[摘 要] 溫室大棚技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種以實(shí)現(xiàn)資源高效利用，增加農(nóng)作物產(chǎn)量為目的的設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著重要的作用。而在這一技術(shù)中，光照調(diào)控技術(shù)扮演著重要的角色，光照作為植物生長的三大要素之一，是農(nóng)作物生產(chǎn)的必要條件，也主導(dǎo)著溫室小氣候的形成。因此，光照調(diào)控技術(shù)則顯得尤為重要。基于此，本文提出基于STC89C52的光照度實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動控制的構(gòu)想。

[關(guān)鍵詞] 溫室；光照度檢測；光照度控制；STC89C52

[中圖分類號] TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）17-91-2

本文提出一種基于單片機(jī)STC89C52的光照度實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)的構(gòu)想（見圖1），旨在提高大棚技術(shù)的智能化程度，降低種植成本，進(jìn)一步提升農(nóng)作物的產(chǎn)量和資源的有效利用率，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增產(chǎn)增收的目的。

1 技術(shù)背景

光照是農(nóng)作物生產(chǎn)發(fā)育的關(guān)鍵條件之一，也是溫室環(huán)境因子中的重要一員，其直接影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。對于溫室作物來說，光照以下兩方面起到主導(dǎo)作用：光合作用為植物的生長發(fā)育提供能量；光照為溫室的氣候提供能量。若光照過強(qiáng)，則會導(dǎo)致水分的蒸發(fā)速度加快，進(jìn)而改變土壤的濕度和溫室內(nèi)的溫濕度，嚴(yán)重的會導(dǎo)致葉面灼傷，使得農(nóng)作物減產(chǎn)。若光照強(qiáng)度過弱，則會導(dǎo)致植物無法進(jìn)行有效的光合作用，直接結(jié)果便是使農(nóng)作物減產(chǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)對光照的實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動控制在生產(chǎn)中就變得十分重要。

2 技術(shù)優(yōu)勢

①實(shí)現(xiàn)自動化控制，降低人力的投入；②精準(zhǔn)把握光照強(qiáng)度，避免因人為原因?qū)е碌臏p產(chǎn)；③系統(tǒng)具有高度的擴(kuò)展性和可編輯性；④提高對溫室內(nèi)資源的利用率，提高作物的產(chǎn)量；⑤該系統(tǒng)解決方案，可實(shí)時(shí)采集并存儲各類數(shù)據(jù)參數(shù)，如土壤溫濕度、氣象參數(shù)、不同植物生長參數(shù)，通過對這些數(shù)據(jù)的長期跟蹤和分析，可針對不同的區(qū)域、不同的場景、不同的種植作物，制定更加合理的施肥和灌溉計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥，真正達(dá)到節(jié)水、增效、增產(chǎn)的目的，大力提升農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的科學(xué)管理水平。

3 系統(tǒng)控制原理

光照度傳感器采用光敏電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境光照強(qiáng)度，輸出模擬信號，輸出的信號進(jìn)過A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，若光照強(qiáng)度觸發(fā)設(shè)定的閾值，則內(nèi)置程序會進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，若光照過于強(qiáng)烈，則單片機(jī)會驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動遮光板等外部設(shè)備進(jìn)行光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。若光照強(qiáng)度過低，則會驅(qū)動人工照明對環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)光，同時(shí)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)對遮光板等外部設(shè)備調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定范圍時(shí)，則自動停止負(fù)反饋調(diào)節(jié)。LCD顯示的作用就是顯示當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度，報(bào)警裝置的作用是當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度觸發(fā)閾值，且負(fù)反饋調(diào)節(jié)無效，向用戶發(fā)出聲光報(bào)警，便于及時(shí)處理。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 主模塊（STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)）

4.1.1 時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路的作用是為系統(tǒng)操作提供時(shí)間基準(zhǔn)。

4.1.2 復(fù)位電路。為寄存器進(jìn)行初始化。

4.1.3 核心芯片STC89C52。8 k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4 kB E-PROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外，STC89C52可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率為35 MHz，6T/12T可選。

4.2 數(shù)據(jù)采集模塊

采用市售的光敏電阻作為感知光照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)采集模塊，光敏電阻應(yīng)分布于大棚內(nèi)合適位置，使得回傳的數(shù)據(jù)能夠被已建立的大棚光照模型所用。同時(shí)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇不同價(jià)格和靈敏度的傳感器。

4.3 LED顯示模塊

將環(huán)境數(shù)值顯示在LED屏上。從性價(jià)比上考慮，選擇LCD1602字符式顯示器，該顯示器的顯示容量是16×2個(gè)字符，將帶I2C模塊的LCD1602連接到核心芯片STC89C52單片機(jī)上。

4.4 報(bào)警模塊

當(dāng)環(huán)境條件觸發(fā)報(bào)警條件時(shí)，自動報(bào)警，以方便工作人員采取措施。報(bào)警系統(tǒng)采用聲光報(bào)警機(jī)制，報(bào)警時(shí)LCD燈會亮，同時(shí)報(bào)警器也會蜂鳴，從而引起管理人員的注意。

4.5 電機(jī)

直流電機(jī)可以通過調(diào)節(jié)電壓大小來調(diào)速，比較方便。步進(jìn)電機(jī)通過脈沖數(shù)來控制其步數(shù)，步進(jìn)電機(jī)控制更加穩(wěn)定，且扭矩更大，用戶可根據(jù)需求自行選擇。

總之，基于STC89C52的單片機(jī)系統(tǒng)在各方面相比傳統(tǒng)實(shí)物都有著極大的應(yīng)用優(yōu)勢，未來應(yīng)用前景十分廣泛。