基于單片機(jī)的溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)控硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：溫室大棚種植環(huán)境中的溫度、濕度、光照度等參數(shù)對(duì)作物的生長(zhǎng)有很大的影響，傳統(tǒng)的人工監(jiān)管已經(jīng)不適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)監(jiān)控，可以采用基于單片機(jī)進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集和傳輸。本文正是針對(duì)大棚溫濕度、光照強(qiáng)度、卷簾的測(cè)量和控制等設(shè)計(jì)了一種高效、穩(wěn)定的采集和處理系統(tǒng)硬件裝置，可以實(shí)現(xiàn)溫室數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和傳輸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、效率高，可廣泛應(yīng)用于北方溫室大棚的自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)；溫室環(huán)境參數(shù)

中圖分類號(hào)：S625.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 24-0000-01

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高，農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，溫室大棚作為新的農(nóng)作物種植技術(shù)已突破了傳統(tǒng)農(nóng)作物種植受地域自然環(huán)境氣候等諸多因素的限制，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義大棚內(nèi)環(huán)境狀況直接影響作物的生長(zhǎng)，因此對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測(cè)和對(duì)大棚設(shè)備的遠(yuǎn)程控制顯得十分重要，這將直接關(guān)系到農(nóng)作物的產(chǎn)量。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)延伸了它在信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，基于Web的溫室大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不僅僅方便了人們對(duì)溫室大棚的監(jiān)管和控制，還是一種重要的農(nóng)業(yè)科研平臺(tái)。所以說，基于互聯(lián)網(wǎng)的北方溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究是很有必要的。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)許多地方都已引進(jìn)了以色列、荷蘭等國(guó)家的溫室控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)價(jià)格都很昂貴而且操作負(fù)載，因此設(shè)計(jì)和制造了適合我國(guó)國(guó)情、價(jià)格合理、操作簡(jiǎn)單、具有較高技術(shù)水平的溫室監(jiān)控系統(tǒng)[1]。

一、總體方案詳細(xì)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的溫室環(huán)境參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，單片機(jī)信息采集屬于硬件和電子學(xué)科的范疇，而卷簾的升降控制屬于機(jī)械的領(lǐng)域，各個(gè)系統(tǒng)之間相互配合，緊密聯(lián)系，才能夠使本系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行。

在該系統(tǒng)當(dāng)中，需要采集的物理量有溫度、濕度、光照強(qiáng)度、卷簾位置，需要控制的機(jī)械設(shè)備是卷簾的電動(dòng)機(jī)。在自動(dòng)化科學(xué)當(dāng)中，上述物理量的采集是很容易實(shí)現(xiàn)的，都有現(xiàn)成的、已經(jīng)能在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中穩(wěn)定應(yīng)用的解決方案。而對(duì)于眾多被采集來的物理量的網(wǎng)頁(yè)發(fā)布、在網(wǎng)頁(yè)控制卷簾電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，和網(wǎng)頁(yè)的跨網(wǎng)段訪問相對(duì)來說是比較困難的。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案主要考慮以下方面。

（一）硬件環(huán)境配置

上位機(jī)硬件開發(fā)環(huán)境：P43.3GHz＼1G＼80G＼1024*768＼Windows XP/7；下位機(jī)硬件調(diào)試環(huán)境：南京偉福2000單片機(jī)仿真器；下位機(jī)芯片燒寫工具：宏晶（STC）科技STC-ISP編程器，STC系列的單片機(jī)現(xiàn)在在中國(guó)的51單片機(jī)市場(chǎng)上占有較大比例，現(xiàn)提供專用MCU設(shè)計(jì)服務(wù)[2]。

（二）硬件選型

電源模塊選擇太陽(yáng)能電池板和7805穩(wěn)壓模塊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定、安全工作，環(huán)保經(jīng)濟(jì)，彰顯低碳節(jié)能新理念。7805穩(wěn)壓模塊是一種最常見的三端穩(wěn)壓模塊，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，在12V電壓輸入下能得到+5V電壓，輸出電流最大1.5A，適合溫室大棚的環(huán)境。

