温室大棚智能控制系统设计

王亭亭等

【摘 要】基于单片机的温室大棚智能控制系统，以单片机为核心，通过各类传感器对温室内各项指标进行实时采集，通过单片机进行分析处理及自动调节控制，可以消除环境中温度，湿度，光照等因素对生物生长的限制，使得生物能在最佳状态下生长，提高质量和产量。此外，本系统还增加了蓝牙装置，便于用户完成远程监控。

【关键词】温室大棚；传感器；单片机；蓝牙

0 引言

国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件，不利于在我国广泛地推广。当今我国对大棚温度、湿度、二氧化碳含量，光照强度的检测与控制都采用人工管理，存在测控不及时、测控精度低、劳动强度大等弊端，大大增加了成本，浪费人力资源，而且很难达到预期的效果。温室大棚智能温湿度控制系统由传感器系统、单片机、温室内的执行机构及无线收发模块构成，该系统可完成对温室大棚生产过程中的参数在线高精度测量，而且能实现棚内调温、灌溉等的智能控制或报警提示，实现了温室大棚自动实现保湿、通风和光照调节。该系统具有价格低廉、使用方便等优点，便于在我国推广。

1 系统总体设计

本文设计的无线温室大棚智能控制系统[1]，是由STC12C5A60S2单片机为核心的下位机和计算机为核心的上位机组成的。下位机由相应的传感器系统、单片机、执行机构等部分组成。传感器系统是温室系统的输入检测模块，检测各种环境参数并将其转换成温室控制所需要的电信号，整个系统的测量精度、控制精度与传感器获得信息的准确性直接相关[2]。单片机系统主要包括主控模块、数据采集模块、输出控制模块、数据显示模块和数据通信模块，具有温室数据的采集、存储、显示、上传等功能，可实现温室现场资源的统一管理。执行机构主要包括加热阀、加湿阀、风电机、自动卷帘等设备，单片机控制执行机构可以启动加温、降温、遮阳补光等调控设备，调控温室内的气候环境。上位机可实现大棚远程控制，也可对大棚数据统计分析。

该系统整体结构如下：

2 系统具体模块设计

2.1 单片机

2.1.1 STC12C5A60S2系列单片机主要性能

STC12C5A60S2单片机作为温室大棚智能控制系统的核心单片机[3]，是以8051单片机为内核，同时在8051单片机的基础上又增加了很多功能。单片机内部集成了MAX810 专用复位电路，并且增加了P4口的功能， P4口地址在C0H。支持的外部中断模式有下降沿唤醒、低电平唤醒、内部专用掉电唤醒，计时器唤醒等。而且在单片机内部集成A/D转换功能，转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可以达到25万次每秒，具有转换速度高、低功耗的特点，作为本系统的主控芯片非常合适。

2.2 传感器

2.2.1 温湿度传感器

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。DHT11通过SCK线、DATA线和单片机串行通信，其中SCK为时钟线，DATA为数据线，时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步。DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，一次完整的数据传输为40bit，数据分小数部分和整数部分，高位先出。

数据格式：

8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和本系统中，当空气中的温湿度高于或低于所设定的值时，红色指示灯亮，当温湿度过高时，步进电机工作，打开天窗；当温湿度过低时，进行补充。符合标准后，红色发光二极管熄灭。

2.2.2 土壤湿度传感器

YL-69型土壤湿度传感器是一种简易的水分传感器，可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，模块输出一个高电平，反之输出低电平。本系统中，YL-69土壤湿度传感器工作时电源指示灯为红色，当土壤湿度低于设定范围时，绿色发光二极管亮，同时继电器动作，此时只要把土壤湿度传感器浸入水中，湿度达标，LED灯熄灭。

2.2.3 光照强度传感器

GY-30光照强度传感器采用ROHM原装的BH1750FVI芯片以及两线式串行总线接口的集成电路，这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。本系统中，当光照没有达到设定值时，白色发光二极管亮，需要补光；光照达标后，白色发光二极管熄灭。

2.2.4 烟雾传感器

MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测亦很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。环境中CO2浓度越大，电导率越大，MQ-2型烟雾传感器输出电阻越低。在实验中，当MQ-2烟雾传感器检测到CO2浓度不符合所设定的范围时，红色发光二极管亮，需要进行调节。

2.3 蓝牙模块

蓝牙是一种无线电技术，利用蓝牙技术能够有效地简化通信终端设备之间的通信，从而使数据传输变得更加迅速高效，其传输速率为1Mb/S。本系统采用HC-06蓝牙模块，该模块内置

2.4GHz天线，功率可调，灵敏度可达80dBm，满足系统要求。

2.4 液晶显示模块

Nokia5110液晶显示器采用LPH7366模块，具有很多的特点：84x48的点阵LCD，可以显示4行汉字，采用串行接口与主处理器进行通信，包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议，传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。

3 软件设计

本系统采用C语言模块化编程方式，将系统的整体功能分为不同的模块，各个模块单独设计、编程、调试、完成之后进行系统的总体联调。本系统由主程序，系统初始化、信号采集、显示、控制、通信、报警、按键扫描等子程序组成。

4 小结

该系统能够实现对温度、湿度、光照量等环境参数的采集，并通过单片机进行相应的控制，创造出适合作物生长的最佳环境。远程通信实现了温室大棚现场采集端和远程控制端的相互通信，使温室大棚的管理更加趋于现代化。该系统功耗低、操作简单、扩展能力强，具有广阔的市场应用前景。

【参考文献】

[1]孙凯.基于单片机的智能温室控制系统的设计[J].自动化技术与应用，2008，27（8）：101-103.

[2]褚向前，朱武.温室温度多传感器数据融合[J].农机化研究，2008（4）：180-185.

[3]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[责任编辑：薛俊歌]