基于單片機(jī)的溫室卷簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張昕宇+于興博+張峰溪

【摘要】 針對(duì)我國(guó)北方溫室保溫通風(fēng)主要靠人工操作、管理費(fèi)用較高且常因監(jiān)控不及時(shí)導(dǎo)致農(nóng)作物受損的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的溫室控制系統(tǒng)模塊。系統(tǒng)可設(shè)定溫室內(nèi)系統(tǒng)的上下限值，通過(guò)比較溫室實(shí)際溫度與設(shè)定值來(lái)確定溫室卷簾的舒展，實(shí)現(xiàn)溫室溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)溫。系統(tǒng)性能穩(wěn)定且簡(jiǎn)單易用，可基本滿(mǎn)足溫室卷簾控制的需求，降低了人工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 溫室卷簾 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

隨著近年來(lái)反季節(jié)作物的大面積種植，北方設(shè)施大棚也出現(xiàn)大面積增加的趨勢(shì)，日照溫室內(nèi)種植的大多是反季節(jié)作物，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的要求極為苛刻，尤其是對(duì)溫濕度、光照度等的要求更為嚴(yán)格。傳統(tǒng)溫室通過(guò)控制溫室的卷簾來(lái)控制室內(nèi)的溫度，通常白天卷起，夜晚放下，這樣就花費(fèi)了大量的人力和物力。由于不同的作物具有不同的生長(zhǎng)周期，每個(gè)生長(zhǎng)周期對(duì)環(huán)境的參數(shù)要求也各不相同，如果人工對(duì)環(huán)境的觀察經(jīng)驗(yàn)不足，就會(huì)使作物一直處于惡劣的環(huán)境中，影響作物的正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)農(nóng)業(yè)溫室的開(kāi)發(fā)比較早，上世紀(jì)30年代就已經(jīng)初步成型，20世紀(jì)70年代以來(lái)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的投入和補(bǔ)貼較多，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速。隨著制造業(yè)和信息科學(xué)的發(fā)展，在溫室硬件設(shè)施上已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)成熟的水平。我國(guó)溫室經(jīng)歷了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現(xiàn)代化溫室三個(gè)階段的發(fā)展，但由于地區(qū)生產(chǎn)狀況，經(jīng)濟(jì)狀況以及使用目的的不同，至今各階段不同類(lèi)型的溫室依然并存，并且我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在向高品質(zhì)，高效率和高產(chǎn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，溫室栽培技術(shù)反映了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平和方向。溫室栽培技術(shù)要依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，監(jiān)測(cè)和控制溫室環(huán)境的各種因素，為作物的生長(zhǎng)提供最好的生長(zhǎng)環(huán)境。北方溫室大多以專(zhuān)用的塑料棚膜進(jìn)行保溫，通過(guò)對(duì)溫室卷簾的控制進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

以單片機(jī)為控制核心，用C語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫(xiě)和調(diào)試，通過(guò)DS18B20溫度傳感器對(duì)溫室溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用Lcd1602液晶顯示屏顯示室內(nèi)溫度，并通過(guò)MC33886芯片控制溫室卷簾的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)溫室溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)。單片機(jī)是整個(gè)控制模塊的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)控制器的信號(hào)接收、處理、運(yùn)算、通訊以及輸出控制等功能，控制器上時(shí)鐘芯片、顯示屏、按鈕等其他分電路都和單片機(jī)相連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的即是STC90C516AD單片機(jī)，該芯片系1個(gè)0.1μF瓷片容、1個(gè)5V電源輸入接口、1000μF的電解電容組成，時(shí)鐘電路由2個(gè)30pF的瓷片電容和1個(gè)11.0592MHz晶振組成，分別接入單片機(jī)XTAL1、XTAL2引腳。復(fù)位操作采用按鍵電平復(fù)位，由1個(gè)10kΩ電阻和1個(gè)10μF電容組成RC復(fù)位電路。電源、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成了單片機(jī)最小系統(tǒng)，可使單片機(jī)正常運(yùn)行，另外LCD顯示屏、通過(guò)I/O口連接溫度傳感器、MC33886電機(jī)控制模塊、操作按鈕等可實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能。

2、溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器具有體積較小、更加經(jīng)濟(jì)、靈活方便等特點(diǎn)，可以把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)處理運(yùn)行，是理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，而且在讀寫(xiě)DS18B20信息時(shí)僅需要一個(gè)單線接口，使用起來(lái)非常方便，其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃時(shí)精度為±0.5℃，可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫，本設(shè)計(jì)選擇DS18B20溫度傳感器作為溫度信號(hào)的輸入通道。

3、數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計(jì)。顯示屏是控制器人機(jī)交互的顯示窗口，為了實(shí)時(shí)顯示控制器的狀態(tài)以及各種操作狀態(tài)，控制器通常設(shè)計(jì)有顯示模塊。LCD1602是指顯示的內(nèi)容為16*2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字），即可以顯示32個(gè)字符，可以調(diào)節(jié)屏幕的對(duì)比度，程序編寫(xiě)比12864顯示屏簡(jiǎn)單，電路連接簡(jiǎn)單，可顯示兩行且成本低廉，本設(shè)計(jì)采用液晶顯示屏Lcd1602即可滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的功能需求。

四、系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的控制程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，利用KeilUVision4進(jìn)行編譯生成Hex文件，再燒錄到STC90C516AD單片機(jī)的EPROM內(nèi)?？刂瞥绦虻墓ぷ鬟^(guò)程為：當(dāng)系統(tǒng)接通電源后復(fù)位后，STC90C516AD單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，首先完成各個(gè)端口及LCD1602顯示屏的初始化；然后讀取DS18B20溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，處理后顯示在LCD1602顯示屏上；同時(shí)進(jìn)行溫度范圍掃描，超過(guò)或低于設(shè)定范圍后電機(jī)控制模塊控制控制溫室卷簾的運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)：系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外溫室溫度控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過(guò)溫室卷簾控制系統(tǒng)原理，系統(tǒng)硬件的選擇與設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫室溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)溫，可基本滿(mǎn)足溫室溫度自動(dòng)控制的需求。溫室卷簾能在較短時(shí)間內(nèi)控制溫室溫度，加速溫室內(nèi)作物的生長(zhǎng)，使其早熟和提前上市，降低人工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益有顯著幫助。同時(shí)，溫室智能設(shè)備的發(fā)展對(duì)提高農(nóng)機(jī)化水平也具有重要意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉蕾.我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策分析[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013（4）：57-58.

[2]高玲，趙海瑞.溫室大棚設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備使用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].江蘇農(nóng)機(jī)化，2013（2）：28-30.