基于STC89C52单片机智能农业蔬菜大棚系统设计

王彦儒,缪 睿,葛蕴华,陈 颖

(1.江苏农林职业技术学院,江苏 句容 212400;2.江苏大学农学院(句容),江苏 镇江 212400;3.金陵科技学院,江苏 南京 210000)

0 引言

蔬菜是人们日常生活中必不可少的绿色食物之一。温室大棚在农业生产中为广大百姓提供了不同于当季节的蔬菜和水果。虽然在我国北方大棚应用比较广泛,但是将自动化控制与大棚蔬菜种植结合起来的实例并不是很多。传统的蔬菜大棚的温度控制完全是根据农民的主观判断和现场操作,很难控制温度和湿度。综上,依靠计算机的传感监测与自动控制技术,达到农作物高产与优质的目的,是我国农业现代化建设中不可或缺的一步。

1 方案设计

为了实现无人看管时大棚中的农作物能正常生长,本文设计了基于单片机的智能化控制系统对大棚温湿度进行调节,使其达到适中的数值,有益于促进农作物的生长和发育。系统原理如图1所示。

图1 单片机温湿度智能控制系统原理

2 各部分功能实现

(1)通过STC89C52单片机控制整个系统,配合温湿度传感器,发光二极管等元器件经行测量、提示,同时对其进行适当的调整控制。

(2)温湿度传感器:以温湿度一体式的探头作为测温元件,将温度和湿度信号采集出来,经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后,转换成与温度和湿度呈线性关系的电流信号或电压信号输出,并显示在显示屏上[1]。

(3)闪烁发光二极管:由CMOS集成电路和发光二极管组成的特殊发光器件,设置温湿度上下限。当温湿度超过或低于上下限值的时候,二极管就会通过闪烁经行提示;单片机会在接到提示后自主发起对温湿度的控制,让温湿度达到植物所需的程度。

(4)模拟环境:利用不同的材料搭建一个较小的大棚,把温湿度控制装置放在大棚内,再模拟正常生活中大棚所处环境和各种变量的数值,进行测量和记录。

3 硬件设计

单片机采用STC89C52RC,由STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字节系统可编程Flash存储器,比较适合农业生产的环境控制。虽然STC89C52使用经典的MCS-51内核,但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能,例如:看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,3个16位定时器/计数器等。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52能为大棚温湿度控制系统提供高灵活、超有效的解决方案[2]。

工作频率范围:0～40 MHz,相当于普通8 051的0～80 MHz,实际工作频率可达48 MHz;工作电压:5.5～3.3 V(5 V单片机)/3.8～2.0 V(3 V 单片机);工作温度范围:-40～+85 ℃(工业级)/0～75 ℃(商业级)可以适应不同的地区环境。

通用I/O 口(32 个),复位后为P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻[3],作为 I/O 口用时,需加上拉电阻。时钟电路采用内部时钟方式,为单片机系统提供时钟信号[4]。

4 实验结果

通过烧入程序,设置上下限温度在20～30 ℃,此时温湿度传感器开始工作,显示温度为25 ℃,在合理范围内;然后,移动器件位置,放置在较热的地方,此时测试的温度开始升高。当温度超过30 ℃,二极管开始闪烁,紧接着的单片机控制的风扇开始转动进行降温,达到实验效果;与此同时湿度也被由单片机控制的洒水而开始使湿度达到合理的范围。实验结果如图2—3所示。

图2 单片机温湿度智能控制系统实验结果-1

图3 单片机温湿度智能控制系统实验结果-2

5 结语

本文设计的大棚智能控制系统以STC89C52作为主控单片机,通过温度传感器、湿度传感器等对温室大棚的温度和湿度进行实时监测、参数采集,与预设的参数值进行对比,判断是否发出警报。系统处理后及时进行智能化、自动化的控制调节,节适合作物生长的环境参数。此应用操作简单方便、自动化程度高、价格便宜,降低了传统人工参数采集的迟滞和不准确,能提高生产效率,保障农业产品质量。温室大棚智能系统实现了农业生产的高效化、科学化,应用前景十分广阔,推广价值高。