基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮簫 周娜

摘要：現(xiàn)階段我國(guó)的科學(xué)技術(shù)方面得到了快速的發(fā)展，各項(xiàng)社會(huì)事業(yè)的發(fā)展也都進(jìn)行了智能化技術(shù)的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)事業(yè)智能化發(fā)展在現(xiàn)如今時(shí)代發(fā)展進(jìn)程中變得越來(lái)越重要了，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大鵬的溫度和濕度進(jìn)行有效且穩(wěn)定的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)大棚高水平的發(fā)展，這對(duì)于我國(guó)整體的農(nóng)業(yè)事業(yè)的發(fā)展是具有重要的意義的。故此，在本文中就將對(duì)基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行相關(guān)的研究和分析，其主要目的在于對(duì)農(nóng)業(yè)大棚的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，而且這也能滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)大棚越來(lái)越高的使用需求，促進(jìn)農(nóng)業(yè)大棚的高速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);溫度控制;適度控制;控制系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì);研究分析

中圖分類(lèi)號(hào)：? TP311.1? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）23-0193-02

隨著時(shí)間的推移和時(shí)代的不斷改革創(chuàng)新，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)都得到了穩(wěn)定的發(fā)展，而與此同時(shí)，時(shí)代發(fā)展對(duì)于各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展要求也提升了很多，其中之一就是農(nóng)業(yè)大棚的應(yīng)用，如果能夠?qū)r(nóng)業(yè)大棚的溫度和濕度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制工作，會(huì)使得農(nóng)業(yè)大棚的應(yīng)用效果得到提升，對(duì)于農(nóng)業(yè)事業(yè)的發(fā)展能夠起到一定的推進(jìn)作用。所以在接下來(lái)的文章中就將針對(duì)【基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)】進(jìn)行詳盡的闡述，除此之外還會(huì)提出一定的具有建設(shè)性的意見(jiàn)或者對(duì)策。

1 基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)意義

就現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)大棚使用技術(shù)的普及程度還是比較高的，而且從相關(guān)公開(kāi)的數(shù)據(jù)上來(lái)看，農(nóng)業(yè)大棚的數(shù)量也在不斷地增多，而在農(nóng)業(yè)大鵬技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的主要目的是為了使得大鵬之內(nèi)的各類(lèi)農(nóng)作物更好地成長(zhǎng)，這一過(guò)程中相關(guān)的濕度、溫度的控制工作就變得非常的重要了。在傳統(tǒng)的溫度、濕度控制工作當(dāng)中，一般都是在大棚內(nèi)部懸掛溫度計(jì)和濕度計(jì)，以顯示計(jì)上的數(shù)值來(lái)判斷溫度或者是濕度是否超出相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，溫度高，濕度低就需要進(jìn)行灑水，相反濕度比較高的情況之下，就需要對(duì)大棚進(jìn)行通風(fēng)降低濕度。這些過(guò)程都是在人工操作的情況下來(lái)完成的，這就會(huì)消耗大量的人力物力和財(cái)力[1]，也就是所謂的“事倍功半”的效果，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求之下，傳統(tǒng)的溫度控制、濕度控制方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足越來(lái)越高的需求了，因此進(jìn)行基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義也是為了促進(jìn)國(guó)內(nèi)的農(nóng)業(yè)事業(yè)能夠得到更好的發(fā)展。

例如，在現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)事業(yè)發(fā)展過(guò)程中，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模正在不斷地進(jìn)行提升，農(nóng)業(yè)大棚需要培育的農(nóng)作物種類(lèi)也變得越來(lái)越多，而眾所周知的，不同的農(nóng)作物種類(lèi)發(fā)育、成長(zhǎng)所需要的濕度和溫度都是不同的，在這種情況之下，基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，用以對(duì)不同種類(lèi)植被生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期所需的溫度及濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，從中也能夠看出，溫濕度控制對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義，因此需要給予基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作足夠的重視程度[2]。

