基于單片機(jī)的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要： 摘要：溫度、濕度和 co2 濃度等是影響作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子，為有效進(jìn)行作物生長(zhǎng)的環(huán)境控制，針對(duì)日光溫室的特點(diǎn)，以模糊控制理論為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于模糊控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)溫室控制系統(tǒng)。介紹了以PC 機(jī)為上位計(jì)算機(jī)，MCS 一 51 單片機(jī)為核心的智能儀表為下位機(jī)的智能溫室分布式測(cè)控系統(tǒng)的工作原理及主要功能。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法。

2、該套控制系統(tǒng)符合我國(guó)現(xiàn)階段的國(guó)情且能很好地滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，成本低，運(yùn)行可靠，便于推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：智能溫室;計(jì)算機(jī)分布式自動(dòng)控制系統(tǒng);RS-485 通信網(wǎng)絡(luò);智能設(shè)備,模糊控制 中圖分類(lèi)號(hào)：TP302.1Distributed Measure and Control System controlled by single-chip controller used in Agricultural GreenhouscTempera

3、ture, humidity and the thickness of co2 have an important effect on the crops .In order to control such environmental factors. Based on Fuzzy control theory and computer control technology .The working Principle and main

4、 functions of the intelligent greenhouses with distributed control system in the Paper are introduced. This system uses PC as a host computer and intelligent instruments with MCS-51 single-chip microcomputers as secondar

5、y computer systems. The design methods of system hardware and software are fully described. The system was accord with the reality of agricultural Production of our country and was considered suitable to Agricultural Gre

6、enhouse and it can reach Producing requirement, Low-cost and high-reliability.KEY WORDS: intelligent greenhouse，computer distributed Auto-control system，RS-485 communication network，intelligent instrument，fuzzy control 0

7、 引言 引言智能化溫室是集農(nóng)業(yè)科技的高、精、尖技術(shù)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)于一體的先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)。它能營(yíng)造相對(duì)獨(dú)立的作物生長(zhǎng)環(huán)境，徹底擺脫傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)自然環(huán)境的高度依賴(lài)。隨著我國(guó)加入 WTO， “科技興省”是使我省在 21 世紀(jì)取得長(zhǎng)足發(fā)展的必然選擇，當(dāng)然，農(nóng)業(yè)也不例外，河南省作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大省，如何發(fā)展高效、節(jié)能、高科技農(nóng)業(yè)以產(chǎn)出高質(zhì)量、高附加值的農(nóng)產(chǎn)品對(duì)于我省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，智能化

8、溫室控制系統(tǒng)的研究國(guó)內(nèi)已經(jīng)受到重視，省內(nèi)已有采用工控機(jī)為控制手段的成套設(shè)備，并已投入使用，但其控制成本高，性?xún)r(jià)比低。本文結(jié)合我國(guó)國(guó)情和生產(chǎn)要求，以單片機(jī)為控制核心，研制了智能化溫室控制系統(tǒng)，其成本較工控機(jī)要低，運(yùn)行可靠，便于大批量推廣。1 控制系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1 ]本系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示，它是一個(gè)小型的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，是由數(shù)據(jù)采集工作站（下位機(jī)）和中心計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）組成的控制系統(tǒng)。其中數(shù)

9、據(jù)采集工作站又由相應(yīng)的傳感器(如溫度傳感器、濕度傳感器、C02 濃度傳感2.2. 2.2.測(cè)量控制模塊 測(cè)量控制模塊溫室系統(tǒng)需要采集的數(shù)據(jù)分為一般模擬量和開(kāi)關(guān)量、電量三種。需要采集的電量為電機(jī)的三相電壓和三相電流。設(shè)計(jì)中采用多功能智能電表進(jìn)行電量的數(shù)據(jù)采集，多功能電表采集電量數(shù)據(jù)后，傳遞RS485信號(hào)，通過(guò)保護(hù)電路傳遞到電平轉(zhuǎn)換器MAX485芯片，將智能電表傳送的三相電壓、三相電流、電度量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為T(mén)TL格式，再以串口通信的方式傳送給C

