一種簡(jiǎn)易溫室控制系統的設計

摘要：針對溫室大棚人工控制過(guò)程復雜，生產(chǎn)成本高和效率低下等問(wèn)題。設計了一款基于STC89C55的低成本簡(jiǎn)易溫室控制系統，該系統可對溫室內的溫度、濕度、光照度、和二氧化碳濃度等環(huán)境因子進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并能按照預先設定的參數對溫室環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調節，以滿(mǎn)足不同農作物的生長(cháng)要求。詳細闡述了系統軟硬件的實(shí)現方法。經(jīng)仿真和實(shí)際應用表明：該系統具有探作簡(jiǎn)單，運行可靠和造價(jià)低廉等特點(diǎn)，能滿(mǎn)足溫室控制的需求，具有良好的應用前景和推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：智能溫室；控制系統；單片機；環(huán)境因子

溫室是一種可以改變植物生長(cháng)環(huán)境，為植物生長(cháng)創(chuàng )造更好條件、避免外界四季變化和惡劣氣候對其影響的場(chǎng)所。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，各種園藝溫室和農作物溫室的數量在不斷的增加，目前這些溫室環(huán)境的控制大部分仍靠人工經(jīng)驗來(lái)進(jìn)行手動(dòng)控制，這種控制方式生產(chǎn)效率低下，單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本偏高，嚴重影響了農業(yè)生產(chǎn)的效益，阻礙了農業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。因此采用智能溫室控制代替手工控制是現代溫室發(fā)展的一個(gè)必然趨勢，而當今國內常見(jiàn)的智能溫室系統都是采用工控機或者PLC方案，其控制成本高，性?xún)r(jià)比低，較大部分用戶(hù)經(jīng)濟能力承受不起。為此本文在綜合考慮系統的測量精度、生產(chǎn)效率以及成本等多方面因素之后，設計了一種基于STC89E55RD+單片機的低成本簡(jiǎn)易溫室控制系統。其成本較工控機要低，運行可靠，便于大批量推廣。

1 總體設計
本系統整體原理框圖如圖1所示，系統采用STC89E55RD+單片機作為控制核心，通過(guò)各種傳感器將溫室內的溫度，濕度，光照度和二氧化碳濃度等環(huán)境因子轉換成相應的電信號，經(jīng)調理電路后送入到單片機，實(shí)現對環(huán)境因子的采集，存儲與顯示。采集后的信號與預先設定的數值進(jìn)行比較，當溫室內環(huán)境因子參數超出預先設定的值時(shí)，啟動(dòng)相應的執行機構對其進(jìn)行控制且系統發(fā)出聲光報警，直至環(huán)境參數調節至目標范圍內。溫室控制系統還包括各種人機界面和數據傳輸接口，以實(shí)現了人機交換方式和實(shí)時(shí)參數的設定。此外，控制器同時(shí)也可與上位機進(jìn)行通信，接收上位機指令并把采集的數據傳給上位機，上位機可對數據進(jìn)行集中管理。

2 系統硬件設計
2. 1 信號采集模塊
2．1．1 模擬量采集模塊
模擬量采集模塊要完成對溫室現場(chǎng)溫度、濕度、二氧化碳濃度和光照度的測量與采集。
溫度傳感器選用數字化集成溫度傳感器DS18B20，該傳感器將現場(chǎng)溫度直接采用“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數字方式進(jìn)行傳輸，大大提高了系統的抗干擾性，適合惡劣環(huán)境的現場(chǎng)溫度測量。濕度傳感器選用瑞士Scnsirion公司生產(chǎn)的智能數字濕度傳感器SHT11，該傳感器將濕度傳感器、信號放大調理、A／D轉換和加熱器等功能全部集成于一芯片中，可給出全校準相對濕度值輸出；并帶有兩線(xiàn)制的串行接口和內部基準電壓，使系統的接口設計變得簡(jiǎn)單快捷。圖2為溫度和濕度采集電路原理圖。

考慮到溫室傳感器的輸出信號需要遠距離傳輸，因此二氧化碳傳感器和光照度傳感器都選用電流型輸出的傳感器，光照度傳感器選用TBQ-6型光照度傳感器。二氧化碳傳感器選用VC1008T-KS型CO2傳感器。光照度和CO2采集模塊電路原理圖如圖3所示。這兩種傳感器的輸出信號都為4～20 Ma的電流信號，其信號處理通道如下：4～20 Ma的電流信號先通過(guò)250 Ω高精度取樣電阻(精度為0．1％)，將電流信號轉化為1～5 V的電壓信號，通過(guò)四選一的多路模擬開(kāi)關(guān)ADG509以差分的方式將信號輸送到儀表放大器AD620，AD620將差分信號轉換為單端信號輸出，這種以差分方式輸入電壓信號，極大地減少了外間因素給A／D數據采集帶來(lái)的信號干擾，提高了信號的輸入阻抗，通過(guò)負反饋運算電路將輸入的電壓信號轉化為MAX187所允許的輸入電壓范圍0～4．096 V。在MAX187數字信號輸出端與單片機的I／O口上加入6N137光電隔離器，把數字量信號和模擬量信號進(jìn)行相互隔離，起到抑制交叉串擾作用。