农业大棚智能控制系统设计与实现

刘明

摘 要 农业大棚智能控制系统主要由51系列单片机、12864液晶显示屏、DS18B20数字温度传感器、键盘、继电器和电机等部分构成。基于此，设计了温湿度报警电路、电机驱动电路、电热器驱动电路，实现了温室大棚中温度和灌溉的控制和报警系统，解决了农业大棚人工控制测试的温度误差大、费时费力、效率低等问题。该系统运行可靠、成本低，具有电路简单、显示直观、系统稳定、采集方便、功能多样、成本低廉等等许多优势。

关键词 STC89C52单片机；DS-18B20数字温度传感器；自动控制；自动检测

中图分类号：TP273 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.32.032

1 背景与意义

我国的农业发展已有相当长的历史，农作物的种植栽培技术早在2 000年前就已经开始。随着科技的发展，新型高科技的温室不但可以解决很多不可避免的自然因素，而且大大减少了投入，提高了农作物的产值和环境的利用率。本设计以单片机为基础，设计一种智能的温巡检设备，以达到自动化，从而改善农业大棚的环境，为植物的生长发育创造出最佳的条件，最终提高作物产量、增加农民收益。本设计需要了解单片机、温度传感器、电机、温测量及控制等相关知识，利用单片机设计智能温度控制系统，通过温度传感器对温室温度的采集，然后将数据送入单片机，单片机对采集来的数据进行分析、处理，并通过执行部件对温室进行加温、保温、降温，定时灌溉的处理[1]。本研究是自动化、智能化的体现，在今后的农业中将有着无限的发展空间，在农业大棚控制中将发挥巨大的推进作用。

2 系统总体设计

2.1 温度控制

实时采集农业大棚温度参数，测量空间的温度，由单片机对采集的温湿度值进行循环检测、数据处理、显示，实现温湿度的智能检测。

2.2 灌溉和蓄水控制

实现对农业大棚定时灌溉，并且通过单片实时显示灌溉量和蓄水量。

2.3 控制处理

当温度越限时报警，并根据报警信号提示采取一定手段控制，设定灌溉量和蓄水量，当蓄水池的低于设定量时自动加水。

3 设计要求

农业大棚智能控制系统由灌溉控制系统、温度控制系统、信息显示系统、控制中心组成，各系统工作说明如下。

3.1 灌溉控制系统

灌溉控制系统包括蓄水池、加水、灌溉三个部分，1号电机正转表示蓄水池正在加水、2号电机正转表示蓄水池正在灌溉，根据电机转动时间计算灌溉量[2]。

3.2 温度控制系统

温度控制系统包含有室内温度检测、室内温度加热系统两个部分。

3.3 信息显示系统

用12864液晶显示屏来显示农业大棚中的各种相关信息。显示的信息包括：当前时间、室内温度、设定的室内温度、蓄水池水量、设定的每次灌溉水量和农业大棚的状态信息，状态信息包括“正常、注水、灌溉、加热（加热装置在加热时）”四种。

3.4 控制中心

控制中心主要是通过控制面板输入各种控制指令使得农业大棚执行相应的操作。控制中心由4×4键盘构成，使用的是指令模块中的矩阵键盘，该键盘按键及功能设置定义。

4 系统硬件设计

根据以上总体设计和设计要求的讨论后，可以开始着手硬件系统的设计，硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据，根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑。

4.1 STC89S52单片机

STC89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89S52使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器[3]。在单芯片上，STC89S52拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、更有效的解决方案。

4.2 DS18B20温度传感器

为了避免复杂的A/D转换与放大电路，并且降低对单片机资源的占用以及成本问题，所以采用DS18B20单纯数字温度传感器，更容易实现多点检测。

4.3 液晶显示器12864

液晶显示（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点，而点阵式LCD12864不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动，动画功能，分区开窗口，反转，闪烁等功能，用途十分广泛。

4.4 矩阵键盘

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。而且符合控制中心的控制要求。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

5 系统软件设计

本系统软件设计采用模块化的设计思路，及整个系统的程序软件由苏多个独立的子程序模块组成，各个软件系统可由主模块、显示模块、控制模块、温度采集等模块组成，每个模块既相互独立有相互联系。

5.1 主程序设计

主程序是整个测控系统中最重要的程序，主程序的主要功能是实现系统的初始化、实现系統自检、响应中断请求进而调用数据处理子程序，主流程如图1所示。

6 程序仿真

用PROTUES軟件对智能温室系统的仿真测试如图2所以，它是目前世界上最著名的EDA工具软件之一，也是唯一将电路仿真、PCB设计和模拟模型仿真整合到一个软件的设计平台。本设计采用PROTUES进行仿真，电路简单、测量精确，对于智能温室对精确度要求较高的系统非常适合。

7 结语

通过本次设计，笔者发现在现实设计中还需要注意很多的细节，包括程序设计和硬件设计都需要十分细心，任何一个小地方的错误都会导致整个系统无法正常运行。在设计中的确出现了不少问题，在网络和书籍查询后，才完成了系统的仿真。但通过此次设计，让笔者得到了很大的提高，认识到自己很多的不足特别是在编程方面，以后会在这些方面提高自己。这次设计对于笔者的影响十分重大，掌握了很多更为专业、深刻的专业知识，对以后的工作也将有很大的指导作用。

参考文献

[1]何鹏.温室环境控制技术发展与应用[J].传感器世界，2002，8（2）：8-11.

[2]李军.51系列单片机高级实例开发指南[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[3]高伟.AT89单片机原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2008.

（责任编辑：赵中正）