耿秀明

内蒙古电子信息职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010071

随着生活水平的日益提高，人们越来越重视饮食健康，从而进一步促进了农业生产的发展。在农业生产中，温室大棚的应用越来越广泛，已成为现代农业的重要组成部分。国外的温室设施已发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但价格比较昂贵，缺乏与我国季候特点相适应的测控软件。

传统大棚由农民依据自己的经验和简单的温度计进行监测并手动进行管理控制，很难达到预期的效果。使作物获得比室外生长更优的环境条件，达到优质、高产、高效的目的对温室大棚的性能提出了更高的要求[1]。而在温室大棚中，最关键的是温湿度控制技术。我国现阶段大棚多为中小规模，要在大棚中引入自动控制系统还要考虑成本因素，单片机及电子产品的性价比的提高使这一诉求得以解决。结合郊区农户的需要设计了基于单片机的大棚温湿度控制系统。

1 温室大棚温湿度控制方案

不同的作物对温度及湿度等生长环境所需条件各不相同，为它们提供一个适合其生长的密闭环境，控制其生长的过程及时间，从而达到经济效益的最大化。本系统着重解决温室大棚的温度及湿度控制。根据不同作物及不同生长阶段的需求设计了键盘输入系统，通过键盘可以对大棚所需的温度及湿度进行设定，以便于随时调节。实现大棚内温度及湿度的实时监控功能。随着电子行业的发展，温湿度控制仪的发展相当迅速。采用将温度与湿度集于一体的数字温湿度传感器可以省去信号调理、校验等复杂过程。大棚温湿度显示功能。为了方便观察记录，本系统对大棚的温湿度设定与实测值通过LCD实时显示。温湿度调节，当传感器检测的温湿度与键盘所设定的数值不同时，通过启动加热装置、降温装置及加湿装置对大棚内的温湿度进行调节以达到控制的目的。以AT89C51单片机为核心结合以上所提出的控制要求进行系统设计。系统的控制框图如图1所示。

图1 系统控制框图

2 硬件系统设计

本系统共分为五个模块，分别为单片机系统模块、温湿度检测模块、键盘输入模块、LCD显示模块和执行调节模块（加热器、喷水机和降温风扇等）。

单片机系统模块主要有AT89C51单片机、时钟电路、复位电路及电源电路构成。时钟电路由单片机18、19两管脚外接石英晶体振荡电路构成，为单片机提供时钟基准[2]。复位电路包括上电复位和按键复位两种功能。电源电路为系统提供电能，是单片机系统能够正常运行的保证[3]。

温湿度检测模块采用的传感器为数字温湿度传感器DHT11。DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为 4 针单排引脚封装。为保证有效传输距离在数据传输引脚（2）接5K的上拉电阻，在电源引脚VDD（1）与地引脚GND（4）见接入一个100nF 的电容，以达到去耦滤波的作用[4]。DHT11传感器应用电路图如图2所示。

图2 DHT11传感器应用电路图

键盘输入模块采用的是电话式键盘，键盘通过键盘扫描芯片（74922）与单片机相连。键盘扫描芯片不断扫描键盘，当有键按下时DA管脚置1，处理的键码值通过74922的ABCD四个管脚传递给单片机。

LCD显示模块采用的是LCD128×64液晶显示器，体积小，质量轻，功耗极低。

执行调节模块主要根据单片机处理的结果对温室大棚的温度及湿度进行调节。由于单片机系统供电只有5V，不能驱动加热器、喷水机及通风机设备的运行，所以采用继电器电路来实现。通过继电器触点的通断控制调节设备的运行。继电器控制电路图如图3所示。

图中IN引脚接单片机控制引脚，当单片机引脚出现低电平时，三极管导通，继电器线圈通电，触点闭合控制执行器件开始工作。当出现高电平时线圈断电，触点断开执行器件停止工作。因继电器线圈属大感性负载，所以接入二极管起续流的作用[5]。

3 程序设计

图3 继电器控制电路

本系统程序设计主要以单片机C51为基础，采用模块化设计思想对各个模块分别设计，最后通过主程序对各模块程序调用实现系统显示调节功能[6]。主要包括主程序、键盘程序、温湿度检测程序、LCD显示程序和继电器控制程序几部分。

主程序流程图如图4所示。

主程序对按键扫描和完成LCD显示功能。其中初始化主要完成以下功能：当系统启动时确定电磁阀关闭、程序设置温湿度的上下限值的初始值、用于定时器T1、TO及LCD的初始化等。

键盘程序主要是当有键盘输入信号时，对按键进行判断。本程序中采用了防止误动作功能，要使用键盘修改参数需要先输入密码，密码正确后键盘才进行扫描处理。要对温度进行设定按“*—数值—*”，对湿度进行设定按“#—数值—#”。

LCD显示程序完成对设定的温度和湿度及监测到的温度和湿度的显示。LCD128×64四行显示分别为设定温度，设定湿度，监测温度和监测湿度。根据键盘输入的设定值和传感器检测到的实际值进行数据实时显示。主要包括显示固定字符，显示变换数据和确定显示位置等功能。

图4 主程序流程图

图5 键盘程序流程图

温湿度检测程序及继电器控制程序由T0中断完成，每隔1S处理一次，达到实时监测控制的目的。

中断程序参考：

void timer0（void） interrupt 1 //T0中断函数{TH0=（65536-50000）/256：TL0=（65536-50000）%256：jishu++：

if（jishu==20）//1S 计时

{jishu=0：

senordht11（）：//温湿度检测程序

if（!（cewen＜wendu1&&cewen＞wendu2））

{if（cewen＞=wendu1）shengwen=0：jiangwen=1：//大于温度上限降温

else jiangwen=0：shengwen=1：//小于温度下限升温}

else {jiangwen=1：shengwen=1：//在温度设定范围内温度执行器关

if（!（ceshi＜shidu1&&ceshi＞shidu2））

{if（ceshi＞=shidu1）jiashi=0：chushi=1：// 大于湿度上限除湿

else chushi=0：jiashi=1：//小于湿度下限加温

}

else {chushi=1：jiashi=1：}//在湿度设定范围内湿度执行器关

}

}}

4 仿真结果分析

利用proteus软件对系统硬件电路仿真，通过keil软件进行模块化程序的编写，最后进行联合调试。结果验证本系统能够实现键盘输入功能，根据传感器的温湿度值与设定的温湿度值的各种不同假定状态，能够正确的驱动相应的执行继电器动作，从而达到温室大棚温湿度调节的功能，并对设定值与检测值实现实时显示功能。

[1]高职富. 温室环境控制技术的现状及发展前景[J]. 中国市场，2007，（35）：76-77.

[2]徐爱钧. 单片机原理实用教程. 电子工业出版社，2011.

[3]韩太林. 单片机原理及应用. 电子工业出版社. 2005.

[4]金伟正. 单线数字温度传感器的原理与应用[J]. 电子技术与应用，2000，（8）：87-89.

[5]夏志华. 基于单片机的温度控制系统的研究与实现[J]. 煤炭技术，2013，（2）：100-101.

[6]杨打生. 单片机C51技术应用. 北京理工大学出版社，2011.