蔬菜温室大棚温湿度控制系统解决方案设计

1、蔬菜温室大棚温湿度控制系统解决方案设计摘要阐述了基于单片机STC12C5A60S2控制和温湿度传感器DHT11感测数据的温湿度控制系统工作原理及软、硬件设计。关键词温室大棚；温湿度控制；单片机；传感器DTH11随着农业产业规模不断扩大和大棚技术的不断普及，温室大棚数量不断增多。温湿度控制是蔬菜大棚一个重要的控制环节。温湿度太低，蔬菜会被冻死或停止生长，因此应将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内悬挂温度计，工人根据读取的温度值调节大棚内的温度；而湿度控制只能依据工人的经验做出判断是否需要灌溉。这种靠人工控制温湿度的方式方法，既耗人力，又不精确，传统的温湿度调控措施

2、表现出极大的局限性。笔者设计了基于单片机STC12C5A60S2和温湿度传感器DHT11采集数据的温湿度控制系统。1温湿度控制系统基本工作原理系统核心架构如图1所示，单片机STC12C5A60S2通过温湿度传感器DHT11采集蔬菜温室大棚里的温度和湿度参数，并同时显示于显示模块和上位机电脑上。操控者既可以通过上位机输入控制指令实现当前和历史温湿度查询，也可以现场通过温湿度显示模块观察当前温湿度读数，并通过上位机远程设定和修改适合蔬菜生长期的温湿度阀值。系统根据当前温湿度阀值驱动继电器，控制执行机构进行相应操作，达到控制蔬菜温室大棚温湿度的效果122温湿度控制系统硬件设计系统采用模块化设计，方便

3、系统的升级、功能扩展或根据用户需求而定制和改造不同功能模块，既方便了设计、调试和维修，也大大增强了系统的实用性。21温湿度数据采集电路采用DHT11数字温湿度传感器采集温室大棚的温湿度。它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有品质卓越、响应快、抗干扰能力强、体积小、功耗低、性价比高等优点，信号传输距离可达20m以上，是各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。系统温湿度数据采集电路如图2所示22温湿度控制电路温湿度控制电路利用单片机P1口的P10P14控制三极管的通断电，继而控制继电器的通断电，达到准确控制执行机构进行相应操作的目的。由图3可知，通过继电器控制大功率热源灯或暖炉达

4、到升温目的。温度控制和湿度控制电路的原理如图4所示，两者原理图相同，只是控制端输入信号不同。图中直流电机可以实现正转和反转，当2个三极管基极分别接P10、P11时，实现对温室内部采暖、通风设备的控制，达到升温或降温的目的；当2个三极管基极分别接P12、P13时，实现控制水阀开关以控制喷淋系统，达到控制蔬菜温室大棚湿度的目的。另外，系统控制部分与执行机构部分供电系统采用分离式，这样既增加了系统的安全性，又为驱动大功率设备或高压用电器提供方便。23通讯模块电路当前微机系统，采用RS-232接口实现远距离串行传输数据，单片机采用5V的TTL电平。RS-232电平与TTL电平不兼容。如果两者直接相连，

5、会使数据出现较大失真，这是绝对不允许的。为了实现单片机与上位机计算机之间通讯，系统采用MAX232芯片进行电平转换，其转换电路如图5所示。由图5可知，RS-232接口只使用了3根信号线：地线、接收线、发送线。上位机通过RS-232接口发送信号经由MAX232转换后变成TTL电平信号，从而被单片机串口所接收。D24和D23分别是发送和接受的指示灯，上位机与单片机通讯时，它们会闪烁，以便系统调试维护。3温湿度控制系统软件设计本系统采用C51语言进行模块化编程，主要由主程序、串口中断服务程序、DHT11编程应用子程序（包括2个：一个为从DHT11读取温湿度数据子程序、一个为判读DHT11数据线上电平

6、子程序）等组成。在此，给出系统主程序流程图和DHT11编程应用流程图。31系统主程序流程图6为片上主程序流程，程序一直在这个流程中重复运行，除非出现了串口中断或定时器中断。串口中断给主程序main（）发控制指令并修改check（）子函数里用到的温湿度阀值。（由于中断有专门的中断服务程序处理，故主程序流程中并未出现中断服务程序的流程）。温湿度传感器DHT11技术参数及其各种时序图网上有不少资料可供参考。由于DHT11数据读取部分是系统软件设计最关键部分，这里给出温湿度读取子函数read（）流程（图7）及电平判断子函数count（）流程（图8）。其中，DA为总线电平。32串口中断服务程序本系统中所

7、有指令的发送和接收都是通过单片机的全双工异步串行口完成，而对指令的处理则是由串口中断服务程序完成。每当串口通讯发生时，就会执行串口中断服务程序，通过分析判断控制指令，系统执行相应操作。4结语实践证明，蔬菜温室温湿度控制系统测量数据准确，运行稳定。系统结构清晰，安装、操作简单，稍加改造即可满足不同用户的不同需求。它以先进的技术和现代化设施，控制蔬菜的生长环境，使蔬菜生长不受自然气候影响，实现高效率、高产值和高效益的生产。运用该系统进行温室改造升级成本低，适合中小规模菜农蔬菜温室大棚的升级改造的需求，在蔬菜温室大棚乃至农业生产自动化等方面具有广阔的应用前景。附录托普物联网托普物联网是浙江托普仪器X

8、XX旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传

9、感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4

10、、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控整理业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。参考文献1何立民MCS-51系列单片机应用系统设计M北京：北京航空航天大学出版社，19902陈桂友增强型8051单片机实用开发技术M北京：北京航空航天大学出版社，20103梁春英，王熙