方輝，程權(quán)成

（渤海大學(xué) 工學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

基于單片機(jī)的蔬菜大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計

方輝，程權(quán)成

（渤海大學(xué) 工學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

針對目前溫室大棚系統(tǒng)科技水平低下的現(xiàn)象，設(shè)計基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過AT89S51單片機(jī)，首先通過傳感器分別檢測溫室大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度、溫度以及土壤中的濕度，然后通過ADC0809將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為可供單片機(jī)直接處理的數(shù)字信號，根據(jù)該信號自動執(zhí)行對遮陽網(wǎng)、通風(fēng)口和水泵的控制,以實現(xiàn)溫室大棚的智能控制。

溫室大棚；單片機(jī)；AT89S51；智能控制

溫室大棚作為一種農(nóng)業(yè)技術(shù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用非常重要，尤其是在冬季漫長的北方。光照強(qiáng)度、溫度以及土壤中的濕度等環(huán)境因素對蔬菜生產(chǎn)具有非常重要影響，然而單純的依靠人工管理并不能對出現(xiàn)的環(huán)境變化做出及時的處理，這不僅會影響到蔬菜的正常生長，同時人力資源的浪費也不可避免。對于溫室大棚的控制主要是對光照、溫度和土壤濕度等進(jìn)行的檢測和控制，只有具備了適宜的生長環(huán)境才能實現(xiàn)蔬菜的高產(chǎn)。但是，目前大多數(shù)溫室大棚均未采用智能控制系統(tǒng)。鑒于上述分析，在溫室大棚智能控制方面存在很大提升空間，為此，本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)的溫室大棚控制系統(tǒng)，實現(xiàn)溫室大棚的智能控制。

1 系統(tǒng)的整體框圖及實現(xiàn)原理

本系統(tǒng)主要包括光照檢測電路，溫度檢測電路，濕度檢測電路，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路及輸出控制電路組成，如圖1所示.該控制系統(tǒng)首先通過光照檢測電路，溫度檢測電路，濕度檢測電路探測溫室大棚內(nèi)的光照，溫度和濕度情況，該信號通過ADC0809芯片，將模擬的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，直接輸出到AT89S51單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)測得的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，若光照太強(qiáng)，則打開遮陽網(wǎng)，若溫度過高，則打開通風(fēng)口，若濕度過低，則啟動水泵，進(jìn)而實現(xiàn)溫室大棚的智能控制。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖Fig.1 System hardware block diagram

2 硬件電路

2.1 光照檢測電路

為降低成本，提高控制系統(tǒng)的性價比，采用光敏電阻構(gòu)成的電路來檢測光照強(qiáng)度，光敏電阻的電阻值與光照強(qiáng)度相關(guān)，故在設(shè)計電路圖2中，光敏電阻的兩端會產(chǎn)生一個電壓信號[1-3]，該信號輸入LM339放大處理后輸出，經(jīng)過TL084結(jié)型場效應(yīng)管輸入運算放大器進(jìn)行采樣保持濾波處理，該電路中的每一個運算放大器在單塊集成電路上使用了高電壓結(jié)型場效應(yīng)管和雙極性管，兼容了更好的匹配性，具有漂移電壓溫度系數(shù)低，輸入基極電流和輸入漂移電流小，轉(zhuǎn)換速率高的特點。

2.2 溫度檢測電路

電阻溫度探測器(RTD)是最精確的傳感器之一，可用來測量-200～+850°C之間的溫度。這種RTD實際上是一根特殊的導(dǎo)體，通常呈繞線或者薄膜螺旋管的形狀，它的電阻值隨溫度變化而變化，有良好的線性和高溫穩(wěn)定性[4]。RTD成本較低，但在使用時需要施加外部激勵，其應(yīng)用電路如圖3所示。U1和U2采用低功耗MCP601運算放大器，該器件采用先進(jìn)的CMOS技術(shù)，具有偏置電流低、運行速度快、開環(huán)增益高以及滿幅輸出等特點。Rw1，Rw2，Rw3表示導(dǎo)線電阻，U1的作用是抵消導(dǎo)線電阻帶來的測量誤差，U2起到提高增益和濾波作用。

