基于C8051單片機(jī)的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)研究

北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 馬子豪 耿瑞芳 劉宇航 高 朔 李鎵丞

基于C8051單片機(jī)的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)研究

北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 馬子豪 耿瑞芳 劉宇航 高 朔 李鎵丞

基于C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)一套空氣濕度控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)的空氣濕度。利用AM1001濕度傳感器檢測(cè)溫室內(nèi)的空氣濕度，并將其值傳給C8051F020單片機(jī)，由單片機(jī)編程對(duì)空氣濕度進(jìn)行處理及調(diào)控，再通過(guò)安裝在BTF020開(kāi)發(fā)板上的液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示溫室大棚內(nèi)的濕度值。試驗(yàn)結(jié)果表明：該空氣濕度控制系統(tǒng)能夠?qū)厥掖笈飪?nèi)的空氣濕度控制在50±5%RH，滿足控制要求。

溫室大棚；濕度控制器；C8051F020單片機(jī)

1 引言

溫室大棚作物種植是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步成熟與發(fā)展，溫室大棚的智能控制也開(kāi)始發(fā)展。在影響溫室大棚里農(nóng)作物生長(zhǎng)的四大因素如光照、溫度、濕度、二氧化碳等中，空氣濕度是至關(guān)重要的因素，因此實(shí)現(xiàn)溫室大棚空氣濕度的自動(dòng)控制是使溫室大棚種植物達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的主要任務(wù)。本文基于C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)了一套農(nóng)業(yè)溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)溫室大棚的空氣濕度。

2 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 空氣濕度控制系統(tǒng)的功能與指標(biāo)

本文設(shè)計(jì)的空氣濕度控制系統(tǒng)的主要功能是：對(duì)溫室大棚內(nèi)空氣濕度進(jìn)行采集、處理控制和顯示，從而對(duì)大棚內(nèi)的濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使大棚內(nèi)的種植物茁壯成長(zhǎng)，以便收到良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

該空氣濕度控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下：濕度期望值為50± 5%RH，死區(qū)為[-3，+3]。

2.2 空氣濕度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本文基于C8051F020單片機(jī)構(gòu)成空氣濕度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成框圖見(jiàn)圖1。

圖1 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖

該濕度控制系統(tǒng)主要包括濕度采集模塊、濕度控制模塊、執(zhí)行模塊、LCD液晶屏顯示模塊。

3 空氣濕度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)包括濕度檢測(cè)、濕度控制、執(zhí)行部分和濕度顯示四部分。濕度檢測(cè)部分用的是AM1001濕敏電阻型濕度傳感器，控制部分硬件選C8051F020單片機(jī)作為控制器，執(zhí)行部分為加濕水泵及除濕排風(fēng)扇，顯示部分選取BTF020開(kāi)發(fā)板上的1602LCD顯示屏。

基于C8051單片機(jī)的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)電路原理圖見(jiàn)圖2。

圖2 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)電路原理圖

圖2(c)中的B、C端分別連接圖2(b)水泵的1、2端子，連接圖2(b)換氣扇1、2端子的中間電路電路圖與圖2(c)類似，但所用單片機(jī)的I/O端口為P1.6。

4 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

空氣濕度控制系統(tǒng)工作過(guò)程：濕度傳感器檢測(cè)到溫室大棚內(nèi)的濕度信息，并傳到濕度控制器C8051F020單片機(jī)，單片機(jī)按照預(yù)先編寫(xiě)好的控制程序?qū)z測(cè)到的濕度信號(hào)進(jìn)行分析處理：當(dāng)濕度RH≤47%時(shí)，開(kāi)啟水泵電機(jī)進(jìn)行加濕，使空氣濕度上升；當(dāng)濕度RH≥53%時(shí)，開(kāi)啟排風(fēng)扇除濕，使空氣濕度下降；當(dāng)47%＜濕度RH＜53%時(shí)關(guān)閉水泵和排風(fēng)扇，停止加濕和除濕。因?yàn)樵谛盘?hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中涉及到信號(hào)的實(shí)時(shí)傳送和控制，所以在調(diào)節(jié)過(guò)程中要充分考慮到單片機(jī)的時(shí)鐘問(wèn)題，這樣才能使單片機(jī)及時(shí)地向排風(fēng)扇或水泵發(fā)送控制信號(hào)，以便及時(shí)調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)的濕度。

控制程序流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 溫室大棚空氣濕度控制程序流程圖

5 溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)投運(yùn)

將研發(fā)的農(nóng)業(yè)溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)安裝在某溫室大棚中進(jìn)行投運(yùn)，圖4是該溫室大棚內(nèi)一天中從早上七點(diǎn)半到晚上十點(diǎn)半的濕度測(cè)量值，每隔半小時(shí)記錄一次。

圖4 某溫室大棚內(nèi)一天的空氣濕度變化曲線（每隔半小時(shí)記錄一次）

由圖(b)可以看出，使用該控制系統(tǒng)后，溫室大棚內(nèi)的空氣濕度能夠控制在50±5%RH，滿足控制要求。

6 結(jié)論

本文研發(fā)的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)功能較完善、性價(jià)比高，能夠較好地解決溫室大棚內(nèi)的空氣濕度調(diào)節(jié)問(wèn)題，使溫室大棚種植物達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，以較少的資金投入獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)結(jié)果表明：該空氣濕度控制系統(tǒng)能夠?qū)厥掖笈飪?nèi)的空氣濕度控制在50±5%RH，滿足控制要求。

[1]唐林林．蔬菜大棚的智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．山東大學(xué)．2010．

[2]譚志君,任正云．基于預(yù)測(cè)PI的大棚溫濕度先進(jìn)控制[J]．控制工程．2015(3)．

[3]方玉鑫．基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D]．哈爾濱工程大學(xué)．2012．

[4]曾龍,等．基于CC2430的室內(nèi)智能濕度控制器的研究[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2011(22)．

[5]鮑可進(jìn),等．C8051F單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M]．中國(guó)電子出版社,2006．

耿瑞芳。

本文由北京聯(lián)合大學(xué)“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助，項(xiàng)目編號(hào)：201511417SJ101。