基于單片機(jī)控制的大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李家榮

摘要：設(shè)計(jì)一款基于AT89C51單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)，采用傳感器SHT11檢測(cè)大棚里的溫度和濕度，測(cè)量到的值送到51單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)部處理，結(jié)果通過LCD1602液晶顯示出來。大棚里溫濕度的上下限通過鍵盤進(jìn)行人工預(yù)設(shè)，當(dāng)溫濕度超過設(shè)定值時(shí)，報(bào)警電路里的蜂鳴器就報(bào)警，同時(shí)溫濕度的控制電路也要同步運(yùn)行起來，從而保證大棚一直處于作物生長最佳環(huán)境的狀態(tài)下，仿真結(jié)果顯示系統(tǒng)有效可行。

關(guān)鍵詞：SHT11數(shù)字式傳感器；AT89C51單片機(jī)；LCD1602顯示器；鍵盤控制；溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP273；S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0424-04

在農(nóng)業(yè)種植過程中對(duì)植物生長環(huán)境周圍的參數(shù)進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)并采取有效的控制相當(dāng)關(guān)鍵。而在這些參數(shù)中，對(duì)作物生長發(fā)育影響最大的應(yīng)該是溫度和濕度[1-2]。如果晝夜溫濕度變化過大，對(duì)植物的生長極其不利。起初的大棚種植相當(dāng)傳統(tǒng)，大棚里溫濕度的監(jiān)控以人為基礎(chǔ)，需要人工去檢測(cè)和記錄，人工去控制溫濕度。這樣的大棚模式浪費(fèi)了太多的人工，而且精確度也不會(huì)太高。因此，農(nóng)業(yè)發(fā)展走現(xiàn)代化這條道路相當(dāng)有必要。為了適應(yīng)這種發(fā)展，智能大棚種植這一生產(chǎn)模式便誕生了。

1控制系統(tǒng)原理

設(shè)計(jì)的這款基于單片機(jī)硬件環(huán)境下的系統(tǒng)，具有測(cè)量精度高和測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)這款系統(tǒng)還要滿足可以將測(cè)量到的溫濕度值準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示在顯示器上以供用戶查詢。大棚的溫濕度上下限值能夠由用戶根據(jù)不同植物的不同生長需求由按鍵輸入并通過顯示模塊顯示。系統(tǒng)只需通過將測(cè)量到的溫濕度值與所設(shè)閾值進(jìn)行比較，就能判斷大棚內(nèi)參數(shù)是否正常，如果不正常就立即啟動(dòng)報(bào)警裝置，同時(shí)單片機(jī)給溫濕度控制電路指令，能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)方案。完成像溫度低了及時(shí)升溫到特定溫度從而確保大棚恒溫，濕度低了及時(shí)增濕到特定濕度從而確保大棚恒濕等。整個(gè)設(shè)計(jì)由單片機(jī)、溫濕度傳感器、液晶顯示、鍵盤電路、蜂鳴器報(bào)警電路以及溫濕度控制電路等模塊組成，總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框見圖1。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中筆者選用抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格相對(duì)便宜的AT89C51單片機(jī)芯片作為系統(tǒng)的CPU。AT89C51硬件特性為8位CPU；片內(nèi)帶振蕩器；40個(gè)引腳；128 B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；4 kB的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；64 kB尋址范圍的程序存儲(chǔ)器；21 B特殊功能寄存器；1個(gè)全雙工串行通信口；32

個(gè)并行通信口；片內(nèi)采用單總線；2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源；用單一5 V電源等[3-4]。

采用溫濕度一體的數(shù)字式傳感器，型號(hào)選擇SHT系列的SHT11。選擇SHT11傳感器則電路中也不需要添加數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，SHT11在測(cè)量時(shí)還可以對(duì)溫濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，所以測(cè)量到的溫濕度很準(zhǔn)確。SHT11是利用CMOS技術(shù)制造。SHT11電源電壓的適用范圍是2.4～5.5 V。濕度的測(cè)量精度是±3.5%，溫度的測(cè)量精度是0.5 ℃。數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)是通過兩線數(shù)字接口直接連接到微處理器[5-6]。

