<p>收 稿日期 : 2018 12 16基金項(xiàng)目 : 河南省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目 ( S201811834023) ; 鄭州市重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室 ( 電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 )鄭 教高 2013109 號(hào) 。作者簡(jiǎn)介 : 孫碩碩 ( 1996 ) ，男 ，河 南商丘市人 ，本科生 ，專(zhuān)業(yè)為光電信息科學(xué)與工程 。智能溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)孫 碩碩 ， 郭劉飛 ， 徐志業(yè) ， 段先清 ， 史澤邦 ， 王玉錦( 黃 河科技學(xué)院 信息工程學(xué)院 ，河南 鄭州 450063)摘要 : 近年來(lái)反季節(jié)種植已成火熱趨勢(shì) ，溫室大棚的普及十分迅速 ，而溫室大棚對(duì)自動(dòng)化 、智能化的要求也越來(lái)越迫切 ，本系統(tǒng)將溫室大棚的溫濕度 、二氧化碳濃度各個(gè)方面的檢測(cè) ，通風(fēng) 、澆灌 、溫度 、噴灑農(nóng)藥等各個(gè)方面的控制進(jìn)行綜合系統(tǒng)研究 ，實(shí)現(xiàn)溫室大棚對(duì)自動(dòng)化 、智能化的要求 。這一系統(tǒng)是基于單片機(jī)控制的智能檢測(cè) ，控制系統(tǒng)包含單片機(jī)主控模塊 、感應(yīng)檢測(cè)模塊 、傳感模塊 ，顯示 、控制模塊等1。從而提高溫室大棚的種植效率 ，減 少勞動(dòng)力 ，提高利潤(rùn)等 。關(guān)鍵詞 : 單片機(jī) ; 傳感器 ; 溫室大棚 ; 自動(dòng)檢測(cè)控制中圖分類(lèi)號(hào) : TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : B 文章編號(hào) : 1008 5424( 2019) 02 0076 03DOI:1019576/j issn1008 54242019020170 引 言在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)占重要地位 ， 隨著社會(huì)的發(fā)展 ，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 多樣化也提出了新的要求 ， 其中溫室大棚越來(lái)越受農(nóng)民的追捧 ， 同時(shí)隨著溫室大棚技術(shù)的發(fā)展 ， 溫室大棚對(duì)其自動(dòng)化 、智能化的要求越來(lái)越迫切 。溫室大棚技術(shù)相對(duì)國(guó)外發(fā)展比較晚 ， 國(guó)內(nèi)對(duì)溫室大棚的研究相對(duì)落后 ， 各個(gè)方面都不太成熟 ， 但通過(guò)逐漸的研究探索 ， 我國(guó)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步 。但溫室大棚種植比較復(fù)雜 ， 特別在反季節(jié)種植 ， 其對(duì)溫度濕度等參數(shù)各個(gè)方面的要求比較嚴(yán)格 ， 需要實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)控制 ， 但單靠人工勞動(dòng)進(jìn)行工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求 。那么就迫切需要研制一些自動(dòng)智能化系統(tǒng)來(lái)代替人工勞動(dòng) 。針對(duì)目前溫室大棚生產(chǎn)種植技術(shù) ， 本文研究了一種綜合系統(tǒng)對(duì)溫室大棚的空氣濃度 、空氣濕度 、土壤濕度等的檢測(cè) ， 對(duì)其通風(fēng) 、補(bǔ)光 、澆灌 、噴灑農(nóng)藥等自動(dòng)控制 。從而實(shí)現(xiàn)溫室大棚對(duì)各個(gè)方面的需求 ， 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 、智能化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求 2。1 系 統(tǒng)設(shè)計(jì)原理本 系統(tǒng)將對(duì)大棚進(jìn)行綜合檢測(cè)控制 ， 通過(guò)智能控制調(diào)節(jié)為溫室大棚各種植物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境 。其主要的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)控制 ，使各種工作系統(tǒng)綜合統(tǒng)一進(jìn)行控制 ， 主要的組成部分有單片機(jī)主控單元模塊 、感應(yīng)監(jiān)測(cè)模塊 、傳感模塊 、顯示模塊 、控制執(zhí)行模塊 。在感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)中完成感應(yīng)采集與監(jiān)測(cè)溫室大棚內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的任務(wù) ， 將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的空氣土壤溫度 、濕度 、光照強(qiáng)度等參數(shù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)主控單元模塊內(nèi) ， 然后進(jìn)行分析比對(duì) ， 若監(jiān)測(cè)到的參數(shù)大于或小于設(shè)定參數(shù) ， 則主控單元模塊下達(dá)執(zhí)行命令 ，使控制執(zhí)行模塊運(yùn)作 ， 實(shí)現(xiàn)補(bǔ)光 ， 澆灌等命令 ， 使大棚各種參數(shù)始終在設(shè)定范圍內(nèi) 3。本 系統(tǒng)不再是一個(gè)裝置只進(jìn)行一種操作 。而是各個(gè)模塊相互綜合統(tǒng)一執(zhí)行命令 ， 實(shí)現(xiàn)一個(gè)裝置多種操作的智能化要求 。整體框架如圖 1 所示 。