基于單片機的無土栽培智能控制系統(tǒng)設計

楊曉晨　吳其

摘 要：以STC89C52單片機為控制中心，系統(tǒng)采用LCD12864作為可視化模塊，同時配有A/D轉換模塊、繼電器模塊以及nrf905無線傳輸模塊組成。通過系統(tǒng)控制繼電器對環(huán)境進行控制，調節(jié)濕度溫度等信息，進行無土栽培控制。

關鍵詞：STC89C51單片機;nrf95傳輸模塊;無土栽培

中圖分類號：S668文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.067

發(fā)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化離不開電子技術的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正在向著機械化、智能化、遙控化方向發(fā)展，利用電子技術增加產(chǎn)量的同時減少成本，如今可用單片機及各類檢測模塊更加精準地進行檢測分析，使我國的農(nóng)業(yè)技術得到快速的發(fā)展。

1 系統(tǒng)概述

本文所介紹的是一款可以采集空氣溫度、濕度、光照以及培養(yǎng)液PH值的智能系統(tǒng)，同時通過無線傳輸模式將檢測信息傳輸給控制中心，通過LCD12864顯示屏進行信息顯示。系統(tǒng)所涉及的是STC89C52單片機作為最小系統(tǒng)，同時配有傳感器的信號采集模塊、A/D轉換模塊、LCD顯示模塊、繼電器模塊以及無線傳輸模塊。

1.1 系統(tǒng)功能設計

通過nrf905進行無線傳輸，將檢測的空氣溫濕度、光照和培養(yǎng)液濃度傳輸給LCD12864液晶顯示屏中。

通過按鍵模塊進行遠程控制，對繼電器進行遠程控制，當檢測的濃度低于設定值，系統(tǒng)分析需要澆水時，通過繼電器控制水閥運轉進行澆水。系統(tǒng)可以通過遠端的PC機上的組態(tài)軟件對繼電器進行控制，實現(xiàn)可以遠程控制功能。

1.2 系統(tǒng)的組成

本文的設計系統(tǒng)主要由單片機的最小系統(tǒng)和傳感器模塊、信息采集及數(shù)據(jù)轉換模塊、液晶顯示模塊、繼電器模塊和nrf905無線傳輸模塊組成。

單片機最小系統(tǒng)選用的是STC89C52單片機，傳感器模塊選用的是溫濕度傳感器，信號采集電路選擇的是DS18B20溫度測量電路，并使用ADC0831在濕敏電阻上執(zhí)行模數(shù)轉換，并對光敏電阻進行模數(shù)轉換[1]。

2 方案設計

2.1 采集信號的傳輸方式

無土栽培應用信息數(shù)據(jù)采集技術和傳輸技術，以及遠程監(jiān)測，需要通信手段來實現(xiàn)，通常對于通信傳輸介質可以分為有線和無線通信。本文使用無線通信技術將檢測裝置連接到執(zhí)行器和控制器，實現(xiàn)對溫室環(huán)境及各類要求數(shù)據(jù)參數(shù)進行檢測、調控，更加便捷，提高可移動性。

2.2 模數(shù)轉換設計

由于本文選用的單片機是STC89C52，所以考慮到單片機的硬件要求，系統(tǒng)選用ADC0831模數(shù)轉換器，它是一款只有一個通道的8位逐次逼近式的轉換器，所以只需要一個引腳。

2.3 控制電路的設計

本文選用的是5 V電磁繼電器來控制增減設備，但控制設備選用的都是220 V電壓，采用5 V繼電器驅動220 V控制設備是可行的。

3 系統(tǒng)硬件設計

該系統(tǒng)選擇了一個單片的STC89C52晶體作為一個低成本和高性能的8位微型控制器，主電源中接口VSS是系統(tǒng)接地端、VCC是接5 V電壓端，XTAL1與XTCL2是外接晶振的引腳。最小系統(tǒng)中添加了復位電路，在上電后VCC接通約5 V電壓后才可以使晶振電路進行穩(wěn)定工作。同時為了保證系統(tǒng)各部分同步，添加了一個晶振電路。

系統(tǒng)設定溫度采集部分采用的是DS18B20溫度采集電路，系統(tǒng)使用“一線總線”模式的接口溫度傳感器。一線總線成本低，連接方式簡便，測試溫度范圍廣、精準度高。系統(tǒng)中設置EEPROM的報警溫度存儲器，當斷電后依然可以保存信息[2]。

對于系統(tǒng)的空氣濕度采集部分中，ADC0831用于轉換濕度敏感電阻的模數(shù)。濕敏電阻的工作原理主要是通過濕敏材料吸收空氣中的水分，系統(tǒng)電阻值隨濕度變化而改變。其適用的范圍廣，響應迅速，抗干擾能力強。

光敏電阻受到光照之后，其阻值會變小。當用特定波長的光照射時，這些材料具有快速降低電阻的性質，阻值隨入射光強度而變化，這是因為光照導致光敏電阻的電阻迅速下降。入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增加。

繼電器是一種通常用于電動控制電路的電氣控制裝置，其性能優(yōu)點主要包括工作性能穩(wěn)定、使用壽命長、體積小、運作快。可廣泛應用于自動化、遙控、通信等領域。

nrf905無線傳輸主要包括頻率合成器、接受調節(jié)器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成。工作電源在3.5 V左右，其無限模塊引腳中TX_EN為工作模式選擇接口，TRX_CE是芯片發(fā)送或接收的輸出，PWR_UP是芯片的上電，AM是地址匹配，MISO和MOSI分別是輸出和SPI輸入。

4 結束語

本文主要設計的系統(tǒng)為無土栽培技術對溫室的空氣溫度、濕度、環(huán)境光照等信息進行檢測控制，更有效地實現(xiàn)智能培育。同時，無線傳輸模塊被配置為無線傳輸信息，有效地實現(xiàn)無土栽培智能控制系統(tǒng)。

參考文獻：

[1] 李軍.檢測技術及儀表[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008.

[2] 白玉.單片機在溫控系統(tǒng)中的應用[J].遼寧教育學院學報，2002（5）.