基于單片機(jī)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要 本文針對(duì)溫室大棚的現(xiàn)狀以及環(huán)境對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的重要性，提出番茄大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。利用AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)了溫室的溫度、濕度、光強(qiáng)度監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)給定的溫度、濕度進(jìn)行控制并利用LCD實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)室內(nèi)的光照度進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)溫室大棚實(shí)地考察和綜合分析，結(jié)合農(nóng)村的生產(chǎn)力條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，采用單片機(jī)的串口擴(kuò)展功能，搭建一個(gè)智能數(shù)據(jù)采集平臺(tái)用于檢測(cè)蔬菜大棚的溫濕度、光照度數(shù)據(jù)，既滿足菜農(nóng)需求，又節(jié)約成本，力求應(yīng)用到實(shí)際中。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；溫濕度傳感器；光強(qiáng)度；溫室

中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）24-0012-02

蔬菜大棚是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，蔬菜大棚環(huán)境控制系統(tǒng)是溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的基本保障。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)規(guī)律，控制環(huán)境條件，比室外環(huán)境條件更事宜以達(dá)到農(nóng)作物反季生長(zhǎng)，提高質(zhì)量、產(chǎn)量和效率的目標(biāo)。本系統(tǒng)針對(duì)番茄的特殊生長(zhǎng)習(xí)性，設(shè)計(jì)番茄生長(zhǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集番茄溫室的溫度、濕度和光照強(qiáng)度。硬件設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)控制，使用DHT11溫濕度傳感器和BH1750fvi光強(qiáng)度傳感器，硬件的選擇上保證傳感器成本低廉、性能穩(wěn)定，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

1 系統(tǒng)的控制要求

該系統(tǒng)是基于長(zhǎng)春的地理背景，設(shè)計(jì)的番茄生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)性能必須滿足番茄生長(zhǎng)習(xí)性。

1）對(duì)溫度的要求。

番茄是喜溫蔬菜，在正常條件下最適宜溫度為20～25℃，溫度低于15℃不能開花、授粉或受精不良。30℃同化作用降低，增加到35℃，作物受到生殖干擾和破壞，另外綜合考慮不同生長(zhǎng)階段的反應(yīng)，番茄最適宜的生長(zhǎng)溫度是20～30℃。上下限值是35℃和15℃。

2）對(duì)光照的要求。

番茄作物喜光，在一定范圍內(nèi)，光越強(qiáng)，對(duì)光合作用更有利，還需綜合考慮番茄不同生育期對(duì)不同光線的要求不同。因此番茄最合適的光照度為20000lx～52000lx。上下限值分別是55000lx和2000lx。

3）對(duì)濕度的要求。

番茄屬于半耐旱蔬菜。不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水分需求不同。第一花序?yàn)殚_花結(jié)實(shí)期要降低棚溫，空氣相對(duì)濕度控制在45%～55%，盛果期大棚內(nèi)空氣濕度保持在45%～55%最適宜，當(dāng)外界夜溫不低于15℃時(shí)，可晝夜通風(fēng)?？梢姺炎钸m宜濕度為45%～55%之間，上下限值分別為32%、65%。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)小型蔬菜大棚667平方米的溫室規(guī)格，總體設(shè)計(jì)是采用AT89S52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，由它控制繼電器報(bào)警、蜂鳴器報(bào)警以及液晶屏顯示溫濕度和光照強(qiáng)度的信息。

1）硬件設(shè)計(jì)。

單片機(jī)的輸入數(shù)據(jù)主有四個(gè)部分，溫濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器、按鍵電路和復(fù)位電路。按鍵電路采用四只按鍵設(shè)置報(bào)警上限值、下限值、恢復(fù)正常顯示和切換溫濕度和光強(qiáng)的界面按鍵；復(fù)位電路是對(duì)單片機(jī)復(fù)位；環(huán)境監(jiān)控的數(shù)據(jù)都是通過(guò)溫濕度傳感器和光強(qiáng)度傳感器傳輸給單片機(jī)的，其中溫濕度電路采用溫濕度傳感器DHT11，電路中連接線長(zhǎng)度小于20米時(shí)用5.1K的上拉電阻，大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況降低上拉電阻阻值，欲獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，需連續(xù)讀取兩次，每次讀取傳感器間隔大于5秒即可獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；光強(qiáng)度控制電路利用16位數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750fvi，傳感器精度高，總線接口簡(jiǎn)單易用，體積較小，實(shí)現(xiàn)了高精度數(shù)字光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)采集。

