大棚温湿度自动控制系统设计

1、大棚温湿度自动控制系统设计马明涛1,马明宇2(1吉林农业科技学院信息工程学院,吉林吉林132101;2吉林省蛟河市新农九年制学校,吉林蛟河132500摘要该系统采用STC89C52单片机作为控制器,SHT10作为温湿度数据采集系统,可对执行机构发出指令实现大棚温湿度参数调节。该系统同时采用LCD1602液晶显示,用户界面友好,主体芯片采用STC89C52,操作简单,通过各种控制元件进行调节,从而实现大棚最适合作物生长温湿度值的自动控制。关键词STC89C52;SHT10;大棚;温湿度;控制系统;传感器中图分类号TP87文献标识码A 文章编号05176611(2011342149302Desig

2、n of Automatic Control System of SCM Canopy Temperature and Humidity MA Ming-tao et al (Jilin Agricultural Science and Technology College ,Jilin ,Jilin 132101Abstract This system uses STC89C52single chip microcomputer as controller ,SHT10as temperature and humidity data acquisition system of actuato

3、rs ,can achieve canopy temperature and humidity directives ,the system also has the parameters adjustment LCD1602LCD ,user friend-ly interface ,the subject chip adopt STC89C52,simple operation ,through adjustment on various control elements ,thus easy to realize the au-tomatic control of the optimum

4、 temperature and humidity value for trellis crops growthKey words STC89C52;SHT10;Canopy ;Temperature and humidity ;Control system ;Sensor作者简介马明涛(1972,男,吉林吉林人,副教授,硕士,从事电子技术设计与研究。E-mail :mmt800126com 。收稿日期2011-08-30对于现代化的蔬菜大棚来说,最重要的管理因素是温湿度控制。温度太低,蔬菜就会被冻死或者停止生长;温度太高,蔬菜就会失水萎蔫甚至死亡。同时,湿度不宜也会影响蔬菜的生长,所以要将温

5、湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内1。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计,工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠人工控制既耗人力,又容易发生差错。随着农业产业规模的提高,对于数量较多的大棚,传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。因此,在现代化的蔬菜大棚管理中通常用温湿度自动控制系统,来控制蔬菜大棚温湿度,适应生产需要。1大棚环境自动控制系统基本原理随着现代科技的发展,微型单片机已普遍应用于控制温室大棚的各种环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备和传感器等组成。先设置出适合植物生长的温湿度,存储于单片机中,单片机根据程序确认温室内的参数,并给终端控制系统指令。传感器向中央控

6、制装置输送检测信息,根据中央控制装置的指令输出控制信号,使电器机械设备执行动作,实现温室环境调节。该系统可自动控制加热、补湿和通风。温湿度控制主要是以52单片机为核心,通过控制温度传感器和湿度传感器来进行大棚的温湿度的调节2。当此系统上电工作后,用户首先通过键盘输入温度及湿度的初始值,单片机系统将用户的设置的初值保存于芯片中,进入主程序后,开始以查询的方式检测温、湿度传感器并将相应的数值通过显示装置显示输出。当大棚内的温度(或湿度小于(或大于设置的初值时,单片机将通过控制输出接口使控温设备(或控湿设备开始工作,使环境达到理想效果。该大棚温湿度自动控制系统主要分为检测系统、控制系统和输入显示系统

7、3大模块。11检测系统主要由湿度检测模块和温度检测模块组成。温湿度检测模块采用温湿度传感器SHT10,SHT10传感器是一款高度集成的温湿度传感器芯片,提供全量程标定的数字输出。它采用专门的CMOSens 技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件,这两个敏感元件与一个14位的A /D 转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。对监测范围内的温度湿度信号进行采集。12控制系统主要由温度执行模块和湿度执行模块组成,由单片机控制。当温度高于已设温度时,风扇转动;当温度低于已设温度时,电阻发热。当湿度低于已设湿度时

