大棚溫濕度自動檢測調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計

吳祉昂

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平得到了很大的提高，人們對于生活質(zhì)量也有了更高的要求。在這樣的基礎(chǔ)上，各種農(nóng)業(yè)大棚得以建設(shè)起來。與此同時，對于大棚的智能化調(diào)節(jié)的要求越來越嚴(yán)格，依靠人力進(jìn)行調(diào)節(jié)顯然已經(jīng)無法滿足條件了，因此需要一套智能的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來完成這項工作。本設(shè)計就是在這樣的背景之下產(chǎn)生的。本設(shè)計包括3個部分，分別為主控系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)。主控系統(tǒng)由單片機(jī)構(gòu)成，監(jiān)測系統(tǒng)由溫度傳感器以及濕度傳感器構(gòu)成，檢測系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢測環(huán)境信息，并將檢測到的信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)接收信息之后，發(fā)送命令給執(zhí)行系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度以及濕度穩(wěn)定。經(jīng)過一系列的論證，本設(shè)計是合理的，能夠完成預(yù)定的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；溫度；濕度；自動調(diào)節(jié)

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）222-0100-02

目前中國各方面的實力都得到了很大的提升，無論是制造業(yè)還是養(yǎng)殖業(yè)，現(xiàn)在都朝著更加科學(xué)化以及集約化的方向發(fā)展。現(xiàn)在人們的生活水平也得到了很大的提升，衣食住行各個方面都能體現(xiàn)出來。僅僅在飲食方面，人們的注意力現(xiàn)在早已經(jīng)從溫飽方面，過渡到了健康層面，因此，各種綠色瓜果蔬菜已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠至?。所以現(xiàn)在的種植業(yè)也在快速的發(fā)展，各種蔬菜瓜果大棚相繼建成并投入使用，為人們提供各種蔬菜，也為人們提供工作崗位?，F(xiàn)在的大棚變得更加的智能化以及信息化，不僅能種植普通的瓜果蔬菜，甚至反季節(jié)的蔬菜都能大規(guī)模的種植。但是在另外一方面，蔬菜大棚的種植依然需要大量的人力物力，因此，對于大棚智能化方面的研究就顯得更加的重要。

在大棚的種植過程中，溫度以及濕度對于大棚中的作物的影響是非常大的，直接關(guān)系到其產(chǎn)量以及質(zhì)量。而現(xiàn)在大棚中的溫度以及濕度的調(diào)節(jié)方面，主要還是靠著人為的調(diào)節(jié)。但是，這顯然需要人力較多時間花費(fèi)在這上面，這并不符合現(xiàn)在自動化以及智能化的潮流。并且，人力的控制調(diào)節(jié)，很多情況下都不能達(dá)到及時、精準(zhǔn)，溫度濕度對于植物的生長起到的作用是非常關(guān)鍵的，直接影響到其產(chǎn)量以及質(zhì)量，絲毫的偏差都會引起很嚴(yán)重的后果。這也是一直在提倡精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的原因。因此，設(shè)計一款系統(tǒng)來自動調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的濕度以及溫度，以達(dá)到最佳的效果就顯得非常有必要。為了實現(xiàn)該系統(tǒng)的功能，首先要解決以下幾個方面的問題：

1）溫度的檢測問題。

2）溫度的調(diào)節(jié)問題。

3）濕度的檢測問題。

4）濕度的調(diào)節(jié)問題。

1 總體設(shè)計

該套智能系統(tǒng)是為了盡最大的可能來調(diào)節(jié)作物的生長環(huán)境，使其達(dá)到最佳的生長效果。其需要自動的檢測大棚內(nèi)的溫度以及濕度，并且能夠自動對溫度以及濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這是一款典型的自動控制系統(tǒng)。目前對于自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，用的最多的就是單片機(jī)控制以及PLC控制的方法，PLC由于其功能以及適應(yīng)性方面的原因多用于工業(yè)生產(chǎn)方面，因此本設(shè)計采用單片機(jī)控制的方法。本設(shè)計利用單片機(jī)作為主控系統(tǒng)，另外還需要設(shè)計檢測系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)。其中，檢測系統(tǒng)需要檢測溫度以及濕度兩方面的信息，因此，本設(shè)計采用了溫度傳感器以及濕度傳感器來完成這方面的任務(wù)。執(zhí)行系統(tǒng)由溫度調(diào)節(jié)裝置以及濕度調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，溫度調(diào)節(jié)裝置主要包括排風(fēng)扇以及加熱機(jī)。濕度調(diào)節(jié)裝置主要由空氣加濕器組成。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

