拟量与数字量的转换，单片机的控制与EEPROM存储器扩展。系统原理框图，如图2-1所示。
　　图1-1系统原理框图
　　首先对系统进行初始化，之后通过按键设定温度和湿度的范围值，这时该系统可以正常工作了。由温度传感器和湿度传感器采集到的信号经过处理，通入A/D转换器中转换成相应的数字量，送入单片机，经简单的I/O口扩展电路和CD4511驱动LED显示数值，之后单片机会根据内部的程序对送入的数值进行比较，如果送入的数值在设定的范围值内时，则系统从新开始执行以上的过程;若送入的数值不在设定的范围值内时，系统则通过继电器的导通来控制相应装置工作，最后让温度和湿度保持在设定的范围值内，再重新执行以上的过程。其中的增温装置可以采用加热器或暖风机等;减温装置可以采用通风窗等;增湿装置可以采用喷雾水泵等;降湿装置可以采用通风窗等。
　　二、系统硬件电路的设计
　　传感器的选择。传感器是实现测量与控制的首要环节，是系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的采集，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。
　　（一）温度传感器的选择
　　方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。
　　铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200℃～650℃。
　　铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工;但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50℃～180℃测温，其允许误差为-50℃～100℃。
　　方案二：采用LM35。LM35是美国国家半导体公司（NSC）生产的3端子电压输出型单片精密集成电路温度传感器。其输出电压与摄氏温度线性成比例，因而LM35有优于开尔文标准的线性温度传感器。在常用的室温的条件下，LM35无需外部校准或微调就能到达±1/4℃的准确率，在-55℃～+150℃温度范围内为±3/4℃，LM35的额定工作温度范围为-55℃～+150℃。它具有功耗小、量程宽等优点。
　　综合比较方案一与方案二，本设计选择方案二更为适合。
　　（二）湿度传感器的选择
　　方案一：采用电阻式湿度传感器MSC-2湿敏电阻。MSC-2湿敏电阻传感器是利用大气中含水蒸气量变化引起电阻值变化的原理，来检测大气中的湿度。在中湿度的范围40%～90%RH，特别是在常温25±15℃时，检测出80%～95%RH范围里，MSC-2湿敏电阻传感器容易潮解变坏。由于传感器的电阻值随温度而变化，而且要有温度补偿措施。MSC-2湿敏电阻传感器一般在常温或温度变化不大的条件下使用，且价格较低。
　　方案二：采用选用HM1500。在基于HS1101简单电容性湿度传感器的基础上，HM1500的测量值直接以线性电压的形式输出;工作温度范围为-30℃～60℃;测量湿度范围为0～100%RH，精度达到±3%RH;供电电压为5V;可输出DC电压为1～4 V。采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度成比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，可靠性高，重复性好，抗污染能力强。
　　由于HM1500湿度传感器的精度较高，测量范围大，反应时间较快，温度依赖性比较低，长期稳定性能好，用户使用方便，价格实惠，是性价比极高的一款集成湿度传感器，所以本设计采用HM1500作为湿度测量传感器。