8、,水泵喷水;当湿度高于已设湿度时,电机转动排湿;当温湿度变化过大时,蜂鸣器报警。13输入显示系统主要由键盘输入系统和LCD 显示模块组成。键盘输入系统的主要功能是在整体系统工作前,预设标准温湿度值。LCD 显示模块的主要功能是将预设温湿度的上下限显示在屏幕上,然后再将通过检测系统采集的温湿度值显示出来。2温室自动控制系统硬件设计温室控制系统硬件主要指的是基于单片机的硬件电路设计,该部分硬件主要包括5个单元:(1微处理器(MCU 控制单元;(2传感器温湿度检测系统;(3控制系统;(4输入显示系统;(5红外接收模块。其流程图如图1所示 。图1温室自动控制系统硬件设计示图Fig1Hardware d

9、esign schemes of greenhouse automatic con-trol system3温室自动控制系统软件设计系统选用单片机智能控制仪(STC89C52单片机,他主要用于现场实地检测及控制和完成数据处理。单片机拥有独立的显示、键盘系统,可以独立于上位机来控制和调整系安徽农业科学,Journal of Anhui AgriSci2011,39(34:2149321494,21507责任编辑夏静责任校对况玲玲统的运行状态。显示系统提供系统设备运行参数、系统设备状态等菜单,可以通过操作键盘来调整参数,这样使系统可以脱离PC机运行,利用其丰富的指令进行数据处理,完成各项控制功能

10、。图2温室自动控制系统软件设计示图Fig2Software design schemes of greenhouse automatic control system此系统软件主要是采用C语言程序设计,系统程序主要可分为键盘扫描子程序、LCD显示子程序、延时子程序、传感器信号采集子程序、步进电动机驱动子程序、直流电动机驱动子程序、蜂鸣器报警子程序和红外遥控子程序8大程序模块3。下面给出温湿度应用程序语言。(1温湿度检测程度。SHT10温湿度检测程序,用来检测温室内实时环境参数:sbit SCK=P26;/定义通讯时钟端口sbit DATA=P27;/定义通讯数据端口typedef unionu

11、nsigned int i;/定义了两个共用体float f;value;enumTEMP,HUMI;/TEMP=0,HUMI=1#define noACK0/用于判断是否结束通讯#define ACK1/结束数据传输/adr command r/w #define STATUS_REG_W0x06/00000110#define STATUS_REG_R0x07/00000111#define MEASURE_TEMP0x03/00000011#define MEASURE_HUMI0x05/00000101#define RESET0x1e/00011110(2温湿度测量函数。char s

12、_measure(unsigned char*p_value,unsigned char *p_checksum,unsigned char modeunsigned error=0;unsigned int i;s_transstart(;/transmission startswitch(mode/send command to sensorcase TEMP:error+=s_write_byte(MEASURE_ TEMP;break;case HUMI:error+=s_write_byte(MEASURE_HU-MI;break;default:break;for(i=0;i655

13、35;i+if(DATA=0break;/ wait until sensor has finished the measurementif(DATAerror+=1;/or timeout( 2sec。is reached*(p_value=s_read_byte(ACK;/read the first byte(MSB*(p_value+1=s_read_byte(ACK;/read the sec-ond byte(LSB*p_checksum=s_read_byte(noACK;/read check-sumreturn error;(3温湿度补偿函数。void calc_SHT10(

14、float*p_humidity,float*p_tempera-tureconst float C1=40;/for12Bitconst float C2=+00405;/for12Bitconst float C3=00000028;/for12Bitconst float T1=+001;/for14Bit5Vconst float T2=+000008;/for14Bit5Vfloat rh=*p_humidity;/rh:HumidityTicks12 Bitfloat t=*p_temperature;/t:TemperatureTicks14 Bitfloat rh_lin;/r

15、h_lin:Humidity linearfloat rh_true;/rh_true:Temperature compensated hu-midityfloat t_C;/t_C:TemperatureCt_C=t*0。0140;/calctemperature from ticks toCrh_lin=C3*rh*rh+C2*rh+C1;/calchu-midity from ticks to%RHrh_true=(t_C25*(T1+T2*rh+rh_lin;/ calctemperature compensated humidity%RHNULL if(rh_true100rh_tr

