胡超，魏仲輝

基于AT89C51單片機的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設計＊

胡超，魏仲輝

（銅陵學院 電氣工程學院，安徽 銅陵 244061）

根據(jù)溫度和濕度為溫室大棚內植物生長重要條件的特點，設計了一款基于單片機控制的大棚溫濕度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)顯示電路、復位電路、鍵盤電路、按鍵設置電路、電源電路、繼電器控制電路和晶振電路。設計以單片機AT89C51為核心，通過溫度傳感器、濕度傳感器對大棚里的溫度和濕度進行實時檢測，采集到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過模數(shù)轉換器轉換后傳送到單片機，單片機接收到數(shù)據(jù)后開始分析。如溫度高于設定值，指示燈亮；濕度低于設定值，指示燈亮。通過仿真實驗可以得出，系統(tǒng)能很好地測試溫度和濕度等數(shù)據(jù)，測試結果穩(wěn)定、可靠。

AT89C51單片機；溫度傳感器；濕度傳感器；顯示屏

1 引言

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中，溫室大棚的重要性愈發(fā)凸顯。溫室大棚內的濕度、溫度、二氧化碳含量和土壤的肥瘦等作為重要的農(nóng)作物生長環(huán)境，對棚內作物的生長有著舉足輕重的作用，這些因素決定了作物成長的好壞[1]，其中尤為重要的是溫濕度，通過監(jiān)測這些數(shù)據(jù)并進行分析，結合作物相應的生長規(guī)律，調控溫室環(huán)境條件，讓農(nóng)作物在反季節(jié)的時候也能很好生長，這樣就能達到農(nóng)作物優(yōu)質和高產(chǎn)的目的。

在本次設計中，將溫室大棚內的溫度和濕度作為檢測與調控對象，以AT89C51單片機為核心，聯(lián)動三個傳感器與繼電器設備對溫室中的溫度、濕度分別進行檢測與調控[2]。設計簡單實用，測量結果精準，可適用于多種地區(qū)環(huán)境氣候，在實際的生產(chǎn)應用中可以隨時對棚內的溫度、濕度進行檢測與調節(jié)，可保證大棚內的環(huán)境適合棚內作物生長[3]。

2 系統(tǒng)總體分析和設計

系統(tǒng)的核心是單片機，測試環(huán)節(jié)是由溫度傳感器和濕度傳感器組成，通過相應傳感器對大棚里的溫度和濕度數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，傳感器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉換后送到單片機中，單片機接收到數(shù)據(jù)后立即開始分析，同時將測量結果通過顯示屏進行顯示，如果采集到的數(shù)據(jù)與設定的值有偏差，相應指示燈亮，單片機控制繼電器工作，調節(jié)大棚內的溫濕度，使之達到標準值[4]。系統(tǒng)的結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

系統(tǒng)通過溫度傳感器監(jiān)測溫室中的溫度，溫度超過設定值，單片機控制風扇轉動進行降溫，達到設定值后停止工作，溫度過低時，系統(tǒng)關閉風扇，等待棚內溫度回升，達到設定值。

系統(tǒng)中，濕度傳感器檢測棚內的濕度值，棚內濕度低于設定值，單片機控制加濕器工作，增加濕度，以達到設定值，濕度過高時，加濕器停止工作。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 溫度測量電路

本設計采用的是DS18B20溫度傳感器，設置簡單，僅需要將傳感器的數(shù)據(jù)輸入/輸出管腳連接到單片機I/O口即可，工作過程中，溫室內的溫度由單片機控制溫度傳感器讀取[5]，溫度傳感器的測量電路如圖2所示。

3.2 濕度測量電路

SHT11濕度傳感器是一種集多種功能與一體的濕度傳感器，相對濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律。其可在自包含的電壓或頻率的變化下執(zhí)行有效的數(shù)據(jù)采集。芯片中的濕度測量元件是電容型敏感元件，它會將測量到的濕度數(shù)據(jù)變成電信號，再經(jīng)過放大器放大后傳送到轉換器，然后經(jīng)由數(shù)字接口輸出數(shù)字信號[6]。

濕度測量電路如圖3所示。

圖2 溫度測量電路

圖3 濕度測量電路

SHT11濕度傳感器采用的是表面貼片封裝的方式，有用的引腳有4個，還有4個空引腳，檢測濕度時采用電容結構，檢測電極系統(tǒng)時，可采取不同保護措施。傳感器由電容器制成，不允許接直流電源。

3.3 數(shù)據(jù)顯示電路

LCD1602利用液晶屏的物理性質，可同時顯示16×2個字符，此外，利用電壓控制顯示區(qū)域，顯示圖像，即LCD1602液晶顯示器工作原理[7]。LCD1602所表示的意思是顯示的內容為16×2，即可以顯示16個字符液晶模塊各2行（同時顯示字符和數(shù)字）。

