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做座蔬菜温室大棚温湿度控制系统

发布时间:2021-10-15 07:25:59 阅读: 来源:磨刀石厂家

蔬菜温室大棚温湿度控制系统

随着农业产业规模不断扩大和大棚技术的不断普及,温室大棚数量不断增多。温湿度控制是蔬菜大棚一个重要的控制环节。温湿度太低,蔬菜会被冻死或停止生长,因此应将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内悬挂温度计,工人根据读取的温度值调节大棚内的温度;而湿度控制只能依据工人的经验做出判断是否需要灌溉。这种靠人工控制温湿度的方式方法,既耗人力,又不精确,传统的温湿度调控措施表现出极大的局限性。笔者设计了基于单片机STC12C5A60S2和温湿度传感器DHT11采集数据的温湿度控制系统。1

温湿度控制系统基本工作原理

系统核心架构如图1所示,单片机STC12C5A60S2通过温湿度传感器DHT11采集蔬菜温室大棚里的温度和湿度参数,并同时显示于显示模块和上位机电脑上。操控者既可以通过上位机输入控制指令实现当前和历史温湿度查询,也可以现场通过温湿度显示模块观察当前温湿度读数,并通过上位机远程设定和修改适合蔬菜生长期的温湿度阀值。系统根据当前温湿度阀值驱动继电器,控制执行机构进行相应操作,

达到控制蔬菜温室大棚温湿度的效果[1-2]

图1

温湿度控制系统原理Fig.1

Systemdiagram

2温湿度控制系统硬件设计

系统采用模块化设计,方便系统的升级、功能扩展或根

据用户需求而定制和改造不同功能模块,既方便了设计、调试和维修,也大大增强了系统的实用性。2.1

温湿度数据采集电路

采用DHT11数字温湿度传感

器采集温室大棚的温湿度。它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,具有品质卓越、响应快、抗干扰能力强、体积小、功耗低、性价但其控制精度和控制范围很高很宽比高等优点,信号传输距离可达20m以上,是各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。系统温湿度数据采集电路如图2所示。

图2单片机12C5A60S2与DHT11接口电路Fig.2

InterfacecircuitbetweenMCUandDHT11

2.2

温湿度控制电路温湿度控制电路利用单片机P1口

的P1.0~P1.4控制三极管的通断电,继而控制继电器的通断电,达到准确控制执行机构进行相应操作的目的。由图3可知,通过继电器控制大功率热源灯或暖炉达到升温目的。

温度控制和湿度控制电路的原理如图4所示,两者原理图相

同,只是控制端输入信号不同。图中直流电机可以实现正转和反转,当2个三极管基极分别接P1.0、P1.1时,实现对温室内部采暖、通风设备的控制,达到升温或降温的目的;当2个三极管基极分别接P1.2、P1.3时,实现控制水阀开关以控制喷淋系统,达到控制蔬菜温室大棚湿度的目的。

另外,系统控制部分与执行机构部分供电系统采用分离

安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2011,39(28):17601-17603俞洁校对卢瑶

式,这样既增加了系统的安全性,又为驱动大功率设备或高压用电器提供方便。

图3

温度控制电路

Fig.3

Temperaturecontrolcircuit

图4

湿度和温度控制电路

Fig.4

Humidityandtemperaturecontrolcircuit

2.3通讯模块电路当前微机系统,采用RS-

232接口实现远距离串行传输数据,

单片机采用5V的TTL电平。RS-232电平与TTL电平不兼容。如果两者直接相连,会使数据出现较大失真,这是绝d)按控制方法分重要有开环控制(手动控制)和闭环控制(主动控制)对不允许的。为了实现单片机与上位机计算机之间通讯,

系统采用美信公司生产的MAX232芯片进行电平转换,其转换电路如图5所示。

图5

电平转换电路

Fig.5

Electricpotentialconversioncircuit

由图5可知,RS-232接口只使用了3根信号线:地线、接收线、发送线。上位机通过RS-232接口发送信号经由MAX232转换后变成TTL电平信号,从而被单片机串口所接收。D24和D23分别是发送和接受的指示灯,上位机与单片机通讯时,它们会闪烁,以便系统调试维护。3