溫濕度傳感器選擇SHT10，采集精度高、速度快，溫濕度測(cè)量誤差±0.5%。光照強(qiáng)度傳感器選擇光敏電阻類型的，光敏電阻的阻值能隨光照強(qiáng)度的增加而下降，價(jià)格便宜。該電壓值送入單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換后即可得到光照強(qiáng)度的數(shù)字量，STC12C5A60S2單片機(jī)自帶10位AD轉(zhuǎn)換光敏電阻，價(jià)格便宜。卷簾電機(jī)選擇一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電力拖動(dòng)裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜、過載能力強(qiáng)及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

單片機(jī)選擇是一件重要而費(fèi)心的事情，如果單片機(jī)型號(hào)選擇得合適，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就會(huì)得經(jīng)濟(jì)，工作可靠；如果選擇得不合適，就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，影響單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至根本就達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的功能[3]。對(duì)于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來說，它的技術(shù)要求和系統(tǒng)功能都應(yīng)當(dāng)十分明確.如果選擇功能過于少的單片機(jī)，這個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就無法完成控制任務(wù)；但是如果選擇的單片機(jī)功能過于強(qiáng)大，這不但沒有必要，還會(huì)造成資源浪費(fèi)，不降性能價(jià)格比。STC12C5A60S2單片機(jī)是一種高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍[4]。

二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析

該系統(tǒng)包括了單片機(jī)主控芯片、溫濕度采集模塊、光照采集模塊和以太網(wǎng)通訊模塊組成。光敏電阻將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓量，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)為數(shù)字量；溫濕度傳感器經(jīng)過I2C總線直接與單片機(jī)相連；單片機(jī)通過串行口驅(qū)動(dòng)PLC，PLC控制卷簾電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；光電接近開關(guān)直接連接單片機(jī)；單片機(jī)通過SPI總線驅(qū)動(dòng)以太網(wǎng)卡完成網(wǎng)絡(luò)通訊功能。

溫濕度傳感器模塊SHT10的供電電壓為2.4～5.5V。單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指用最少的元件組成以單片機(jī)為核心元件的可以正常工作具有特定功能的單片機(jī)系統(tǒng)，是單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的核心電路。因此，單片機(jī)最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。

以太網(wǎng)接口模塊是設(shè)計(jì)一款基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該接口模塊的主要任務(wù)就是完成與外界信息的交互，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的目的。使用RTL8019作為以太網(wǎng)的物理層接口，偵聽網(wǎng)絡(luò)線路。如果線路忙，就等到線路空閑為止，否則，立即發(fā)送數(shù)據(jù)楨。

三、結(jié)束語

根據(jù)我國(guó)多為中小型溫室大棚的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用的主控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息發(fā)布系統(tǒng)均采用微處理機(jī)來控制，這樣既減小了占地空間又節(jié)約了成本，適合廣大中小型農(nóng)戶的使用。同時(shí)利用現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)省去了通信線路的鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室大棚的遠(yuǎn)程控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]王興宇，袁偉青.基于AT89S51單片機(jī)控制的新型溫度采集監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（09）.

[2]董慧敏，朱智民.多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)[J].漂河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（03）.

[3]馮洋.基于單片機(jī)的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量，2012（08）.

[4]張東慶，朱虹.基于單片機(jī)的測(cè)溫電路設(shè)計(jì)[J].科技視界，2012（16）.

[作者簡(jiǎn)介]王麗平（1974-），女，吉林永吉人，教師，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

[基金項(xiàng)目]《面向吉林省的溫室自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，吉林省教育廳，（項(xiàng)目編號(hào)：2013307）；《應(yīng)用太陽(yáng)能的蔬菜大棚滴灌群控技術(shù)研究》，吉林省科技廳，（項(xiàng)目編號(hào)：201205043）；《滴灌水肥一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)研究》，吉林省教育廳，（項(xiàng)目編號(hào)：2014322）。