人工氣候箱是 把無法控制的大自然環境搬進實驗室，實現人為地通過計算機實施模擬自然環境中與生物生長發育有關的溫度，濕度和光照三大主要因素，創造局部人工氣候，尋求 各種農作物的最佳生長條件，探索其生長發展的規律，培養新品種，獲取優質穩產，高產的新技術。在計算機輔助農業生產技術中，人工氣候箱是農業科學研究的有效工具。
本文介紹的人工氣候模擬系統由傳感系統、測控電路和軟件系統構成。在研制人工氣候箱的過程中，廣泛的應用到了傳感技術和單片機技術。
氣候箱內的環境主要由溫度、濕度、光照三個參數來衡量。由各自的傳感器來獲取這三個參數，通過傳感器將非電量溫度、濕度和光照轉換成連續變化的模擬量。這樣在系統的信號采集部分設計了三個探測環境參數的探頭：
1.1 溫度探頭
根據實際情況選用了NTH5D153A熱敏電阻，它的性能參數如下：
標稱電阻-15 000歐 B常數-4 100
溫度系數--4.6 最大允許功率-0.56W
熱時間常數-20秒 使用環境溫度--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，老化現象很小，長期使用后電阻變化只有百分之幾。元件的響應速度快，（0~100）%RH時，約10秒，濕度變化±20%時，響應時間僅2秒；吸濕和脫濕時幾乎沒有濕滯現象。
1.3 光照探頭
采用硅光電池，將光照參數轉換成光電流。該元件靈敏度高，穩定性好，輸出電流與光亮度成線性關系。在自然光條件下，其光電流約為0.1~10mA,可經前置放大器輸出完成放大和I/U轉換。
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關系。為了軟件設計的方便，應用對數二極管使其等間隔表示，因此，輸出端都需要與對數二極管 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。再通過零點調節電路和靈敏度調節電路送ADC0809進行 A/D轉換。通過主控芯片8031,測得的數據在這里分兩路輸出：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。另一路 數據通過與存儲器的標準預設值比較，如果超過誤差范圍則反饋到控制設備如加濕器、加熱管等，調節環境參數以適應實際需要。
電路各模塊的組成如圖1所示。
圖1 測控電路的組成原理
溫度模擬自然環境中一天24小時溫度變化規律，把一年四季不同時間的溫度值預設在存儲器中，誤差為±0.5℃。在主控在測得環境溫度與標準溫度相比，差值越過±0.3℃時，執行加熱/制冷，實現反饋控制。
由濕度傳感器檢測濕度值實際是氣候箱內的相對濕度，自然環境中的相對濕度一般在30%~80%之間。環境相對濕度低于預設標準相對濕度1%時，由8031啟動加濕器；反之啟動干燥風扇進行風干。
采用模擬光源，可按要求（春，夏，秋，冬）設定光照時間。照度按模擬自然規律變化。采用與陽光光譜接近的可調亮度多個白熾燈組合光源，按設定時間開/關各組光源，模擬自然光由弱→強→弱→暗→弱，周而復始。其開關時間及亮度均由單片機控制。
3 模塊化程序設計
結合硬件電路的設計，對環境參數的調節由軟件控制，以達到模擬自然環境的效果。軟件設計中加入了以下任務：
（1）調換標準溫度、濕度、光照參數；
（2）數據采樣、濾波及處理；
（3）鍵盤輸入及顯示輸出功能；
（4）報警功能；
（5）實時時鐘計時功能。
在總體設計的的程序模塊基礎上，注入采用中斷服務程序，子程序調用或直接相連等，各模塊程序的結構如圖2所示。
圖2 人工氣候箱應用軟件結構框圖
4 結束語
本系統經過長期測試和觀察，運行良好，對人工氣候箱的各種參數設定計累了一定的經驗，對指導科學農業有一定的實際意義。隨著傳感器和計算機技術的進步，以及對氣候認識模型的進一步深化，人工氣候箱的設計將更加接近真實自然效果。