溫室大棚保溫棉被收放控制器設(shè)計(jì)研究

劉子琦 遲偉晶 楊雨薇

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319）

我國(guó)調(diào)整大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)大多還是采用人工采集和管理的方法，這樣不僅僅占用了大量的勞力，而且不可避免地會(huì)出現(xiàn)誤差，浪費(fèi)了過多的人力，增加了成本。為了提高生產(chǎn)效率，提高大棚的自動(dòng)化水平，給作物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，提高產(chǎn)量，設(shè)計(jì)了一套低成本的溫室大棚保溫棉被自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用傳感器和單片機(jī)結(jié)合、軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溫室大棚保溫棉被的自動(dòng)收放控制。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

本系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)作為控制處理中心，用數(shù)字光照傳感器實(shí)時(shí)采集和測(cè)量溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，與此同時(shí)，將采集到的數(shù)據(jù)在液晶顯示屏上顯示出來，然后將采集到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)，單片機(jī)通過控制繼電器實(shí)現(xiàn)溫室大棚保溫棉被收放，從而控制和改變環(huán)境中的各項(xiàng)參數(shù)，達(dá)到作物增產(chǎn)、質(zhì)量提高的效果。而且本系統(tǒng)可以人為通過按鍵來設(shè)定最為合適的環(huán)境參數(shù)，可以用在不同的種植作物中［1］。

如果當(dāng)前光照大于設(shè)定的值，卷簾機(jī)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉即反轉(zhuǎn)把保溫棉被收下，否則，會(huì)自動(dòng)開啟即正轉(zhuǎn)把保溫棉被放下。當(dāng)光照強(qiáng)度大于上限時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出報(bào)警，提示人工決定卷簾機(jī)的開啟或者關(guān)閉狀態(tài)［2］。

2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制模塊

本次設(shè)計(jì)采用STC89C51單片機(jī)作為處理器，功能強(qiáng)大，可以滿足單片機(jī)的多種開發(fā)要求。在本次設(shè)計(jì)中，用到了單片機(jī)的報(bào)警功能、電機(jī)控制功能和數(shù)字信號(hào)合成功能。單片機(jī)的工作電壓是3.4～5.5 V，工作頻率是0～35 MHz［3］。

2.2 光強(qiáng)傳感器

本系統(tǒng)使用數(shù)字光照傳感器GY-30作為溫室大棚光照強(qiáng)度的信號(hào)采集模塊。該傳感器可以直接測(cè)量讀取出溫室內(nèi)的光強(qiáng)度，無須進(jìn)行模數(shù)的轉(zhuǎn)換，而且不易受到外界的影響，具有良好的線性，又有可以調(diào)節(jié)的量程。并且接線簡(jiǎn)單、安裝方便，性價(jià)比也很高，且采集的光照強(qiáng)度準(zhǔn)確度和線性度高，得出的結(jié)果精確［4］。

2.3 繼電器控制器

步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，其工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的多相時(shí)序控制器。

2.4 報(bào)警模塊與顯示模塊

報(bào)警電路中較為關(guān)鍵的元器件是三極管，本次采用NPN型三極管，當(dāng)三極管TV端導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，用于提醒系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者是否要切換手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示模塊來顯示外界光照強(qiáng)度。LCD1602顯示器是32位字符的，且只用于顯示數(shù)字和字母，符合設(shè)計(jì)要求。

2.5 按鍵模塊

本系統(tǒng)設(shè)定電路采用5個(gè)按鍵設(shè)計(jì)，依次是功能鍵、加鍵、減鍵、確定鍵和復(fù)位鍵，設(shè)定預(yù)值，依次按下功能鍵，當(dāng)S5被按下一次，自動(dòng)設(shè)置光照強(qiáng)度，當(dāng)S5被按下第二次，顯示器返回正常顯示，再按一次，自動(dòng)切換手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。切換成手動(dòng)控制時(shí)，加鍵具有控制系統(tǒng)收起保溫棉被的功能，減鍵具有控制系統(tǒng)放下保溫棉被的功能。復(fù)位鍵具有恢復(fù)到系統(tǒng)最初設(shè)置狀態(tài)的功能。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

當(dāng)單片機(jī)通電后，主程序開始運(yùn)行，系統(tǒng)自動(dòng)開始初始化各參數(shù)的設(shè)置和端口定義，之后開始清標(biāo)志、清屏幕，鍵盤輸入和掃描后，開始采集各項(xiàng)參數(shù)，將采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和設(shè)置好的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果對(duì)比結(jié)果顯示需要調(diào)節(jié)，則調(diào)節(jié)所需各項(xiàng)參數(shù)，反之，顯示各項(xiàng)參數(shù)后循環(huán)掃描鍵盤，主程序流程圖如圖1所示。

圖1 主程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

溫室大棚保溫棉被系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)業(yè)來說有重大的意義，其能為作物提供最適合的生長(zhǎng)環(huán)境和條件，可以保證作物良好生長(zhǎng)，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量與質(zhì)量，可以解決很多糧食問題。在國(guó)外溫室大棚的相關(guān)研究已有很多，所以這是一個(gè)全球關(guān)注的科研項(xiàng)目。我國(guó)人口較多，糧食問題自古便存在，所以研究溫室大棚對(duì)于正在高速發(fā)展的我國(guó)來說更是重中之重。