【正文】 基于單片機的溫室大棚自動控制系統(tǒng)論文題目：基于單片機的溫室大棚自動控制系統(tǒng)基于單片機的溫室大棚自動控制系統(tǒng)【摘要】本系統(tǒng)由單片機STC89C5溫度檢測電路、濕度檢測電路、光照度檢測電路、鍵盤掃描電路、時鐘電路、傳感器電路以及繼電器控制電路等部分組成。系統(tǒng)采用STC89C52單片機，功能強、功耗低、價格低、穩(wěn)定可靠、應用廣泛、通用性強等特點。論文完成了以STC89C52單片機為核心對空氣溫度、土壤濕度、光照度進行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示等系統(tǒng)的基本框圖、工作原理和繼電器控制的設計的闡述。該系統(tǒng)對植物生長過程中的土壤濕度、環(huán)境溫度、光照度進行了實時地、連續(xù)地檢測、直觀地顯示并進行自動地控制?？朔藗鹘y(tǒng)的人工測量方法不能進行連續(xù)測量的弊端，節(jié)省了工作量，并避免了人為的疏漏或錯誤造成的不必要的損失?！娟P鍵詞】單片機、濕敏傳感器、數(shù)字溫度傳感器、光敏電阻、繼電器控制。目錄 3 3 目的及思路 3 3 4 4 5 63系統(tǒng)的總體設計 6 6 6 9 STC89C52特點 9 10 10 10 11 12 12 13 13 14 14 14 16 16 18參考文獻 18附錄1 電子元器件明細表 21附錄2：系統(tǒng)總體電路圖 22附錄3：實物圖 23附錄4：系統(tǒng)源代碼 25現(xiàn)代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、光照強度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產管理自動化、科學化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達到優(yōu)質、高產、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農業(yè)設施在現(xiàn)代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用，所以對大棚內的溫度、濕度與光照強度等參數(shù)的控制就顯的非常重要了。傳統(tǒng)的方法是用毛發(fā)濕度表、酒精溫度計等進行人工測量，再對不符合的溫度、濕度、光照度通過在溫室大棚進行灌溉、降溫、遮光等控制操作[1]來調節(jié)，這種人工測控的方法費時費力、效率低、且無法保證測量的連續(xù)性，測量的誤差大、隨機性大，隨意性強。為了克服以上幾點不足，我們需要一種造價低廉，使用方便且測量準確的自動測控系統(tǒng)。國外的溫室設施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件，不利于在我國廣泛地推廣，而當今在我國大多數(shù)地方對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量，光照強度的檢測與控制都采用人工管理，存在著測控精度低、勞動強度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補的損失，結果不但大大增加了成本，浪費了人力資源，而且很難達到預期的效果。本系統(tǒng)主要針對溫室大棚內溫度、濕度，光照強度研制了單片機控制的溫室大棚自動控制系統(tǒng),綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟性要求三個方面因素之后，最終確定以STC89C52單片機為控制核心，選用性價比比較高的傳感器，實現(xiàn)對溫濕度的精確測量與準確控制，同時又具有價格低等優(yōu)點，便于在我國推廣。、目的及思路本系統(tǒng)主要采用STC89c52單片機作為系統(tǒng)的控制核心，由溫室內的空氣溫度傳感器、土壤濕度傳感器、光照度傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過模數(shù)轉換后送入單片機，由單片機根據(jù)采集的數(shù)據(jù)做出相應的控制，例如控制繼電器的開合，使換氣風扇、滴灌設備、遮陽幕等設備的啟動或停止，達到控制溫室各項參數(shù)的目的。同時在外接的LCD液晶上顯示實時參數(shù) ，便于觀察。外接的鍵盤可以設定系統(tǒng)控制的溫度值，以滿足不同條件下對溫度的不同要求。 在本系統(tǒng)中為了保證對溫度、濕度和光照度的檢測的實時性和準確性，采用了數(shù)字溫度傳感器DS18B20來檢測溫度。采用濕度傳感器HS1101來檢測土壤濕度。采用光敏電阻檢測光照度。最后通過單片機STC89C52處理后顯示在1602液晶顯示屏上，并通過控制繼電器的開合控制相應的調節(jié)部件對植物的生長環(huán)境的各項參數(shù)進行調節(jié)，以達到適合植物生長的環(huán)境條件。 本系統(tǒng)的基本功能有：檢測空氣溫度、土壤濕度、環(huán)境光照度。顯示以上各項參數(shù)并自動調節(jié)。單片機作為控制核心，要有被檢測信號輸入，由單片機處理。如何準確的確定外圍環(huán)境的各項參數(shù)就顯的非常重要。傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關鍵部件，如果沒有傳感器對原始信號進行準確可靠的捕捉和轉換，系統(tǒng)就無法實現(xiàn)要求的各項功能。工業(yè)生產過程中的自動化的測量和控制，大部分主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產過程中的各項參量，使系統(tǒng)工作在最佳的狀態(tài)下。測量土壤濕度的方法有很多種，其原理是根據(jù)某種物質從其周圍的土壤中吸收水分后引起的物理或化學的性質的變化，間接的獲得土壤的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸水后的介電常數(shù)、電阻率和體積發(fā)生的變化進行濕度的測量。方案一：采用HOS201濕敏傳感器[2]。HOS201濕敏傳感器為高濕度開關傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測量范圍為0%～100%RH，工作溫度為0～50℃，阻抗在75%RH(25℃)時為1MΩ。這種傳感器主要用于開關的傳感器，不能在寬頻域內檢測濕度。這種傳感器只限于一定范圍內使用時具有良好的線性度。 方案二：采用HS1100/ HS1101濕度傳感器[3]。HS1100/ HS1101濕度傳感器，在電路結構上等效于一個電容器，其電容量隨著土壤濕度的增大而增大，不需要校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應，專利設計的固態(tài)聚合物結構由頂端接觸（HS1100）和側面接觸（HS1101）兩種封裝產品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路。 綜合比較方案一和方案二，方案一雖然滿足精度和測量溫度的要求，但是只是限定于一定的范圍內使用時具有良好的線性度。因此，我們選擇方案二作為本設計的濕度傳感器。20 40 60 80 100 相對濕度% 200 190 180 170 電容F圖21：HS1101濕度－電容響應曲線 濕度傳感器HS1101的特點：相對濕度在1%～100%RH范圍內：電容量有16pf變到200pf，其誤差不大于177。2%RH,響應時間小于5S，℃。由此可以看出HS1101具有測量精度高，反應速度高的優(yōu)點，其濕度－電容響應曲線如圖21：HS1101的一些常用參數(shù)如表21：表21：HS1101常用參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)值單位工作溫度Ta40～100℃儲存溫度Tstg40～125℃供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0～100%RH焊接時間@=260℃t10S 方案一：采用AD590溫度傳感器[4]。AD590溫度傳感器是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。AD590性能描述：測量范圍在50℃ +150℃，滿刻度范圍誤差為177?！妫旊娫措妷涸?—10V之間，穩(wěn)定度為1﹪時，誤差只有177?！?。AD590為電流型傳感器溫度每變化1℃其電流變化1uA在35℃和95℃ 。方案二：采用DS18B20溫度傳感器[5]。美國DALLAS公司的產品可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20可實現(xiàn)室內溫度信號的采集，有很多優(yōu)點：如直接輸出數(shù)字信號，故省去了后繼的信號放大及模數(shù)轉換部分，外圍電路簡單，成本低。單總線接口，只有一根信號線作為單總線與CPU連接，且每一只都有自己唯一的64位系列號存儲在其內部的ROM存儲器中，故在一根信號線上可以掛接多個DS18820,便于多點測量且易于擴展。 綜合比較方案一和方案二，兩方案都可以滿足設計所要求的精度溫度要求，但方案一的后續(xù)電路復雜，需要經(jīng)過放大，數(shù)模轉換等步驟，增加了設計的復雜度和成本，并需要占用單片機較多的I/O口。方案二的后續(xù)電路簡單，占用的I/O口數(shù)量少，為整體設計留出了足夠的I/O口資源。故我們采用方案二作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。DS18B20的溫度值格式如表22：表22 DS18B20的溫度值格式位7位6位5位4位3位2位1位0低字節(jié)2322212021222324位15位14位13位12位11位10位9位8高字節(jié)SSSSS262524DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位二進制形式提供，形式表達，其中S為符號位。例如＋125℃的數(shù)字輸出為07D0H （正溫度直接把16進制數(shù)轉成10進制即得到溫度值 ）。55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。（負溫度 把得到的16進制數(shù) 取反后1再轉成10進制數(shù)）。數(shù)字輸出格式如表23：表23 DS18B20的數(shù)字輸出格式表溫度數(shù)字輸出(二進制)數(shù)字輸出(十六進制)+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h