基于STC89C52單片機智能農業蔬菜大棚系統設計

王彥儒,繆 睿,葛蘊華,陳 穎

(1.江蘇農林職業技術學院,江蘇 句容 212400;2.江蘇大學農學院(句容),江蘇 鎮江 212400;3.金陵科技學院,江蘇 南京 210000)

0 引言

蔬菜是人們日常生活中必不可少的綠色食物之一。溫室大棚在農業生產中為廣大百姓提供了不同于當季節的蔬菜和水果。雖然在我國北方大棚應用比較廣泛,但是將自動化控制與大棚蔬菜種植結合起來的實例并不是很多。傳統的蔬菜大棚的溫度控制完全是根據農民的主觀判斷和現場操作,很難控制溫度和濕度。綜上,依靠計算機的傳感監測與自動控制技術,達到農作物高產與優質的目的,是我國農業現代化建設中不可或缺的一步。

1 方案設計

為了實現無人看管時大棚中的農作物能正常生長,本文設計了基于單片機的智能化控制系統對大棚溫濕度進行調節,使其達到適中的數值,有益于促進農作物的生長和發育。系統原理如圖1所示。

圖1 單片機溫濕度智能控制系統原理

2 各部分功能實現

(1)通過STC89C52單片機控制整個系統,配合溫濕度傳感器,發光二極管等元器件經行測量、提示,同時對其進行適當的調整控制。

(2)溫濕度傳感器:以溫濕度一體式的探頭作為測溫元件,將溫度和濕度信號采集出來,經過穩壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉換、恒流及反向保護等電路處理后,轉換成與溫度和濕度呈線性關系的電流信號或電壓信號輸出,并顯示在顯示屏上[1]。

(3)閃爍發光二極管:由CMOS集成電路和發光二極管組成的特殊發光器件,設置溫濕度上下限。當溫濕度超過或低于上下限值的時候,二極管就會通過閃爍經行提示;單片機會在接到提示后自主發起對溫濕度的控制,讓溫濕度達到植物所需的程度。

(4)模擬環境:利用不同的材料搭建一個較小的大棚,把溫濕度控制裝置放在大棚內,再模擬正常生活中大棚所處環境和各種變量的數值,進行測量和記錄。

3 硬件設計

單片機采用STC89C52RC,由STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字節系統可編程Flash存儲器,比較適合農業生產的環境控制。雖然STC89C52使用經典的MCS-51內核,但是做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能,例如:看門狗定時器,內置4KB EEPROM,MAX810復位電路,3個16位定時器/計數器等。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash,使得STC89C52能為大棚溫濕度控制系統提供高靈活、超有效的解決方案[2]。

工作頻率范圍:0～40 MHz,相當于普通8 051的0～80 MHz,實際工作頻率可達48 MHz;工作電壓:5.5～3.3 V(5 V單片機)/3.8～2.0 V(3 V 單片機);工作溫度范圍:-40～+85 ℃(工業級)/0～75 ℃(商業級)可以適應不同的地區環境。

通用I/O 口(32 個),復位后為P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉,P0口是漏極開路輸出,作為總線擴展用時,不用加上拉電阻[3],作為 I/O 口用時,需加上拉電阻。時鐘電路采用內部時鐘方式,為單片機系統提供時鐘信號[4]。

4 實驗結果

通過燒入程序,設置上下限溫度在20～30 ℃,此時溫濕度傳感器開始工作,顯示溫度為25 ℃,在合理范圍內;然后,移動器件位置,放置在較熱的地方,此時測試的溫度開始升高。當溫度超過30 ℃,二極管開始閃爍,緊接著的單片機控制的風扇開始轉動進行降溫,達到實驗效果;與此同時濕度也被由單片機控制的灑水而開始使濕度達到合理的范圍。實驗結果如圖2—3所示。

圖2 單片機溫濕度智能控制系統實驗結果-1

圖3 單片機溫濕度智能控制系統實驗結果-2

5 結語

本文設計的大棚智能控制系統以STC89C52作為主控單片機,通過溫度傳感器、濕度傳感器等對溫室大棚的溫度和濕度進行實時監測、參數采集,與預設的參數值進行對比,判斷是否發出警報。系統處理后及時進行智能化、自動化的控制調節,節適合作物生長的環境參數。此應用操作簡單方便、自動化程度高、價格便宜,降低了傳統人工參數采集的遲滯和不準確,能提高生產效率,保障農業產品質量。溫室大棚智能系統實現了農業生產的高效化、科學化,應用前景十分廣闊,推廣價值高。