2 基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

2.1 環(huán)境對(duì)于植物生長(zhǎng)的重要影響

在農(nóng)作物的實(shí)際生長(zhǎng)過(guò)程中主要具有三個(gè)基本溫度要求，分別是最適溫度、最低溫度以及最高溫度。當(dāng)農(nóng)作物生長(zhǎng)處于最高溫度或者最低溫度的情況之下，農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育就會(huì)處于停滯狀態(tài)，最低溫度變得更低或者最高溫度變得更高，會(huì)使得農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生比較多的傷害，嚴(yán)重的情況之下，甚至?xí)?dǎo)致農(nóng)作物出現(xiàn)死亡的情況。而當(dāng)農(nóng)作物處于最適溫度情況之下，農(nóng)作物的生長(zhǎng)速度能夠達(dá)到最快， 筆者在實(shí)際的研究過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，星夜溫差與積溫對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)也會(huì)起到重要的影響，因此在應(yīng)用農(nóng)業(yè)大棚對(duì)農(nóng)作物培養(yǎng)的過(guò)程中，需要重視溫度的控制工作，使得農(nóng)作物快速地進(jìn)行生長(zhǎng)[3]。

促使農(nóng)田朝向多功能的方向進(jìn)行發(fā)展，對(duì)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度有效控制，進(jìn)而完成增產(chǎn)增收和促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的主要目的。

2.2 國(guó)外研究發(fā)展

與國(guó)內(nèi)智能農(nóng)田和大鵬技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行比較的話(huà)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展起步要更早一些，根據(jù)相關(guān)公開(kāi)的資料得知，美國(guó)建成了第一個(gè)有關(guān)于植物生長(zhǎng)的人工氣候室，其內(nèi)部相關(guān)的工作人員也對(duì)農(nóng)作物對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)性和抗御能力進(jìn)行了實(shí)際研究，對(duì)于世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展也具有重要的意義。另外70年代后期的荷蘭、美國(guó)、英國(guó)、以色列等國(guó)家的農(nóng)業(yè)智能大棚發(fā)展也相當(dāng)迅猛，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)術(shù)的進(jìn)步和智能控制理論的發(fā)展，近幾十年以來(lái)，多智能化作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，自動(dòng)控制和管理術(shù)得到了不斷的提高[4]。

2.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大鵬技術(shù)的發(fā)展

宏觀(guān)角度上來(lái)說(shuō)，我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)的發(fā)展起步時(shí)間是比較晚的，到70年代，我國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展多功能農(nóng)田和節(jié)能日光農(nóng)田等等農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中不僅促進(jìn)了農(nóng)村整體的降級(jí)發(fā)展，還在一定程度上緩和了蔬菜作物季節(jié)性短缺的主要矛盾，滿(mǎn)足了廣大人民群眾在蔬菜方面的需求。在1980年～1994年，我國(guó)在國(guó)外引入了非常多的農(nóng)業(yè)發(fā)展技術(shù)，使得農(nóng)業(yè)整體上得到了一定的發(fā)展。

目前基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)還存在著一定的不足之處，首先是價(jià)格比較昂貴，很多農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的成本資金有限，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用;其次是比較缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相近應(yīng)的多功能農(nóng)田溫度自動(dòng)環(huán)境測(cè)系統(tǒng)。目前我國(guó)引進(jìn)多功能農(nóng)田溫度自動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多投資大、運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，并且環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所例重考慮的環(huán)境參數(shù)與我國(guó)的氣候特點(diǎn)存在矛盾。

3 基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷革新和普及，如何做到農(nóng)業(yè)的智能化就顯得尤為的重要，如大棚溫度、濕度的監(jiān)管問(wèn)題對(duì)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展有著至關(guān)重要的地步。

因此進(jìn)行基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施需要全面且細(xì)致。

3.1 硬件設(shè)計(jì)方案

1）基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)的主控中央處理器可以選用AT89C52，在系統(tǒng)的外圍電路當(dāng)中，輸入的裝置主要包括鍵盤(pán)的按鈕、溫濕度傳感器等等，輸出裝置主要包括進(jìn)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、排氣扇以及LCD顯示器等。

2）系統(tǒng)各部分電路

按鍵控制方面需要采用“+”和“-”三個(gè)按鍵，使得相關(guān)的工作人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行控制，這些案件需要配合LCD顯示器進(jìn)行配合工作，后續(xù)也需要實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，退出設(shè)定的模式之后也能夠現(xiàn)實(shí)農(nóng)業(yè)大棚當(dāng)中的環(huán)境溫度和濕度，便于工作人員對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè);