温湿度控制系统软件设计

本系统采用C51语言进行模块化编程,主要由主程序、

串口中断服务程序、

DHT11编程应用子程序(包括2个:一个为从DHT11读取温湿度数据子程序、一个为判读DHT11数据线上电平子程序)等组成。在此,给出系统主程序流程图和DHT11编程应用流程图。3.1

系统主程序流程

图6为片上主程序流程,程序一直

在这个流程中重复运行,

除非出现了串口中断或定时器中断。串口中断给主程序main()发控制指令并修改check()子函数里用到的温湿度阀值。(由于中断有专门的中断服务程序处理,故主程序流程中并未出现中断服务程序的流程)。

图6

主程序流程

Fig.6

Mainprogramflowchart

温湿度传感器DHT11技术参数及其各种时序图上有不少资料可供参考。由于DHT11数据读取部分是系统软件设计最关键部分,

这里给出温湿度读取子函数read()流程(图7)及电平判断子函数count()流程(图8)。其中,DA为总线电平。

图7

温湿度读取子函数read()流程

Fig.7

FlowchartofRa.送输油泵有脏东西卡滞;eadingtemperatureandhumidityFunc-

tions

3.2串口中断服务程序本系统中所有指令的发送和接收

都是通过单片机的全双工异步串行口完成,而对指令的处理则是由串口中断服务程序完成。每当串口通讯发生时,就会执行串口中断服务程序,通过分析判断控制指令,系统执行相应操作。

2

0671安徽农业科学2011年

图8

电平判断子函数count()流程

Fig.8

FlowchartofdeterminingtheElectricpotentialsubfunc-tioncount()

4结语

实践证明,蔬菜温室温湿度控制系统测量数据准确,运

行稳定。系统结构清晰,

安装、操作简单,稍加改造即可满足不同用户的不同需求。它以先进的技术和现代化设施,控制蔬菜的生长环境,

使蔬菜生长不受自然气候影响,实现高效率、

高产值和高效益的生产。运用该系统进行温室改造升级成本低,

适合中小规模菜农蔬菜温室大棚的升级改造的需求,在蔬菜温室大棚乃至农业生产自动化等方面具有广阔的应用前景。参考文献

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学出版社

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140-142.

(上接第17600页)3.2

NDVI和EVI空间分布特征

7月大多数自然植被的

生长达到顶峰,

植被指数达到最大值,以7月NDVI为例,对整个河南省植被指数作空间分布分析。河南省地区的NDVI和EVI分布如图3所示。根据河南省地貌与水分、热量、光照等气候要素将河南省分为豫北山地、豫西山地、豫南山地、黄淮海平原、南阳盆地5个主要土地利用类型区。

(1)黄淮海平原。该区位于河南省中东部,包括驻马店市、周口市、漯河市、许昌市、郑州市等地市。由于光照、热量、

水分较充足,土地富饶,水分、热量等要素区域差异小,易成片耕种,因此形成了以耕地为主要类型的土地利用格局,是河南省主要的粮食生产基地,7月植被主要为农作物水稻、玉米等。该区域植被指数高。

(2)豫西山地。位于河南西部,主要包括三门峡市、洛阳市、南阳市,为崤山、熊耳山、伏牛山区,主要植被类型为林地,

多为落叶阔叶林,7月由于光合作用及水热充足,植物生长达到顶峰,植被指数高。

(3)豫南山地。位于河南南部信阳地区,由于水热条件都比较好,

该地区植被指数较高。(4)豫北山地。位于河南省北部,主要包括安阳市、鹤壁市、濮阳市等地,由于光照、水热等相对较低的原因,植被指数比豫西、豫南山地地区偏低。

(5)南阳盆地。位于河南省西南部,三面环山,气候温和,雨量充沛,土壤肥沃,适农耕,但该区域植被指数较平原地区偏低一些。

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