溫室大棚環境監控系統研究

（遼寧工程職業學院電子工程系，遼寧 鐵嶺 112000）

溫室大棚環境監控系統研究

高 靜

（遼寧工程職業學院電子工程系，遼寧 鐵嶺 112000）

本文以STC89C52單片機為核心，采用多種傳感器設計一種溫室大棚種植參數采集控制系統，該系統可實現溫室大棚光照度、溫度、濕度和CO2濃度等環境因子自動監控，給出系統硬件設計框圖和詳細工作原理。

SHT11；C20；TSL230B；SEN0114

一、概述

溫室大棚種植為人們生活水平提高帶來了極大的便利。隨著現代農業快速發展，農業技術智能化發展是必然趨勢。用現代技術來改變溫濕大棚中農作物的生長環境，縮短其生長周期，提高農作物的產量，幵發和研制溫室環境自動化控制系統是有必要的。農作物單位面積的出產量角度出發，溫室種植與傳統農業相比，具有很高的單位面積出產值;從環境保護角度出發，溫室種植不僅可以產出綠色的農作物，而且可以做到精確地控制化肥使用量以及其它添加劑的施加量，減少了對土壤和地下水的污染。

二、硬件設計框圖

溫室指通過人工干預對指定區域內溫度、濕度、光照、土壤水分、CO2濃度等諸多環境因子進行調控，使之適合所培育農作物的生長需求。本文主要應用單片機和相應的傳感器來實現對溫室大棚環境控制。

系統硬件結構由電源、傳感器、按鍵輸入部分、顯示報警、控制輸出、總線模塊組成。電源模塊用于將交流電轉換為系統所需穩定的各等級直流電源;傳感器模塊用于測量大棚環境溫濕度、CO2濃度、光照強度、土壤水分等，傳感器選用的都是數字型的。控制模塊用于讀取傳感器輸出的數字信號，處理后輸出到顯示模塊顯示各數值值，并與各數值上下限比較，超限時報警，并驅動智能輸出模塊動作。智能型溫室大棚控制原理系統圖如圖1所示。

圖1

本文單片機選用STC89C52，它是種帶8K字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器，低電壓，高性能COMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

三 、傳感器的選擇

1 溫度調節。在最高溫度和最低溫度時，農作物生長發育停止，在最適溫度時，農作物生長速度最快。在最高溫度和最低溫度時再升高或降低，農作物開始出現傷害甚至致死，適宜的溫度對農作物的生長有著十分重要的影響。溫度調節，在設定的上下限進行自動加溫降溫。本文降溫設備采用窗簾風機設備，升溫設備采用加熱器。

本文選用了SHT11傳感器。SHT11的四個引腳，DATA引腳接單片機的P1.1，在與單片機連接之間接個4.7KΩ的上拉電阻；STK引腳接單片機的P1.2，VCC與GND分別接單片機的GND和5V電源了。LCD顯示器顯示出當前的相對溫度，高于設定值啟動降溫設備，溫度低于設定值時啟用升溫設備；能設定24小時內3-4組不同的設定值在不同時間控制，并保持每天重復直至更改參數。

2 CO2的調節。CO2是植物進行光合作用的重要原料之一，在作物的整個生長期，都需要提供不同濃度的CO2。適宜的CO2濃度可以促使幼苗根系發達、活力增強、產量增加。二氧化碳濃度的變化將對農作物生長產生一定影響，通常農作物的產量會增加，但質量會下降。所有監控CO2的濃度變化是有一定意義的。

本文選用的二氧化碳濃度傳感器是英國GSS的C20，該傳感器具有響應速度快，低功耗，防水抗震動和精度高等特點。C20數字傳感器四線連接就可以工作，其中從左至右分別為:接地、串行輸入、串行輸出、+5V電壓。其中1引腳和4引腳分別接電源和地，2引腳和3引腳分別接單片機的P1.3引腳和P1.4引腳。

3 光照調節。光合作用條件是光，延長光照時間可以增加光合作用進行的時間，有利于農作物產量的提高；光合速率隨著光照強度的增加而加快.但超過一定范圍之后，光合速率的增加變慢，所以光照對作物的生長也起著十分重要的作用。

本文采用了TSL230B光照傳感器來采集光照度。TSL230B有8個引腳，1、2引腳為靈敏度選擇輸入端；3引腳為輸出頻率使能端，低電平有效；4引腳接地；5引腳接電源；6引腳為輸出頻率；7、8引腳為輸出頻率分頻系數選擇輸入端。

作物吸收的光能主要分布在紅光以及藍光的波長范圍內，因此釆用低功耗高亮度的紅藍光源LED設計補光燈系統作為補光設備。農作物的生長離不開陽光的光合作用，系統根據采集到的光照度，控制開啟LED設計補光燈系統以滿足農作物生長的光照需求。

4 土壤濕度的調節。土壤濕度是影響作物生長的重要因素，掌握土壤濕度對作物生長有著重要的意義。在相對濕度較小時，如土壤水分充足，則作物蒸騰較旺盛，作物生長較好。若較長時間空氣濕度處于飽和條件下，作物生長將受抑制，導致質量下降等。相對濕度太小，會加重土壤干旱或引起大氣干旱，特別在氣溫高而土壤水分缺乏的條件下，作物的水分平衡被破壞，水分入不敷出，會阻礙生長而造成減產。

本文采用的土壤濕度傳感器是SEN0114。SEN0114有3個引腳，其中GND接地，VCC接電源，DATA接單片機P1.5. 這是一個簡易的水分傳感器可用于檢測土壤的水分，當土壤缺水時，傳感器輸出值將減小，反之將增大。土壤缺少就啟動灌溉設備。

結語

溫室大棚環境監控系統實現了對溫室大棚內作物生長的環境的有效控制，可以實時監測到溫度、濕度、CO2的濃度計光照，可以較好地智能控制作物各生長因子，使得作物生長在最為合適的環境中，可以大大提高了作物的產量與質量。

[1]黃慶彩，程勇.傳感器技術與應用[M].北京：國防科技大學出版社，2013.

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