郭佳盛，邢婷婷

（福建農林大學 東方學院信息工程系，福建 福州 350125）

隨著單體溫室到連棟溫室的發(fā)展，溫室內需要控制的參數不斷增加，對溫室提出了新的要求。本設計利用核心單片機實現遠程控制溫室各參數調節(jié)，通過現場控制系統(tǒng)實現溫室環(huán)境數據的顯示、分析和處理，將現場采集的數據和返回的控制命令利用無線通訊技術進行傳輸，解決了溫室中總線布局的技術難點，為植物營造一個良好的生長環(huán)境。

1 需求分析

與大型現代溫室不同，普通的溫室控制系統(tǒng)由于其自身的結構和特性而具有相對有限的可控環(huán)境因素。在這個階段，大多數的溫室調控系統(tǒng)使用的方法是手動或簡單的機械操作。因此，可以通過單片機技術，按照預先設定的理想值來實時的對溫度、濕度以及土壤水分等參數進行調控，給作物營造一個最適合生長的環(huán)境，提高溫室系統(tǒng)的生產。

2 功能設計與實現

本項目的設計是一個日光溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以單片機作為控制核心，通過傳感器對溫室內各參數進行檢測，如土壤水分、空氣濕度、日照強度等。數據通過A/D轉換后將所測參數傳輸給核心單片機，并與預先設置好的理想值進行比較，當所測參數超出理想范圍時，進行聲光報警器并給出控制命令，直到將參數調整到最佳理想范圍內。

2.1 系統(tǒng)設計

該項目為基于AT89C51單片機的溫室遠程控制系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)包括主體控制模塊、數據傳輸模塊、溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、土壤水分檢測模塊、二氧化碳檢測模塊、報警模塊等。本系統(tǒng)將溫度檢測設置為優(yōu)先級，當檢測到溫度超出預先設定的理想值范圍時，自動打開天窗和適當的拉開或關閉帷幕，并通過聲光報警器及時提醒。

圖1 技術路線

2.2 硬件設計

（1）溫度檢測模塊。溫度檢測模塊主要是對溫室內的溫度進行檢測，并將檢測數據通過數據傳輸模塊傳輸給核心單片機，由單片機判斷所測溫度是否處于設定范圍。該系統(tǒng)的溫度傳感器采用價格相對實惠的PN結溫度傳感器，該傳感器具有良好的線性度和穩(wěn)定性，測量范圍為-55°C～150°C，滿足本系統(tǒng)對溫度檢測的要求。

（2）濕度檢測模塊。本系統(tǒng)的濕度檢測模塊使用金屬氧化物濕度傳感器來進行濕度采集，濕度引起電阻的變化率均極大，滯后特性小，且感濕范圍涵蓋了1%RH的低濕度到100%RH的高濕度。另外，該傳感器對溫度的敏感度低，能在150℃的范圍內檢測，因此溫度穩(wěn)定性高，所測數據更加準確。

（3）土壤水分檢測模塊。濕度檢測模塊主要是對溫室內空氣濕度進行檢測，而對于溫室，土壤水分的檢測也同樣重要。當前使用的檢測方法各有優(yōu)缺點，本系統(tǒng)使用電阻式土壤濕度傳感器，傳感器的測試值為-7.5 kPa～10 MPa的范圍，通過土壤濕度與傳感器輸出電阻之間的相關性，得到土壤濕度的測量值。精度達到0.3，頻率參數在傳輸過程中不易受干擾，但本系統(tǒng)采用電阻式傳感器足矣。

（4）二氧化碳檢測模塊。二氧化碳檢測模塊主要是對溫室系統(tǒng)內的二氧化碳濃度進行檢測，并將檢測數據傳輸給數據傳輸模塊，該系統(tǒng)主要是通過MH-Z14紅外二氧化碳傳感器進行檢測，該傳感器可控量程在0～5000 ppm，而可控精準度為±75 ppm，量程及精準度可以滿足該系統(tǒng)。

