蔬菜溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)

1、蔬菜溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)摘要闡述了基于單片機(jī)STC12C5A60S2控制和溫濕度傳感器DHT11感測(cè)數(shù)據(jù)的溫濕度控制系統(tǒng)工作原理及軟、硬件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞溫室大棚；溫濕度控制；單片機(jī)；傳感器DTH11隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大和大棚技術(shù)的不斷普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多。溫濕度控制是蔬菜大棚一個(gè)重要的控制環(huán)節(jié)。溫濕度太低，蔬菜會(huì)被凍死或停止生長(zhǎng)，因此應(yīng)將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)懸掛溫度計(jì)，工人根據(jù)讀取的溫度值調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度；而濕度控制只能依據(jù)工人的經(jīng)驗(yàn)做出判斷是否需要灌溉。這種靠人工控制溫濕度的方式方法，既耗人力，又不精確，傳統(tǒng)的溫濕度調(diào)控措施

2、表現(xiàn)出極大的局限性。筆者設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)STC12C5A60S2和溫濕度傳感器DHT11采集數(shù)據(jù)的溫濕度控制系統(tǒng)。1溫濕度控制系統(tǒng)基本工作原理系統(tǒng)核心架構(gòu)如圖1所示，單片機(jī)STC12C5A60S2通過溫濕度傳感器DHT11采集蔬菜溫室大棚里的溫度和濕度參數(shù)，并同時(shí)顯示于顯示模塊和上位機(jī)電腦上。操控者既可以通過上位機(jī)輸入控制指令實(shí)現(xiàn)當(dāng)前和歷史溫濕度查詢，也可以現(xiàn)場(chǎng)通過溫濕度顯示模塊觀察當(dāng)前溫濕度讀數(shù)，并通過上位機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)定和修改適合蔬菜生長(zhǎng)期的溫濕度閥值。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前溫濕度閥值驅(qū)動(dòng)繼電器，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)操作，達(dá)到控制蔬菜溫室大棚溫濕度的效果122溫濕度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便

3、系統(tǒng)的升級(jí)、功能擴(kuò)展或根據(jù)用戶需求而定制和改造不同功能模塊，既方便了設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修，也大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。21溫濕度數(shù)據(jù)采集電路采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集溫室大棚的溫濕度。它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、功耗低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20m以上，是各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。系統(tǒng)溫濕度數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示22溫濕度控制電路溫濕度控制電路利用單片機(jī)P1口的P10P14控制三極管的通斷電，繼而控制繼電器的通斷電，達(dá)到準(zhǔn)確控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)操作的目的。由圖3可知，通過繼電器控制大功率熱源燈或暖爐達(dá)

4、到升溫目的。溫度控制和濕度控制電路的原理如圖4所示，兩者原理圖相同，只是控制端輸入信號(hào)不同。圖中直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，當(dāng)2個(gè)三極管基極分別接P10、P11時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)部采暖、通風(fēng)設(shè)備的控制，達(dá)到升溫或降溫的目的；當(dāng)2個(gè)三極管基極分別接P12、P13時(shí)，實(shí)現(xiàn)控制水閥開關(guān)以控制噴淋系統(tǒng)，達(dá)到控制蔬菜溫室大棚濕度的目的。另外，系統(tǒng)控制部分與執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分供電系統(tǒng)采用分離式，這樣既增加了系統(tǒng)的安全性，又為驅(qū)動(dòng)大功率設(shè)備或高壓用電器提供方便。23通訊模塊電路當(dāng)前微機(jī)系統(tǒng)，采用RS-232接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離串行傳輸數(shù)據(jù)，單片機(jī)采用5V的TTL電平。RS-232電平與TTL電平不兼容。如果兩者直接相連，

