基于单片机的蔬菜大棚智能控制系统设计

方辉，程权成

（渤海大学 工学院，辽宁 锦州 121001）

基于单片机的蔬菜大棚智能控制系统设计

方辉，程权成

（渤海大学 工学院，辽宁 锦州 121001）

针对目前温室大棚系统科技水平低下的现象，设计基于单片机的智能温室大棚控制系统，本系统通过AT89S51单片机，首先通过传感器分别检测温室大棚内的光照强度、温度以及土壤中的湿度，然后通过ADC0809将传感器输出的模拟信号转换为可供单片机直接处理的数字信号，根据该信号自动执行对遮阳网、通风口和水泵的控制,以实现温室大棚的智能控制。

温室大棚；单片机；AT89S51；智能控制

温室大棚作为一种农业技术，在农业生产中的作用非常重要，尤其是在冬季漫长的北方。光照强度、温度以及土壤中的湿度等环境因素对蔬菜生产具有非常重要影响，然而单纯的依靠人工管理并不能对出现的环境变化做出及时的处理，这不仅会影响到蔬菜的正常生长，同时人力资源的浪费也不可避免。对于温室大棚的控制主要是对光照、温度和土壤湿度等进行的检测和控制，只有具备了适宜的生长环境才能实现蔬菜的高产。但是，目前大多数温室大棚均未采用智能控制系统。鉴于上述分析，在温室大棚智能控制方面存在很大提升空间，为此，本文设计了一种基于单片机的温室大棚控制系统，实现温室大棚的智能控制。

1 系统的整体框图及实现原理

本系统主要包括光照检测电路，温度检测电路，湿度检测电路，AD模数转换电路，单片机最小系统电路及输出控制电路组成，如图1所示.该控制系统首先通过光照检测电路，温度检测电路，湿度检测电路探测温室大棚内的光照，温度和湿度情况，该信号通过ADC0809芯片，将模拟的电信号转化为数字信号，直接输出到AT89S51单片机中，单片机根据测得的数据执行相应的控制程序，若光照太强，则打开遮阳网，若温度过高，则打开通风口，若湿度过低，则启动水泵，进而实现温室大棚的智能控制。

图1 系统硬件框图Fig.1 System hardware block diagram

2 硬件电路

2.1 光照检测电路

为降低成本，提高控制系统的性价比，采用光敏电阻构成的电路来检测光照强度，光敏电阻的电阻值与光照强度相关，故在设计电路图2中，光敏电阻的两端会产生一个电压信号[1-3]，该信号输入LM339放大处理后输出，经过TL084结型场效应管输入运算放大器进行采样保持滤波处理，该电路中的每一个运算放大器在单块集成电路上使用了高电压结型场效应管和双极性管，兼容了更好的匹配性，具有漂移电压温度系数低，输入基极电流和输入漂移电流小，转换速率高的特点。

2.2 温度检测电路

电阻温度探测器(RTD)是最精确的传感器之一，可用来测量-200～+850°C之间的温度。这种RTD实际上是一根特殊的导体，通常呈绕线或者薄膜螺旋管的形状，它的电阻值随温度变化而变化，有良好的线性和高温稳定性[4]。RTD成本较低，但在使用时需要施加外部激励，其应用电路如图3所示。U1和U2采用低功耗MCP601运算放大器，该器件采用先进的CMOS技术，具有偏置电流低、运行速度快、开环增益高以及满幅输出等特点。Rw1，Rw2，Rw3表示导线电阻，U1的作用是抵消导线电阻带来的测量误差，U2起到提高增益和滤波作用。

图2 光强检测电路图Fig.2 Light intensity detection circuit diagram

2.3 SEN0114土壤湿度传感器

本系统使用SEN0114来判断土壤中湿度的大小，使用时将其插入土壤，土壤湿度较小时，传感器输出值将减小，反之将增大。如图4所示，RW表示土壤电阻，当土壤湿度传感器探头悬空时，三极管基极处于开路状态，当插入土壤中时，随着土壤中湿度的变换，土壤的电阻值就不同，三极管的基极就提供了随土壤电阻值变化而导通的不同电流，经过发射极的下拉电阻后转换成模拟的电压，由2脚输出。

图3 温度检测电路图Fig.3 The temperature detection circuit diagram

图4 SEN0114土壤湿度传感器电路图Fig.4 SEN0114 sensor of soil humidity circuit diagram

2.4 ADC0809电路设计

由于光照，温度和湿度的输出信号均为模拟的电信号，不能供单片机直接处理，故需要ADC0809将模拟的电信号转化为数字信号。将单片机的/RD和P2.7相或非后的控制信号接到 OE，故 ADC0809的控制地址为 7FFFH，选中ADC0809芯片后可由单片机的读写控制信号对其进行操作，其中，OE为允许输出信号，上升沿有效.同时将START、ALE连接到一起，接收单片机/WR和P2.7相或非后的控制信号，其中，START为“启动脉冲”输入线，上升沿清零，下降沿启动ADC0809工作，ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。将EOC经反相器反相后接入单片机的外部中断1输入引脚，A/D转换结束时便产生一个中断信号，单片机读走转换结果，其中，EOC为转换结束输出线，该线高电平表示AD转换已结束[3，5-7]。地址输入线分别为A、B、C，共3条，用于选择IN0-IN7上哪一路模拟电压送给比较器进行A/D转换。本电路中A、B、C分别与D0、D1、D2相连。

图5 ADC0809电路图Fig.5 Circuit diagram

2.5 控制输出电路设计

该电路的主要功能是根据测得的光强信号，温度信号和土壤湿度信号分别对遮阳网，通风口和水泵进行控制，其中，遮阳网和通风口的开关由电机传动实现。这里由单片机控制通过继电器来实现对遮阳网电机，通风口电机和水泵的电源控制，进而实现其控制目标。

3 软件设计

系统主程序流程图如图6所示。

图6 主程序流程图Fig.6 The main porgram flow chart

主程序的流程设计如图5所示，首先，对系统进行初始化，然后采集温室大棚内的光照，温度和湿度信号，通过A/D转换程序对接收到的传感器信号进行转换，转换后的数字信号经过单片机计算处理后输出控制信号，实现对遮阳网，通风口及水泵的控制，进而实现温室大棚的智能控制。

4 结论

针对温室大棚控制，本系统有效结合传感器技术和单片机控制技术[8-10]，能够对光照，温度以及湿度进行检测，并实现对其的自动控制。硬件设计过程中采用模块化设计思想，提高了系统的可靠性。本系统所用器件的选择均已性能稳定、廉价为原则，故所需成本较低，具有较高的性价比。

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Design of the vegetable greenhouses smart control system based on MCU

FANG Hui，CHENG Quan-cheng
（The Engineering Institute of BoHai University,Jinzhou 121001,China）

A novel smart control strategy is proposed based on the MCU of AT89S51 for the phenomenon that vegetable greenhouses have low technology.During the whole system operation,the light intensity detection circuit detect the signal of lighting,temperature and moisture via the sensor.The detection signal can be transformed into the digital signal that can be processed directly by ADC0809,and the MCU can execute the sunshade net,vent and water pump control automatically by the sensor signal.Finally,the purpose of the vegetable greenhouses smart control can be realized.

vegetable greenhouses;SCM;AT89S51;smart control

TP399

A

1674－6236（2015）07-0001-03

2014-07-09 稿件编号：201407061

辽宁省社会科学基金（L12BTQ002）

方 辉(1980—)，男，辽宁鞍山人，硕士，实验师。研究方向：自动化控制，计算机。