單片機(jī)：單片機(jī)目前問世僅僅40余年，但是自其問世之日起，就促進(jìn)了工業(yè)控制方面的巨大發(fā)展，目前單片機(jī)已經(jīng)在航空航天、軍事、儀器儀表等方面發(fā)揮了極其關(guān)鍵的作用。單片機(jī)本身在成本、功耗、體積等方面都非常具有優(yōu)勢，因而得到了很多設(shè)計者的青睞。本設(shè)計采用STC89C51型單片機(jī)，該款單片機(jī)運(yùn)算速度更快，功能更加可靠，并且具有可編程的能力，非常適合于初學(xué)者。

溫度傳感器：溫度傳感器的作用是把溫度信息轉(zhuǎn)換為電信息進(jìn)行傳遞的器件。利用的原理為金屬的電阻隨著溫度的變化而變化的原理。本設(shè)計采用的溫度傳感器的型號為DS18B20。其采用單總線通信的方式。其數(shù)據(jù)傳輸方向是雙向的，所以其有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維護(hù)簡單等。

濕度傳感器：濕度傳感器用于檢測相對濕度信息，本設(shè)計采用的傳感器的型號為DHT11。其精度可以達(dá)到正負(fù)百分之五。精度非常高，并且成本低廉，抗干擾能力強(qiáng)。在空調(diào)、除濕器、測試以及檢測設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛。

繼電器：繼電器作為低電流控制電路與大電流執(zhí)行電路之間的橋梁，起到的作用是非常關(guān)鍵的。本設(shè)計采用的是電磁繼電器，利用的原理是通電后，電磁鐵產(chǎn)生磁力，帶動銜鐵吸合，完成所控制電路的通斷。該繼電器模塊采用低電平吸合的方式，直接由單片機(jī)控制，只需要單片機(jī)輸入一個低電平，就能夠控制繼電器吸合。進(jìn)而帶動執(zhí)行電路閉合。

3 軟件設(shè)計

本設(shè)計要制作的是一套智能的大棚調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該套智能系統(tǒng)是為了盡最大的可能來調(diào)節(jié)作物的生長環(huán)境，使其達(dá)到最佳的生長效果。其需要自動的檢測大棚內(nèi)的溫度以及濕度，并且能夠自動的對溫度以及濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體需要溫度傳感器以及濕度傳感器檢測環(huán)境中溫度以及濕度信息，并且將該信息傳遞給單片機(jī)，經(jīng)過計算，當(dāng)溫度以及濕度達(dá)不到預(yù)定的程度時，啟動相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。該設(shè)計的溫控部分系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

該設(shè)計的濕度控制部分系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

對于溫度以及濕度的調(diào)節(jié)，本設(shè)計利用的加熱機(jī)以及加濕器，由于單片機(jī)輸出的功率很小，驅(qū)動不了加熱機(jī)以及加濕器，因此，采用電磁繼電器作為中間橋梁。對于電磁繼電器的控制，本設(shè)計中利用的是電磁繼電器模塊，其分別有VCC，GND以及輸入端口，VCC以及GND為供電端口，故只需要對輸入端口輸入低電平就可以控制其閉合，進(jìn)而控制外部電路的通斷。本設(shè)計中控制加熱機(jī)的繼電器與單片機(jī)的P3^5端口進(jìn)行連接，控制加濕器的繼電器與單片機(jī)的P3^6端口進(jìn)行連接，控制風(fēng)機(jī)的繼電器與單片機(jī)的P3^7端口進(jìn)行連接，只需要通過程序命令相應(yīng)的端口輸出低電平，就能很好的控制相應(yīng)的器械，調(diào)整相應(yīng)的信息。

4 結(jié)論

本設(shè)計中包括了主控系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)之間的相互配合，完成了該設(shè)計的主體構(gòu)架，實現(xiàn)了自動的檢測大棚內(nèi)的溫度以及濕度的，并且能夠自動的對溫度以及濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)的效果，使得其能夠盡最大的可能來調(diào)節(jié)作物的生長環(huán)境，使其達(dá)到最佳的生長效果。目前我們國家的大棚種植業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，該項設(shè)計對于大棚種植有著非常重要的意義，并且這對于養(yǎng)殖業(yè)也有很積極的影響。相信本設(shè)計必然能夠得到快速的推廣，使得大棚種植朝著更加科學(xué)的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]郭愛芳.傳感器原理及應(yīng)用[M].西安：電子科技大學(xué)出版社，2015.

[2]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]李華.MCS-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.