該系統(tǒng)采用液晶顯示，型號(hào)選用比較常用的LCD1602，它是屬于點(diǎn)陣字符型液晶顯示。LCD1602液晶具有豐富的指令設(shè)置，內(nèi)部提供上電自動(dòng)復(fù)位電路，所以呈現(xiàn)的畫面更加美觀、更加清晰。

溫濕度控制電路主要由繼電器、降溫機(jī)、升溫機(jī)、加濕機(jī)、除濕機(jī)等組成?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)的原理是當(dāng)溫濕度傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)超過或低于給定值時(shí)，啟動(dòng)溫濕度控制電路來實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕的目的。大棚理想的溫度設(shè)置范圍為15～30 ℃，如果測(cè)量值小于所設(shè)溫度下限，升溫機(jī)開始工作。如果高于所設(shè)溫度上限，風(fēng)扇開始工作。大棚的理想濕度設(shè)置范圍為45%～65%，[JP3]如果測(cè)量值小于所設(shè)濕度下限，加濕機(jī)工作；如果該值高于所設(shè)濕度上限，除潮器工作。系統(tǒng)硬件電路見圖2。

3軟件設(shè)計(jì)

軟件程序采用C語言編寫，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序、SHT11讀取程序、鍵盤掃描處理程序、LCD1602顯示程序等組成。系統(tǒng)主程序流程圖見圖3。

4系統(tǒng)仿真

圖4是系統(tǒng)一次測(cè)量溫濕度正常的仿真結(jié)果，通過仿真圖中對(duì)SHT11模型選擇模擬中想要的溫度和濕度，這里選擇的溫度是22.0 ℃，濕度是58.9%。由于通過軟件編程給溫度設(shè)定的上下限是15～30 ℃，濕度的上下限是45%～65%，可見這次的溫濕度測(cè)量結(jié)果正常，因此控制溫濕度的電路也不需要工作，這里用不同發(fā)光二極管是否工作來表示各個(gè)控制溫濕度的繼電器是否工作，綠色的發(fā)光二極管（第1個(gè)）表示除濕機(jī)；藍(lán)色的發(fā)光二極管（第2個(gè)）表示風(fēng)機(jī)；紅色的發(fā)光二極管（第3個(gè)）表示加熱機(jī)；黃色的發(fā)光二極管（第4個(gè)）表示加濕機(jī)。所以現(xiàn)在4個(gè)發(fā)光二極管都不須要發(fā)光，同時(shí)報(bào)警電路也不須要發(fā)出警報(bào)。LCD1602顯示器上實(shí)時(shí)顯示著溫度和濕度。

這里選擇的溫度是12.3 ℃，濕度是72.4%。這次的測(cè)量結(jié)果是溫度偏低，濕度偏高，于是控制溫濕度的電路開始工作，這里用不同的發(fā)光二極管來表示，此時(shí)綠色和紅色發(fā)光二極管工作，也就是表示除濕機(jī)和加熱機(jī)工作，開始降濕度和加溫，同時(shí)報(bào)警電路也發(fā)出警報(bào)。LCD1602顯示器上顯示著實(shí)時(shí)溫度和濕度。

5結(jié)論

本研究利用AT89C51單片機(jī)與數(shù)字化傳感器SHT11的完美結(jié)合，簡化了電路，節(jié)約了成本，還保證了系統(tǒng)的精確度。仿真結(jié)果顯示，設(shè)計(jì)出的大棚溫濕度控制系統(tǒng)可以為植物的生長與培育提供最佳的環(huán)境，對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)增質(zhì)增產(chǎn)具有十分重要的意義。

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[FK（H0265。54ZQ]〖HTH〗更正：《江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)》2016年第44卷第6期317-320頁發(fā)表的論文《菱形藻HE06產(chǎn)二十碳五烯酸培養(yǎng)條件優(yōu)化》中，作者應(yīng)為“劉紅全，潘藝華，李潔瓊，林小園，袁 莎”，特此更正。