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摘要：針對我省溫室大棚種植過程中，單靠人力不能很好的為植物生長提供合適的環(huán)境條件，造成產(chǎn)品數(shù)量減少、品質(zhì)下降的問題；基于此，本設(shè)計制作了一種以單片機(jī)為核心，以傳感器為信息采集器件，由單片機(jī)對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，之后通過單片機(jī)發(fā)出的信號來控制機(jī)械裝置調(diào)節(jié)環(huán)境，為植物生長提供合適的環(huán)境條件的智能溫室種植系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；溫室種植

0引言

近些年，隨著社會的發(fā)展，受市場經(jīng)濟(jì)的影響，造成糧食等農(nóng)產(chǎn)品價格的大幅度下跌，嚴(yán)重影響農(nóng)民的收入。很多農(nóng)民在這樣的現(xiàn)實(shí)情況下，為提高土地的經(jīng)濟(jì)價值，開始修建溫室大棚，通過溫室大棚種植一些反季節(jié)蔬菜、經(jīng)濟(jì)價值較高的花卉等來提高家庭收入。在通過溫室大棚進(jìn)行生產(chǎn)過程中，對于植物生長需要的重要環(huán)境條件溫度、濕度和光照度，通過簡單的溫濕計檢測溫濕度、人的經(jīng)驗(yàn)判斷光照度是否合適，然后通過人工室內(nèi)生火取暖、通風(fēng)和人工采用稻草秸稈或遮陽布遮蓋溫室大棚來調(diào)節(jié)溫室環(huán)境。這種生產(chǎn)方法，雖然不需要太多資金投入，但是這種方式對溫室環(huán)境的調(diào)節(jié)不夠及時、不夠精確、勞動量太大。基于這個現(xiàn)狀，在傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用日益廣泛的情況下，決定設(shè)計一套基于單片機(jī)的智能溫室種植系統(tǒng)。通過傳感器完成對環(huán)境參數(shù)的采集，由單片機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并處理，然后由單片機(jī)發(fā)出控制信號，控制一些機(jī)械裝置調(diào)節(jié)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)溫室大棚環(huán)境參數(shù)的智能化的及時調(diào)節(jié)，并減輕勞動者的勞動量。

1系統(tǒng)總體方案

該智能系統(tǒng)主要由單片機(jī)，環(huán)境參數(shù)檢測部分，環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備等組成（圖1）。環(huán)境參數(shù)檢測部分用來檢測植物生長中所需要的重要的環(huán)境參數(shù)溫度、濕度和光照度，這些參數(shù)通過相應(yīng)的傳感器完成數(shù)據(jù)的采集，并將這些數(shù)據(jù)經(jīng)處理后傳給單片機(jī)；環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備包括加濕水泵、天窗電機(jī)、通風(fēng)風(fēng)機(jī)、加溫設(shè)備、電動遮陽網(wǎng)和補(bǔ)光燈等設(shè)備；單片機(jī)運(yùn)行編制好的處理程序，對傳感器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與預(yù)先設(shè)定的各環(huán)境參數(shù)的最大最小值進(jìn)行比較，當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過最大值時，單片機(jī)啟動報警電路，并啟動相應(yīng)的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備；當(dāng)環(huán)境參數(shù)低于最小值時，單片機(jī)啟動報警電路，并啟動相應(yīng)的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。

