基于C8051單片機的溫室大棚空氣濕度控制系統研究

北京聯合大學生物化學工程學院 馬子豪 耿瑞芳 劉宇航 高 朔 李鎵丞

基于C8051單片機的溫室大棚空氣濕度控制系統研究

北京聯合大學生物化學工程學院 馬子豪 耿瑞芳 劉宇航 高 朔 李鎵丞

基于C8051F020單片機設計一套空氣濕度控制系統，用以調節溫室大棚內的空氣濕度。利用AM1001濕度傳感器檢測溫室內的空氣濕度，并將其值傳給C8051F020單片機，由單片機編程對空氣濕度進行處理及調控，再通過安裝在BTF020開發板上的液晶顯示屏實時顯示溫室大棚內的濕度值。試驗結果表明：該空氣濕度控制系統能夠將溫室大棚內的空氣濕度控制在50±5%RH，滿足控制要求。

溫室大棚；濕度控制器；C8051F020單片機

1 引言

溫室大棚作物種植是現代化農業的發展趨勢。隨著互聯網技術的逐步成熟與發展，溫室大棚的智能控制也開始發展。在影響溫室大棚里農作物生長的四大因素如光照、溫度、濕度、二氧化碳等中，空氣濕度是至關重要的因素，因此實現溫室大棚空氣濕度的自動控制是使溫室大棚種植物達到優質高產的主要任務。本文基于C8051F020單片機設計了一套農業溫室大棚空氣濕度控制系統，用以調節溫室大棚的空氣濕度。

2 溫室大棚空氣濕度控制系統總體方案設計

2.1 空氣濕度控制系統的功能與指標

本文設計的空氣濕度控制系統的主要功能是：對溫室大棚內空氣濕度進行采集、處理控制和顯示，從而對大棚內的濕度進行調節，使大棚內的種植物茁壯成長，以便收到良好的經濟和社會效益。

該空氣濕度控制系統的技術指標如下：濕度期望值為50± 5%RH，死區為[-3，+3]。

2.2 空氣濕度控制系統總體方案設計

本文基于C8051F020單片機構成空氣濕度控制系統，系統構成框圖見圖1。

圖1 溫室大棚空氣濕度控制系統構成框圖

該濕度控制系統主要包括濕度采集模塊、濕度控制模塊、執行模塊、LCD液晶屏顯示模塊。

3 空氣濕度控制系統硬件設計

本文設計的溫室大棚空氣濕度控制系統包括濕度檢測、濕度控制、執行部分和濕度顯示四部分。濕度檢測部分用的是AM1001濕敏電阻型濕度傳感器，控制部分硬件選C8051F020單片機作為控制器，執行部分為加濕水泵及除濕排風扇，顯示部分選取BTF020開發板上的1602LCD顯示屏。

基于C8051單片機的溫室大棚空氣濕度控制系統電路原理圖見圖2。

圖2 溫室大棚空氣濕度控制系統電路原理圖

圖2(c)中的B、C端分別連接圖2(b)水泵的1、2端子，連接圖2(b)換氣扇1、2端子的中間電路電路圖與圖2(c)類似，但所用單片機的I/O端口為P1.6。

4 溫室大棚空氣濕度控制系統軟件設計

空氣濕度控制系統工作過程：濕度傳感器檢測到溫室大棚內的濕度信息，并傳到濕度控制器C8051F020單片機，單片機按照預先編寫好的控制程序對檢測到的濕度信號進行分析處理：當濕度RH≤47%時，開啟水泵電機進行加濕，使空氣濕度上升；當濕度RH≥53%時，開啟排風扇除濕，使空氣濕度下降；當47%＜濕度RH＜53%時關閉水泵和排風扇，停止加濕和除濕。因為在信號傳輸的過程中涉及到信號的實時傳送和控制，所以在調節過程中要充分考慮到單片機的時鐘問題，這樣才能使單片機及時地向排風扇或水泵發送控制信號，以便及時調節溫室大棚內的濕度。

控制程序流程圖見圖3。

圖3 溫室大棚空氣濕度控制程序流程圖

5 溫室大棚空氣濕度控制系統投運

將研發的農業溫室大棚空氣濕度控制系統安裝在某溫室大棚中進行投運，圖4是該溫室大棚內一天中從早上七點半到晚上十點半的濕度測量值，每隔半小時記錄一次。

圖4 某溫室大棚內一天的空氣濕度變化曲線（每隔半小時記錄一次）

由圖(b)可以看出，使用該控制系統后，溫室大棚內的空氣濕度能夠控制在50±5%RH，滿足控制要求。

6 結論

本文研發的溫室大棚空氣濕度控制系統功能較完善、性價比高，能夠較好地解決溫室大棚內的空氣濕度調節問題，使溫室大棚種植物達到優質高產，以較少的資金投入獲得較大的經濟效益。試驗結果表明：該空氣濕度控制系統能夠將溫室大棚內的空氣濕度控制在50±5%RH，滿足控制要求。

[1]唐林林．蔬菜大棚的智能監控系統的設計與實現[D]．山東大學．2010．

[2]譚志君,任正云．基于預測PI的大棚溫濕度先進控制[J]．控制工程．2015(3)．

[3]方玉鑫．基于單片機的溫濕度控制系統的研究與應用[D]．哈爾濱工程大學．2012．

[4]曾龍,等．基于CC2430的室內智能濕度控制器的研究[J]．科技創新與應用,2011(22)．

[5]鮑可進,等．C8051F單片機原理與應用 [M]．中國電子出版社,2006．

耿瑞芳。

本文由北京聯合大學“啟明星”大學生科技創新項目經費資助，項目編號：201511417SJ101。