溫室大棚智能控制系統設計

王亭亭等

【摘 要】基于單片機的溫室大棚智能控制系統，以單片機為核心，通過各類傳感器對溫室內各項指標進行實時采集，通過單片機進行分析處理及自動調節控制，可以消除環境中溫度，濕度，光照等因素對生物生長的限制，使得生物能在最佳狀態下生長，提高質量和產量。此外，本系統還增加了藍牙裝置，便于用戶完成遠程監控。

【關鍵詞】溫室大棚；傳感器；單片機；藍牙

0 引言

國外的溫室設施己經發展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件，不利于在我國廣泛地推廣。當今我國對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量，光照強度的檢測與控制都采用人工管理，存在測控不及時、測控精度低、勞動強度大等弊端，大大增加了成本，浪費人力資源，而且很難達到預期的效果。溫室大棚智能溫濕度控制系統由傳感器系統、單片機、溫室內的執行機構及無線收發模塊構成，該系統可完成對溫室大棚生產過程中的參數在線高精度測量，而且能實現棚內調溫、灌溉等的智能控制或報警提示，實現了溫室大棚自動實現保濕、通風和光照調節。該系統具有價格低廉、使用方便等優點，便于在我國推廣。

1 系統總體設計

本文設計的無線溫室大棚智能控制系統[1]，是由STC12C5A60S2單片機為核心的下位機和計算機為核心的上位機組成的。下位機由相應的傳感器系統、單片機、執行機構等部分組成。傳感器系統是溫室系統的輸入檢測模塊，檢測各種環境參數并將其轉換成溫室控制所需要的電信號，整個系統的測量精度、控制精度與傳感器獲得信息的準確性直接相關[2]。單片機系統主要包括主控模塊、數據采集模塊、輸出控制模塊、數據顯示模塊和數據通信模塊，具有溫室數據的采集、存儲、顯示、上傳等功能，可實現溫室現場資源的統一管理。執行機構主要包括加熱閥、加濕閥、風電機、自動卷簾等設備，單片機控制執行機構可以啟動加溫、降溫、遮陽補光等調控設備，調控溫室內的氣候環境。上位機可實現大棚遠程控制，也可對大棚數據統計分析。

該系統整體結構如下：

2 系統具體模塊設計

2.1 單片機

2.1.1 STC12C5A60S2系列單片機主要性能

STC12C5A60S2單片機作為溫室大棚智能控制系統的核心單片機[3]，是以8051單片機為內核，同時在8051單片機的基礎上又增加了很多功能。單片機內部集成了MAX810 專用復位電路，并且增加了P4口的功能， P4口地址在C0H。支持的外部中斷模式有下降沿喚醒、低電平喚醒、內部專用掉電喚醒，計時器喚醒等。而且在單片機內部集成A/D轉換功能，轉換口在P1口，有8路10位高速A/D轉換器，速度可以達到25萬次每秒，具有轉換速度高、低功耗的特點，作為本系統的主控芯片非常合適。

2.2 傳感器

2.2.1 溫濕度傳感器

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。DHT11通過SCK線、DATA線和單片機串行通信，其中SCK為時鐘線，DATA為數據線，時鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步。DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間4ms左右，一次完整的數據傳輸為40bit，數據分小數部分和整數部分，高位先出。

數據格式：

8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bit溫度整數數據+8bit溫度小數數據+8bit校驗和本系統中，當空氣中的溫濕度高于或低于所設定的值時，紅色指示燈亮，當溫濕度過高時，步進電機工作，打開天窗；當溫濕度過低時，進行補充。符合標準后，紅色發光二極管熄滅。

2.2.2 土壤濕度傳感器

YL-69型土壤濕度傳感器是一種簡易的水分傳感器，可用于檢測土壤的水分，當土壤缺水時，模塊輸出一個高電平，反之輸出低電平。本系統中，YL-69土壤濕度傳感器工作時電源指示燈為紅色，當土壤濕度低于設定范圍時，綠色發光二極管亮，同時繼電器動作，此時只要把土壤濕度傳感器浸入水中，濕度達標，LED燈熄滅。

2.2.3 光照強度傳感器

GY-30光照強度傳感器采用ROHM原裝的BH1750FVI芯片以及兩線式串行總線接口的集成電路，這種集成電路可以根據收集的光線強度數據來調整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化。本系統中，當光照沒有達到設定值時，白色發光二極管亮，需要補光；光照達標后，白色發光二極管熄滅。

2.2.4 煙霧傳感器

MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測亦很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。環境中CO2濃度越大，電導率越大，MQ-2型煙霧傳感器輸出電阻越低。在實驗中，當MQ-2煙霧傳感器檢測到CO2濃度不符合所設定的范圍時，紅色發光二極管亮，需要進行調節。

2.3 藍牙模塊

藍牙是一種無線電技術，利用藍牙技術能夠有效地簡化通信終端設備之間的通信，從而使數據傳輸變得更加迅速高效，其傳輸速率為1Mb/S。本系統采用HC-06藍牙模塊，該模塊內置

2.4GHz天線，功率可調，靈敏度可達80dBm，滿足系統要求。

2.4 液晶顯示模塊

Nokia5110液晶顯示器采用LPH7366模塊，具有很多的特點：84x48的點陣LCD，可以顯示4行漢字，采用串行接口與主處理器進行通信，包括電源和地在內的信號線僅有9條。支持多種串行通信協議，傳輸速率高達4Mbps，可全速寫入顯示數據，無等待時間。

3 軟件設計

本系統采用C語言模塊化編程方式，將系統的整體功能分為不同的模塊，各個模塊單獨設計、編程、調試、完成之后進行系統的總體聯調。本系統由主程序，系統初始化、信號采集、顯示、控制、通信、報警、按鍵掃描等子程序組成。

4 小結

該系統能夠實現對溫度、濕度、光照量等環境參數的采集，并通過單片機進行相應的控制，創造出適合作物生長的最佳環境。遠程通信實現了溫室大棚現場采集端和遠程控制端的相互通信，使溫室大棚的管理更加趨于現代化。該系統功耗低、操作簡單、擴展能力強，具有廣闊的市場應用前景。

【參考文獻】

[1]孫凱.基于單片機的智能溫室控制系統的設計[J].自動化技術與應用，2008，27（8）：101-103.

[2]褚向前，朱武.溫室溫度多傳感器數據融合[J].農機化研究，2008（4）：180-185.

[3]張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[責任編輯：薛俊歌]