范愛華 周 越

（1.揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚州 225101）

引言

蔬菜大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。在過去的生產(chǎn)中，由于沒有有效的溫控設(shè)施，大棚內(nèi)的溫度、濕度無法很好地滿足蔬菜生產(chǎn)的需要，特別是遇到持續(xù)的低溫和高濕天氣，大棚內(nèi)的蔬菜會受到凍害和各類菌病病害，會嚴(yán)重影響蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量，嚴(yán)重時會出現(xiàn)絕產(chǎn)。本課題設(shè)計溫室氣候控制系統(tǒng)，對大棚內(nèi)氣候主要參數(shù)溫度、濕度進行有效的測控。有效防止低溫凍害和高濕病害，這樣不僅能確保的大棚蔬菜的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，而且可大幅度降低農(nóng)藥用量，為生產(chǎn)無公害蔬菜生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能

溫室氣候控制系統(tǒng)由溫度傳感器采集室內(nèi)溫度，超溫時啟動鼓風(fēng)，溫度偏低時啟動加熱裝置。

濕度傳感器檢測濕度，噴霧調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。

1.2 工作原理

該測控系統(tǒng)的工作原理是利用單片機編程，通過溫濕度傳感器檢測大棚內(nèi)實際的溫度和濕度值，并由液晶顯示電路顯示出當(dāng)時的溫濕度值。如果采集的溫度值高于上限報警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報警，并同時啟動制冷設(shè)備，把溫度降下來，當(dāng)溫度低于上限值時，關(guān)閉制冷設(shè)備。當(dāng)采集的溫度值低于下限報警值時，系統(tǒng)發(fā)出報警，并同時啟動制熱設(shè)備，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。同樣當(dāng)大棚內(nèi)空氣干燥時，就啟動噴霧來加大濕度，當(dāng)空氣過于濕潤時啟用通風(fēng)。

1.3 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計

該系統(tǒng)以msp430單片機為核心，由DHT11溫濕度傳感器、液晶顯示電路、控制繼電器電路、存儲模塊AT24C02、按鍵電路等構(gòu)成。通過按鍵設(shè)置溫濕度上下限。單片機將檢測到的溫度信號與輸入溫度的上、下限進行比較，當(dāng)單片機比較監(jiān)測到的數(shù)值超出所設(shè)定閥值時，驅(qū)動蜂鳴器報警，由此判斷是否啟動繼電器以開啟設(shè)備。設(shè)計中加入了常用的液晶顯示及狀態(tài)燈、顯示燈常用電路。圖1是氣候控制系統(tǒng)原理。

圖1 氣候控制系統(tǒng)原理

1.3.1主控模塊

主控模塊主要采用MSP430單片機，它是一個16位的單片機，具有如下特點：運行速度快、處理能力強、超低功耗，擁有5種低功耗模式、片內(nèi)集成資源豐富，有兩組普通IO口具有中斷功能、方便高效的開發(fā)環(huán)境。它所具有的鮮明特點使其在許多行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。

1.3.2 顯示電路

顯示采用12864液晶顯示電路（圖2）。該應(yīng)用電路功耗低，運行穩(wěn)定。

圖2 12864液晶顯示電路

1.3.3 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器可以對外界溫濕度信號的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變換，然后由430處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)在液晶屏上的顯示。

主控芯片：DHT11，輸出數(shù)據(jù)為8位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，且由一個管腳輸出，節(jié)省了硬件上管腳的使用。

硬件連接：硬件連接簡單，只需要DHT11的一個管腳（數(shù)據(jù)腳）接入430單片機中。如圖3所示。

圖3 DHT11溫濕度傳感器電路

1.3.4 存儲模塊

存儲模塊采用AT24C02（圖4）。AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)。AT24C02支持總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。通過器件地址輸入端A0、A1和A2選擇，可以實現(xiàn)將最多8個AT24C02器件連接到總線上，通過進行不同的配置進行選擇器件。該模塊存儲信息為溫濕度上下限的數(shù)據(jù)和各種控制設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

圖4 存儲模塊AT24C02電路

1.3.5 單片機控制繼電器電路設(shè)計

利用DHT11溫濕度傳感器檢測蔬菜大棚花窖室內(nèi)的溫濕度，當(dāng)室內(nèi)溫度超出設(shè)計溫度時，報警，同時打開通風(fēng)系統(tǒng)（即打開風(fēng)扇）來降低室內(nèi)的溫度；當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度時，啟用加熱器進行升溫。

利用溫濕度傳感器檢測空氣中的濕度，當(dāng)空氣太干燥時，就啟動噴霧來加大濕度；當(dāng)空氣過于濕潤時，啟用通風(fēng)。

本系統(tǒng)利用繼電器的吸合與否來控制加熱、鼓風(fēng)和噴霧裝置，實現(xiàn)溫度和濕度的自動控制，如圖5所示。

圖5 控制繼電器電路

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)程序主要包括主程序、DHT11溫濕度傳感器子程序、液晶顯示子程序、按鍵處理子程序等。

2.1 傳感器的信息監(jiān)測：采集溫度和濕度傳感信息，并將它們實時的顯示在屏幕上。

2.2 溫室設(shè)備控制模塊：通過該模塊控制各種環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備，比如制冷和制熱設(shè)備、加濕器等。根據(jù)設(shè)定的控制方式，可以采用手動控制、自動控制兩種模式。

2.3 報警功能模塊：當(dāng)溫濕度過高或者過低時報警。

2.4 數(shù)據(jù)記錄模塊：該模塊可以存儲溫濕度上下限的各種數(shù)據(jù)和各種控制設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)總的流程如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)總體程序

3 結(jié)束語

本文所設(shè)計的基于MSP430單片機的溫濕度控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，測溫準(zhǔn)確，在實際應(yīng)用中能夠取得良好的控制效果，溫度控制精度達到±2℃。系統(tǒng)硬件電路采用成熟的電路設(shè)計，元件選用成本較低的器件，電路穩(wěn)定，抗干擾力強，性價比較高。軟件開發(fā)用C語言，采用模塊式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功能易于擴展。該智能溫度控制器還可以將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相連接，以手機短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時對溫度進行監(jiān)控。有很強的實用價值。

[1]李全利.單片機原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]周越.單片機原理實驗實訓(xùn)教程[M].北京：水利水電出版社，2007.

[3]周越.單片機應(yīng)用技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，2009.