基于C8051单片机的温室大棚空气湿度控制系统研究

北京联合大学生物化学工程学院 马子豪 耿瑞芳 刘宇航 高 朔 李镓丞

基于C8051单片机的温室大棚空气湿度控制系统研究

北京联合大学生物化学工程学院 马子豪 耿瑞芳 刘宇航 高 朔 李镓丞

基于C8051F020单片机设计一套空气湿度控制系统，用以调节温室大棚内的空气湿度。利用AM1001湿度传感器检测温室内的空气湿度，并将其值传给C8051F020单片机，由单片机编程对空气湿度进行处理及调控，再通过安装在BTF020开发板上的液晶显示屏实时显示温室大棚内的湿度值。试验结果表明：该空气湿度控制系统能够将温室大棚内的空气湿度控制在50±5%RH，满足控制要求。

温室大棚；湿度控制器；C8051F020单片机

1 引言

温室大棚作物种植是现代化农业的发展趋势。随着互联网技术的逐步成熟与发展，温室大棚的智能控制也开始发展。在影响温室大棚里农作物生长的四大因素如光照、温度、湿度、二氧化碳等中，空气湿度是至关重要的因素，因此实现温室大棚空气湿度的自动控制是使温室大棚种植物达到优质高产的主要任务。本文基于C8051F020单片机设计了一套农业温室大棚空气湿度控制系统，用以调节温室大棚的空气湿度。

2 温室大棚空气湿度控制系统总体方案设计

2.1 空气湿度控制系统的功能与指标

本文设计的空气湿度控制系统的主要功能是：对温室大棚内空气湿度进行采集、处理控制和显示，从而对大棚内的湿度进行调节，使大棚内的种植物茁壮成长，以便收到良好的经济和社会效益。

该空气湿度控制系统的技术指标如下：湿度期望值为50± 5%RH，死区为[-3，+3]。

2.2 空气湿度控制系统总体方案设计

本文基于C8051F020单片机构成空气湿度控制系统，系统构成框图见图1。

图1 温室大棚空气湿度控制系统构成框图

该湿度控制系统主要包括湿度采集模块、湿度控制模块、执行模块、LCD液晶屏显示模块。

3 空气湿度控制系统硬件设计

本文设计的温室大棚空气湿度控制系统包括湿度检测、湿度控制、执行部分和湿度显示四部分。湿度检测部分用的是AM1001湿敏电阻型湿度传感器，控制部分硬件选C8051F020单片机作为控制器，执行部分为加湿水泵及除湿排风扇，显示部分选取BTF020开发板上的1602LCD显示屏。

基于C8051单片机的温室大棚空气湿度控制系统电路原理图见图2。

图2 温室大棚空气湿度控制系统电路原理图

图2(c)中的B、C端分别连接图2(b)水泵的1、2端子，连接图2(b)换气扇1、2端子的中间电路电路图与图2(c)类似，但所用单片机的I/O端口为P1.6。

4 温室大棚空气湿度控制系统软件设计

空气湿度控制系统工作过程：湿度传感器检测到温室大棚内的湿度信息，并传到湿度控制器C8051F020单片机，单片机按照预先编写好的控制程序对检测到的湿度信号进行分析处理：当湿度RH≤47%时，开启水泵电机进行加湿，使空气湿度上升；当湿度RH≥53%时，开启排风扇除湿，使空气湿度下降；当47%＜湿度RH＜53%时关闭水泵和排风扇，停止加湿和除湿。因为在信号传输的过程中涉及到信号的实时传送和控制，所以在调节过程中要充分考虑到单片机的时钟问题，这样才能使单片机及时地向排风扇或水泵发送控制信号，以便及时调节温室大棚内的湿度。

控制程序流程图见图3。

图3 温室大棚空气湿度控制程序流程图

5 温室大棚空气湿度控制系统投运

将研发的农业温室大棚空气湿度控制系统安装在某温室大棚中进行投运，图4是该温室大棚内一天中从早上七点半到晚上十点半的湿度测量值，每隔半小时记录一次。

图4 某温室大棚内一天的空气湿度变化曲线（每隔半小时记录一次）

由图(b)可以看出，使用该控制系统后，温室大棚内的空气湿度能够控制在50±5%RH，满足控制要求。

6 结论

本文研发的温室大棚空气湿度控制系统功能较完善、性价比高，能够较好地解决温室大棚内的空气湿度调节问题，使温室大棚种植物达到优质高产，以较少的资金投入获得较大的经济效益。试验结果表明：该空气湿度控制系统能够将温室大棚内的空气湿度控制在50±5%RH，满足控制要求。

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耿瑞芳。

本文由北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目经费资助，项目编号：201511417SJ101。