基于AT89C51單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計＊

胡超，魏仲輝

基于AT89C51單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計＊

胡超，魏仲輝

（銅陵學(xué)院 電氣工程學(xué)院，安徽 銅陵 244061）

根據(jù)溫度和濕度為溫室大棚內(nèi)植物生長重要條件的特點(diǎn)，設(shè)計了一款基于單片機(jī)控制的大棚溫濕度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)顯示電路、復(fù)位電路、鍵盤電路、按鍵設(shè)置電路、電源電路、繼電器控制電路和晶振電路。設(shè)計以單片機(jī)AT89C51為核心，通過溫度傳感器、濕度傳感器對大棚里的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時檢測，采集到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳送到單片機(jī)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后開始分析。如溫度高于設(shè)定值，指示燈亮；濕度低于設(shè)定值，指示燈亮。通過仿真實(shí)驗(yàn)可以得出，系統(tǒng)能很好地測試溫度和濕度等數(shù)據(jù)，測試結(jié)果穩(wěn)定、可靠。

AT89C51單片機(jī)；溫度傳感器；濕度傳感器；顯示屏

1 引言

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中，溫室大棚的重要性愈發(fā)凸顯。溫室大棚內(nèi)的濕度、溫度、二氧化碳含量和土壤的肥瘦等作為重要的農(nóng)作物生長環(huán)境，對棚內(nèi)作物的生長有著舉足輕重的作用，這些因素決定了作物成長的好壞[1]，其中尤為重要的是溫濕度，通過監(jiān)測這些數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，結(jié)合作物相應(yīng)的生長規(guī)律，調(diào)控溫室環(huán)境條件，讓農(nóng)作物在反季節(jié)的時候也能很好生長，這樣就能達(dá)到農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)的目的。

在本次設(shè)計中，將溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度作為檢測與調(diào)控對象，以AT89C51單片機(jī)為核心，聯(lián)動三個傳感器與繼電器設(shè)備對溫室中的溫度、濕度分別進(jìn)行檢測與調(diào)控[2]。設(shè)計簡單實(shí)用，測量結(jié)果精準(zhǔn)，可適用于多種地區(qū)環(huán)境氣候，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中可以隨時對棚內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行檢測與調(diào)節(jié)，可保證大棚內(nèi)的環(huán)境適合棚內(nèi)作物生長[3]。

2 系統(tǒng)總體分析和設(shè)計

系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，測試環(huán)節(jié)是由溫度傳感器和濕度傳感器組成，通過相應(yīng)傳感器對大棚里的溫度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，傳感器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后立即開始分析，同時將測量結(jié)果通過顯示屏進(jìn)行顯示，如果采集到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的值有偏差，相應(yīng)指示燈亮，單片機(jī)控制繼電器工作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度，使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值[4]。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)通過溫度傳感器監(jiān)測溫室中的溫度，溫度超過設(shè)定值，單片機(jī)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動進(jìn)行降溫，達(dá)到設(shè)定值后停止工作，溫度過低時，系統(tǒng)關(guān)閉風(fēng)扇，等待棚內(nèi)溫度回升，達(dá)到設(shè)定值。

系統(tǒng)中，濕度傳感器檢測棚內(nèi)的濕度值，棚內(nèi)濕度低于設(shè)定值，單片機(jī)控制加濕器工作，增加濕度，以達(dá)到設(shè)定值，濕度過高時，加濕器停止工作。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 溫度測量電路

本設(shè)計采用的是DS18B20溫度傳感器，設(shè)置簡單，僅需要將傳感器的數(shù)據(jù)輸入/輸出管腳連接到單片機(jī)I/O口即可，工作過程中，溫室內(nèi)的溫度由單片機(jī)控制溫度傳感器讀取[5]，溫度傳感器的測量電路如圖2所示。

3.2 濕度測量電路

SHT11濕度傳感器是一種集多種功能與一體的濕度傳感器，相對濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律。其可在自包含的電壓或頻率的變化下執(zhí)行有效的數(shù)據(jù)采集。芯片中的濕度測量元件是電容型敏感元件，它會將測量到的濕度數(shù)據(jù)變成電信號，再經(jīng)過放大器放大后傳送到轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng)由數(shù)字接口輸出數(shù)字信號[6]。

