温室大棚保温棉被收放控制器设计研究

刘子琦 迟伟晶 杨雨薇

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319）

我国调整大棚内的环境参数大多还是采用人工采集和管理的方法，这样不仅仅占用了大量的劳力，而且不可避免地会出现误差，浪费了过多的人力，增加了成本。为了提高生产效率，提高大棚的自动化水平，给作物提供良好的生长环境，提高产量，设计了一套低成本的温室大棚保温棉被自动控制系统。该系统采用传感器和单片机结合、软硬件结合，实现温室大棚保温棉被的自动收放控制。

1 系统的设计思想

本系统以STC89C51单片机作为控制处理中心，用数字光照传感器实时采集和测量温室大棚内的环境参数，与此同时，将采集到的数据在液晶显示屏上显示出来，然后将采集到的参数数据传入单片机，单片机通过控制继电器实现温室大棚保温棉被收放，从而控制和改变环境中的各项参数，达到作物增产、质量提高的效果。而且本系统可以人为通过按键来设定最为合适的环境参数，可以用在不同的种植作物中［1］。

如果当前光照大于设定的值，卷帘机会自动关闭即反转把保温棉被收下，否则，会自动开启即正转把保温棉被放下。当光照强度大于上限时，蜂鸣器将发出报警，提示人工决定卷帘机的开启或者关闭状态［2］。

2 系统主要硬件设计

2.1 主控制模块

本次设计采用STC89C51单片机作为处理器，功能强大，可以满足单片机的多种开发要求。在本次设计中，用到了单片机的报警功能、电机控制功能和数字信号合成功能。单片机的工作电压是3.4～5.5 V，工作频率是0～35 MHz［3］。

2.2 光强传感器

本系统使用数字光照传感器GY-30作为温室大棚光照强度的信号采集模块。该传感器可以直接测量读取出温室内的光强度，无须进行模数的转换，而且不易受到外界的影响，具有良好的线性，又有可以调节的量程。并且接线简单、安装方便，性价比也很高，且采集的光照强度准确度和线性度高，得出的结果精确［4］。

2.3 继电器控制器

步进电机是一种感应电机，其工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。

2.4 报警模块与显示模块

报警电路中较为关键的元器件是三极管，本次采用NPN型三极管，当三极管TV端导通时，蜂鸣器就会报警，用于提醒系统出现故障或者是否要切换手动控制和自动控制。本设计采用LCD1602液晶显示模块来显示外界光照强度。LCD1602显示器是32位字符的，且只用于显示数字和字母，符合设计要求。

2.5 按键模块

本系统设定电路采用5个按键设计，依次是功能键、加键、减键、确定键和复位键，设定预值，依次按下功能键，当S5被按下一次，自动设置光照强度，当S5被按下第二次，显示器返回正常显示，再按一次，自动切换手动控制和自动控制。切换成手动控制时，加键具有控制系统收起保温棉被的功能，减键具有控制系统放下保温棉被的功能。复位键具有恢复到系统最初设置状态的功能。

3 系统程序设计

当单片机通电后，主程序开始运行，系统自动开始初始化各参数的设置和端口定义，之后开始清标志、清屏幕，键盘输入和扫描后，开始采集各项参数，将采集的各项数据和设置好的各项参数进行对比，如果对比结果显示需要调节，则调节所需各项参数，反之，显示各项参数后循环扫描键盘，主程序流程图如图1所示。

图1 主程序流程图

4 结语

温室大棚保温棉被系统对于农业来说有重大的意义，其能为作物提供最适合的生长环境和条件，可以保证作物良好生长，进而提高作物产量与质量，可以解决很多粮食问题。在国外温室大棚的相关研究已有很多，所以这是一个全球关注的科研项目。我国人口较多，粮食问题自古便存在，所以研究温室大棚对于正在高速发展的我国来说更是重中之重。