基于单片机的蔬菜大棚温湿度智能控制系统设计

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1、四川师范大学成都学院专科毕业设计基于单片机的蔬菜大棚温湿度智能控制系统设计前言随着我国国民经济的发展,人民生活水平日益提高,尤其是在北方地区的寒冷冬季，仅靠南菜北调的长途运输，不仅成本高，而且延误蔬菜的最佳食用周期，所以大力推广蔬菜大棚温湿度智能控制，事在必行。随着社会的不断发展，人们生活水平的不断提高，物质需求的增长也不断增加，尤其实在寒冷的北方地区，冬季的蔬菜尤其重要，仅靠南菜北调不仅难以满足日渐庞大的需求，同时也会消耗大量的人力物力，所以蔬菜大棚的管理势在必行。蔬菜大棚的设计其实就是反季节种植，大

2、棚内部的环境必然与外界环境有很多不同之处，在保证内部温度的同时还要做到湿度的控制，所以蔬菜大棚温湿度智能控制系统是蔬菜大棚设计的首选。智能系统的设计必须满足对大棚内各部分温湿度数据的检测与控制，保证大棚内温度、湿度、光照的必须条件切误差不能过大，蔬菜大棚的温湿度控制不是线性的，所以系统的延迟性不能过高，否则影响大棚的控制。结合以上特点，传统的大棚人工控制是落后且浪费资源的，温湿度智能控制系统采用了多点温湿度传感器采集各点数据，首先就保证了数据的准确性，及时性，其次采集信息通过4位数码管显示，方便我们排查

3、干扰条件，当采集条件超过我们预设的最低或最高值时，系统通过报警电路对我们进行及时的数据报警，保证大棚环境的稳定。这些新技术的发明，为当代人们打开了一个全新的技术领域.1系统设计功能1.1蔬菜大棚特点及监控要求分析塑料大棚种植蔬菜是反季节种植,外界环境的变化与正常蔬菜生长发育所处自然环境的变化相反;同时,塑料大棚本身调节环境因素的能力有限,必然导致蔬菜生长发育与环境因素以及大棚内环境因素之间的矛盾难以调和,给生产带来诸多问题。塑料大棚环境的主要特点是:①塑料大棚的半封闭式结构不利于人工检测棚内各个点的温湿

4、度。②塑料大棚的半封闭式结构决定了棚内湿度大,湿度过大极易导致病虫害发生。③棚内环境多变、复杂,光照不足、温度低,同时还存在温差过大等问题,温度过高过低或温差大都不利于蔬菜生长。④蔬菜大棚在温湿度控制上属于复杂的非线性,大延迟系统,简单的控制算法无法达到理想效果。20四川师范大学成都学院专科毕业设计由以上特点得出,蔬菜大棚监控系统必须对温湿度能检测控制并显示给菜农,由于大棚的系统特点,传统的控制算法不能满足对温湿度的控制要求,因此笔者改进了传统控制算法,采用传统PID与模糊控制相结合的方法构建了蔬菜大棚

5、温湿度智能控制系统。1.2系统结构及主要功能该系统通过多点温湿度传感器(最多可接8路温度和湿度传感器)采集大棚内各个位置的温度和湿度,采集的实时温湿度通过4位数码管显示,以便菜农了解大棚内环境情况,同时系统根据温湿度的变化情况经模糊PID控制算法决定是否进行加热或开启风门。通过键盘电路可以设置不同的温湿度参数(可以进行分段设置,比如白天25℃晚上20℃)或查看各个点的温湿度。当采集来的环境参数值超过设定的上下限值时,报警电路进行报警提示农业人员可以随时查询采集值和报警信息。该系统也预留了与zigbee无

6、线收发模块的接口电路,通过无线网络以便对分散的多个蔬菜大棚进行统一化管理,同时也支持在系统编程,方便系统升级。2系统硬件电路设计2.1主要元件选择温度传感器选择了美国DALLAS公司生产的DS18B20单总线智能温度传感器。它单总线接口,仅需一个端口进行通信;无需转换电路直接输出被测温度,测温范围-55～+125℃;可编程的分辨率为9～12位;在-10～+85℃范围内,精度为±0.5℃,完全可以满足蔬菜大棚的温度要求[2]。湿度传感器选择了国产S302H2湿度传感器,它采用模块化设计,精度可达到3%RH

7、,稳定性好,可靠性好,线性电压输出。微处理器选择了STC12C5616AD,该器件具有在系统/应用编程(IAP,ISP)功能,可实现在线升级;增强型8051内核,1个时钟/机器周期,速度相当于普通型8051的8～12倍。内部16KFLASH程序存储器;4K掉电不丢失数据存储器,该存储器可以用来存储温湿度设置参数;有8路10位AD,用于湿度传感器采集。2.2控制输出电路设计该系统温度控制设计了两种方案:一种是通过可控硅控制电加热(可接解热灯加热丝);一种作为备用方案是火加热,通过步进电机控制火门的开度来调

8、节大棚内温度。可控硅和步进电机驱动电路分别如图2.2-1所示。20四川师范大学成都学院专科毕业设计图2.2-1控制输出电路设计图3控制算法及软件设计3.1主程序设计主程序设计总体采样循环结构主要包含几个模块:系统初始化、键盘扫描、数据采样、模糊PID算法模块和控制量输出模块。系统初始化主要完成微控制器初始化、LED显示初始化和系统外设检测等;键盘模块主要完成键盘扫描、系统设置和工艺设置等;这里的工艺设置是指,根据蔬菜的生长需要,不同的时间设