另外，在實(shí)際的農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，不論是溫度還是濕度，事實(shí)上都有可能超出傳感器的設(shè)定范圍，如果產(chǎn)生了諸如此類(lèi)的情況，此時(shí)單片機(jī)就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，提醒農(nóng)業(yè)大棚工作人員大棚內(nèi)的溫度和濕度產(chǎn)生了比較大的變化，此系統(tǒng)中可以采用晶體管驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器;

在農(nóng)業(yè)大棚的頂部還需要安裝循環(huán)風(fēng)機(jī)，當(dāng)大鵬之內(nèi)的溫度過(guò)高的情況之下，相關(guān)工作人員可以開(kāi)啟循環(huán)風(fēng)機(jī)，使得熱氣流可以從大棚的頂部排出，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚農(nóng)作物的生長(zhǎng)溫度的控制，此系統(tǒng)可以采用一個(gè)或者多個(gè)三百瓦特的循環(huán)風(fēng)機(jī);

除此之外，還需要增加一定的加溫裝置，基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)可以通過(guò)加熱電熱棒實(shí)現(xiàn)熱量的增加，大棚的溫度提升也會(huì)具有保障，當(dāng)溫度提升到需求溫度之后，就可以將電熱棒停止通電了[6]。

系統(tǒng)采用數(shù)字溫濕度傳感器SHT11。濕度測(cè)量范圍：0%～100%RH;溫度測(cè)量范圍：40～+120℃;濕度測(cè)量精度：±2%相對(duì)濕度;溫度測(cè)量精度：±0.2%℃溫度測(cè)量精度。改傳感器價(jià)格便宜。溫度和濕度都達(dá)到或超過(guò)了標(biāo)題的精度要求，屬于低功率傳感器。主要做到了以下三點(diǎn)要求。

（1）能夠檢測(cè)出環(huán)境中的溫度和濕度，并且顯示在LCD1602上進(jìn)行顯示;

（2）設(shè)定參數(shù)數(shù)據(jù)：

濕度測(cè)量范圍：0%～100%RH;溫度測(cè)量范圍-40～+110℃;

濕度測(cè)量分辨率：1%RH;溫度測(cè)量分辨率：1℃;

濕度測(cè)量精度：±2.0%RH;溫度測(cè)量精度：±0.5℃;

（3）采取5V工作電源，方便供電和使用。

3.2 軟件設(shè)計(jì)方案

基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中的軟件設(shè)計(jì)方案，需要應(yīng)用C語(yǔ)言進(jìn)行各種程序的編輯，而在按鍵輸入方面，為了使得農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的溫度濕度控制能夠達(dá)到足夠的精準(zhǔn)，就需要采用更加靈敏的中斷響應(yīng)控制方式，這樣相關(guān)工作人員就能夠通過(guò)按鍵輸入的諸多信息來(lái)設(shè)定溫度、濕度的范圍。

此基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中，沒(méi)過(guò)一段時(shí)間就會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)大棚的溫度、濕度進(jìn)行檢測(cè)，并且判斷現(xiàn)實(shí)數(shù)值是否超出了設(shè)定范圍，一旦超出就會(huì)發(fā)出相關(guān)的報(bào)警信號(hào)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)、原理的幫助之下，使得農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的溫度、濕度能夠回歸到合理的范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

綜上所述，就是目前為止針對(duì)【基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)】的相關(guān)研究和分析了，從文中敘述的內(nèi)容中不難發(fā)現(xiàn)，這一系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚的溫度和濕度的自動(dòng)控制，這使得生產(chǎn)活動(dòng)的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)減輕，大棚之內(nèi)農(nóng)作物的生長(zhǎng)質(zhì)量也會(huì)變得越來(lái)越高，當(dāng)然，未來(lái)對(duì)于這一系統(tǒng)的需求會(huì)變得越來(lái)越強(qiáng)，后續(xù)相關(guān)工作人員也需要對(duì)其進(jìn)行不斷的優(yōu)化和完善。

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【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】