彭恩懷
【摘要】? ? 本文設(shè)計(jì)了一款溫室氣肥施放控制系統(tǒng),使用AT89C52單片機(jī)作為主控模塊,通過MQ傳感器檢測二氧化碳,根據(jù)濃度自動控制施放模塊。按照上述功能,本文對系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序進(jìn)行設(shè)計(jì),采用Proteus實(shí)現(xiàn)軟硬件的聯(lián)合仿真。結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的氣肥施放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的檢測、顯示、報(bào)警以及自動控制等功能。
【關(guān)鍵詞】? ? 溫室大棚? ? 氣肥? ? 二氧化碳
大棚溫室系統(tǒng)具有目的明確、對象繁多、機(jī)制復(fù)雜等特征。適當(dāng)?shù)臏囟?、濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤水分與營養(yǎng)以及有害氣體濃度,都會影響作物生長。氣肥施放系統(tǒng)作為一種新型的二氧化碳控制系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測溫室中的二氧化碳濃度并進(jìn)行控制,對溫室大棚的發(fā)展具有重要意義。
一、總體設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的氣肥施放系統(tǒng)以單片機(jī)和二氧化碳傳感器為主,單片機(jī)接受傳感器檢測到的二氧化碳濃度后,與設(shè)定濃度值比較,若低于設(shè)定值,則采用LED燈報(bào)警,同時(shí)驅(qū)動模塊施放氣肥,從而維持大棚中的二氧化碳濃度。而LCD則實(shí)時(shí)顯示檢測與設(shè)定的濃度值。該系統(tǒng)可根據(jù)不同要求通過按鍵調(diào)節(jié)濃度設(shè)定值。
二、硬件電路設(shè)計(jì)
1、硬件電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)共有6個(gè)模塊,分別為單片機(jī)控制模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、顯示模塊,報(bào)警模塊、按鍵模塊和氣肥施放模塊。2、單片機(jī)核心控制電路設(shè)計(jì)。由于性價(jià)比相對較低、性能較高、電壓較低、耗能較低,且運(yùn)算功能較強(qiáng)、編程較為靈活,適用于多種邏輯程序,有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能,可用于定時(shí)和計(jì)數(shù)工作,本系統(tǒng)選擇AT89C52單片機(jī)作為核心控制模塊。在復(fù)位、晶振、電源電路的共同配合作用下,AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)正常的工作。復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和下載口,構(gòu)成單片機(jī)控制電路。3、顯示電路設(shè)計(jì)。顯示電路顯示檢測到的溫室大棚二氧化碳濃度值,設(shè)定的調(diào)節(jié)值,采用LCD1602完成顯示功能,單片機(jī)P0與顯示模塊的數(shù)據(jù)引腳連接,2.5、2.6以及2.7引腳對LCD時(shí)序控制,來實(shí)現(xiàn)顯示操作。4、按鍵電路設(shè)計(jì)。K1按鍵是切換設(shè)置二氧化碳上限值,與單片機(jī)的P3.4連接,K2按鍵與單片機(jī)的P3.5引腳連接對大棚溫二氧化碳上限增調(diào)節(jié),K3按鍵與單片機(jī)的P3.6連接對大棚二氧化碳上限減調(diào)節(jié)。通過讀取引腳值,來判斷有沒有按鍵按下。5、報(bào)警電路。溫室大棚的二氧化碳值異常時(shí)除了LED指示,聲音報(bào)警也同時(shí)進(jìn)行。本文實(shí)現(xiàn)了三種不同程度的報(bào)警提示,當(dāng)二氧化碳濃度極低時(shí),綠燈亮,二氧化碳濃度較低時(shí),黃燈亮,當(dāng)二氧化碳濃度正常時(shí),紅燈亮;只有二氧化碳濃度低時(shí)蜂鳴器報(bào)警提示。6、氣肥施放電路。當(dāng)二氧化碳濃度低時(shí),需要施放起飛來調(diào)節(jié)大棚二氧化碳。本設(shè)計(jì)通過繼電器來實(shí)現(xiàn)氣肥施放,單片機(jī)的P2.4引腳實(shí)現(xiàn)對繼電器的驅(qū)動控制,輸出高電平繼電器工作實(shí)現(xiàn)氣肥施放。
三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序主實(shí)現(xiàn)無限循環(huán),根據(jù)讀取的二氧化碳濃度值,對報(bào)警模塊,驅(qū)動模塊以及顯示模塊進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)氣肥的自動施放。主程序流程圖如圖1所示。
二氧化碳讀取模塊:轉(zhuǎn)換得到的二氧化碳濃度信號屬于模擬量,單片機(jī)因?yàn)槭菙?shù)字芯片,不能直接讀取到電壓和電流值,需要經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換才可以。本設(shè)計(jì)采用AD0832實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換,AD模塊的比較電壓一般都是5V,其模數(shù)轉(zhuǎn)換的關(guān)系如式所示。
四、系統(tǒng)仿真測試
本文利用Proteus實(shí)現(xiàn)對氣肥施放系統(tǒng)功能的仿真驗(yàn)證。上電后,LCD會自動顯示檢測到的大棚二氧化碳濃度值和設(shè)定的比較值,如果檢測值低于比較值,系統(tǒng)燈亮聲響報(bào)警,同時(shí)氣肥驅(qū)動模塊會自動施放氣肥,直到大棚二氧化碳濃度值符合設(shè)定值。此外,可以通過按鍵隨時(shí)調(diào)節(jié)界限值。
總結(jié):本文完成了一款大棚氣肥自動控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對大棚環(huán)境二氧化碳自動檢測、顯示、報(bào)警以及控制,對改善大棚農(nóng)作物生長環(huán)境意義重大。雖然完成了整個(gè)控制系統(tǒng)功能,整個(gè)系統(tǒng)還具有較大的完善控制,比如增加溫濕度檢測功能,土壤PH檢測功能等。
參? 考? 文? 獻(xiàn)
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[2]魏旭東,史穎剛,劉利付,旺張猛. 基于ZigBee的溫室環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,37(04):90-99.