温室大棚自动控制系统的设计

时间：2024-05-04

王思璎

辽宁锦州渤海大学工学院

温室大棚自动控制系统的设计

王思璎

辽宁锦州渤海大学工学院

温室大棚的问世对我国农业产业链的发展起到了显著的促进作用。随着信息自动化技术的不断拓新，对温室大棚的自动控制也显得尤为重要。本文采用AT89C51单片机为主芯片的监控系统，来对将温室大棚内的温度和湿度进行检测及控制。控制系统中的传感器采用DHT11，通过它对外界的温度和湿度进行采集，并采用模块化设计，将检测结果通过1602液晶屏显示出来。同时采用越限声光报警随即启动外部设备，最终得到适宜的环境，保证大棚内的蔬菜生长在优质舒适的环境内以顺应生产需要。

AT89C51单片机 DHT11 模块化

1 引言

现代农业生产中对农作物周围环境的控制是提高农作物质量的重要一环。温室大棚的出现克服了传统农业生产对自然环境因素的依赖性，而温室设施的关键技术是温度控制，如何快速、准确的获取温室中光照强度、湿度和温度等参数的变化情况，对温室生产中自动控制有着积极意义。

2 系统的硬件设计

该系统主要有单片机控制电路，键盘电路，温湿度传感器电路，显示器电路，控制电路，电源电路等组成。其中以单片机为控制核心，用温湿度传感器测量大棚内实际的温度和湿度，弱电控制强电部分控制相应动作，调节内部温度和湿度，并把温度和湿度显示在1602上。

系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2.1 单片机及其最小系统电路

本系统通过AT89C51单片机进行数据采集、传输、显示，判断越限，声光报警启动外部设施。如果采集到的温湿度数据超过预设范围，那么对应的红黄二极管会发光，并且蜂鸣器会报警，同时启动相应的外部设备。此监控系统中的单片机编写是运用C语言，编写相对简单，而且运用了DHT11单总线技术。

本系统的主要核心控制器件是AT89C51单片机，让它进行系统的控制操作使系统的各个模块协调工作，它的作用仅相当于人的大脑。单片机能合理分配模块工作，且把手机的数据在液晶屏上显示相应的值。越限报警是通过发光二极管和蜂鸣器进行完成，如果高出了之前设定的温度湿度范围，系统便会自动报警，LED发光和蜂鸣器鸣响，此系统会自动启动相应的外部设备来调节温室大棚的内部环境。AT89C51单片机共40个引脚，可划分为以下3种，如表1所示。

表1 AT89C51单片机引脚功能

AT89C51的引脚封装如图2所示。

图2 AT89C51的引脚封装

2.2 温湿度传感器电路

DHT11温湿度传感器与单片机的连接也是相对比较简单的。单片机的P2.0端口是数据端口，专门负责串行数据的接收和发送，让这个端口和传感器的引脚2相连。在传感器引脚2和正电源之间接上一个10K左右的电阻来保证传输距离和数据的准确性。

2.3 电源电路

由于本系统设计时需要5V供电端。为了接线方便，12V直接由外部开关电源供电；取12V电压经过一个7805稳压电路调整成5V电压输出，供给系统其它器件使用。

2.4 温湿度调节控制电路

本次设计的温湿度控制系统主要监控温度和湿度2个量。单片机将设计1个温度和湿度的正常区域。当前温度或者湿度不存在正常区域是单片机将做出相应的处理：①当温度高于正常区域时，启动风扇排风功能；②当温度低于成长区域时，启动大功率白炽灯制热功能；③当湿度高于正常区域时，启动排风机；④当湿度低于正常区域时，启动小型喷水机。

2.5 报警器模块设计

蜂鸣器是一种电子发声器件，它是根据电子发声学的原理制造出来的。体积小，供电电压小，便宜，使用方便。我们平时都用它来作为声音报警的最佳选择，附加二极管便可以构成声光报警。用它也可以完成独立的实验，奏出音符旋律，儿歌，总之它在单片机的实验中的作用非常大。压电蜂鸣器和磁电蜂鸣器是蜂鸣器的两种类型。

当系统检测到温湿度其中有一个超出了预先设定的温湿度范围，系统便自动启动蜂鸣器进行报警，于此同时LED发光二极管被点亮，单片机控制对应的继电器，让外部设备进行工作用来及时的调节温室内的温湿度，工作人员也可以根据具体的情况来采取相应的措施查也可看相应的区域问题。当系统检测数据符合给定的要求时，声光报警系统就会停止工作，外部设备也停止工作，这时一切恢复正常。

3 系统软件设计

3.1 程序设计的总体方案

该设计采用模块化设计思路，将系统设计划分为初始化模块、温湿度检测子程序、按键检测子程序、LCD显示子程序、温度处理子程序、24C04子程序、数据处理子程序，这几个程序模块构成了整个系统软件的主程序。系统主程序流程图如图3所示：

图3 系统主程序流程图

3.2 温湿度采样电路子程序

这个系统中很重要的模块之一便是温湿度检测模块，它要负责温湿度的采集。如果这个系统没有了温湿度采集那它就算不了是一个系统，它就失去了最主要的元件。它将采集到的数据变成数字式的，然后和单片机进行数据传输，所以它在整个系统中的地位是相当高的。作为数字式温湿度传感器，DHT11它是直接把采集测试到的结果作为数字量来传输的单芯片微控制器，这样处理后，便可以通过单片机传输在液晶显示屏上显示测到的数据。由于温度和湿度传感器值的准确性将对检测和控制系统有直接影响，也就影响到了整个系统的精度。所以本系统采用低价格，高性能，高精度的数字温湿度传感器DHT11。

DHT11温湿度传感器将在温室的各个点采集温湿度的数据，每隔一定的时间会将该数据进行记录。然后进行循环的记录和传送。当温湿度不在正常区域是，系统启动相关处理方案。上电初始化各个变量，通过按键设定需要设定的参数，然后温湿度传感器通过采集到的数据与按键设定的值进行比较，如果实际值越过了某个设定的界限，从而实现相应的动作。如果当前传感器测量到的温湿度不在当前设定的范围内，则启动报警系统。

3.3 开窗和闭窗及开幕和闭幕电路子程序

本设计以AT89C51为核心，具有采集数据处理数据功能，同时具有检测实时温湿度不在设置温度或湿度范围内时，从而打开天窗和适当的拉开和关闭帷幕的功能，此设计不仅可以节约管理的成本，而且可以调节作物生长合适的光照，有利于作物的生长。

3.4 报警模块

声报警和光报警是报警模块的两个功能。LED灯报警来吸引用户的注意，它是由单片机控制，而蜂鸣器报警是吸引听觉。LED灯的点亮条件是，当温湿度传感器采集到的温湿度只要其中至少有一个超出了它的预设定范围，那么相应的LED发光二极管就会被点亮，同时蜂鸣器鸣响；当温湿度在设定范围内那么一切正常，不做任何改变。