蔬菜溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計.doc

1、蔬菜溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)解決方案設(shè)計摘要闡述了基于單片機STC12C5A60S2控制和溫濕度傳感器DHT11感測數(shù)據(jù)的溫濕度控制系統(tǒng)工作原理及軟、硬件設(shè)計.關(guān)鍵詞溫室大棚;溫濕度控制；單片機；傳感器DTH11隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大和大棚技術(shù)的不斷普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多。溫濕度控制是蔬菜大棚一個重要的控制環(huán)節(jié)。溫濕度太低，蔬菜會被凍死或停止生長，因此應(yīng)將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內(nèi).傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)懸掛溫度計,工人根據(jù)讀取的溫度值調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度;而濕度控制只能依據(jù)工人的經(jīng)驗做出判斷是否需要灌溉。這種靠人工控制溫濕度的方式方法，既耗人力，又不精確，傳統(tǒng)的溫濕度調(diào)控措施

2、表現(xiàn)出極大的局限性。筆者設(shè)計了基于單片機STC12C5A60S2和溫濕度傳感器DHT11采集數(shù)據(jù)的溫濕度控制系統(tǒng)。1溫濕度控制系統(tǒng)基本工作原理系統(tǒng)核心架構(gòu)如圖1所示,單片機STC12C5A60S2通過溫濕度傳感器DHT11采集蔬菜溫室大棚里的溫度和濕度參數(shù)，并同時顯示于顯示模塊和上位機電腦上.操控者既可以通過上位機輸入控制指令實現(xiàn)當(dāng)前和歷史溫濕度查詢，也可以現(xiàn)場通過溫濕度顯示模塊觀察當(dāng)前溫濕度讀數(shù),并通過上位機遠程設(shè)定和修改適合蔬菜生長期的溫濕度閥值。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前溫濕度閥值驅(qū)動繼電器，控制執(zhí)行機構(gòu)進行相應(yīng)操作,達到控制蔬菜溫室大棚溫濕度的效果122溫濕度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，方便

3、系統(tǒng)的升級、功能擴展或根據(jù)用戶需求而定制和改造不同功能模塊,既方便了設(shè)計、調(diào)試和維修，也大大增強了系統(tǒng)的實用性。21溫濕度數(shù)據(jù)采集電路采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集溫室大棚的溫濕度。它是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)快、抗干擾能力強、體積小、功耗低、性價比高等優(yōu)點,信號傳輸距離可達20m以上,是各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。系統(tǒng)溫濕度數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示22溫濕度控制電路溫濕度控制電路利用單片機P1口的P10P14控制三極管的通斷電,繼而控制繼電器的通斷電，達到準確控制執(zhí)行機構(gòu)進行相應(yīng)操作的目的。由圖3可知，通過繼電器控制大功率熱源燈或暖爐達

4、到升溫目的。溫度控制和濕度控制電路的原理如圖4所示,兩者原理圖相同，只是控制端輸入信號不同。圖中直流電機可以實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，當(dāng)2個三極管基極分別接P10、P11時，實現(xiàn)對溫室內(nèi)部采暖、通風(fēng)設(shè)備的控制，達到升溫或降溫的目的;當(dāng)2個三極管基極分別接P12、P13時，實現(xiàn)控制水閥開關(guān)以控制噴淋系統(tǒng),達到控制蔬菜溫室大棚濕度的目的。另外，系統(tǒng)控制部分與執(zhí)行機構(gòu)部分供電系統(tǒng)采用分離式，這樣既增加了系統(tǒng)的安全性，又為驅(qū)動大功率設(shè)備或高壓用電器提供方便.23通訊模塊電路當(dāng)前微機系統(tǒng)，采用RS232接口實現(xiàn)遠距離串行傳輸數(shù)據(jù)，單片機采用5V的TTL電平。RS-232電平與TTL電平不兼容。如果兩者直接相連,會

5、使數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大失真,這是絕對不允許的。為了實現(xiàn)單片機與上位機計算機之間通訊，系統(tǒng)采用MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)換,其轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。由圖5可知，RS232接口只使用了3根信號線:地線、接收線、發(fā)送線.上位機通過RS232接口發(fā)送信號經(jīng)由MAX232轉(zhuǎn)換后變成TTL電平信號，從而被單片機串口所接收。D24和D23分別是發(fā)送和接受的指示燈，上位機與單片機通訊時，它們會閃爍，以便系統(tǒng)調(diào)試維護.3溫濕度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)采用C51語言進行模塊化編程，主要由主程序、串口中斷服務(wù)程序、DHT11編程應(yīng)用子程序(包括2個：一個為從DHT11讀取溫濕度數(shù)據(jù)子程序、一個為判讀DHT11數(shù)據(jù)線上電平子程序

6、）等組成。在此，給出系統(tǒng)主程序流程圖和DHT11編程應(yīng)用流程圖。31系統(tǒng)主程序流程圖6為片上主程序流程，程序一直在這個流程中重復(fù)運行，除非出現(xiàn)了串口中斷或定時器中斷。串口中斷給主程序main（)發(fā)控制指令并修改check（）子函數(shù)里用到的溫濕度閥值。(由于中斷有專門的中斷服務(wù)程序處理，故主程序流程中并未出現(xiàn)中斷服務(wù)程序的流程）。溫濕度傳感器DHT11技術(shù)參數(shù)及其各種時序圖網(wǎng)上有不少資料可供參考。由于DHT11數(shù)據(jù)讀取部分是系統(tǒng)軟件設(shè)計最關(guān)鍵部分，這里給出溫濕度讀取子函數(shù)read（）流程（圖7）及電平判斷子函數(shù)count（)流程(圖8）。其中，DA為總線電平。32串口中斷服務(wù)程序本系統(tǒng)中所有指令

7、的發(fā)送和接收都是通過單片機的全雙工異步串行口完成，而對指令的處理則是由串口中斷服務(wù)程序完成。每當(dāng)串口通訊發(fā)生時，就會執(zhí)行串口中斷服務(wù)程序,通過分析判斷控制指令，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)操作。4結(jié)語實踐證明，蔬菜溫室溫濕度控制系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)準確，運行穩(wěn)定。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，安裝、操作簡單，稍加改造即可滿足不同用戶的不同需求。它以先進的技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施，控制蔬菜的生長環(huán)境，使蔬菜生長不受自然氣候影響，實現(xiàn)高效率、高產(chǎn)值和高效益的生產(chǎn).運用該系統(tǒng)進行溫室改造升級成本低，適合中小規(guī)模菜農(nóng)蔬菜溫室大棚的升級改造的需求，在蔬菜溫室大棚乃至農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。附錄托普物聯(lián)網(wǎng)托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司

8、旗下的重要項目。浙江托普儀器是國內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、GIS信息技術(shù),以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)

9、備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊:即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個園區(qū)或完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能.2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng).它可以完成整個園區(qū)或遠程控制異地園區(qū)進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風(fēng)機，自動補光及遮陽，自動卷簾,自動開窗關(guān)窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實時得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實時生長狀況。4、預(yù)

10、警模塊：即遠程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警等方式進行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實施實時信息自動記錄，有據(jù)可查，在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術(shù)對各個階段數(shù)據(jù)記錄,這樣就能實現(xiàn)消費者拿到農(nóng)產(chǎn)品時通過終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)就能查看到各類信息,才能放心食用。6、作業(yè)模塊：即中央控制室.可通過總控室對整個區(qū)域情況進行監(jiān)測,包括各個區(qū)域采集點參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實時視頻圖像、施肥噴藥狀況、報警信息等。參考文獻1何立民MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M北京:北京航空航天大學(xué)出版社，19902陳