基于單片機的溫室卷簾控制系統設計

張昕宇+于興博+張峰溪

【摘要】 針對我國北方溫室保溫通風主要靠人工操作、管理費用較高且常因監控不及時導致農作物受損的問題，設計了一種基于單片機的溫室控制系統模塊。系統可設定溫室內系統的上下限值，通過比較溫室實際溫度與設定值來確定溫室卷簾的舒展，實現溫室溫度自動監測和調溫。系統性能穩定且簡單易用，可基本滿足溫室卷簾控制的需求，降低了人工成本，提高了經濟效益。

【關鍵詞】 單片機 溫室卷簾 控制系統 設計

隨著近年來反季節作物的大面積種植，北方設施大棚也出現大面積增加的趨勢，日照溫室內種植的大多是反季節作物，對生長環境的要求極為苛刻，尤其是對溫濕度、光照度等的要求更為嚴格。傳統溫室通過控制溫室的卷簾來控制室內的溫度，通常白天卷起，夜晚放下，這樣就花費了大量的人力和物力。由于不同的作物具有不同的生長周期，每個生長周期對環境的參數要求也各不相同，如果人工對環境的觀察經驗不足，就會使作物一直處于惡劣的環境中，影響作物的正常生長，導致作物減產。

一、國內外研究現狀

國外對農業溫室的開發比較早，上世紀30年代就已經初步成型，20世紀70年代以來，西方發達國家在設施農業上的投入和補貼較多，設施農業發展迅速。隨著制造業和信息科學的發展，在溫室硬件設施上已經達到了一個成熟的水平。我國溫室經歷了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現代化溫室三個階段的發展，但由于地區生產狀況，經濟狀況以及使用目的的不同，至今各階段不同類型的溫室依然并存，并且我國傳統農業正在向高品質，高效率和高產的現代化農業轉變，溫室栽培技術反映了現代農業的發展水平和方向。溫室栽培技術要依靠先進的科學技術，監測和控制溫室環境的各種因素，為作物的生長提供最好的生長環境。北方溫室大多以專用的塑料棚膜進行保溫，通過對溫室卷簾的控制進行溫度調節。

二、系統設計原理

以單片機為控制核心，用C語言進行程序的編寫和調試，通過DS18B20溫度傳感器對溫室溫度進行實時監測，用Lcd1602液晶顯示屏顯示室內溫度，并通過MC33886芯片控制溫室卷簾的運行，實現溫室溫度實時監測與自動調節。

三、系統硬件設計

1、單片機的選擇與設計。單片機是整個控制模塊的核心，負責整個控制器的信號接收、處理、運算、通訊以及輸出控制等功能，控制器上時鐘芯片、顯示屏、按鈕等其他分電路都和單片機相連接。系統設計采用的即是STC90C516AD單片機，該芯片系1個0.1μF瓷片容、1個5V電源輸入接口、1000μF的電解電容組成，時鐘電路由2個30pF的瓷片電容和1個11.0592MHz晶振組成，分別接入單片機XTAL1、XTAL2引腳。復位操作采用按鍵電平復位，由1個10kΩ電阻和1個10μF電容組成RC復位電路。電源、時鐘電路和復位電路組成了單片機最小系統，可使單片機正常運行，另外LCD顯示屏、通過I/O口連接溫度傳感器、MC33886電機控制模塊、操作按鈕等可實現本系統的設計功能。

2、溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器具有體積較小、更加經濟、靈活方便等特點，可以把溫度信號直接轉換成串行數字信號供單片機處理運行，是理想的模數轉換器件，而且在讀寫DS18B20信息時僅需要一個單線接口，使用起來非常方便，其測溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃時精度為±0.5℃，可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫，本設計選擇DS18B20溫度傳感器作為溫度信號的輸入通道。

3、數據顯示模塊設計。顯示屏是控制器人機交互的顯示窗口，為了實時顯示控制器的狀態以及各種操作狀態，控制器通常設計有顯示模塊。LCD1602是指顯示的內容為16*2，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字），即可以顯示32個字符，可以調節屏幕的對比度，程序編寫比12864顯示屏簡單，電路連接簡單，可顯示兩行且成本低廉，本設計采用液晶顯示屏Lcd1602即可滿足本設計的功能需求。

四、系統主程序設計

系統的控制程序采用C語言編寫，利用KeilUVision4進行編譯生成Hex文件，再燒錄到STC90C516AD單片機的EPROM內。控制程序的工作過程為：當系統接通電源后復位后，STC90C516AD單片機進入工作狀態，首先完成各個端口及LCD1602顯示屏的初始化；然后讀取DS18B20溫濕度傳感器數據，處理后顯示在LCD1602顯示屏上；同時進行溫度范圍掃描，超過或低于設定范圍后電機控制模塊控制控制溫室卷簾的運行。

結語：系統在國內外溫室溫度控制技術發展現狀基礎上，通過溫室卷簾控制系統原理，系統硬件的選擇與設計，系統主程序的設計實現溫室溫度自動監測和自動調溫，可基本滿足溫室溫度自動控制的需求。溫室卷簾能在較短時間內控制溫室溫度，加速溫室內作物的生長，使其早熟和提前上市，降低人工成本，提高經濟效益有顯著幫助。同時，溫室智能設備的發展對提高農機化水平也具有重要意義。

參 考 文 獻

[1]劉蕾.我國設施農業發展現狀與對策分析[J].農業科技與裝備，2013（4）：57-58.

[2]高玲，趙海瑞.溫室大棚設施農業裝備使用現狀及發展趨勢[J].江蘇農機化，2013（2）：28-30.