濕度測量電路如圖3所示。

圖2 溫度測量電路

圖3 濕度測量電路

SHT11濕度傳感器采用的是表面貼片封裝的方式，有用的引腳有4個，還有4個空引腳，檢測濕度時采用電容結(jié)構(gòu)，檢測電極系統(tǒng)時，可采取不同保護(hù)措施。傳感器由電容器制成，不允許接直流電源。

3.3 數(shù)據(jù)顯示電路

LCD1602利用液晶屏的物理性質(zhì)，可同時顯示16×2個字符，此外，利用電壓控制顯示區(qū)域，顯示圖像，即LCD1602液晶顯示器工作原理[7]。LCD1602所表示的意思是顯示的內(nèi)容為16×2，即可以顯示16個字符液晶模塊各2行（同時顯示字符和數(shù)字）。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 主程序流程圖

主程序流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

當(dāng)單片機(jī)接通電源后，主程序開始工作，系統(tǒng)開始初始化，清空數(shù)據(jù)后，在顯示屏上進(jìn)行顯示，再進(jìn)行鍵盤掃描，然后將各個傳感器采集到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值對比，假如收集到的數(shù)據(jù)和設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值有偏差，單片機(jī)控制繼電器工作，對棚內(nèi)需要調(diào)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)[8]，并通過顯示屏顯示，如果檢測到的數(shù)據(jù)等于設(shè)定值，則不運(yùn)行繼電器，檢測到的數(shù)據(jù)同樣在顯示屏上顯示。

4.2 參數(shù)測量程序流程圖

測量參數(shù)部分流程如圖5所示。

圖5 參數(shù)測量程序流程圖

傳感器采集到數(shù)據(jù)后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器開始工作，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，相應(yīng)傳送到單片機(jī)；未完成轉(zhuǎn)換時，單片機(jī)繼續(xù)等待。

5 系統(tǒng)的仿真

5.1 溫度部分的仿真實(shí)驗(yàn)

在對溫度測量部分進(jìn)行檢測時，把溫度的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)為20 ℃，如圖6所示。

圖6 溫度設(shè)定值

溫度測量電路檢測到的溫度為25 ℃，即溫度測量值高于設(shè)定值的時候，溫度過高指示燈亮。電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，直至溫度降至設(shè)定值以下為止[9]。溫度高時電機(jī)轉(zhuǎn)動如圖7所示。

圖7 溫度高時電機(jī)轉(zhuǎn)動

5.2 濕度部分的仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)時，將濕度的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定為15，如圖8所示。

圖8 濕度設(shè)定值

當(dāng)檢測得到的濕度值為25時，即此時濕度高于設(shè)定值，此時加濕器停止工作，如圖9所示。

圖9 濕度高時電機(jī)轉(zhuǎn)動

當(dāng)檢測到的濕度值為10時，低于設(shè)定值，此時濕度過低指示燈亮起，電機(jī)轉(zhuǎn)動，控制加濕器工作，如圖10所示。

圖10 濕度低時電機(jī)轉(zhuǎn)動

6 總結(jié)

本文設(shè)計的大棚溫濕度控制系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器、濕度傳感器對大棚里的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，采集到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳送到單片機(jī)[10]，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后立即開始分析，同時可實(shí)時通過顯示屏顯示，如果采集到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值有偏差，單片機(jī)控制二極管發(fā)光，并且控制繼電器工作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度，使之與設(shè)定值相等。實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計出的測試系統(tǒng)能準(zhǔn)確完成大棚內(nèi)的濕度和溫度測試，整個測試系統(tǒng)工作穩(wěn)定，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

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TM461

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.051

2095－6835（2020）13－0125－03

銅陵學(xué)院校級科研項(xiàng)目“面向過濾膜材料通量測試儀中的壓力控制器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)”（編號：2018tlxy03）

胡超（1990—），男，碩士，銅陵學(xué)院電氣工程學(xué)院教師，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榍度胧皆O(shè)計、運(yùn)動控制。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