16、ue=100;/cut if the value is outside of(下转第21507页49412安徽农业科学2011年 图4农村数字化综合信息服务平台层次结构Fig4Hierarchical structure of rural digital integrated informa-tion service platform hierarchical structure时,主要基于SOA的Web Services技术整合数据资源,多数数据都经过Web适配器转换(编写适配代码,以允许Web应用直接或间接地读取遗留系统的数据,进入Web应用系统,以屏蔽各类系统的底层差异,对外提供一致的访

17、问接口。43基础应用服务基础应用服务在数据服务的基础上,提供了分解后执行单一功能的应用服务,包括农业信息、政务信息、信息整合、信息分类、综合数据分析、数据挖掘、科普培训、专家电话答疑、短信服务等。由于已存在众多分散的历史遗留系统可能是基于不同的平台(Windows或Linux开发、不同的技术(Java、NET等实现的,无法跨平台直接访问,可利用SOA架构的Web服务技术,将这些可复用的应用模块封装起来,以方便上层应用统一调用。44UDDI基础应用服务的每个基础服务对象之间是相对独立的,这些服务都统一注册在UDDI服务总线上,并通过UDDI管理服务的生命周期和服务的接口调用规则。UD-DI响应业

18、务处理请求,并给出回应。45业务处理业务处理位于UDDI前端,接收用户的信息查询请求,根据用户的不同输入,确立一组由基础应用服务组成的相关功能业务服务,并向UDDI发送服务查询,接收UDDI的服务响应。这些面向用户的业务处理服务包括各类信息查询,以及各类形式的信息输出。46用户访问用户访问直接面向用户,提供了用户访问综合信息服务平台的界面,可以是以计算机网络的Web终端形式(如网页,也可以是有线电视终端(如视频教学培训,还可以是电信网络的终端(如WAP、手机短信。用户访问形式涵盖了三网的终端,形式上非常灵活,最大限度地提高信息覆盖面,以方便农户、政府及相关涉农企业访问平台,获取所需信息。47安

19、全管理和系统维护安全管理和系统的日常维护是保证平台能够正常运行必不可少的步骤。安全管理较为复杂,涉及硬件基础设施和软件安全。其中,有线和电信网络的问题由相关企业管理和维护。平台的安全主要涉及农业信息采集、数据传输、电子政务系统数据、综合信息服务平台各业务服务的安全等,采取专人管理和维护。在技术实现上,采取口令、数据加密、数字证书和可靠传输等。5结语数字化综合信息服务平台借鉴三网融合现有的技术和成功经验,在平台的设计与实现中,采用成熟的中间件技术: Web Service,XML/SOAP,B2B,B2C和远程过程调用及专用业务中间件,提供同步、排队、订阅发布、广播等不同形式的通讯服务;构筑各种

20、资源构件,为应用程序提供不同领域内的服务,如农产品交易、农业技术咨询、对象事务管理器OTM 等;为上层应用屏蔽了异构平台的差异,使平台具有可扩充性、易管理性、高可用性和可移植性。农业综合信息服务平台面向广大农户和农村基层管理者,在平台设计与实现中,应注意实用性、易用性和成本最低化,针对地区的具体情况,提出切实可行的解决方案,将理论研究与实践相结合,使最终实现的信息服务平台能真正为农民所用,带来好的经济和社会效益。参考文献1徐刚跨越我国农业农村信息化发展综述J农村工作通讯,2008(3:12142吴文斗,刘鸿高,杨林楠基于WAP技术的农业信息服务平台研究J安徽农业科学,2009(15:729472953卢丽娜国外农业信息化发展现状及特点J中国农村小康科技,2007(4:23264梁爱虎精通SOA:基于服务总线的整合应用开发M北京:电子工业出版社,20075侯战伟,莫林基于SOA的数据库中间件的研究与设计J计算机应用研究,2007,24(6:2852866简斌,左荣国,闫光荣,等基于SOA的中小制造企业应用集成系统研究J计算机工程,2007,33(5:2432457凌晓东SOA综述J计算机应用与软件,2007