梁佳儀 尹思琪 劉沫含 陳曉旭

摘 要：本設計基于STC89C52的溫室大棚溫度濕度控制系統(tǒng)硬件設計，主要由溫度傳感器、濕度傳感器、單片機、串口通訊、控制電路、時鐘電路、顯示電路等組成。討論了溫室大棚溫濕度巡回檢測與控制的基本原理，并進行了可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點，系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高?？蓮V泛應用溫室塑料大棚、物資倉庫、食品加工、熱處理、冶金以及其他行業(yè)的溫濕度檢測及顯示、報警等。

關鍵詞：大棚溫濕度檢測；STC89C52單片機；硬件設計

1 前言

進入21世紀，士農(nóng)工商的分化界限已經(jīng)慢慢淡化了，表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)上的特點就是農(nóng)業(yè)集商品化和產(chǎn)業(yè)化于一身，這就是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。設施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展方向，而大棚溫室則是設施農(nóng)業(yè)的主要代表，因此研究更加科學化和智能化的大棚溫室測控系統(tǒng)具有重要意義。大棚溫室已經(jīng)在很多國家很多地區(qū)被廣泛使用并且?guī)砹孙@著的經(jīng)濟效益，其使用經(jīng)驗和基礎調控方法已被普及。大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)實施的重要產(chǎn)物，在國內多數(shù)地區(qū)得到了廣泛應用。環(huán)境控制是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提高產(chǎn)量和質量的主要方式，溫室的科學化生產(chǎn)植物的健康生長取決于農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)。一個完備的設計合理的能夠調控出植物適宜生長的環(huán)境空間的控制系統(tǒng)，有助于達到優(yōu)質、高產(chǎn)、高效的栽培目的。這也就是大棚測控系統(tǒng)的研究意義。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 硬件總體設計

根據(jù)設計要求和單片機的工作原理，本設計采用STC89C52單片機作微處理器，該單片具有16KB的flash閃存存儲器，容量大，能夠滿足三路溫度數(shù)據(jù)和一路濕度數(shù)據(jù)的采集和處理。本設計的硬件系統(tǒng)主要由復位電路、時鐘電路、電源電路、測量電路、顯示電路、串口通訊電路以及調控電路組成。系統(tǒng)的總體結構框圖如圖1所示：

總的硬件系統(tǒng)可分為單片機最小系統(tǒng)和外圍電路系統(tǒng)。電源電路、時鐘電路和復位電路構成了單片機的最小系統(tǒng)。外圍電路系統(tǒng)由測量電路、顯示電路、調控電路及串口通訊電路組成，其中測量電路包括溫度測量電路和濕度測量電路。在整個系統(tǒng)運行過程中，由測量電路獲取溫濕度的值并通過顯示電路在1602液晶屏上進行顯示。調控電路的控制對象是溫濕度，與之連接的是一些執(zhí)行機構，這些執(zhí)行機構工作的目的是使溫度保持在適宜的范圍。若測量電路所得到的溫濕度值保持在適宜范圍，則執(zhí)行機構不執(zhí)行。串口通訊電路是單片機和PC進行數(shù)據(jù)交換的通道，單片機既能接收數(shù)據(jù)也能發(fā)送數(shù)據(jù)，PC機用Labview進行編程，能夠實時顯示測量值并對執(zhí)行機構的狀態(tài)進行監(jiān)視。

2.2 單片機最小系統(tǒng)設計

本設計所采用的最小系統(tǒng)電路為最典型的51單片機應用電路，微處理器選用STC89C52，復位方式采用上電自動復位，晶振選用11.0592MHZ，P0口外接10KΩ的上拉電阻，第31引腳直接接入高電平，單片機運行時只訪問內部程序存儲器。第40引腳為單片機的電源引腳，接入+5V電源，第20引腳，GND接地。

為了給控制器提供穩(wěn)定的5V電壓，設計采用USB供電，無需電壓轉換，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定、可靠。

2.3 DS18B20溫度測量電路

外部電源供電方式是DS18B20最佳的供電方式。這種供電電路穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以外接多個傳感器，開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在外部供電方式下，可以充分體現(xiàn)DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC下降到3V，依然能夠保證溫度轉換精度。

2.4 DHT11濕度測量電路

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器能夠以數(shù)字信號輸出所測得的溫度值和濕度值，與傳統(tǒng)輸出模擬信號的傳感器相比，電路更為簡單，而且在電路設計時省去了模數(shù)轉換電路，這種簡單易用的優(yōu)點使得該類型傳感器在環(huán)境監(jiān)測方面被廣泛使用。

DHT11只有4個引腳，VDD為電源引腳，電壓范圍可在3～5V范圍內選擇。DATA引腳為數(shù)據(jù)引腳，也就是單總線接口，依靠這一唯一的數(shù)據(jù)引腳，可對DHT11進行讀寫操作。NC引腳通常懸空，無需接任何線路。GND引腳為電源的。

2.5 其他電路

顯示電路采用1602液晶，單片機串口通訊采用最常用的MAX232芯片，電路原理圖已經(jīng)成熟，在此不再一一贅述。

3 總結

通過本設計可以強化對單片機知識的理解與運用，增加了設計設使用Visio繪制流程圖和使用Altium Designer繪制電路圖的能力，這對于工科學生的實踐學習十分有幫助。

參考文獻

[1]高職富.溫室環(huán)境控制技術的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].中國市場，2007，（35）：106，107.

[2]吉紅.自動控制在國外設施農(nóng)業(yè)中的應用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2007，（5）：52-54.

[3]楊志強，周士沖，陳磊.我國設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析[J].農(nóng)業(yè)機械化，2006，（12）：42-43.