王麗麗 韓學堯 王然升

摘要：本文主要介紹以IAP15F2K61S2單片機為核心，以溫度、濕度等傳感器為主要外圍元件的大棚自動監(jiān)測控制系統(tǒng)。詳細的介紹了系統(tǒng)的設計方案、設計原理和特點等問題。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對大棚的溫濕度、光照度、土壤濕度和CO2濃度等參數(shù)的實時監(jiān)測，并由單片機進行實時控制，從而使蔬菜生長環(huán)境實現(xiàn)自動控制，節(jié)省了人力，提高了控制質量產生了良好的經濟效益，不僅具有廣闊的市場前景，而且具有巨大的社會效益。

關鍵詞：智能大棚；單片機；監(jiān)測控制

一、概述

近年來，移動通信技術已經實現(xiàn)了全國聯(lián)網和漫游，且網絡覆蓋范圍大、性能穩(wěn)定。本設計是基于現(xiàn)有GSM短信息功能的大棚自動控制系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有網絡，無需單獨組網，運行安全穩(wěn)定。

智能溫室是近幾年逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效設施農業(yè)技術，它是在普通日光溫室的基礎上，結合現(xiàn)代化計算機技術、智能傳感技術等高科技手段發(fā)展起來的，是集農業(yè)科技上的高、精、尖和計算機自動控制技術于一體的先進農業(yè)生產設施，是現(xiàn)代化農業(yè)科技向產業(yè)轉化的物質基礎。伴隨著GSM網絡發(fā)展，智能大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)已經開始廣泛應用于溫室大棚智能化管理中。

二、智能大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)設計原理

本系統(tǒng)是利用IAP15F2K61S2單片機把傳感器采集的有關參數(shù)轉換為數(shù)字信號，并把這些數(shù)據暫存起來，與給定值進行比較，經一定的控制算法后，給出相應的控制信號進行控制。系統(tǒng)還可以經過串行通信接口將數(shù)據傳送至上位機，從而完成數(shù)據管理、智能決策、歷史資料統(tǒng)計分析等更為強大的功能，并可以對數(shù)據進行顯示、編輯、存儲及輸出。

環(huán)境檢測由AM2301數(shù)字式溫濕度傳感器、MQ-2煙霧傳感器和YL-38光強傳感器等組成，分別檢測溫室大棚的空氣溫濕度、煙霧濃度、光照度。通過這些外圍傳感器進行數(shù)據采集，并將采集到的數(shù)據顯示在液晶12864上，當檢測到用戶的狀態(tài)請求時，主控通過GSM模塊將信息發(fā)送到用戶手機上。在待機狀態(tài)下，主控不斷監(jiān)測鍵盤或GSM的控制指令，根據不同的指令控制相應的繼電器，控制通風、噴灌和加熱等裝置。

三、智能大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)設計方案

（1）空氣溫度測量。溫度傳感器的種類多，選擇余地大，本系統(tǒng)采用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器。AM2301是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，能夠確保產品具有極高的可靠性與卓越的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)中，AM2301將數(shù)據直接送入IAP15F2K61S2，通過單片機內部的10位A/D采集信號，設置為第1路信號，精確到0.5℃，可滿足應用要求。

（2）空氣濕度測量。采用AM2301的濕度測量模塊，調理后，送入主控芯片，設置為第2路信號。由于AM2301有0.70%RH的溫度系數(shù)，在信號調理電路中進行了溫度補償，在35%～85%RH范圍內可精確到2%RH。

（3）土壤濕度。土壤水分傳感器采用不銹鋼管和一段鋼絲制成，長20cm，不銹鋼管和鋼絲之間留1cm的距離并保持平行放置，將二者用絕緣材料固定。通過測量不銹鋼管和鋼絲之間的電阻來測量土壤水分，采用電阻橋和運算放大器OP07調到0～5V的范圍，再經過模數(shù)轉換器送入單片機。

（4）煙霧測量。采用煙霧傳感器，通過電位器設定煙霧指標補償，然后送入單片機的I/O，經濾波處理后，判斷是否達到設定閾值，實現(xiàn)報警。

（5）通信模塊。采用TC35i通訊模塊，充分利用現(xiàn)有網絡，無需單獨組網，運行安全穩(wěn)定，結構簡單、運行靈活、經濟可靠。而且可以實現(xiàn)遠程控制（跨省、跨區(qū)域）。另外，還采用ZigBee模塊用于實現(xiàn)上位機與大棚之間的通訊，節(jié)省成本，操作簡單。

（6）控制功能及實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，主機通過接受鍵盤或GSM的控制信號來控制相應的繼電器驅動電路，由繼電器來控制通風、噴灌、加熱和卷簾等裝置。本系統(tǒng)能夠實時采集溫室內的空氣溫濕度、土壤濕度、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，通過12864液晶進行數(shù)據顯示。當環(huán)境參數(shù)超過設定值時，系統(tǒng)會自動報警，并把參數(shù)信息發(fā)送到用戶手機，尋求處理方案。而且用戶還可以通過按鍵來現(xiàn)場控制。例如控制卷簾電機、鼓風電機、水泵等機械設備的運轉，以維護大棚的正常運行。在用戶的請求下還可以通過GSM模塊以短信的形式將大棚的環(huán)境參數(shù)發(fā)送到用戶手機，以實現(xiàn)對大棚的遠程監(jiān)測。在待機模式下，用戶也可用手機遠距離控制大棚中各種機械設備的工作，以實現(xiàn)遠程控制。系統(tǒng)全景圖如圖1所示。

四、結語

本設計為閉環(huán)控制系統(tǒng)，由IAP15F2K 61S2單片機、A/D轉換電路、溫度檢測電路，濕度檢測電路、控制系統(tǒng)組成。溫度檢測電路將檢測到的溫度轉換成電壓，該模擬電壓經A/D轉換后，進入IAP15F2K61S2單片機，單片機通過比較該溫度與設定溫度來控制風扇或加熱裝置驅動電路，當大棚內溫度在設定范圍內時，單片機不對風扇或加熱裝置發(fā)出指令。實現(xiàn)了對大棚里植物生長溫度及土壤和空氣濕度的監(jiān)測控制，并能對超過正常溫度、濕度范圍的狀況進行實時處理，使大棚環(huán)境得到了良好的控制。

【參考文獻】

[1]郭輝. C語言程序設計[M].北京：中國傳媒大學出版社，2010

[2]馮文旭.單片機原理及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011

[3]柳其春.低壓電器及PLC技術[M].北京：人民郵電出版社，1990