基于單片機農業溫室溫濕度監控系統的設計

為了提高農業溫室的生產效率和自動化程度，設計了一種基于農業溫室的溫濕度監控系統。該系統以AT89S52單片機為控制核心，采用性價比較高的溫濕度傳感器，實現了對農業溫室溫濕度的測量與控制。通過調整溫度和濕度的限值，可以對針對不同的農作物。當參數越限時，系統會啟動聲光報警，并通過繼電器控制執行機構對系統進行調整。

【關鍵詞】農業溫室 單片機 監控 溫濕度

我國是個農業大國，農業生產技術裝備水平與勞動生產率水平均較低，農業基礎設施薄弱，隨著科技的進步，做為以農業為基礎的生產大國來說，農業生產現代化水平的不斷發展，將是引導生產發展的主要因素，尤其是自動化控制水平在農業生產中越來越受到重視。在現代化農業種植生產中，以農業溫室為代表的現代農業設施發揮著巨大的作用。在農業溫室中的溫度、濕度等相關參數直接關系到蔬菜等農作物的生長周期，溫室環境的變化與農作物的發芽、生長、光合作用等密切相關。因此，對于農業溫室內環境溫度、濕度等參數進行檢測和控制，是實現優質、高產、高效地進行農作物栽培的重要保證。

當前我國大多數農業溫室對溫度、濕度的檢測與控制還停留在人工管理階段，特別是在冬季，晝夜溫差較大，溫濕度控制精度很低并且不夠及時，很容易造成蔬菜等農作物生長緩慢，不僅浪費了人力資源，而且還極大的降低了生產的收益，造成經濟損失。為了提高農業溫室的自動化控制水平和生產效率，更科學合理地調節溫室內的溫度、濕度等參數，更有利于農作物生長，因此必須大力發展農業溫室溫濕度監控系統。

1 系統技術原理與性能指標

1.1 系統技術原理

以單片機為控制核心的農業溫室溫、濕度數據采集與控制系統，能夠對農業溫室大棚溫、濕度進行有效地檢測與控制。根據農作物種植的需求，設計適合于現代設施農業用的多參數監控系統，主要包括溫度和濕度等參數的監控和調節功能，該系統具有檢測精度高、使用方便、成本低和工作穩定等特點。不僅可以應用在農業溫室，大棚，花窖，也可以用于其他需要恒溫恒濕的場合，具有非常廣泛的應用前景。

1.2 系統技術性能指標

實現基本功能：溫、濕度參數顯示；溫、濕度檢測；聲光報警；鍵盤設置；系統調節裝置；A/D轉換等。主要技術參數溫度檢測范圍為-10℃到+85℃之間，測量的溫度精度約為±0.5℃；濕度檢測范圍為輸出模擬電壓信號0-3V，濕度測量范圍10% - 95%RH；測量分辨率為16 bit；輸出為單總線數據信號；顯示方式溫濕度均為三位液晶顯示；

1.3 系統硬件設計框圖

該系統采用開關電源作為系統的供電方式，在單片機總體控制下，具有溫、濕度參數檢測；通過鍵盤實現參數基本信息輸入，當溫、濕度等相關參數超限時，實現聲光報警顯示，同時通過光電耦合裝置來實現溫濕度自動調節。系統總體構成如圖l所示。

2 硬件電路及關鍵設備

2.1 單片機控制器選擇

該系統采用單片機作為數據處理單元，溫、濕度傳感器等相關參數經過A/D轉換后經單片機處理，進行數據顯示、報警及控制輸出。單片機選用AT89S52型單片機，這種單片機兼容性強，結構簡單，運行可靠，信價比較高，能完成相關控制及處理。

2.2 溫度傳感器電路設計

溫度測量采用DS18B20型溫度傳感器，該傳感器采用單總線接口，采用的是1-Wire總線協議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，能夠滿足農業作物環境的溫度精度要求。采用DS18B20設計的溫度參數采集模塊，如圖2所示。

2.3 濕度傳感器電路設計

濕度采集模塊采用了CHTM-02NA型濕度傳感器，模擬電壓信號通過單片機的PC1口進行A/D轉換，如圖3所示。

2.4 液晶顯示模塊

顯示模塊采用的是RTl2864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊。該模塊可顯示漢字及圖形，其內置8192個中文漢字（16×16點陣），128個字符（8 X 16點陣）及64×256點陣顯示RAM（GDRAM）。顯示模塊可以實時顯示當前的溫度和濕度，也可顯示設定的溫度和濕度，顯示結果更加方便直觀。

2.5 光電耦合模塊

該執行單元由光電耦合元件控制輸出繼電器組成，當溫、濕度值超過設定的參數限值時.單片機控制相應的工作單元繼電器動作，由繼電器接通相應執行機構調整溫、濕度等。

2.6 報警模塊

當溫、濕度等參數超過限制值時，系統會啟動聲音、光、顯示等報警環節，提醒操作人員注意。

2.7 其他輔助電路

硬件部分還包括其他輔助電路，如鍵盤電路、復位電路等。其他參數的測量，可以根據實際的需要進行增減，如CO2濃度測量可采用MG811型傳感器，測量范圍為350—10000ppm，輸出模擬電壓30-50mV。外部DC電壓給H-H端加熱元件加熱，當其表面溫度足夠高時，MG811元件相當于一個電池，其AB兩端會輸出電壓信號，根據該電壓信號的大小可測量CO2濃度。如光照度測量可采用光電池，光電池是一種利用光生伏特效應制成的光電轉換器件，通過將光信號轉變為電信號來檢測待測量。針對LED對作物的補光照射的優勢，開發光照采集系統和光譜范圍可調的光照控制系統，可以方便地應用在不同類型的植物補光場合。

3 系統軟件設計

該系統軟件采用C語言設計，主要設計了主程序、顯示程序模塊、數據采集模塊和執行程序模塊。系統上電后，主程序先完成系統初始化，然后再初始化傳感器，使傳感器工作。主程序調用數據采集模塊讀取傳感器的數據，并調用顯示模塊在液晶顯示器上顯示。數據處理程序對采集來的數據與設定的限值進行比較，若溫濕度在設定的限值范圍內，返回重新讀取數據。如此進行循環；若超出限值范圍，則使相應的輸出繼電器動作，使執行機構調整溫濕度，然后再返回重新讀取數據（主程序流程框圖見圖4）。

4 結論

系統監控的目的是要為農作物的生長創造適宜的溫、濕度等優化的環境條件，調節農作物生長過程和成熟上市時間，以獲得更好的經濟效益。農業溫室溫濕度監控系統可以對溫室的溫濕度進行實時采集。當溫室內的溫濕度超限時，實現報警的同時，該系統還可實現自動調節，使溫濕度控制在正常范圍內。從而實現對作物生長環境的智能化控制和溫室作物的科學管理，實現資源的優化配置。系統硬件部分采用AT89S52單片機和溫濕度傳感器，采用液晶顯示器顯示數據，控制輸出采用輸出繼電器控制執行機構實現對溫濕度的控制。

參考文獻

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作者簡介

馬東（1975-），男，遼寧省遼陽市人。沈陽理工大學自動化與電氣工程學院高級實驗師。研究方向為智能儀器儀表、計算機測控。

作者單位

沈陽理工大學自動化與電氣工程學院 遼寧省沈陽市 110159