基于AT89C51單片機的大棚溫濕度控制系統設計＊

胡超，魏仲輝

基于AT89C51單片機的大棚溫濕度控制系統設計＊

胡超，魏仲輝

（銅陵學院 電氣工程學院，安徽 銅陵 244061）

根據溫度和濕度為溫室大棚內植物生長重要條件的特點，設計了一款基于單片機控制的大棚溫濕度控制系統。該系統包括數據顯示電路、復位電路、鍵盤電路、按鍵設置電路、電源電路、繼電器控制電路和晶振電路。設計以單片機AT89C51為核心，通過溫度傳感器、濕度傳感器對大棚里的溫度和濕度進行實時檢測，采集到數據后，經過模數轉換器轉換后傳送到單片機，單片機接收到數據后開始分析。如溫度高于設定值，指示燈亮；濕度低于設定值，指示燈亮。通過仿真實驗可以得出，系統能很好地測試溫度和濕度等數據，測試結果穩定、可靠。

AT89C51單片機；溫度傳感器；濕度傳感器；顯示屏

1 引言

農業現代化進程中，溫室大棚的重要性愈發凸顯。溫室大棚內的濕度、溫度、二氧化碳含量和土壤的肥瘦等作為重要的農作物生長環境，對棚內作物的生長有著舉足輕重的作用，這些因素決定了作物成長的好壞[1]，其中尤為重要的是溫濕度，通過監測這些數據并進行分析，結合作物相應的生長規律，調控溫室環境條件，讓農作物在反季節的時候也能很好生長，這樣就能達到農作物優質和高產的目的。

在本次設計中，將溫室大棚內的溫度和濕度作為檢測與調控對象，以AT89C51單片機為核心，聯動三個傳感器與繼電器設備對溫室中的溫度、濕度分別進行檢測與調控[2]。設計簡單實用，測量結果精準，可適用于多種地區環境氣候，在實際的生產應用中可以隨時對棚內的溫度、濕度進行檢測與調節，可保證大棚內的環境適合棚內作物生長[3]。

2 系統總體分析和設計

系統的核心是單片機，測試環節是由溫度傳感器和濕度傳感器組成，通過相應傳感器對大棚里的溫度和濕度數據進行實時監測，傳感器將采集到的數據經過A/D轉換后送到單片機中，單片機接收到數據后立即開始分析，同時將測量結果通過顯示屏進行顯示，如果采集到的數據與設定的值有偏差，相應指示燈亮，單片機控制繼電器工作，調節大棚內的溫濕度，使之達到標準值[4]。系統的結構如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

系統通過溫度傳感器監測溫室中的溫度，溫度超過設定值，單片機控制風扇轉動進行降溫，達到設定值后停止工作，溫度過低時，系統關閉風扇，等待棚內溫度回升，達到設定值。

系統中，濕度傳感器檢測棚內的濕度值，棚內濕度低于設定值，單片機控制加濕器工作，增加濕度，以達到設定值，濕度過高時，加濕器停止工作。

3 系統硬件設計

3.1 溫度測量電路

本設計采用的是DS18B20溫度傳感器，設置簡單，僅需要將傳感器的數據輸入/輸出管腳連接到單片機I/O口即可，工作過程中，溫室內的溫度由單片機控制溫度傳感器讀取[5]，溫度傳感器的測量電路如圖2所示。

3.2 濕度測量電路

SHT11濕度傳感器是一種集多種功能與一體的濕度傳感器，相對濕度的變化和電容值呈線性規律。其可在自包含的電壓或頻率的變化下執行有效的數據采集。芯片中的濕度測量元件是電容型敏感元件，它會將測量到的濕度數據變成電信號，再經過放大器放大后傳送到轉換器，然后經由數字接口輸出數字信號[6]。

濕度測量電路如圖3所示。

圖2 溫度測量電路

圖3 濕度測量電路

SHT11濕度傳感器采用的是表面貼片封裝的方式，有用的引腳有4個，還有4個空引腳，檢測濕度時采用電容結構，檢測電極系統時，可采取不同保護措施。傳感器由電容器制成，不允許接直流電源。

3.3 數據顯示電路

LCD1602利用液晶屏的物理性質，可同時顯示16×2個字符，此外，利用電壓控制顯示區域，顯示圖像，即LCD1602液晶顯示器工作原理[7]。LCD1602所表示的意思是顯示的內容為16×2，即可以顯示16個字符液晶模塊各2行（同時顯示字符和數字）。

4 系統軟件設計

4.1 主程序流程圖

主程序流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

當單片機接通電源后，主程序開始工作，系統開始初始化，清空數據后，在顯示屏上進行顯示，再進行鍵盤掃描，然后將各個傳感器采集到的數據與設定值對比，假如收集到的數據和設定的標準值有偏差，單片機控制繼電器工作，對棚內需要調節的參數進行調節[8]，并通過顯示屏顯示，如果檢測到的數據等于設定值，則不運行繼電器，檢測到的數據同樣在顯示屏上顯示。

4.2 參數測量程序流程圖

測量參數部分流程如圖5所示。

圖5 參數測量程序流程圖

傳感器采集到數據后，模數轉換器開始工作，進行模數轉換，轉換完成后，相應傳送到單片機；未完成轉換時，單片機繼續等待。

5 系統的仿真

5.1 溫度部分的仿真實驗

在對溫度測量部分進行檢測時，把溫度的標準值設為20 ℃，如圖6所示。

圖6 溫度設定值

溫度測量電路檢測到的溫度為25 ℃，即溫度測量值高于設定值的時候，溫度過高指示燈亮。電機開始轉動，直至溫度降至設定值以下為止[9]。溫度高時電機轉動如圖7所示。

圖7 溫度高時電機轉動

5.2 濕度部分的仿真實驗

實驗時，將濕度的標準值設定為15，如圖8所示。

圖8 濕度設定值

當檢測得到的濕度值為25時，即此時濕度高于設定值，此時加濕器停止工作，如圖9所示。

圖9 濕度高時電機轉動

當檢測到的濕度值為10時，低于設定值，此時濕度過低指示燈亮起，電機轉動，控制加濕器工作，如圖10所示。

圖10 濕度低時電機轉動

6 總結

本文設計的大棚溫濕度控制系統以AT89C51單片機為核心，通過溫度傳感器、濕度傳感器對大棚里的溫度和濕度進行實時監測，采集到數據后，將數據經過A/D轉換后傳送到單片機[10]，單片機接收到數據后立即開始分析，同時可實時通過顯示屏顯示，如果采集到的數據與設定值有偏差，單片機控制二極管發光，并且控制繼電器工作，調節大棚內的溫濕度，使之與設定值相等。實驗表明，設計出的測試系統能準確完成大棚內的濕度和溫度測試，整個測試系統工作穩定，測試結果準確可靠。

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TM461

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.051

2095－6835（2020）13－0125－03

銅陵學院校級科研項目“面向過濾膜材料通量測試儀中的壓力控制器的設計與實現”（編號：2018tlxy03）

胡超（1990—），男，碩士，銅陵學院電氣工程學院教師，助理實驗師，研究方向為嵌入式設計、運動控制。

〔編輯：嚴麗琴〕