温室气候控制系统设计

范爱华 周 越

（1.扬州工业职业技术学院；2.江海职业技术学院，江苏 扬州 225101）

引言

蔬菜大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。在过去的生产中，由于没有有效的温控设施，大棚内的温度、湿度无法很好地满足蔬菜生产的需要，特别是遇到持续的低温和高湿天气，大棚内的蔬菜会受到冻害和各类菌病病害，会严重影响蔬菜的产量和质量，严重时会出现绝产。本课题设计温室气候控制系统，对大棚内气候主要参数温度、湿度进行有效的测控。有效防止低温冻害和高湿病害，这样不仅能确保的大棚蔬菜的稳产高产，而且可大幅度降低农药用量，为生产无公害蔬菜生产创造了条件。

1 系统的硬件设计

1.1 系统功能

温室气候控制系统由温度传感器采集室内温度，超温时启动鼓风，温度偏低时启动加热装置。

湿度传感器检测湿度，喷雾调节室内湿度。

1.2 工作原理

该测控系统的工作原理是利用单片机编程，通过温湿度传感器检测大棚内实际的温度和湿度值，并由液晶显示电路显示出当时的温湿度值。如果采集的温度值高于上限报警温度，系统将发出报警，并同时启动制冷设备，把温度降下来，当温度低于上限值时，关闭制冷设备。当采集的温度值低于下限报警值时，系统发出报警，并同时启动制热设备，使大棚内的温度上升，当温度上升到一定的程度，即高于下限复位值时，立即关闭制热设备，从而使温室大棚的温度值维持在一定的范围内。同样当大棚内空气干燥时，就启动喷雾来加大湿度，当空气过于湿润时启用通风。

1.3 系统硬件的总体设计

该系统以msp430单片机为核心，由DHT11温湿度传感器、液晶显示电路、控制继电器电路、存储模块AT24C02、按键电路等构成。通过按键设置温湿度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入温度的上、下限进行比较，当单片机比较监测到的数值超出所设定阀值时，驱动蜂鸣器报警，由此判断是否启动继电器以开启设备。设计中加入了常用的液晶显示及状态灯、显示灯常用电路。图1是气候控制系统原理。

图1 气候控制系统原理

1.3.1主控模块

主控模块主要采用MSP430单片机，它是一个16位的单片机，具有如下特点：运行速度快、处理能力强、超低功耗，拥有5种低功耗模式、片内集成资源丰富，有两组普通IO口具有中断功能、方便高效的开发环境。它所具有的鲜明特点使其在许多行业都得到广泛应用。

1.3.2 显示电路

显示采用12864液晶显示电路（图2）。该应用电路功耗低，运行稳定。

图2 12864液晶显示电路

1.3.3 温湿度传感器

温湿度传感器可以对外界温湿度信号的变化转换成电压的变换，然后由430处理数据，实现温湿度数据在液晶屏上的显示。

主控芯片：DHT11，输出数据为8位数字数据，且由一个管脚输出，节省了硬件上管脚的使用。

硬件连接：硬件连接简单，只需要DHT11的一个管脚（数据脚）接入430单片机中。如图3所示。

图3 DHT11温湿度传感器电路

1.3.4 存储模块

存储模块采用AT24C02（图4）。AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节。AT24C02支持总线数据传送协议I2C。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。通过器件地址输入端A0、A1和A2选择，可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。该模块存储信息为温湿度上下限的数据和各种控制设备的状态数据。

图4 存储模块AT24C02电路

1.3.5 单片机控制继电器电路设计

利用DHT11温湿度传感器检测蔬菜大棚花窖室内的温湿度，当室内温度超出设计温度时，报警，同时打开通风系统（即打开风扇）来降低室内的温度；当低于设定温度时，启用加热器进行升温。

利用温湿度传感器检测空气中的湿度，当空气太干燥时，就启动喷雾来加大湿度；当空气过于湿润时，启用通风。

本系统利用继电器的吸合与否来控制加热、鼓风和喷雾装置，实现温度和湿度的自动控制，如图5所示。

图5 控制继电器电路

2 系统的软件设计

系统程序主要包括主程序、DHT11温湿度传感器子程序、液晶显示子程序、按键处理子程序等。

2.1 传感器的信息监测：采集温度和湿度传感信息，并将它们实时的显示在屏幕上。

2.2 温室设备控制模块：通过该模块控制各种环境调节设备，比如制冷和制热设备、加湿器等。根据设定的控制方式，可以采用手动控制、自动控制两种模式。

2.3 报警功能模块：当温湿度过高或者过低时报警。

2.4 数据记录模块：该模块可以存储温湿度上下限的各种数据和各种控制设备的状态数据。

系统总的流程如图6所示。

图6 控制系统总体程序

3 结束语

本文所设计的基于MSP430单片机的温湿度控制系统，结构简单，测温准确，在实际应用中能够取得良好的控制效果，温度控制精度达到±2℃。系统硬件电路采用成熟的电路设计，元件选用成本较低的器件，电路稳定，抗干扰力强，性价比较高。软件开发用C语言，采用模块式结构，系统功能易于扩展。该智能温度控制器还可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。有很强的实用价值。

[1]李全利.单片机原理及应用技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]周越.单片机原理实验实训教程[M].北京：水利水电出版社，2007.

[3]周越.单片机应用技术[M].北京：水利水电出版社，2009.