溫室大棚氣肥施放單片機(jī)控制系統(tǒng)

彭恩懷

【摘要】? ? 本文設(shè)計(jì)了一款溫室氣肥施放控制系統(tǒng)，使用AT89C52單片機(jī)作為主控模塊，通過MQ傳感器檢測二氧化碳，根據(jù)濃度自動控制施放模塊。按照上述功能，本文對系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用Proteus實(shí)現(xiàn)軟硬件的聯(lián)合仿真。結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的氣肥施放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的檢測、顯示、報(bào)警以及自動控制等功能。

【關(guān)鍵詞】? ? 溫室大棚? ? 氣肥? ? 二氧化碳

大棚溫室系統(tǒng)具有目的明確、對象繁多、機(jī)制復(fù)雜等特征。適當(dāng)?shù)臏囟取穸取⒐庹铡⒍趸紳舛取⑼寥浪峙c營養(yǎng)以及有害氣體濃度，都會影響作物生長。氣肥施放系統(tǒng)作為一種新型的二氧化碳控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測溫室中的二氧化碳濃度并進(jìn)行控制，對溫室大棚的發(fā)展具有重要意義。

一、總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的氣肥施放系統(tǒng)以單片機(jī)和二氧化碳傳感器為主，單片機(jī)接受傳感器檢測到的二氧化碳濃度后，與設(shè)定濃度值比較，若低于設(shè)定值，則采用LED燈報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動模塊施放氣肥，從而維持大棚中的二氧化碳濃度。而LCD則實(shí)時(shí)顯示檢測與設(shè)定的濃度值。該系統(tǒng)可根據(jù)不同要求通過按鍵調(diào)節(jié)濃度設(shè)定值。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

1、硬件電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)共有6個(gè)模塊，分別為單片機(jī)控制模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、顯示模塊，報(bào)警模塊、按鍵模塊和氣肥施放模塊。2、單片機(jī)核心控制電路設(shè)計(jì)。由于性價(jià)比相對較低、性能較高、電壓較低、耗能較低，且運(yùn)算功能較強(qiáng)、編程較為靈活，適用于多種邏輯程序，有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能，可用于定時(shí)和計(jì)數(shù)工作，本系統(tǒng)選擇AT89C52單片機(jī)作為核心控制模塊。在復(fù)位、晶振、電源電路的共同配合作用下，AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)正常的工作。復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和下載口，構(gòu)成單片機(jī)控制電路。3、顯示電路設(shè)計(jì)。顯示電路顯示檢測到的溫室大棚二氧化碳濃度值，設(shè)定的調(diào)節(jié)值，采用LCD1602完成顯示功能，單片機(jī)P0與顯示模塊的數(shù)據(jù)引腳連接，2.5、2.6以及2.7引腳對LCD時(shí)序控制，來實(shí)現(xiàn)顯示操作。4、按鍵電路設(shè)計(jì)。K1按鍵是切換設(shè)置二氧化碳上限值，與單片機(jī)的P3.4連接，K2按鍵與單片機(jī)的P3.5引腳連接對大棚溫二氧化碳上限增調(diào)節(jié)，K3按鍵與單片機(jī)的P3.6連接對大棚二氧化碳上限減調(diào)節(jié)。通過讀取引腳值，來判斷有沒有按鍵按下。5、報(bào)警電路。溫室大棚的二氧化碳值異常時(shí)除了LED指示，聲音報(bào)警也同時(shí)進(jìn)行。本文實(shí)現(xiàn)了三種不同程度的報(bào)警提示，當(dāng)二氧化碳濃度極低時(shí)，綠燈亮，二氧化碳濃度較低時(shí)，黃燈亮，當(dāng)二氧化碳濃度正常時(shí)，紅燈亮;只有二氧化碳濃度低時(shí)蜂鳴器報(bào)警提示。6、氣肥施放電路。當(dāng)二氧化碳濃度低時(shí)，需要施放起飛來調(diào)節(jié)大棚二氧化碳。本設(shè)計(jì)通過繼電器來實(shí)現(xiàn)氣肥施放，單片機(jī)的P2.4引腳實(shí)現(xiàn)對繼電器的驅(qū)動控制，輸出高電平繼電器工作實(shí)現(xiàn)氣肥施放。

三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序主實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)，根據(jù)讀取的二氧化碳濃度值，對報(bào)警模塊，驅(qū)動模塊以及顯示模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)氣肥的自動施放。主程序流程圖如圖1所示。

二氧化碳讀取模塊：轉(zhuǎn)換得到的二氧化碳濃度信號屬于模擬量，單片機(jī)因?yàn)槭菙?shù)字芯片，不能直接讀取到電壓和電流值，需要經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換才可以。本設(shè)計(jì)采用AD0832實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，AD模塊的比較電壓一般都是5V，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的關(guān)系如式所示。

四、系統(tǒng)仿真測試

本文利用Proteus實(shí)現(xiàn)對氣肥施放系統(tǒng)功能的仿真驗(yàn)證。上電后，LCD會自動顯示檢測到的大棚二氧化碳濃度值和設(shè)定的比較值，如果檢測值低于比較值，系統(tǒng)燈亮聲響報(bào)警，同時(shí)氣肥驅(qū)動模塊會自動施放氣肥，直到大棚二氧化碳濃度值符合設(shè)定值。此外，可以通過按鍵隨時(shí)調(diào)節(jié)界限值。

總結(jié)：本文完成了一款大棚氣肥自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對大棚環(huán)境二氧化碳自動檢測、顯示、報(bào)警以及控制，對改善大棚農(nóng)作物生長環(huán)境意義重大。雖然完成了整個(gè)控制系統(tǒng)功能，整個(gè)系統(tǒng)還具有較大的完善控制，比如增加溫濕度檢測功能，土壤PH檢測功能等。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]黃麗. 基于單片機(jī)的環(huán)境溫濕度實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電腦知識與技術(shù)，2016，12（18）：216-217.

[2]魏旭東，史穎剛，劉利付，旺張猛. 基于ZigBee的溫室環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，37（04）：90-99.