基于單片機技術的智能大棚測控系統的設計

梁佳儀 尹思琪 劉沫含 陳曉旭

摘 要：本設計基于STC89C52的溫室大棚溫度濕度控制系統硬件設計，主要由溫度傳感器、濕度傳感器、單片機、串口通訊、控制電路、時鐘電路、顯示電路等組成。討論了溫室大棚溫濕度巡回檢測與控制的基本原理，并進行了可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機及數字控制系統的優點，系統的各方面性能得到了顯著的提高。可廣泛應用溫室塑料大棚、物資倉庫、食品加工、熱處理、冶金以及其他行業的溫濕度檢測及顯示、報警等。

關鍵詞：大棚溫濕度檢測；STC89C52單片機；硬件設計

1 前言

進入21世紀，士農工商的分化界限已經慢慢淡化了，表現在農業上的特點就是農業集商品化和產業化于一身，這就是現代農業。設施農業是現代農業的主要發展方向，而大棚溫室則是設施農業的主要代表，因此研究更加科學化和智能化的大棚溫室測控系統具有重要意義。大棚溫室已經在很多國家很多地區被廣泛使用并且帶來了顯著的經濟效益，其使用經驗和基礎調控方法已被普及。大棚作為現代化農業實施的重要產物，在國內多數地區得到了廣泛應用。環境控制是現代農業生產提高產量和質量的主要方式，溫室的科學化生產植物的健康生長取決于農業大棚控制系統。一個完備的設計合理的能夠調控出植物適宜生長的環境空間的控制系統，有助于達到優質、高產、高效的栽培目的。這也就是大棚測控系統的研究意義。

2 系統硬件設計

2.1 硬件總體設計

根據設計要求和單片機的工作原理，本設計采用STC89C52單片機作微處理器，該單片具有16KB的flash閃存存儲器，容量大，能夠滿足三路溫度數據和一路濕度數據的采集和處理。本設計的硬件系統主要由復位電路、時鐘電路、電源電路、測量電路、顯示電路、串口通訊電路以及調控電路組成。系統的總體結構框圖如圖1所示：

總的硬件系統可分為單片機最小系統和外圍電路系統。電源電路、時鐘電路和復位電路構成了單片機的最小系統。外圍電路系統由測量電路、顯示電路、調控電路及串口通訊電路組成，其中測量電路包括溫度測量電路和濕度測量電路。在整個系統運行過程中，由測量電路獲取溫濕度的值并通過顯示電路在1602液晶屏上進行顯示。調控電路的控制對象是溫濕度，與之連接的是一些執行機構，這些執行機構工作的目的是使溫度保持在適宜的范圍。若測量電路所得到的溫濕度值保持在適宜范圍，則執行機構不執行。串口通訊電路是單片機和PC進行數據交換的通道，單片機既能接收數據也能發送數據，PC機用Labview進行編程，能夠實時顯示測量值并對執行機構的狀態進行監視。

2.2 單片機最小系統設計

本設計所采用的最小系統電路為最典型的51單片機應用電路，微處理器選用STC89C52，復位方式采用上電自動復位，晶振選用11.0592MHZ，P0口外接10KΩ的上拉電阻，第31引腳直接接入高電平，單片機運行時只訪問內部程序存儲器。第40引腳為單片機的電源引腳，接入+5V電源，第20引腳，GND接地。

為了給控制器提供穩定的5V電壓，設計采用USB供電，無需電壓轉換，使系統運行更加穩定、可靠。

2.3 DS18B20溫度測量電路

外部電源供電方式是DS18B20最佳的供電方式。這種供電電路穩定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以外接多個傳感器，開發出穩定可靠的多點溫度監控系統。在外部供電方式下，可以充分體現DS18B20寬電源電壓范圍的優點，即使電源電壓VCC下降到3V，依然能夠保證溫度轉換精度。

2.4 DHT11濕度測量電路

DHT11數字溫濕度傳感器能夠以數字信號輸出所測得的溫度值和濕度值，與傳統輸出模擬信號的傳感器相比，電路更為簡單，而且在電路設計時省去了模數轉換電路，這種簡單易用的優點使得該類型傳感器在環境監測方面被廣泛使用。

DHT11只有4個引腳，VDD為電源引腳，電壓范圍可在3～5V范圍內選擇。DATA引腳為數據引腳，也就是單總線接口，依靠這一唯一的數據引腳，可對DHT11進行讀寫操作。NC引腳通常懸空，無需接任何線路。GND引腳為電源的。

2.5 其他電路

顯示電路采用1602液晶，單片機串口通訊采用最常用的MAX232芯片，電路原理圖已經成熟，在此不再一一贅述。

3 總結

通過本設計可以強化對單片機知識的理解與運用，增加了設計設使用Visio繪制流程圖和使用Altium Designer繪制電路圖的能力，這對于工科學生的實踐學習十分有幫助。

參考文獻

[1]高職富.溫室環境控制技術的現狀及發展前景[J].中國市場，2007，（35）：106，107.

[2]吉紅.自動控制在國外設施農業中的應用[J].農業環境與發展，2007，（5）：52-54.

[3]楊志強，周士沖，陳磊.我國設施農業的發展分析[J].農業機械化，2006，（12）：42-43.