基于单片机农业温室温湿度监控系统的设计

为了提高农业温室的生产效率和自动化程度，设计了一种基于农业温室的温湿度监控系统。该系统以AT89S52单片机为控制核心，采用性价比较高的温湿度传感器，实现了对农业温室温湿度的测量与控制。通过调整温度和湿度的限值，可以对针对不同的农作物。当参数越限时，系统会启动声光报警，并通过继电器控制执行机构对系统进行调整。

【关键词】农业温室 单片机 监控 温湿度

我国是个农业大国，农业生产技术装备水平与劳动生产率水平均较低，农业基础设施薄弱，随着科技的进步，做为以农业为基础的生产大国来说，农业生产现代化水平的不断发展，将是引导生产发展的主要因素，尤其是自动化控制水平在农业生产中越来越受到重视。在现代化农业种植生产中，以农业温室为代表的现代农业设施发挥着巨大的作用。在农业温室中的温度、湿度等相关参数直接关系到蔬菜等农作物的生长周期，温室环境的变化与农作物的发芽、生长、光合作用等密切相关。因此，对于农业温室内环境温度、湿度等参数进行检测和控制，是实现优质、高产、高效地进行农作物栽培的重要保证。

当前我国大多数农业温室对温度、湿度的检测与控制还停留在人工管理阶段，特别是在冬季，昼夜温差较大，温湿度控制精度很低并且不够及时，很容易造成蔬菜等农作物生长缓慢，不仅浪费了人力资源，而且还极大的降低了生产的收益，造成经济损失。为了提高农业温室的自动化控制水平和生产效率，更科学合理地调节温室内的温度、湿度等参数，更有利于农作物生长，因此必须大力发展农业温室温湿度监控系统。

1 系统技术原理与性能指标

1.1 系统技术原理

以单片机为控制核心的农业温室温、湿度数据采集与控制系统，能够对农业温室大棚温、湿度进行有效地检测与控制。根据农作物种植的需求，设计适合于现代设施农业用的多参数监控系统，主要包括温度和湿度等参数的监控和调节功能，该系统具有检测精度高、使用方便、成本低和工作稳定等特点。不仅可以应用在农业温室，大棚，花窖，也可以用于其他需要恒温恒湿的场合，具有非常广泛的应用前景。

1.2 系統技术性能指标

实现基本功能：温、湿度参数显示；温、湿度检测；声光报警；键盘设置；系统调节装置；A/D转换等。主要技术参数温度检测范围为-10℃到+85℃之间，测量的温度精度约为±0.5℃；湿度检测范围为输出模拟电压信号0-3V，湿度测量范围10% - 95%RH；测量分辨率为16 bit；输出为单总线数据信号；显示方式温湿度均为三位液晶显示；

1.3 系统硬件设计框图

该系统采用开关电源作为系统的供电方式，在单片机总体控制下，具有温、湿度参数检测；通过键盘实现参数基本信息输入，当温、湿度等相关参数超限时，实现声光报警显示，同时通过光电耦合装置来实现温湿度自动调节。系统总体构成如图l所示。

2 硬件电路及关键设备

2.1 单片机控制器选择

该系统采用单片机作为数据处理单元，温、湿度传感器等相关参数经过A/D转换后经单片机处理，进行数据显示、报警及控制输出。单片机选用AT89S52型单片机，这种单片机兼容性强，结构简单，运行可靠，信价比较高，能完成相关控制及处理。

2.2 温度传感器电路设计

温度测量采用DS18B20型温度传感器，该传感器采用单总线接口，采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，能够满足农业作物环境的温度精度要求。采用DS18B20设计的温度参数采集模块，如图2所示。

2.3 湿度传感器电路设计

湿度采集模块采用了CHTM-02NA型湿度传感器，模拟电压信号通过单片机的PC1口进行A/D转换，如图3所示。

2.4 液晶显示模块

显示模块采用的是RTl2864M汉字图形点阵液晶显示模块。该模块可显示汉字及图形，其内置8192个中文汉字（16×16点阵），128个字符（8 X 16点阵）及64×256点阵显示RAM（GDRAM）。显示模块可以实时显示当前的温度和湿度，也可显示设定的温度和湿度，显示结果更加方便直观。

2.5 光电耦合模块

该执行单元由光电耦合元件控制输出继电器组成，当温、湿度值超过设定的参数限值时.单片机控制相应的工作单元继电器动作，由继电器接通相应执行机构调整温、湿度等。

2.6 报警模块

当温、湿度等参数超过限制值时，系统会启动声音、光、显示等报警环节，提醒操作人员注意。

2.7 其他辅助电路

硬件部分还包括其他辅助电路，如键盘电路、复位电路等。其他参数的测量，可以根据实际的需要进行增减，如CO2浓度测量可采用MG811型传感器，测量范围为350—10000ppm，输出模拟电压30-50mV。外部DC电压给H-H端加热元件加热，当其表面温度足够高时，MG811元件相当于一个电池，其AB两端会输出电压信号，根据该电压信号的大小可测量CO2浓度。如光照度测量可采用光电池，光电池是一种利用光生伏特效应制成的光电转换器件，通过将光信号转变为电信号来检测待测量。针对LED对作物的补光照射的优势，开发光照采集系统和光谱范围可调的光照控制系统，可以方便地应用在不同类型的植物补光场合。

3 系统软件设计

该系统软件采用C语言设计，主要设计了主程序、显示程序模块、数据采集模块和执行程序模块。系统上电后，主程序先完成系统初始化，然后再初始化传感器，使传感器工作。主程序调用数据采集模块读取传感器的数据，并调用显示模块在液晶显示器上显示。数据处理程序对采集来的数据与设定的限值进行比较，若温湿度在设定的限值范围内，返回重新读取数据。如此进行循环；若超出限值范围，则使相应的输出继电器动作，使执行机构调整温湿度，然后再返回重新读取数据（主程序流程框图见图4）。

4 结论

系统监控的目的是要为农作物的生长创造适宜的温、湿度等优化的环境条件，调节农作物生长过程和成熟上市时间，以获得更好的经济效益。农业温室温湿度监控系统可以对温室的温湿度进行实时采集。当温室内的温湿度超限时，实现报警的同时，该系统还可实现自动调节，使温湿度控制在正常范围内。从而实现对作物生长环境的智能化控制和温室作物的科学管理，实现资源的优化配置。系统硬件部分采用AT89S52单片机和温湿度传感器，采用液晶显示器显示数据，控制输出采用输出继电器控制执行机构实现对温湿度的控制。

参考文献

[1]郑忠俊，邓金权.甘辉一种温湿度计算机自动控制系统[J].计算机应用，2002（01）.

[2]库志强，张锡兵.杨扬基于单片机的温湿度控制系统[J].现代制造，2006（12）.

[3]杨振江，孙占彪.王曙梅智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安电子科技大学出版社，2001.

作者简介

马东（1975-），男，辽宁省辽阳市人。沈阳理工大学自动化与电气工程学院高级实验师。研究方向为智能仪器仪表、计算机测控。

作者单位

沈阳理工大学自动化与电气工程学院 辽宁省沈阳市 110159