10、PU進(jìn)行接收。一般模擬量是指現(xiàn)場(chǎng)的濕度、CO2濃度、風(fēng)速風(fēng)向等模擬量，需要通過(guò)多路復(fù)用芯片完成多路數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換（如圖3所示），再將采集的數(shù)據(jù)給CPU處理。開(kāi)關(guān)量信號(hào)是指電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，繼電器狀態(tài)等參數(shù)，開(kāi)關(guān)量的采集通過(guò)擴(kuò)展的串行口即8255芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。CD4067BAD574P0–P11/CE/R/C。。。AINSTSINT1P0WR74LS373D0–D7Q0–Q7RDAT89C51XCOMQ0–Q4

11、模 擬 量 輸 入圖 3 模擬量的采集測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室的環(huán)境溫度、濕度、光照、二氧化碳的測(cè)量。測(cè)量模塊通過(guò)傳感器把各種環(huán)境因子非電量轉(zhuǎn)換為電量，通過(guò)信號(hào)整理電路把電信號(hào)線(xiàn)性化、放大濾波為 0-5V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳輸至核心控制模塊，然后通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有的 8 選 1 多路選擇開(kāi)關(guān)分別對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量送入單片機(jī)。溫度測(cè)量采用溫度傳感器 DS1820 實(shí)現(xiàn)，該傳感器測(cè)量精度高、線(xiàn)性度好， DS1820 的輸出值是一

12、個(gè) 9 位的二進(jìn)制數(shù)值，其測(cè)溫范圍在-55?C～125?C 之間，當(dāng)溫度值在-10?C～85?C 范圍時(shí)，誤差為±0.5?C。它的方便之處在于單線(xiàn)接口設(shè)計(jì)，使處理器只需要接一條數(shù)據(jù)線(xiàn)就能對(duì)它進(jìn)行全部的操作，實(shí)現(xiàn)操作指令和測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸。測(cè)量精度為士 0.1℃，信號(hào)放大和濾波電路利用高精度集成放大電路 CA3140 完成。濕度測(cè)量采用濕度傳感器 HS1SW-DL-L 實(shí)現(xiàn)，該傳感器測(cè)量精度高、線(xiàn)性度好，測(cè)量范圍 0-100% R

13、H，測(cè)量精度為士3%RH，信號(hào)放大、對(duì)數(shù)壓縮電路、交流信號(hào)電路和全波整流電路利用集成放大電路 TL062 完成。光照測(cè)量采用光電池實(shí)現(xiàn)，測(cè)量范圍 0-100 光照單位，測(cè)量精度為士 3 光照單位，信號(hào)放大和.濾波電路利用高精度集成放大電路 TL062 完成。二氧化碳測(cè)量采用二氧化碳傳感器 GS-160 實(shí)現(xiàn)，該傳感器測(cè)量精度高、線(xiàn)性度好，測(cè)量范圍 0-100PPM，測(cè)量精度為士 3PPM，信號(hào)放大和濾波電路利用高精度集成放大電路 CA3

14、140 完成?？刂颇K實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室大棚各環(huán)境參數(shù)的控制，共八路，分別控制升溫、降溫設(shè)備，加濕、去濕設(shè)備，補(bǔ)光設(shè)備，定時(shí)灌溉設(shè)備，定時(shí)二氧化碳施肥設(shè)備，遮陽(yáng)網(wǎng)設(shè)備等，控制電路是外部控制設(shè)備的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，根據(jù)溫室某環(huán)境因子超出設(shè)置的適宜參數(shù)范圍時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉控制設(shè)備，調(diào)節(jié)相應(yīng)的環(huán)境因子。其實(shí)現(xiàn)電路中，光電藕合器 MOC3041 的作用是觸發(fā)雙向晶閘管以及隔離單片機(jī)系統(tǒng)與控制設(shè)備，雙向晶閘管的選擇要滿(mǎn)足:額定工作電流為控制設(shè)備工作電流的 2