圖 1 整 體框圖第 21 卷 第 2 期Vol21 No2黃河科技學(xué)院學(xué)報(bào)JOUNAL OF HUANGHE ST COLLEGE2019 年 3 月Mar20192 系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21 主 控單元模塊本系統(tǒng)采用的是 STC89C51 主控單元芯片 ， 這種芯片是一種低功耗 、高性能 CMOS， 8 位微控制器 ，具有 8K 在系統(tǒng)可編程存儲(chǔ)器 512 字節(jié) AM， 32 位I/O 口 線 ， 看 門(mén) 狗 定 時(shí) 器 ， 內(nèi) 置 4KB EEPOM，MAX810 復(fù)位電路 ， 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 一個(gè)6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ， 全雙工串行口 4。211 復(fù) 位電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作 ， 復(fù)位電路是必不可少的一部分 ， 復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位 ， 本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位 ， 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 ST 上加入高電平 ， 一般采用的辦法是在 ST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕 。當(dāng)人為按下按鈕時(shí) ， 則 Vcc 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 ST 端 。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒 ， 所以 ， 完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求 。212 晶振電路單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào) 。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振 ， 便于各部分保持同步 。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振 ， 而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步 。22 監(jiān)測(cè)采集模塊221 溫濕采集電路數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的靈敏度較高的溫濕度復(fù)合傳感器 。傳感器上電后 ， 要等待一定時(shí)間以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令 。電 源 引 腳( VDD， GND) 之間可增加一個(gè) 100nF 的電容 ， 用以去耦濾波 。222 土壤濕度采集電路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采集土壤濕度采用的是濕敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 。223 光照采集電路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采集光照強(qiáng)度采用的是利用光敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器 ; 入射光強(qiáng) ， 電阻減小 ， 入射光弱 ， 電阻增大 。23 顯示模塊1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 ， 它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母 、數(shù)字 、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊 ，它有若干個(gè) 5X7 等點(diǎn)陣字符位組成 ， 每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符 ， 此顯示液晶具有靈敏 、高清晰顯示的優(yōu)點(diǎn) 。24 控制執(zhí)行模塊繼電器是一種電控制器件 。它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動(dòng)關(guān)系 ， 通常應(yīng)用于自動(dòng)化控制電路中 。它實(shí)際上是用小電流去控制大電流動(dòng)作的一種 “自動(dòng)開(kāi)關(guān) ”， 故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié) 、安全保護(hù) 、轉(zhuǎn)換電路等作用 4。3 系 統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 、調(diào)試測(cè)試本 綜合控制系統(tǒng)程序采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě) 、主程序中采用定時(shí) 、查詢方式對(duì)各個(gè)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣比對(duì) ， 并且對(duì)各個(gè)分模塊進(jìn)行編程 ， 進(jìn)行分項(xiàng)調(diào)試之后進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的總聯(lián)調(diào)試 ， 并在系統(tǒng)中上傳各個(gè)分項(xiàng)子程序的軟件設(shè)計(jì)方案 ， 對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 ， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí) ， 本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的信號(hào)采集 、數(shù)據(jù)處理 、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?5。