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人工气候箱模拟气候环境监控系统的设计方案

时间：2026-07-22浏览数：78

人工气候箱把无法控制的大自然环境搬进实验室，实现人为地通过计算机实施模拟自然环境中与生物生长发育有关的温度，湿度和光照三大主要因素，创造局部人工气候，寻求 各种农作物的较佳生长条件，探索其生长发展的规律，培养新品种，获取优质稳产，高产的新技术。在计算机辅助农业生产技术中，人工气候箱是农业科学研究的有效工具。
本文介绍的人工气候模拟系统由传感系统、测控电路和软件系统构成。在研制人工气候箱的过程中，广泛的应用到了传感技术和单片机技术。
气候箱内的环境主要由温度、湿度、光照三个参数来衡量。由各自的传感器来获取这三个参数，通过传感器将非电量温度、湿度和光照转换成连续变化的模拟量。这样在系统的信号采集部分设计了三个探测环境参数的探头：
1.1 温度探头
根据实际情况选用了NTH5D153A热敏电阻，它的性能参数如下：
标称电阻-15 000欧 B常数-4 100
温度系数--4.6 较大允许功率-0.56W
热时间常数-20秒 使用环境温度--30~+125℃
1.2 湿度探头
采用不用电热清洗的氧化锌-五氧化二铬陶瓷湿敏元件。该湿敏元件的电阻率几乎不随温度改变，老化现象很小，长期使用后电阻变化只有百分之几。元件的响应速度快，（0~100）%RH时，约10秒，湿度变化±20%时，响应时间仅2秒；吸湿和脱湿时几乎没有湿滞现象。
1.3 光照探头
采用硅光电池，将光照参数转换成光电流。该元件灵敏度高，稳定性好，输出电流与光亮度成线性关系。在自然光条件下，其光电流约为0.1~10mA,可经前置放大器输出完成放大和I/U转换。
2 测控电路
由于所用到的热敏电阻和湿敏电阻的电阻值相对温度变化是对数关系。为了软件设计的方便，应用对数二极管使其等间隔表示，因此，输出端都需要与对数二极管 相连。然后通过前置放大电路输出。而硅光电池的输出本身是线性度好，可直接连接前置放大器。再通过零点调节电路和灵敏度调节电路送ADC0809进行 A/D转换。通过主控芯片8031,测得的数据在这里分两路输出：一路送显示器，采用三片三位半LED显示，分别显示当前的温度、湿度、光照参数。另一路 数据通过与存储器的标准预设值比较，如果超过误差范围则反馈到控制设备如加湿器、加热管等，调节环境参数以适应实际需要。
电路各模块的组成如图1所示。
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