基于单片机的温室温湿度自动控制系统设计

薛金水，　杨　吉

（广东工程职业技术学院，广东　广州　510520）

基于单片机的温室温湿度自动控制系统设计

薛金水，杨吉

（广东工程职业技术学院，广东广州510520）

根据温室大棚对温湿度控制的需要，设计了基于于单片机的温度湿度自动控制硬件和软件系统。本设计可以有效控制温室大棚的生长环境，提高了植物的生长质量。此控制方法经稍加改动便可以灵活地运用到其他温湿度变化的控制场合，具有较好的可移植性。

温室大棚；单片机；温湿度传感器DHT11；步进电机

一、引言

生产性温室是温室中的一种。蔬菜栽培温室、花卉栽培温室、养殖温室等均属于生产性温室。传统温室的温度和湿度控制多采用人工守值的方式，劳动强度大，不能精确地控制温湿度。通过对生产性温室大棚温湿度进行监测和自动调节控制，并且在温度和湿度超限制时提供声报警装置，可以实时了解和调节温室生长环境，提高生产效率和植物生长质量。

二、系统硬件组成

（一）系统工作原理和构成

系统采用AT89C52作为主控CPU。外围电路输入装置包括键盘输入按钮、温湿度传感器DHT11，输出装置包括排气扇、步进电机、鼓风机、循环风机、LCD显示、电加热棒和报警系统等，系统硬件结构如图1所示。

图1　系统硬件结构图Fig.1　System Structure in Hardware

（二）系统各部分电路

1.按键控制输入

可以采用三个按键输入方式，分别为“模式”、“+”和“-”控制，进入模式设定时分别设定为温度上限、下限、湿度上限和下限四种模式，通过与LCD液晶显示模块的配合，可以调整相应参数。在退出模式设定时显示环境温度和湿度。

2.室内温度和湿度检测

采用可以同时检测温度和湿度的数字式传感器DHT11，DHT11采用了专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，可检测温度范围0～50℃（精度为+/ -1℃），湿度20～90%（精度为+/-4%）。是单数字总线输出，只用一根数据线就可以与与单片机进行数据传输，具有反应速度快、体积小、抗干扰性强及功耗低等特点。使用时为了避免数据传送时出现冲突，需要在数据输出管脚接10 K上拉电阻。电源引脚与地之间增加一个100nF的电容，用于去耦滤波。温湿度采集电路图如图2所示。

图2　温湿度数字采集电路图

3.温度湿度声报警装置

当温度和湿度超出设定范围时，单片机驱动蜂鸣器发声，以提醒工工作人员注意。可采用晶体管驱动压电式蜂鸣器来实现。报警装置电路如图3所示。

图3　报警装置电路图

4.排气风扇电机

当温室环境温度过高时，可以通过循环风机将热气流从大棚上部排出方式达到降温效果。采用一个或者多个300W左右的轴流式循环风机可以达到较好的排风降温效果。因风机通过电流较大，所以要通过驱动装置实现对电机的控制。排气风扇电机驱动电路如图4所示。

图4　排气风扇电机驱动电路图

5.温室加温装置

采用送热风的方式增加温室温度，以加热电热棒的形式增加热量。同样，单片机输出要添加驱动电路。具体电路可以参考图4。

6.微控制单元

系统采用AT89C52作为主控CPU。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线。具有通用同步异步接收/发送器等功能能模块。它具有功耗低、驱动能力强、外接电路简洁等特点。

7.水量控制装置

步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，本设计使用的是四相三拍步进电机。信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA。通过控制步进电机的转角来实现开水量大小的控制。通过ULN2003构成步进电机的驱动电路如图5所示。

图5　步进电机驱动电路图

8.温度湿度显示

采用常用的性价较高的1602字符型液晶显示。1602LCD可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。图6是基于HD44780写的控制器。

图6　LCD1602控制电路图

其引脚涵义如下：

（1）引脚1（VDD/VSS）：电源5（1±10%）V或接地。

（2）引脚2（VSS/VDD）：接地或电源5（1±10%）V。

（3）引脚3（VO）：液晶显示偏压信号。使用可变电阻调整，通常接地。

（4）引脚4（RS）：寄存器选择。1：选择数据寄存器；0：选择指令寄存器。

（5）引脚5（R/）：读/写选择。1：读；0：写。

（6）引脚6（E）：使能操作。1：LCM可做读/写操作；0：LCM不能做读/写操作。

（7）引脚7—14（DB0—DB7）：双向数据总线的第0位到第7位。

（8）引脚15（LED+）：背光显示器电源+5V。

（9）引脚16（LED-）：背光显示器接地。

三、系统软件组成

温室数据采集与控制系统软件设计使用C语言编辑程序。C语言编程具有设计简单、容易实现、可移植性能好等特点。按键输入采用中断响应控制方式，在按键输入时响应按键输入信息，进行温度湿度范围设定。在正常工作期间每隔一定时间检测温度和湿度是否超出设定范围。如果超出便发出报警信号，同时启动相应的执行机构，使对应参数回到设定范围。同时把采集到的数据输出到液晶显示。总体程序图如图7所示。

四、结论

基于单片机控制的生产温室温湿度控制系统，通过检测温度差和湿度差作为输入量来选择相应的控制方案，实现了温度和湿度控制的自动化，减轻了生产的劳动负担。通过试验验证，该系统完全达到温湿度的精度要求。另外，系统的设计思路和方法也可以应用到其他温湿度控制系统中去。

［1］范治政.刘永春.基于ARM9的大棚温湿度远程监控系统设计［J］.湖北农业科学，2015，（2）.

［2］韩灵生.王虹斌.太阳能电池板固化温湿控制系统的设计与实现［J］.制造业自动化.2015，（5）.

［3］肖春芳.基于单片机控制的步进电机的设计［J］.电工技术，2015，（2）.

［4］朱贝贝.施晨.智能电动水阀设计［J］.仪表技术，2007，（7）.

（责任编辑：袁媛）

A Design of Automatic Greenhouse Temperature and Humidity Control System Based on Single Chip Microcomputer

XUE Jin-shui，YANG Jie
（Guangdong Engineering Polytechnic，Guangzhou 510520，Guangdong）

To meet the requirements of greenhouse temperature and humidity control，a hardware and software system for automatic temperature and humidity control based on single chip microcomputer is designed.The design can effectively control the greenhouse environment to help improve the growing quality for plants.With some minor modifications，the system can also be applied to other conditions of changeable temperature and humidity，which proves that the design has good transferability.

greenhouse；single chip microcomputer；temperature and humidity sensor DHT11；stepper motor

图7　软件控制总体流程图

TP277

B

1671-802X（2016）01-0038-03

2015-12-28

薛金水（1974-），男，广东兴宁人，讲师，研究方向：单片机与嵌入式技术。E-mail：xjstiger@sohu.com.

杨吉（1988-），女，广东汕头人，助教，研究方向：通讯与信息技术。E-mail：yangj2015@163.com.