本 系統(tǒng)在溫室大棚中進(jìn)行測(cè)試 ， 測(cè)試過(guò)程中通過(guò)各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度 、濕度 、光照等各個(gè)參數(shù) ， 通過(guò)液晶顯示出來(lái) ， 單片機(jī)接收到傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)與單片機(jī)自身預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)相對(duì)比 ， 如有參數(shù)與設(shè)定參數(shù)不符 ， 則下指令給控制執(zhí)行模塊從而自動(dòng)進(jìn)行通風(fēng) 、澆水等的操作 。測(cè)試系統(tǒng)流程圖如圖 2 所示 。圖 2 系 統(tǒng)流程圖77孫碩碩 ，等 : 智能溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 結(jié) 語(yǔ)本 系統(tǒng)綜合利用傳感器數(shù)據(jù)傳輸 、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù) 、智能自動(dòng)控制等技術(shù) ， 通過(guò)檢測(cè)實(shí)時(shí)環(huán)境的溫濕度等參數(shù)與設(shè)定值的比較 ， 自動(dòng)只能選擇相應(yīng)的控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整 ， 實(shí)現(xiàn)溫室大棚的自動(dòng)化職能控制 ， 通過(guò)研究智能溫室大棚控制系統(tǒng)測(cè)試正常 ， 運(yùn)行穩(wěn)定 ， 完全符合各項(xiàng)參數(shù)要求 。并且隨著溫室大棚的應(yīng)用推廣和普及 ， 只需要根據(jù)種植農(nóng)作物要求參數(shù) ， 調(diào)整相關(guān)參數(shù)就能在任何種類(lèi)的溫室大棚中使用 ， 減輕生產(chǎn)的勞動(dòng)負(fù)擔(dān) ， 提高種植的效率 ， 并且本系統(tǒng)成本較低 ， 綜合性能優(yōu)越 ， 未來(lái)市場(chǎng)潛力巨大 6。另 外 ， 將該系統(tǒng)稍作改動(dòng)之后 ， 還可以進(jìn)一步應(yīng)用到其他需要控制溫濕度的空間中 ， 且具有良好的適應(yīng)性和可操作性 。參考文獻(xiàn) :1 韓力英 ，楊宜菩 ，王楊 ，等 基于單片機(jī)的溫室大棚 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) ，2016( 1) :65 682 孫 凱 基于單片機(jī)的智能溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 ，2008，27( 8) :1011033 李 東 ，李文哲 采用單片機(jī)進(jìn)行離子電流燃燒診斷控制 J 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ，2008( 11):254 褚 向前 ，朱武 溫室溫度多傳感器數(shù)據(jù)融合J 農(nóng)機(jī)化研究 ，2008( 4) :180 1855 舒 君 ，楊恒玲 ，朱俊標(biāo) ，等 關(guān)于溫室大棚智能控制系統(tǒng)的研究 J 信息與電腦 ( 理論版 ) ，2017( 10) :94 956 劉 立功 ，徐志剛 ，崔瑾 ，等 光環(huán)境調(diào)控及 LED在蔬菜設(shè)施栽培中的應(yīng)用和前景 J 中國(guó)蔬菜 ，2009( 14) :1 5DESIGN OF CONTOL SYSTEM FO INTELLIGENT GEENHOUSESUN Shuoshuo，GUO Liufei，XU Zhiye，DUAN Xianqing，SHI Zebang，WANG Yujin( Huanghe Science and Technology College，School of Information Engineering Zhengzhou，Henan 450063)Abstract: In recent years，counter season planting has become a hot trend featuring the rapid popularizationof greenhouse and urgent requirement for the automation and intellectualization of greenhouse This paper offers acomprehensive and systematic study of the monitoring of temperature，humidity and carbon dioxide concentration inthe greenhouse and the control of ventilation，irrigation，temperature and pesticide spraying in order to achieve au-tomation and intellectualization in greenhouse This system is based on the intelligent detection controlled by singlechip computer with the control system including the main control module，induction detection module，sensing mod-ule，display and control module of single chip computer，which is effective in improving planting efficiency ofgreenhouse，reducing labor force and increasing profitsKey Words: single chip computer; sensor; greenhouse; automatic detection and control87黃河科技學(xué)院學(xué)報(bào)</p>