王思瓔

遼寧錦州渤海大學工學院

溫室大棚自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

王思瓔

遼寧錦州渤海大學工學院

溫室大棚的問世對我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展起到了顯著的促進作用。隨著信息自動化技術(shù)的不斷拓新，對溫室大棚的自動控制也顯得尤為重要。本文采用AT89C51單片機為主芯片的監(jiān)控系統(tǒng)，來對將溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度進行檢測及控制?？刂葡到y(tǒng)中的傳感器采用DHT11，通過它對外界的溫度和濕度進行采集，并采用模塊化設(shè)計，將檢測結(jié)果通過1602液晶屏顯示出來。同時采用越限聲光報警隨即啟動外部設(shè)備，最終得到適宜的環(huán)境，保證大棚內(nèi)的蔬菜生長在優(yōu)質(zhì)舒適的環(huán)境內(nèi)以順應(yīng)生產(chǎn)需要。

AT89C51單片機 DHT11 模塊化

1 引言

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對農(nóng)作物周圍環(huán)境的控制是提高農(nóng)作物質(zhì)量的重要一環(huán)。溫室大棚的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對自然環(huán)境因素的依賴性，而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是溫度控制，如何快速、準確的獲取溫室中光照強度、濕度和溫度等參數(shù)的變化情況，對溫室生產(chǎn)中自動控制有著積極意義。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

該系統(tǒng)主要有單片機控制電路，鍵盤電路，溫濕度傳感器電路，顯示器電路，控制電路，電源電路等組成。其中以單片機為控制核心，用溫濕度傳感器測量大棚內(nèi)實際的溫度和濕度，弱電控制強電部分控制相應(yīng)動作，調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度和濕度，并把溫度和濕度顯示在1602上。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2.1 單片機及其最小系統(tǒng)電路

本系統(tǒng)通過AT89C51單片機進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示，判斷越限，聲光報警啟動外部設(shè)施。如果采集到的溫濕度數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)范圍，那么對應(yīng)的紅黃二極管會發(fā)光，并且蜂鳴器會報警，同時啟動相應(yīng)的外部設(shè)備。此監(jiān)控系統(tǒng)中的單片機編寫是運用C語言，編寫相對簡單，而且運用了DHT11單總線技術(shù)。

本系統(tǒng)的主要核心控制器件是AT89C51單片機，讓它進行系統(tǒng)的控制操作使系統(tǒng)的各個模塊協(xié)調(diào)工作，它的作用僅相當于人的大腦。單片機能合理分配模塊工作，且把手機的數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示相應(yīng)的值。越限報警是通過發(fā)光二極管和蜂鳴器進行完成，如果高出了之前設(shè)定的溫度濕度范圍，系統(tǒng)便會自動報警，LED發(fā)光和蜂鳴器鳴響，此系統(tǒng)會自動啟動相應(yīng)的外部設(shè)備來調(diào)節(jié)溫室大棚的內(nèi)部環(huán)境。AT89C51單片機共40個引腳，可劃分為以下3種，如表1所示。

表1 AT89C51單片機引腳功能

AT89C51的引腳封裝如圖2所示。

圖2 AT89C51的引腳封裝

2.2 溫濕度傳感器電路

DHT11溫濕度傳感器與單片機的連接也是相對比較簡單的。單片機的P2.0端口是數(shù)據(jù)端口，專門負責串行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，讓這個端口和傳感器的引腳2相連。在傳感器引腳2和正電源之間接上一個10K左右的電阻來保證傳輸距離和數(shù)據(jù)的準確性。

2.3 電源電路

由于本系統(tǒng)設(shè)計時需要5V供電端。為了接線方便，12V直接由外部開關(guān)電源供電；取12V電壓經(jīng)過一個7805穩(wěn)壓電路調(diào)整成5V電壓輸出，供給系統(tǒng)其它器件使用。

2.4 溫濕度調(diào)節(jié)控制電路

本次設(shè)計的溫濕度控制系統(tǒng)主要監(jiān)控溫度和濕度2個量。單片機將設(shè)計1個溫度和濕度的正常區(qū)域。當前溫度或者濕度不存在正常區(qū)域是單片機將做出相應(yīng)的處理：①當溫度高于正常區(qū)域時，啟動風扇排風功能；②當溫度低于成長區(qū)域時，啟動大功率白熾燈制熱功能；③當濕度高于正常區(qū)域時，啟動排風機；④當濕度低于正常區(qū)域時，啟動小型噴水機。

2.5 報警器模塊設(shè)計

蜂鳴器是一種電子發(fā)聲器件，它是根據(jù)電子發(fā)聲學的原理制造出來的。體積小，供電電壓小，便宜，使用方便。我們平時都用它來作為聲音報警的最佳選擇，附加二極管便可以構(gòu)成聲光報警。用它也可以完成獨立的實驗，奏出音符旋律，兒歌，總之它在單片機的實驗中的作用非常大。壓電蜂鳴器和磁電蜂鳴器是蜂鳴器的兩種類型。

