王彥儒,繆 睿,葛蘊(yùn)華,陳 穎

(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 句容 212400;2.江蘇大學(xué)農(nóng)學(xué)院(句容),江蘇 鎮(zhèn)江 212400;3.金陵科技學(xué)院,江蘇 南京 210000)

0 引言

蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚木G色食物之一。溫室大棚在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為廣大百姓提供了不同于當(dāng)季節(jié)的蔬菜和水果。雖然在我國(guó)北方大棚應(yīng)用比較廣泛,但是將自動(dòng)化控制與大棚蔬菜種植結(jié)合起來(lái)的實(shí)例并不是很多。傳統(tǒng)的蔬菜大棚的溫度控制完全是根據(jù)農(nóng)民的主觀(guān)判斷和現(xiàn)場(chǎng)操作,很難控制溫度和濕度。綜上,依靠計(jì)算機(jī)的傳感監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制技術(shù),達(dá)到農(nóng)作物高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的目的,是我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中不可或缺的一步。

1 方案設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管時(shí)大棚中的農(nóng)作物能正常生長(zhǎng),本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的智能化控制系統(tǒng)對(duì)大棚溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié),使其達(dá)到適中的數(shù)值,有益于促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 單片機(jī)溫濕度智能控制系統(tǒng)原理

2 各部分功能實(shí)現(xiàn)

(1)通過(guò)STC89C52單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng),配合溫濕度傳感器,發(fā)光二極管等元器件經(jīng)行測(cè)量、提示,同時(shí)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整控制。

(2)溫濕度傳感器:以溫濕度一體式的探頭作為測(cè)溫元件,將溫度和濕度信號(hào)采集出來(lái),經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線(xiàn)性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護(hù)等電路處理后,轉(zhuǎn)換成與溫度和濕度呈線(xiàn)性關(guān)系的電流信號(hào)或電壓信號(hào)輸出,并顯示在顯示屏上[1]。

(3)閃爍發(fā)光二極管:由CMOS集成電路和發(fā)光二極管組成的特殊發(fā)光器件,設(shè)置溫濕度上下限。當(dāng)溫濕度超過(guò)或低于上下限值的時(shí)候,二極管就會(huì)通過(guò)閃爍經(jīng)行提示;單片機(jī)會(huì)在接到提示后自主發(fā)起對(duì)溫濕度的控制,讓溫濕度達(dá)到植物所需的程度。

(4)模擬環(huán)境:利用不同的材料搭建一個(gè)較小的大棚,把溫濕度控制裝置放在大棚內(nèi),再模擬正常生活中大棚所處環(huán)境和各種變量的數(shù)值,進(jìn)行測(cè)量和記錄。

3 硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)采用STC89C52RC,由STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器,比較適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境控制。雖然STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核,但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能,例如:看門(mén)狗定時(shí)器,內(nèi)置4KB EEPROM,MAX810復(fù)位電路,3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52能為大棚溫濕度控制系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案[2]。

工作頻率范圍:0～40 MHz,相當(dāng)于普通8 051的0～80 MHz,實(shí)際工作頻率可達(dá)48 MHz;工作電壓:5.5～3.3 V(5 V單片機(jī))/3.8～2.0 V(3 V 單片機(jī));工作溫度范圍:-40～+85 ℃(工業(yè)級(jí))/0～75 ℃(商業(yè)級(jí))可以適應(yīng)不同的地區(qū)環(huán)境。

通用I/O 口(32 個(gè)),復(fù)位后為P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉,P0口是漏極開(kāi)路輸出,作為總線(xiàn)擴(kuò)展用時(shí),不用加上拉電阻[3],作為 I/O 口用時(shí),需加上拉電阻。時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,為單片機(jī)系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)[4]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)燒入程序,設(shè)置上下限溫度在20～30 ℃,此時(shí)溫濕度傳感器開(kāi)始工作,顯示溫度為25 ℃,在合理范圍內(nèi);然后,移動(dòng)器件位置,放置在較熱的地方,此時(shí)測(cè)試的溫度開(kāi)始升高。當(dāng)溫度超過(guò)30 ℃,二極管開(kāi)始閃爍,緊接著的單片機(jī)控制的風(fēng)扇開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行降溫,達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果;與此同時(shí)濕度也被由單片機(jī)控制的灑水而開(kāi)始使?jié)穸冗_(dá)到合理的范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2—3所示。

圖2 單片機(jī)溫濕度智能控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果-1

圖3 單片機(jī)溫濕度智能控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果-2

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的大棚智能控制系統(tǒng)以STC89C52作為主控單片機(jī),通過(guò)溫度傳感器、濕度傳感器等對(duì)溫室大棚的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、參數(shù)采集,與預(yù)設(shè)的參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比,判斷是否發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)處理后及時(shí)進(jìn)行智能化、自動(dòng)化的控制調(diào)節(jié),節(jié)適合作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)。此應(yīng)用操作簡(jiǎn)單方便、自動(dòng)化程度高、價(jià)格便宜,降低了傳統(tǒng)人工參數(shù)采集的遲滯和不準(zhǔn)確,能提高生產(chǎn)效率,保障農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量。溫室大棚智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效化、科學(xué)化,應(yīng)用前景十分廣闊,推廣價(jià)值高。