基于单片机的温室卷帘控制系统设计

张昕宇+于兴博+张峰溪

【摘要】 针对我国北方温室保温通风主要靠人工操作、管理费用较高且常因监控不及时导致农作物受损的问题，设计了一种基于单片机的温室控制系统模块。系统可设定温室内系统的上下限值，通过比较温室实际温度与设定值来确定温室卷帘的舒展，实现温室温度自动监测和调温。系统性能稳定且简单易用，可基本满足温室卷帘控制的需求，降低了人工成本，提高了经济效益。

【关键词】 单片机 温室卷帘 控制系统 设计

随着近年来反季节作物的大面积种植，北方设施大棚也出现大面积增加的趋势，日照温室内种植的大多是反季节作物，对生长环境的要求极为苛刻，尤其是对温湿度、光照度等的要求更为严格。传统温室通过控制温室的卷帘来控制室内的温度，通常白天卷起，夜晚放下，这样就花费了大量的人力和物力。由于不同的作物具有不同的生长周期，每个生长周期对环境的参数要求也各不相同，如果人工对环境的观察经验不足，就会使作物一直处于恶劣的环境中，影响作物的正常生长，导致作物减产。

一、国内外研究现状

国外对农业温室的开发比较早，上世纪30年代就已经初步成型，20世纪70年代以来，西方发达国家在设施农业上的投入和补贴较多，设施农业发展迅速。随着制造业和信息科学的发展，在温室硬件设施上已经达到了一个成熟的水平。我国温室经历了改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室三个阶段的发展，但由于地区生产状况，经济状况以及使用目的的不同，至今各阶段不同类型的温室依然并存，并且我国传统农业正在向高品质，高效率和高产的现代化农业转变，温室栽培技术反映了现代农业的发展水平和方向。温室栽培技术要依靠先进的科学技术，监测和控制温室环境的各种因素，为作物的生长提供最好的生长环境。北方温室大多以专用的塑料棚膜进行保温，通过对温室卷帘的控制进行温度调节。

二、系统设计原理

以单片机为控制核心，用C语言进行程序的编写和调试，通过DS18B20温度传感器对温室温度进行实时监测，用Lcd1602液晶显示屏显示室内温度，并通过MC33886芯片控制温室卷帘的运行，实现温室温度实时监测与自动调节。

三、系统硬件设计

1、单片机的选择与设计。单片机是整个控制模块的核心，负责整个控制器的信号接收、处理、运算、通讯以及输出控制等功能，控制器上时钟芯片、显示屏、按钮等其他分电路都和单片机相连接。系统设计采用的即是STC90C516AD单片机，该芯片系1个0.1μF瓷片容、1个5V电源输入接口、1000μF的电解电容组成，时钟电路由2个30pF的瓷片电容和1个11.0592MHz晶振组成，分别接入单片机XTAL1、XTAL2引脚。复位操作采用按键电平复位，由1个10kΩ电阻和1个10μF电容组成RC复位电路。电源、时钟电路和复位电路组成了单片机最小系统，可使单片机正常运行，另外LCD显示屏、通过I/O口连接温度传感器、MC33886电机控制模块、操作按钮等可实现本系统的设计功能。

2、温度传感器。DS18B20温度传感器具有体积较小、更加经济、灵活方便等特点，可以把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理运行，是理想的模数转换器件，而且在读写DS18B20信息时仅需要一个单线接口，使用起来非常方便，其测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃时精度为±0.5℃，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温，本设计选择DS18B20温度传感器作为温度信号的输入通道。

3、数据显示模块设计。显示屏是控制器人机交互的显示窗口，为了实时显示控制器的状态以及各种操作状态，控制器通常设计有显示模块。LCD1602是指显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字），即可以显示32个字符，可以调节屏幕的对比度，程序编写比12864显示屏简单，电路连接简单，可显示两行且成本低廉，本设计采用液晶显示屏Lcd1602即可满足本设计的功能需求。

四、系统主程序设计

系统的控制程序采用C语言编写，利用KeilUVision4进行编译生成Hex文件，再烧录到STC90C516AD单片机的EPROM内。控制程序的工作过程为：当系统接通电源后复位后，STC90C516AD单片机进入工作状态，首先完成各个端口及LCD1602显示屏的初始化；然后读取DS18B20温湿度传感器数据，处理后显示在LCD1602显示屏上；同时进行温度范围扫描，超过或低于设定范围后电机控制模块控制控制温室卷帘的运行。

结语：系统在国内外温室温度控制技术发展现状基础上，通过温室卷帘控制系统原理，系统硬件的选择与设计，系统主程序的设计实现温室温度自动监测和自动调温，可基本满足温室温度自动控制的需求。温室卷帘能在较短时间内控制温室温度，加速温室内作物的生长，使其早熟和提前上市，降低人工成本，提高经济效益有显著帮助。同时，温室智能设备的发展对提高农机化水平也具有重要意义。

參 考 文 献

[1]刘蕾.我国设施农业发展现状与对策分析[J].农业科技与装备，2013（4）：57-58.

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