4 系統(tǒng)軟件設計

4.1 主程序流程圖

主程序流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

當單片機接通電源后，主程序開始工作，系統(tǒng)開始初始化，清空數(shù)據(jù)后，在顯示屏上進行顯示，再進行鍵盤掃描，然后將各個傳感器采集到的數(shù)據(jù)與設定值對比，假如收集到的數(shù)據(jù)和設定的標準值有偏差，單片機控制繼電器工作，對棚內需要調節(jié)的參數(shù)進行調節(jié)[8]，并通過顯示屏顯示，如果檢測到的數(shù)據(jù)等于設定值，則不運行繼電器，檢測到的數(shù)據(jù)同樣在顯示屏上顯示。

4.2 參數(shù)測量程序流程圖

測量參數(shù)部分流程如圖5所示。

圖5 參數(shù)測量程序流程圖

傳感器采集到數(shù)據(jù)后，模數(shù)轉換器開始工作，進行模數(shù)轉換，轉換完成后，相應傳送到單片機；未完成轉換時，單片機繼續(xù)等待。

5 系統(tǒng)的仿真

5.1 溫度部分的仿真實驗

在對溫度測量部分進行檢測時，把溫度的標準值設為20 ℃，如圖6所示。

圖6 溫度設定值

溫度測量電路檢測到的溫度為25 ℃，即溫度測量值高于設定值的時候，溫度過高指示燈亮。電機開始轉動，直至溫度降至設定值以下為止[9]。溫度高時電機轉動如圖7所示。

圖7 溫度高時電機轉動

5.2 濕度部分的仿真實驗

實驗時，將濕度的標準值設定為15，如圖8所示。

圖8 濕度設定值

當檢測得到的濕度值為25時，即此時濕度高于設定值，此時加濕器停止工作，如圖9所示。

圖9 濕度高時電機轉動

當檢測到的濕度值為10時，低于設定值，此時濕度過低指示燈亮起，電機轉動，控制加濕器工作，如圖10所示。

圖10 濕度低時電機轉動

6 總結

本文設計的大棚溫濕度控制系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，通過溫度傳感器、濕度傳感器對大棚里的溫度和濕度進行實時監(jiān)測，采集到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉換后傳送到單片機[10]，單片機接收到數(shù)據(jù)后立即開始分析，同時可實時通過顯示屏顯示，如果采集到的數(shù)據(jù)與設定值有偏差，單片機控制二極管發(fā)光，并且控制繼電器工作，調節(jié)大棚內的溫濕度，使之與設定值相等。實驗表明，設計出的測試系統(tǒng)能準確完成大棚內的濕度和溫度測試，整個測試系統(tǒng)工作穩(wěn)定，測試結果準確可靠。

［1］王明喜，崔世茂，王紅彬，等.大棚型日光溫室光照、溫度及濕度等性能的初步研究［J］.農(nóng)業(yè)工程技術（溫室園藝），2008（5）：19-21.

［2］陸廣平，張美琪，沈家慶.基于AVR單片機的步進電機運動控制系統(tǒng)設計［J］.微電機，2010，43（3）：92-94.

［3］楊承帥.蒸化工藝中溫濕度測量裝置的研制［D］.蘇州：蘇州大學，2012.

［4］侍金鳳.基于51單片機的交通燈智能控制系統(tǒng)［J］.科技信息，2010（33）：53-54.

［5］曹巧媛.單片機原理及應用［M］.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

［6］全國大學生電子設計競賽組委.第五屆全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編（2001）［M］.北京：北京理工大學出版社，2003.

［7］李大生，唐曉川.智能照明系統(tǒng)在建筑物中的控制方式與節(jié)能應用［J］.智能建筑電氣技術，2010，4（4）：55-58．

［8］梁小流，陳炳森，梁建和.基于89S52汽車防撞雷達系統(tǒng)設計［J］.機電工程技術，2011，10（4）：49-51.

［9］王晨光，孫運強，許紅鷹.步進電機的單片機控制設計分析［J］.國外電子測量術，2008，27（9）：39-41.

［10］王紅軍，方紅彬，尹忠敏.用PROTEUS開發(fā)太陽能集熱智能控制器［J］.科技創(chuàng)新導報，2010，6（1）：43-45.

TM461

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.051

2095－6835（2020）13－0125－03

銅陵學院校級科研項目“面向過濾膜材料通量測試儀中的壓力控制器的設計與實現(xiàn)”（編號：2018tlxy03）

胡超（1990—），男，碩士，銅陵學院電氣工程學院教師，助理實驗師，研究方向為嵌入式設計、運動控制。

〔編輯：嚴麗琴〕