基于單片機的溫室自動控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于單片機的溫室自動控制系統(tǒng)設(shè)計 基于單片機的溫室自動控制系統(tǒng)設(shè)計摘要： 摘要：溫度、濕度和 co2 濃度等是影響作物生長的重要環(huán)境因子，為有效進行作物生長的環(huán)境控制，針對日光溫室的特點，以模糊控制理論為基礎(chǔ)，計算機控制技術(shù)為平臺，設(shè)計了一個基于模糊控制技術(shù)的計算機溫室控制系統(tǒng)。介紹了以PC 機為上位計算機，MCS 一 51 單片機為核心的智能儀表為下位機的智能溫室分布式測控系統(tǒng)的工作原理及主要功能。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的軟、硬件實現(xiàn)方法。

2、該套控制系統(tǒng)符合我國現(xiàn)階段的國情且能很好地滿足生產(chǎn)要求，成本低，運行可靠，便于推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：智能溫室;計算機分布式自動控制系統(tǒng);RS-485 通信網(wǎng)絡(luò);智能設(shè)備,模糊控制 中圖分類號：TP302.1Distributed Measure and Control System controlled by single-chip controller used in Agricultural GreenhouscTempera

3、ture, humidity and the thickness of co2 have an important effect on the crops .In order to control such environmental factors. Based on Fuzzy control theory and computer control technology .The working Principle and main

4、 functions of the intelligent greenhouses with distributed control system in the Paper are introduced. This system uses PC as a host computer and intelligent instruments with MCS-51 single-chip microcomputers as secondar

5、y computer systems. The design methods of system hardware and software are fully described. The system was accord with the reality of agricultural Production of our country and was considered suitable to Agricultural Gre

6、enhouse and it can reach Producing requirement, Low-cost and high-reliability.KEY WORDS: intelligent greenhouse，computer distributed Auto-control system，RS-485 communication network，intelligent instrument，fuzzy control 0

7、 引言 引言智能化溫室是集農(nóng)業(yè)科技的高、精、尖技術(shù)和計算機自動控制技術(shù)于一體的先進的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)。它能營造相對獨立的作物生長環(huán)境，徹底擺脫傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對自然環(huán)境的高度依賴。隨著我國加入 WTO， “科技興省”是使我省在 21 世紀(jì)取得長足發(fā)展的必然選擇，當(dāng)然，農(nóng)業(yè)也不例外，河南省作為一個農(nóng)業(yè)大省，如何發(fā)展高效、節(jié)能、高科技農(nóng)業(yè)以產(chǎn)出高質(zhì)量、高附加值的農(nóng)產(chǎn)品對于我省經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，智能化

8、溫室控制系統(tǒng)的研究國內(nèi)已經(jīng)受到重視，省內(nèi)已有采用工控機為控制手段的成套設(shè)備，并已投入使用，但其控制成本高，性價比低。本文結(jié)合我國國情和生產(chǎn)要求，以單片機為控制核心，研制了智能化溫室控制系統(tǒng)，其成本較工控機要低，運行可靠，便于大批量推廣。1 控制系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計 控制系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計[1 ]本系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示，它是一個小型的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，是由數(shù)據(jù)采集工作站（下位機）和中心計算機（上位機）組成的控制系統(tǒng)。其中數(shù)

9、據(jù)采集工作站又由相應(yīng)的傳感器(如溫度傳感器、濕度傳感器、C02 濃度傳感2.2. 2.2.測量控制模塊 測量控制模塊溫室系統(tǒng)需要采集的數(shù)據(jù)分為一般模擬量和開關(guān)量、電量三種。需要采集的電量為電機的三相電壓和三相電流。設(shè)計中采用多功能智能電表進行電量的數(shù)據(jù)采集，多功能電表采集電量數(shù)據(jù)后，傳遞RS485信號，通過保護電路傳遞到電平轉(zhuǎn)換器MAX485芯片，將智能電表傳送的三相電壓、三相電流、電度量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為TTL格式，再以串口通信的方式傳送給C

10、PU進行接收。一般模擬量是指現(xiàn)場的濕度、CO2濃度、風(fēng)速風(fēng)向等模擬量，需要通過多路復(fù)用芯片完成多路數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換（如圖3所示），再將采集的數(shù)據(jù)給CPU處理。開關(guān)量信號是指電機運行狀態(tài)，繼電器狀態(tài)等參數(shù)，開關(guān)量的采集通過擴展的串行口即8255芯片來實現(xiàn)。CD4067BAD574P0–P11/CE/R/C。。。AINSTSINT1P0WR74LS373D0–D7Q0–Q7RDAT89C51XCOMQ0–Q4

11、模 擬 量 輸 入圖 3 模擬量的采集測量模塊實現(xiàn)了對溫室的環(huán)境溫度、濕度、光照、二氧化碳的測量。測量模塊通過傳感器把各種環(huán)境因子非電量轉(zhuǎn)換為電量，通過信號整理電路把電信號線性化、放大濾波為 0-5V 的標(biāo)準(zhǔn)信號，傳輸至核心控制模塊，然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有的 8 選 1 多路選擇開關(guān)分別對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量送入單片機。溫度測量采用溫度傳感器 DS1820 實現(xiàn)，該傳感器測量精度高、線性度好， DS1820 的輸出值是一

12、個 9 位的二進制數(shù)值，其測溫范圍在-55?C～125?C 之間，當(dāng)溫度值在-10?C～85?C 范圍時，誤差為±0.5?C。它的方便之處在于單線接口設(shè)計，使處理器只需要接一條數(shù)據(jù)線就能對它進行全部的操作，實現(xiàn)操作指令和測量數(shù)據(jù)的傳輸。測量精度為士 0.1℃，信號放大和濾波電路利用高精度集成放大電路 CA3140 完成。濕度測量采用濕度傳感器 HS1SW-DL-L 實現(xiàn)，該傳感器測量精度高、線性度好，測量范圍 0-100% R

13、H，測量精度為士3%RH，信號放大、對數(shù)壓縮電路、交流信號電路和全波整流電路利用集成放大電路 TL062 完成。光照測量采用光電池實現(xiàn)，測量范圍 0-100 光照單位，測量精度為士 3 光照單位，信號放大和.濾波電路利用高精度集成放大電路 TL062 完成。二氧化碳測量采用二氧化碳傳感器 GS-160 實現(xiàn)，該傳感器測量精度高、線性度好，測量范圍 0-100PPM，測量精度為士 3PPM，信號放大和濾波電路利用高精度集成放大電路 CA3

14、140 完成?？刂颇K實現(xiàn)了對溫室大棚各環(huán)境參數(shù)的控制，共八路，分別控制升溫、降溫設(shè)備，加濕、去濕設(shè)備，補光設(shè)備，定時灌溉設(shè)備，定時二氧化碳施肥設(shè)備，遮陽網(wǎng)設(shè)備等，控制電路是外部控制設(shè)備的自動開關(guān)，根據(jù)溫室某環(huán)境因子超出設(shè)置的適宜參數(shù)范圍時，自動打開或關(guān)閉控制設(shè)備，調(diào)節(jié)相應(yīng)的環(huán)境因子。其實現(xiàn)電路中，光電藕合器 MOC3041 的作用是觸發(fā)雙向晶閘管以及隔離單片機系統(tǒng)與控制設(shè)備，雙向晶閘管的選擇要滿足:額定工作電流為控制設(shè)備工作電流的 2