2硬件設(shè)計

單片機(jī)：單片機(jī)是該智能種植系統(tǒng)的核心器件，要完成對傳感器檢測的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的植物生長最優(yōu)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算比較，然后發(fā)出相應(yīng)的指令。本系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)作為主控芯片。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S51芯片價格便宜，其單片售價不超過5元。溫度傳感器：本設(shè)計中溫度傳感器，將檢測到的溫度數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，若溫度低于設(shè)定范圍的最小值，單片機(jī)發(fā)出指令，啟動溫度調(diào)節(jié)裝置，對溫室進(jìn)行升溫，直至不小于單片機(jī)設(shè)定最小值，這時單片機(jī)發(fā)出指令，停止升溫裝置；當(dāng)溫度高于設(shè)定范圍的最大值，單片機(jī)發(fā)出指令，啟動溫度調(diào)節(jié)裝置，對溫室進(jìn)行降溫，直至不大于單片機(jī)設(shè)定最大值，然后停止降溫裝置。本設(shè)計中溫度傳感器選用DS18B20型溫度傳感器，它具有獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用、無需外部元件、可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3�0~5�5V無需備用電源，測量溫度范圍為-55℃~+125℃，精度為±0�5℃。濕度傳感器：本設(shè)計中濕度傳感器，將檢測到的濕度數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，若濕度低于設(shè)定范圍的最小值，單片機(jī)發(fā)出指令，啟動濕度調(diào)節(jié)裝置，對溫室進(jìn)行增濕，直至不小于單片機(jī)設(shè)定最小值，這時單片機(jī)發(fā)出指令，停止增濕裝置；當(dāng)濕度高于設(shè)定范圍的最大值，單片機(jī)發(fā)出指令，啟動濕度調(diào)節(jié)裝置，對溫室進(jìn)行降濕，直至不大于單片機(jī)設(shè)定最大值，然后停止降濕裝置。本設(shè)計選用HS1101型濕度傳感器。HS1101電容傳感器具有完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，響應(yīng)時間快速的特點(diǎn)。其測量的范圍相對濕度在1%-100%RH內(nèi)，電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH，響應(yīng)時間小于5s；溫度系數(shù)為0�04pF/℃，精度是較高的。光照傳感器：本設(shè)計中光照傳感器，將檢測到的光照度數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，若光照度低于設(shè)定范圍的最小值，單片機(jī)發(fā)出指令，啟動補(bǔ)光燈，對溫室補(bǔ)充光照，直至不小于單片機(jī)設(shè)定最小值，這時單片機(jī)發(fā)出指令，停止補(bǔ)光燈；當(dāng)光照度高于設(shè)定范圍的最大值，單片機(jī)發(fā)出指令，啟動調(diào)節(jié)裝置，將溫室用遮陽網(wǎng)系統(tǒng)遮蓋。本設(shè)計中光照傳感器采用兩線式串行總線接口、數(shù)字信號輸出的BH1750FVI型傳感器，輸入光范圍為1~65535LX[3]。A/D轉(zhuǎn)換：ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。它具有體積小、兼容性、性價比高的優(yōu)點(diǎn)。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μs，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。因此，本次設(shè)計選用ADC0832轉(zhuǎn)換芯片。環(huán)境調(diào)節(jié)裝置：本系統(tǒng)中各種環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，由于種類型號市場上有很多，同時價格差異很大，具體使用時可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，這里不在過多敘述。由于各種環(huán)境調(diào)節(jié)裝置使用220V的電壓、甚至使用380V的電壓，本系統(tǒng)為安全考慮，選用單片機(jī)控制固態(tài)繼電器作為開關(guān)信號，控制排氣扇電路的通斷，實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境調(diào)節(jié)裝置的啟停控制。

3軟件設(shè)計

本設(shè)計是基于對溫室大棚中植物生長所需的環(huán)境參數(shù)的實(shí)時控制調(diào)節(jié)、減輕人們的勞動量和保護(hù)人們的身體健康安全問題考慮，對溫室內(nèi)溫度、濕度和光照度這三個植物生長影響最大的因素進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果與設(shè)定的最優(yōu)參數(shù)范圍進(jìn)行比較，然后采取相應(yīng)的措施，從而為植物生長提供最好的生長環(huán)境，同時減輕人們的勞動量，設(shè)計的一個智能種植系統(tǒng)。首先，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，傳感器開始檢測室內(nèi)溫度、濕度和光照度，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)，與單片機(jī)內(nèi)設(shè)定的溫度、濕度和光照度數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)超過設(shè)定范圍最大值或小于設(shè)定范圍的最小值，啟動相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備。如果在設(shè)定范圍內(nèi)，則不進(jìn)行任何操作。

4結(jié)論

通過分析得出本設(shè)計是可行的。通過對溫室內(nèi)對植物生長影響較大的溫度、濕度和光照度三個因素進(jìn)行檢測，并通過單片機(jī)分析處理，然后由單片機(jī)控制相應(yīng)的設(shè)備對三個因素進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)控制，滿足植物生長所需的最優(yōu)環(huán)境條件，從而提高植物的生長速度以及產(chǎn)品的質(zhì)量，從而提高勞動者的經(jīng)濟(jì)收入；可以減輕人們的勞動量，提高工作效率，將人們從繁重的體力勞動中解放出來；同時也是我國農(nóng)業(yè)進(jìn)行自動化、智能化生產(chǎn)的一次試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者:羅田園 單位:平頂山一中新區(qū)學(xué)校