作者/張紅亮，成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院

基于STC12單片機(jī)的大棚自動(dòng)化管理系統(tǒng)

作者/張紅亮，成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院

系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊組成。通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控大棚內(nèi)的溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度的參數(shù)信息，反饋至單片機(jī)分析處理，單片機(jī)對(duì)出現(xiàn)的異常環(huán)境信息采取應(yīng)對(duì)措施，保證農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，節(jié)省勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了大棚的自動(dòng)化管理。

單片機(jī)；傳感器；自動(dòng)化管理；溫室大棚

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)的智能化和信息化脫穎而出。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化的信息化與智能化的潮流越來(lái)越熱，信息技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的便利為廣大農(nóng)民所熟知，農(nóng)業(yè)信息化與智能化已經(jīng)是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的大棚自動(dòng)化管理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)大棚環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合作物的生長(zhǎng)規(guī)律，實(shí)施自動(dòng)化控制管理，保證作物的正常生長(zhǎng)。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)選用STC12C5A60S2系列單片機(jī)建立主控平臺(tái)，當(dāng)傳感器實(shí)時(shí)采集大棚內(nèi)的環(huán)境信息：溫度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)原設(shè)定參數(shù)范圍進(jìn)行比較，將范圍之外的參數(shù)進(jìn)行分析，得出需要調(diào)控的程度并控制效應(yīng)器進(jìn)行適度的調(diào)控使得該目標(biāo)參數(shù)回歸至合適的范圍內(nèi)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主控單元選用STC12C5A60S2系列單片機(jī)，配備了看門(mén)狗，能夠使在異常狀態(tài)下重啟系統(tǒng)，使系統(tǒng)做到永不死機(jī)。單片機(jī)自帶8路A/D轉(zhuǎn)換器，可做電壓檢測(cè)，單片機(jī)上電復(fù)位后P1口為弱上拉性I/ O口，可通過(guò)軟件將P1口的一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換。STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)

大棚內(nèi)溫度檢測(cè)采用DS18B20溫度傳感器，體積小巧，檢測(cè)精度高。采用單總線通信配合單片機(jī)進(jìn)行溫度傳輸。

光照檢測(cè)采用光敏電阻進(jìn)行檢測(cè)，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓信息，配合STC12C5A60S2單片機(jī)P1口A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，得到光照信息。土壤濕度檢測(cè)與二氧化碳濃度檢測(cè)均采用集成的傳感器設(shè)備，處理方式與光照檢測(cè)方法相同，將環(huán)境的物理信息轉(zhuǎn)換為電壓信息，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器并經(jīng)過(guò)算法處理，得到當(dāng)前環(huán)境的土壤濕度與二氧化碳濃度。由于采用單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，不僅降低了電路設(shè)計(jì)成本，還簡(jiǎn)化電路的復(fù)雜度。

當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境的異常信息，需要做應(yīng)對(duì)處理時(shí)，只需單片機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的控制設(shè)備：水泵，電機(jī)，繼電器，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前環(huán)境的補(bǔ)償，維持大棚作物生長(zhǎng)的最佳環(huán)境。

3.系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值

比較人工的管理控制來(lái)說(shuō)，基于單片機(jī)的大棚自動(dòng)化管理系統(tǒng)最大的好處就是能夠相對(duì)恒定的控制大棚作物的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)于環(huán)境要求比較高的作物來(lái)說(shuō)，更能避免因?yàn)槿藶橐蛩囟斐缮a(chǎn)損失。該系統(tǒng)可以根據(jù)大棚作物的種類與大小進(jìn)行全系統(tǒng)裝置的合理縮放，是一種保證大棚作物在相對(duì)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的裝置。

相對(duì)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，將智能化控制應(yīng)用到農(nóng)作物生產(chǎn)后，農(nóng)作物的生產(chǎn)效率比人工控制有極大的提高。相對(duì)運(yùn)行成本來(lái)的核算，對(duì)于有一定規(guī)模的種植企業(yè)來(lái)說(shuō)，極大的降低了勞動(dòng)力成本。

4.結(jié)論

本設(shè)計(jì)由主控芯片STC12C5A60S2控制的各個(gè)傳感器和裝置進(jìn)行多方位的數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，滿足不同農(nóng)作物在不同生長(zhǎng)期對(duì)環(huán)境的特定需求的，可對(duì)大棚作物生長(zhǎng)環(huán)境實(shí)行全天候的自動(dòng)化管理調(diào)控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，特點(diǎn)明確，具有良好的應(yīng)用前景與推廣價(jià)值。

＊ [1]王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

＊ [2]金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器,2000(7):42-43.

＊ [3]蔣桂霞,成謝峰,王永燕.溫室大棚實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴灌控制裝置[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2002(7):67-68.

＊ [4]戴佳,戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講[J].2006.