單片機(jī)的輸出有三個(gè)部分：液晶顯示、蜂鳴器報(bào)警和繼電器報(bào)警。液晶顯示選用有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊FYD12864-0402B；蜂鳴器報(bào)警則用三極管9013驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音；繼電器報(bào)警，采用PNP三極管9012來(lái)驅(qū)動(dòng)5V繼電器，繼電器接反向二極管1N4007，防止上電瞬間電流過(guò)大損壞繼電器，繼電器的一組開點(diǎn)接發(fā)光二極管，當(dāng)繼電器吸合時(shí)，發(fā)光二極管亮。

2）軟件設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)的主要功能為通過(guò)傳感器檢測(cè)子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、采集到的數(shù)據(jù)在顯示模塊上顯示、系統(tǒng)判斷是否超限，超限則報(bào)警，如果沒有超限是否是因?yàn)閳?bào)警上下限設(shè)置不當(dāng)，如果是，則通過(guò)設(shè)置按鈕來(lái)對(duì)報(bào)警上下限值進(jìn)行設(shè)定，如果報(bào)警值設(shè)置正確則結(jié)束。

3 系統(tǒng)調(diào)試

1）硬件調(diào)試。

主控模塊調(diào)試的要求是能輸出正常的系統(tǒng)信號(hào)，顯示模塊調(diào)試則需要正確的顯示溫度、濕度和光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，檢測(cè)模塊需在電路連通后有信號(hào)輸出，控制模塊的調(diào)試則是在檢測(cè)模塊輸入的上下限值超出設(shè)定的范圍時(shí)能夠自動(dòng)控制調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，使環(huán)境數(shù)據(jù)控制在設(shè)定的范圍要求，電源模塊需用萬(wàn)用表測(cè)量輸出滿足要求，最后是機(jī)械按鍵的去抖動(dòng)問題，在電路加延時(shí)電路。

2）軟件調(diào)試。

溫濕度采集程序的編寫要嚴(yán)格按照DHT11時(shí)序圖進(jìn)行，光強(qiáng)度采集程序要注意顯示子程序編寫時(shí)的四次取余運(yùn)算，顯示子程序注意不同數(shù)據(jù)顯示之間的切換和延時(shí)，各個(gè)子程序需要單獨(dú)調(diào)試完成無(wú)誤后，將程序下載到單片機(jī)中，通過(guò)初始化單片機(jī)進(jìn)行單步調(diào)試，單步調(diào)試完成后，開始對(duì)環(huán)境溫度、濕度和光照度進(jìn)行逐一檢測(cè)，如能正常檢測(cè)并顯示數(shù)據(jù)，則程序正常，若不能正常檢測(cè)和顯示，則需要重新修改子程序中的某些變量，使其能夠正常完成各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和控制過(guò)程。

3）調(diào)試結(jié)果。

硬件模塊均可以正常進(jìn)行工作，在番茄溫室環(huán)境中數(shù)據(jù)的誤差范圍小，能持續(xù)工作且性能穩(wěn)定，且要很好的控制溫室中的各個(gè)環(huán)境參量，并具有一定的抗干擾能力。

4 總結(jié)

系統(tǒng)能夠正常檢測(cè)番茄溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照強(qiáng)度，當(dāng)溫室溫度超限時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，濕度和光照強(qiáng)度超限時(shí)能通過(guò)控制模塊調(diào)節(jié)溫室自動(dòng)恢復(fù)到設(shè)定的上下限范圍內(nèi)，能夠有效的調(diào)節(jié)溫室環(huán)境，并能顯示當(dāng)前溫度、濕度和亮度，且誤差小于+5%。另外如果把本設(shè)計(jì)方案擴(kuò)展加上上位機(jī)，則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，將具有更大的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介

王金環(huán)（1981-），女，碩士，研究方向：網(wǎng)絡(luò)擁塞控制與處理，數(shù)字通信。endprint