北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 馬子豪 耿瑞芳 劉宇航 高 朔 李鎵丞

基于C8051單片機的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)研究

北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 馬子豪 耿瑞芳 劉宇航 高 朔 李鎵丞

基于C8051F020單片機設(shè)計一套空氣濕度控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)的空氣濕度。利用AM1001濕度傳感器檢測溫室內(nèi)的空氣濕度，并將其值傳給C8051F020單片機，由單片機編程對空氣濕度進行處理及調(diào)控，再通過安裝在BTF020開發(fā)板上的液晶顯示屏實時顯示溫室大棚內(nèi)的濕度值。試驗結(jié)果表明：該空氣濕度控制系統(tǒng)能夠?qū)厥掖笈飪?nèi)的空氣濕度控制在50±5%RH，滿足控制要求。

溫室大棚；濕度控制器；C8051F020單片機

1 引言

溫室大棚作物種植是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步成熟與發(fā)展，溫室大棚的智能控制也開始發(fā)展。在影響溫室大棚里農(nóng)作物生長的四大因素如光照、溫度、濕度、二氧化碳等中，空氣濕度是至關(guān)重要的因素，因此實現(xiàn)溫室大棚空氣濕度的自動控制是使溫室大棚種植物達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的主要任務(wù)。本文基于C8051F020單片機設(shè)計了一套農(nóng)業(yè)溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)溫室大棚的空氣濕度。

2 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1 空氣濕度控制系統(tǒng)的功能與指標(biāo)

本文設(shè)計的空氣濕度控制系統(tǒng)的主要功能是：對溫室大棚內(nèi)空氣濕度進行采集、處理控制和顯示，從而對大棚內(nèi)的濕度進行調(diào)節(jié)，使大棚內(nèi)的種植物茁壯成長，以便收到良好的經(jīng)濟和社會效益。

該空氣濕度控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下：濕度期望值為50± 5%RH，死區(qū)為[-3，+3]。

2.2 空氣濕度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本文基于C8051F020單片機構(gòu)成空氣濕度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成框圖見圖1。

圖1 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖

該濕度控制系統(tǒng)主要包括濕度采集模塊、濕度控制模塊、執(zhí)行模塊、LCD液晶屏顯示模塊。

3 空氣濕度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文設(shè)計的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)包括濕度檢測、濕度控制、執(zhí)行部分和濕度顯示四部分。濕度檢測部分用的是AM1001濕敏電阻型濕度傳感器，控制部分硬件選C8051F020單片機作為控制器，執(zhí)行部分為加濕水泵及除濕排風(fēng)扇，顯示部分選取BTF020開發(fā)板上的1602LCD顯示屏。

基于C8051單片機的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)電路原理圖見圖2。

圖2 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)電路原理圖

圖2(c)中的B、C端分別連接圖2(b)水泵的1、2端子，連接圖2(b)換氣扇1、2端子的中間電路電路圖與圖2(c)類似，但所用單片機的I/O端口為P1.6。

4 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

空氣濕度控制系統(tǒng)工作過程：濕度傳感器檢測到溫室大棚內(nèi)的濕度信息，并傳到濕度控制器C8051F020單片機，單片機按照預(yù)先編寫好的控制程序?qū)z測到的濕度信號進行分析處理：當(dāng)濕度RH≤47%時，開啟水泵電機進行加濕，使空氣濕度上升；當(dāng)濕度RH≥53%時，開啟排風(fēng)扇除濕，使空氣濕度下降；當(dāng)47%＜濕度RH＜53%時關(guān)閉水泵和排風(fēng)扇，停止加濕和除濕。因為在信號傳輸?shù)倪^程中涉及到信號的實時傳送和控制，所以在調(diào)節(jié)過程中要充分考慮到單片機的時鐘問題，這樣才能使單片機及時地向排風(fēng)扇或水泵發(fā)送控制信號，以便及時調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)的濕度。

控制程序流程圖見圖3。

圖3 溫室大棚空氣濕度控制程序流程圖

5 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)投運

將研發(fā)的農(nóng)業(yè)溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)安裝在某溫室大棚中進行投運，圖4是該溫室大棚內(nèi)一天中從早上七點半到晚上十點半的濕度測量值，每隔半小時記錄一次。

圖4 某溫室大棚內(nèi)一天的空氣濕度變化曲線（每隔半小時記錄一次）

由圖(b)可以看出，使用該控制系統(tǒng)后，溫室大棚內(nèi)的空氣濕度能夠控制在50±5%RH，滿足控制要求。

6 結(jié)論

本文研發(fā)的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)功能較完善、性價比高，能夠較好地解決溫室大棚內(nèi)的空氣濕度調(diào)節(jié)問題，使溫室大棚種植物達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，以較少的資金投入獲得較大的經(jīng)濟效益。試驗結(jié)果表明：該空氣濕度控制系統(tǒng)能夠?qū)厥掖笈飪?nèi)的空氣濕度控制在50±5%RH，滿足控制要求。

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耿瑞芳。

本文由北京聯(lián)合大學(xué)“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新項目經(jīng)費資助，項目編號：201511417SJ101。