圖2 光強(qiáng)檢測電路圖Fig.2 Light intensity detection circuit diagram

2.3 SEN0114土壤濕度傳感器

本系統(tǒng)使用SEN0114來判斷土壤中濕度的大小，使用時將其插入土壤，土壤濕度較小時，傳感器輸出值將減小，反之將增大。如圖4所示，RW表示土壤電阻，當(dāng)土壤濕度傳感器探頭懸空時，三極管基極處于開路狀態(tài)，當(dāng)插入土壤中時，隨著土壤中濕度的變換，土壤的電阻值就不同，三極管的基極就提供了隨土壤電阻值變化而導(dǎo)通的不同電流，經(jīng)過發(fā)射極的下拉電阻后轉(zhuǎn)換成模擬的電壓，由2腳輸出。

圖3 溫度檢測電路圖Fig.3 The temperature detection circuit diagram

圖4 SEN0114土壤濕度傳感器電路圖Fig.4 SEN0114 sensor of soil humidity circuit diagram

2.4 ADC0809電路設(shè)計

由于光照，溫度和濕度的輸出信號均為模擬的電信號，不能供單片機(jī)直接處理，故需要ADC0809將模擬的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。將單片機(jī)的/RD和P2.7相或非后的控制信號接到 OE，故 ADC0809的控制地址為 7FFFH，選中ADC0809芯片后可由單片機(jī)的讀寫控制信號對其進(jìn)行操作，其中，OE為允許輸出信號，上升沿有效.同時將START、ALE連接到一起，接收單片機(jī)/WR和P2.7相或非后的控制信號，其中，START為“啟動脈沖”輸入線，上升沿清零，下降沿啟動ADC0809工作，ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。將EOC經(jīng)反相器反相后接入單片機(jī)的外部中斷1輸入引腳，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時便產(chǎn)生一個中斷信號，單片機(jī)讀走轉(zhuǎn)換結(jié)果，其中，EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線高電平表示AD轉(zhuǎn)換已結(jié)束[3，5-7]。地址輸入線分別為A、B、C，共3條，用于選擇IN0-IN7上哪一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。本電路中A、B、C分別與D0、D1、D2相連。

圖5 ADC0809電路圖Fig.5 Circuit diagram

2.5 控制輸出電路設(shè)計

該電路的主要功能是根據(jù)測得的光強(qiáng)信號，溫度信號和土壤濕度信號分別對遮陽網(wǎng)，通風(fēng)口和水泵進(jìn)行控制，其中，遮陽網(wǎng)和通風(fēng)口的開關(guān)由電機(jī)傳動實現(xiàn)。這里由單片機(jī)控制通過繼電器來實現(xiàn)對遮陽網(wǎng)電機(jī)，通風(fēng)口電機(jī)和水泵的電源控制，進(jìn)而實現(xiàn)其控制目標(biāo)。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖Fig.6 The main porgram flow chart

主程序的流程設(shè)計如圖5所示，首先，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后采集溫室大棚內(nèi)的光照，溫度和濕度信號，通過A/D轉(zhuǎn)換程序?qū)邮盏降膫鞲衅餍盘栠M(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號經(jīng)過單片機(jī)計算處理后輸出控制信號，實現(xiàn)對遮陽網(wǎng)，通風(fēng)口及水泵的控制，進(jìn)而實現(xiàn)溫室大棚的智能控制。

4 結(jié)論

針對溫室大棚控制，本系統(tǒng)有效結(jié)合傳感器技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)[8-10]，能夠?qū)庹?，溫度以及濕度進(jìn)行檢測，并實現(xiàn)對其的自動控制。硬件設(shè)計過程中采用模塊化設(shè)計思想，提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)所用器件的選擇均已性能穩(wěn)定、廉價為原則，故所需成本較低，具有較高的性價比。

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Design of the vegetable greenhouses smart control system based on MCU

FANG Hui，CHENG Quan-cheng
（The Engineering Institute of BoHai University,Jinzhou 121001,China）

A novel smart control strategy is proposed based on the MCU of AT89S51 for the phenomenon that vegetable greenhouses have low technology.During the whole system operation,the light intensity detection circuit detect the signal of lighting,temperature and moisture via the sensor.The detection signal can be transformed into the digital signal that can be processed directly by ADC0809,and the MCU can execute the sunshade net,vent and water pump control automatically by the sensor signal.Finally,the purpose of the vegetable greenhouses smart control can be realized.

vegetable greenhouses;SCM;AT89S51;smart control

TP399

A

1674－6236（2015）07-0001-03

2014-07-09 稿件編號：201407061

遼寧省社會科學(xué)基金（L12BTQ002）

方 輝(1980—)，男，遼寧鞍山人，碩士，實驗師。研究方向：自動化控制，計算機(jī)。