當系統(tǒng)檢測到溫濕度其中有一個超出了預(yù)先設(shè)定的溫濕度范圍，系統(tǒng)便自動啟動蜂鳴器進行報警，于此同時LED發(fā)光二極管被點亮，單片機控制對應(yīng)的繼電器，讓外部設(shè)備進行工作用來及時的調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫濕度，工作人員也可以根據(jù)具體的情況來采取相應(yīng)的措施查也可看相應(yīng)的區(qū)域問題。當系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)符合給定的要求時，聲光報警系統(tǒng)就會停止工作，外部設(shè)備也停止工作，這時一切恢復(fù)正常。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 程序設(shè)計的總體方案

該設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路，將系統(tǒng)設(shè)計劃分為初始化模塊、溫濕度檢測子程序、按鍵檢測子程序、LCD顯示子程序、溫度處理子程序、24C04子程序、數(shù)據(jù)處理子程序，這幾個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

3.2 溫濕度采樣電路子程序

這個系統(tǒng)中很重要的模塊之一便是溫濕度檢測模塊，它要負責溫濕度的采集。如果這個系統(tǒng)沒有了溫濕度采集那它就算不了是一個系統(tǒng)，它就失去了最主要的元件。它將采集到的數(shù)據(jù)變成數(shù)字式的，然后和單片機進行數(shù)據(jù)傳輸，所以它在整個系統(tǒng)中的地位是相當高的。作為數(shù)字式溫濕度傳感器，DHT11它是直接把采集測試到的結(jié)果作為數(shù)字量來傳輸?shù)膯涡酒⒖刂破?，這樣處理后，便可以通過單片機傳輸在液晶顯示屏上顯示測到的數(shù)據(jù)。由于溫度和濕度傳感器值的準確性將對檢測和控制系統(tǒng)有直接影響，也就影響到了整個系統(tǒng)的精度。所以本系統(tǒng)采用低價格，高性能，高精度的數(shù)字溫濕度傳感器DHT11。

DHT11溫濕度傳感器將在溫室的各個點采集溫濕度的數(shù)據(jù)，每隔一定的時間會將該數(shù)據(jù)進行記錄。然后進行循環(huán)的記錄和傳送。當溫濕度不在正常區(qū)域是，系統(tǒng)啟動相關(guān)處理方案。上電初始化各個變量，通過按鍵設(shè)定需要設(shè)定的參數(shù)，然后溫濕度傳感器通過采集到的數(shù)據(jù)與按鍵設(shè)定的值進行比較，如果實際值越過了某個設(shè)定的界限，從而實現(xiàn)相應(yīng)的動作。如果當前傳感器測量到的溫濕度不在當前設(shè)定的范圍內(nèi)，則啟動報警系統(tǒng)。

3.3 開窗和閉窗及開幕和閉幕電路子程序

本設(shè)計以AT89C51為核心，具有采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)功能，同時具有檢測實時溫濕度不在設(shè)置溫度或濕度范圍內(nèi)時，從而打開天窗和適當?shù)睦_和關(guān)閉帷幕的功能，此設(shè)計不僅可以節(jié)約管理的成本，而且可以調(diào)節(jié)作物生長合適的光照，有利于作物的生長。

3.4 報警模塊

聲報警和光報警是報警模塊的兩個功能。LED燈報警來吸引用戶的注意，它是由單片機控制，而蜂鳴器報警是吸引聽覺。LED燈的點亮條件是，當溫濕度傳感器采集到的溫濕度只要其中至少有一個超出了它的預(yù)設(shè)定范圍，那么相應(yīng)的LED發(fā)光二極管就會被點亮，同時蜂鳴器鳴響；當溫濕度在設(shè)定范圍內(nèi)那么一切正常，不做任何改變。

4 系統(tǒng)測試

通過對系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)調(diào)測試，通過測試數(shù)據(jù)分析可知，該設(shè)計基本達到預(yù)期設(shè)計要求，但是有些誤差還是避免不了。總結(jié)起來有以下幾點：

①DHT11是電容性期間，其測量值要滯后于實際值；

②其次，板子上芯片供電和步進電機用得是同一電源，電機在工作時略微使板子和DHT11供電電壓偏低；

③測試時溫濕度可能具有局部性，實際加熱時不同地方可能存在微量差值。

5 總結(jié)

本文以AT89C51單片機為控制核心，DHT11傳感器測量溫濕度，并將模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號之后輸入給單片機分析處理。試驗證明，可以通過溫濕度傳感器的反饋信號實現(xiàn)對增降溫除濕的控制，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)控制，溫濕度可以通過液晶實時顯示，基本上實現(xiàn)任務(wù)的要求。

[1]劉瑩,吳蓬勃,李新龍.基于單片機的精密儀器生產(chǎn)車間溫濕度自動控制系統(tǒng).2014

[2]王亭亭,李雪穎,周亞羅.溫室大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計.科技視界,2015

[3]李興山,崔衛(wèi)青.基于溫室溫濕度控制系統(tǒng)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科技,2009,37(22)