5、會(huì)使數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大失真，這是絕對(duì)不允許的。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)計(jì)算機(jī)之間通訊，系統(tǒng)采用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。由圖5可知，RS-232接口只使用了3根信號(hào)線：地線、接收線、發(fā)送線。上位機(jī)通過RS-232接口發(fā)送信號(hào)經(jīng)由MAX232轉(zhuǎn)換后變成TTL電平信號(hào)，從而被單片機(jī)串口所接收。D24和D23分別是發(fā)送和接受的指示燈，上位機(jī)與單片機(jī)通訊時(shí)，它們會(huì)閃爍，以便系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)。3溫濕度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用C51語(yǔ)言進(jìn)行模塊化編程，主要由主程序、串口中斷服務(wù)程序、DHT11編程應(yīng)用子程序（包括2個(gè)：一個(gè)為從DHT11讀取溫濕度數(shù)據(jù)子程序、一個(gè)為判讀DHT11數(shù)據(jù)線上電平

6、子程序）等組成。在此，給出系統(tǒng)主程序流程圖和DHT11編程應(yīng)用流程圖。31系統(tǒng)主程序流程圖6為片上主程序流程，程序一直在這個(gè)流程中重復(fù)運(yùn)行，除非出現(xiàn)了串口中斷或定時(shí)器中斷。串口中斷給主程序main（）發(fā)控制指令并修改check（）子函數(shù)里用到的溫濕度閥值。（由于中斷有專門的中斷服務(wù)程序處理，故主程序流程中并未出現(xiàn)中斷服務(wù)程序的流程）。溫濕度傳感器DHT11技術(shù)參數(shù)及其各種時(shí)序圖網(wǎng)上有不少資料可供參考。由于DHT11數(shù)據(jù)讀取部分是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)最關(guān)鍵部分，這里給出溫濕度讀取子函數(shù)read（）流程（圖7）及電平判斷子函數(shù)count（）流程（圖8）。其中，DA為總線電平。32串口中斷服務(wù)程序本系統(tǒng)中所

7、有指令的發(fā)送和接收都是通過單片機(jī)的全雙工異步串行口完成，而對(duì)指令的處理則是由串口中斷服務(wù)程序完成。每當(dāng)串口通訊發(fā)生時(shí)，就會(huì)執(zhí)行串口中斷服務(wù)程序，通過分析判斷控制指令，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)操作。4結(jié)語(yǔ)實(shí)踐證明，蔬菜溫室溫濕度控制系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，安裝、操作簡(jiǎn)單，稍加改造即可滿足不同用戶的不同需求。它以先進(jìn)的技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施，控制蔬菜的生長(zhǎng)環(huán)境，使蔬菜生長(zhǎng)不受自然氣候影響，實(shí)現(xiàn)高效率、高產(chǎn)值和高效益的生產(chǎn)。運(yùn)用該系統(tǒng)進(jìn)行溫室改造升級(jí)成本低，適合中小規(guī)模菜農(nóng)蔬菜溫室大棚的升級(jí)改造的需求，在蔬菜溫室大棚乃至農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。附錄托普物聯(lián)網(wǎng)托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有

8、限公司旗下的重要項(xiàng)目。浙江托普儀器是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠(chéng)為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測(cè)

9、傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺(tái)。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或完成對(duì)異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽(yáng)，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生長(zhǎng)信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)狀況。

10、4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長(zhǎng)階段、收獲階段等對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實(shí)施實(shí)時(shí)信息自動(dòng)記錄，有據(jù)可查，在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術(shù)對(duì)各個(gè)階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者拿到農(nóng)產(chǎn)品時(shí)通過終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)就能查看到各類信息，才能放心食用。6、作業(yè)模塊：即中央控制室?？赏ㄟ^總控室對(duì)整個(gè)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括各個(gè)區(qū)域采集點(diǎn)參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實(shí)時(shí)視頻圖像、施肥噴藥狀況、報(bào)警信息等。參考文獻(xiàn)1何立民MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19902陳桂友增強(qiáng)型8051單片機(jī)實(shí)用開發(fā)