蔬菜溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)解決方案設計

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1、托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時代！蔬菜溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)解決方案設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、硬件設計。關鍵詞溫室大棚；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

2、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)控措施表現(xiàn)出極大的局限性。筆者設計了基于單片機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前溫濕度讀數(shù)，并通過上位機遠程設定和修改適合蔬菜生長期的溫濕度閥值。系統(tǒng)根據(jù)當前溫濕度閥值驅(qū)動繼電器，控制執(zhí)行機構進行相應操作

3、，達到控制蔬菜溫室大棚溫濕度的效果［1－2］2溫濕度控制系統(tǒng)硬件設計托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時代！系統(tǒng)采用模塊化設計，方便系統(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，既方便了設計、調(diào)試和維修，也大大增強了系統(tǒng)的實用性。2．1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合傳感器，具有品質(zhì)卓越、響應快、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，是各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。系統(tǒng)溫濕度數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示2．2溫濕度控制電路溫濕度控制電路利用單

4、片機P1口的P1．0～P1．4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)行機構進行相應操作的目的。由圖3可知，通過繼電器控制大功率熱源燈或暖爐達到升溫目的。托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時代！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)正轉和反轉，當2個三極管基極分別接P1．0、P1．1時，實現(xiàn)對溫室內(nèi)部采暖、通風設備的控制，達到升溫或降溫的目的；當2個三極管基極分別接P1．2、P1．3時，實現(xiàn)控制水閥開關以控制噴淋系統(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)行機構部分供電系統(tǒng)采用分離

5、式，這樣既增加了系統(tǒng)的安全性，又為驅(qū)動大功率設備或高壓用電器提供方便。托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時代！2．3通訊模塊電路當前微機系統(tǒng)，采用RS-232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芯片進行電平轉換，其轉換電路如圖5所示。托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時代！由圖5可知，RS-232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RS-232接口發(fā)送信號經(jīng)由MAX232轉換后變成TTL電平信號，

6、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、串口中斷服務程序、DHT11編程應用子程序（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）等組成。在此，給出系統(tǒng)主程序流程圖和DHT11編程應用流程圖。3．1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

7、。（由于中斷有專門的中斷服務程序處理，故主程序流程中并未出現(xiàn)中斷服務程序的流程）。托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時代！溫濕度傳感器DHT11技術參數(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)軟件設計最關鍵部分，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。3．2串口中斷服務程序本系統(tǒng)中所有指令的發(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程序完成。每當串口通訊發(fā)生時，就會執(zhí)行串口中斷服務程序，通過分析判斷控制指令，系統(tǒng)執(zhí)行相應操作。托普物