（5）報警模塊。本系統(tǒng)的報警模塊采用LED燈與蜂鳴器進行聲光報警。當系統(tǒng)檢測到任一參數超出設定值范圍時，對應參數的LED燈亮起，顯示溫室內哪個參數異常，同時蜂鳴器響起，引起溫室管理人員的注意。當溫室內檢測參數均在設定的理想值范圍內時，兩者均表現正常并且不做任何改變。

（6）數據傳輸模塊。數據傳輸模塊主要利用CP2200芯片將溫室系統(tǒng)內各個傳感器檢測到的數據進行分析并傳輸給單片機，等待單片機做出判斷，單片機將判斷后發(fā)出的命令通過數據傳輸模塊傳輸給各設備，實現相應參數的調節(jié)。

2.3 軟件設計

本設計軟件部分包括主程序設定模塊、溫度控制程序、濕度控制程序、土壤水分含量控制程序、二氧化碳濃度控制程序，保證系統(tǒng)軟件的可拓展性可修改性。

（1）主程序設定。各個程序控制模塊按照模塊內規(guī)定時間進行檢測，將所得到的數據傳輸給核心單片機進行分析，若沒有超出或者低于預設值范圍，則等待進行下一次的數據檢測；當其中數據不滿足預設值范圍時，則按照設定的優(yōu)先級進行工作，其中溫度的優(yōu)先級最高，濕度次之，再者土壤水分含量，最后為二氧化碳濃度。當檢測的參數有兩個或多個不滿足條件時，按照優(yōu)先等級執(zhí)行相應中斷程序。

（2）溫度控制程序構件。溫度控制程序采用定時器將時間設定為一分鐘，單片機初始化后每一分鐘通過傳感器對溫室內溫度進行檢測，并將數據傳輸給單片機進行分析。當下次檢測在設定范圍內時，恢復原始設置，若再次測量仍不在設定范圍內，由單片機給出下步命令。若單片機初始化后檢測數據在設定范圍內則等待一分鐘到達再次循環(huán)檢測。

（3）濕度控制程序構件。濕度控制程序采用定時器將時間設定為兩分鐘，單片機初始化后每兩分鐘通過傳感器對溫室內濕度進行檢測，由單片機對采集數值進行處理。若所測數據超出預設值，則單片機給出命令，打開遮光布利用光照降低室內的濕度；若低于預設值則適當的使用加濕裝置對空氣進行加濕，待恢復預設值范圍內則恢復原始設置；若所測數據處于預設值則等待下一次檢測。

（4）土壤水分控制程序構件。土壤水分含量控制程序采用定時器將時間設定為十分鐘，傳感器將采集的數據通過數據傳輸模塊傳輸給單片機進行分析。當土壤水分含量超過預估值時，停止對土壤的水分供給，當低于預設值時，按計算好的供給量給土壤供水，使得土壤含水量處于設置范圍內，若土壤含水量在預設值的范圍內則等待下一次的循環(huán)檢測。

（5）二氧化碳濃度控制程序構件。二氧化碳濃度控制程序采用定時器將時間設定為五分鐘，當測量值超出設定范圍時，單片機給出命令，控制打開換氣裝置，適當注入氧氣，使得空氣中的二氧化碳濃度下降，保持在設置的范圍內。若當時的二氧化碳濃度保持在預設值的范圍內則保持狀態(tài)等待下一次的循環(huán)檢測。

3結語

本文介紹了日光溫室環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件設計。實現了溫室內溫度、濕度、土壤濕度、二氧化碳等因素的自動控制。本文是以AT89C51單片機作為核心的控制系統(tǒng)，成本低，運行可靠，可有效提高日光溫室所帶來的生產效率，同時也降低資本。但是由于客觀條件和時間的限制，本課題的研究還存在很多不足，很多方面需要進一步提高。