基于自动控制技术的栽培设施研究

2020-01-01雷文全鲁刚强

中国设备工程 2019年23期

雷文全，鲁刚强

（成都农业科技职业学院，四川成都 611130）

随着人们物质生活水平的不断提升，观光农业发展越来越好，对如何有效地管理大规模的植物业务提出了更高的要求。通常植物对肥水等栽培条件要求都比较严格，浇水不足时，易导致干旱，使叶子枯萎、脱落；浇水过多时，通气又不好，容易引起根系腐烂、死亡。为了解决这些问题，我们设计出一种能根据植物的生长状态实现自动温湿度控制系统，该系统不仅可以根据设定条件自动对这些植物进行自动浇水，还可以根据植物不同的生长特点，在不同的季节调节温湿度的设定值。

1 系统设计思路

基于自动控制技术的栽培设施的研究，目的是为了提高植物种植的管理效率，能按照用户设定的温湿度条件实现自动控制。利用温湿度传感器实时采集土壤的温湿度，当采集到的温湿度不在设定的范围内时，实现自动浇水功能。基于自动控制技术的栽培设施研究，主要由单片机控制模块、检测模块、电机模块和显示模块等多个模块构成。

2 硬件设计

单片机控制模块为该系统核心组成部分，由于温湿度我们采用的是无线传输方式，考虑内部RAM 能否够用问题，所以选择STC89C54RD+单片机作为控制元件。

2.1 温湿度采集模块

在土壤型温湿度传感器上，我们选择的是具有防水功能的SHT11 传感器，其湿度测量范围：0 ～100%RH、温度测量范围：-40 ～+123.8℃、湿度测量精度：±3%RH、温度测量精度：±0.4℃，全量程标定，两线数字输出，可以直接与单片机连接。其外形见图1。

图1 防水型SHT11

2.2 显示模块

在显示模块上，我们选择的是12864 液晶显示器，可能实现对植物土壤湿度、温度信息的显示。该显示器具有功耗低、体积小、质量轻、超薄和可编程驱动等其他显示方式无法比拟的优点，不仅可以显示数字、字符，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可实现屏幕上下左右滚动、动画、闪烁、文本特征显示等功能；人机界面更加友好，使用操作也更加灵活、方便。其与单片机的接口电路如图2 所示。

图2 12864 接口电路

2.3 按键模块

按键模块可以根据对不同植物、不同季节对同温度、湿度的设定，使植物达到最佳的生长环境。其与单片机的接口电路如图3 所示。

图3 按键接口电路

2.4 执行机构模块

当传感器检测到土壤温湿度超过设定的值时，执行机构就会转动起来为盆栽实现烧水处理，使植物的生长达到最佳的生长环境要求。我们选择的是步科步进电机，其与单片机的接口电路如图4 所示。

图4 电机接口电路

3 软件设计

软件部分主要由主程序、数据采集程序、显示程序、电机驱动程序和按键程序构成。在程序的设计过程中，我们采用模块化编程方法，每个功能程序模块都能完成某一明确的任务，实现具体的某个具体的功能。采用模块化的程序设计方法，易于编写、调试和修改；便于分工，可由多个程序员同时进行编写调试；程序可读性好，便于功能扩充和版本升级；程序的修改可局部进行，使用频繁的子程序可以汇编成子程序库，以便于多个模块调用等（如图5）。