基于单片机的温室大棚自动控制系统
【摘要】本系统由单片机STC89C52、温度检测电路、湿度检测电路、光照度检测电路、键盘扫描电路、时钟电路、传感器电路以及继电器控制电路等部分组成。系统采用STC89C52单片机，功能强、功耗低、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等特点。
论文完成了以STC89C52单片机为核心对空气温度、土壤湿度、光照度进行数据的采集、处理、显示等系统
的基本框图、工作原理和继电器控制的设计的阐述。该系统对植物生长过程中的土壤湿度、环境温度、光照度进行了实时地、连续地检测、直观地显示并进行自动地控制。克服了传统的人工测量方法不能进行连续测量的弊端，节省了工作量，并避免了人为的疏漏或错误造成的不必要的损失。
【关键词】单片机、湿敏传感器、数字温度传感器、光敏电阻、继电器控制。
基于单片机的温室大棚自动控制系统
目录
1.绪论 ................................................................................................................................................................... 2 1.1选题背景 ................................................................................................................................................... 2 1.2国内外的发展现状 ................................................................................................................................... 2 1.3课题内容、目的及思路 ........................................................................................................................... 2 1.4设计过程及工艺要求 ............................................................................................................................... 2 2.方案的比较和选择 ........................................................................................................................................... 3 2.1湿度传感器的选择 ................................................................................................................................... 3 2.2温度传感器的选择 ................................................................................................................................... 4 2.3光照度传感器的选择 ............................................................................................................................... 5 3系统的总体设计 ............................................................................................................................................... 5 3.1确定系统任务 ........................................................................................................................................... 5 3.2系统的组成和工作原理 ........................................................................................................................... 5 3.3元件的特性 ............................................................................................................................................... 8 3.3.1 STC89C52特点 ................................................................................................................................. 8 3.3.2AD0804特点....................................................................................................................................... 9 4.电路设计 ........................................................................................................................................................... 9 4.1湿度测量电路 ........................................................................................................................................... 9 4.2温度测量电路 ......................................................................................................................................... 10 4.3光照度测量电路 ..................................................................................................................................... 11 4.4数据显示电路 ......................................................................................................................................... 11 4.5复位电路 ................................................................................................................................................. 12 4.6键盘电路 ................................................................................................................................................. 12 4.7继电器控制电路 ..................................................................................................................................... 13 5.软件设计 ......................................................................................................................................................... 13 5.1主程序流程图 ......................................................................................................................................... 13 5.2.参数测量子程序流程图 ........................................................................................................................ 15 5.3.键盘扫描子程序流程 ............................................................................................................................ 15 6.总结 ................................................................................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................................................................................ 17 附录1 电子元器件明细表 ........................................................................................................................... 19 附录2：系统总体电路图 ................................................................................................................................. 20 附录3：实物图 ................................................................................................................................................. 21 附录4：系统源代码 ......................................................................................................................................... 24
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基于单片机的温室大棚自动控制系统
1.绪论
1.1选题背景
现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度、湿度、光照强度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用，所以对大棚内的温度、湿度与光照强度等参数的控制就显的非常重要了。
传统的方法是用毛发湿度表、酒精温度计等进行人工测量，再对不符合的温度、湿度、光照度通过
[1]
在温室大棚进行灌溉、降温、遮光等控制操作来调节，这种人工测控的方法费时费力、效率低、且无法保证测量的连续性，测量的误差大、随机性大，随意性强。为了克服以上几点不足，我们需要一种造价低廉，使用方便且测量准确的自动测控系统。
1.2国内外的发展现状
国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件，不利于在我国广泛地推广，而当今在我国大多数地方对大棚温度、湿度、二氧化碳含量，光照强度的检测与控制都采用人工管理，存在着测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。本系统主要针对温室大棚内温度、湿度，光照强度研制了单片机控制的温室大棚自动控制系统,综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求三个方面因素之后，最终确定以STC89C52单片机为控制核心，选用性价比比较高的传感器，实现对温湿度的精确测量与准确控制，同时又具有价格低等优点，便于在我国推广。
1.3课题内容、目的及思路
本系统主要采用STC89c52单片机作为系统的控制核心，由温室内的空气温度传感器、土壤湿度传感器、光照度传感器采集数据，经过模数转换后送入单片机，由单片机根据采集的数据做出相应的控制，例如控制继电器的开合，使换气风扇、滴灌设备、遮阳幕等设备的启动或停止，达到控制温室各项参数的目的。同时在外接的LCD液晶上显示实时参数 ，便于观察。外接的键盘可以设定系统控制的温度值，以满足不同条件下对温度的不同要求。
1.4设计过程及工艺要求
在本系统中为了保证对温度、湿度和光照度的检测的实时性和准确性，采用了数字温度传感器DS18B20来检测温度。采用湿度传感器HS1101来检测土壤湿度。采用光敏电阻检测光照度。最后通过单片机STC89C52处理后显示在1602液晶显示屏上，并通过控制继电器的开合控制相应的调节部件对植物的生长环境的各项参数进行调节，以达到适合植物生长的环境条件。
本系统的基本功能有：检测空气温度、土壤湿度、环境光照度。显示以上各项参数并自动调节。
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基于单片机的温室大棚自动控制系统
2.方案的比较和选择
2.1湿度传感器的选择
单片机作为控制核心，要有被检测信号输入，由单片机处理。如何准确的确定外围环境的各项参数就显的非常重要。
传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始信号进行准确可靠的捕捉和转换，系统就无法实现要求的各项功能。工业生产过程中的自动化的测量和控制，大部分主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各项参量，使系统工作在最佳的状态下。 测量土壤湿度的方法有很多种，其原理是根据某种物质从其周围的土壤中吸收水分后引起的物理或化学的性质的变化，间接的获得土壤的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸水后的介电常数、电阻率和体积发生的变化进行湿度的测量。
方案一：采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ～1KHZ，测量范围为0%～100%RH，工作温度为0～50℃
，阻抗在75%RH(25℃)时为1MΩ。这种传感器主要用于开关的传感器，不能在宽频域内检测湿度。这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性度。
方案二：采用HS1100/ HS1101湿度传感器。HS1100/ HS1101湿度传感器，在电路结构上等效于一个电容器，其电容量随着土壤湿度的增大而增大，不需要校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应，专利设计的固态聚合物结构由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路。
综合比较方案一和方案二，方案一虽然满足精度和测量温度的要求，但是只是限定于一定的范围内使用时具有良好的线性度。因此，我们选择方案二作为本设计的湿度传感器。
200 190 180 170 F [3]
[2]
电容
20 40 60 80 100 相对湿度%
图2-1：HS1101湿度－电容响应曲线
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基于单片机的温室大棚自动控制系统
湿度传感器HS1101的特点：相对湿度在1%～100%RH范围内：电容量有16pf变到200pf，其误
RH,响应时间小于5S，温度系数为0.04pf/。由此可以看出HS1101具有测量精度高，反
差不大于
应速度高的优点，其湿度－电容响应曲线如图2-1：
HS1101的一些常用参数如表2-1：
表2-1：HS1101常用参数 参数 工作温度 储存温度 供电电压 湿度范围 焊接时间@=260℃ 符号 Ta Tstg Vs RH t 参数值 -40～100 -40～125 10 0～100 10
单位 ℃ ℃ Vac %RH S 2.2温度传感器的选择
方案一：采用AD590温度传感器。AD590温度传感器是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590性能描述：测量范围在-50℃-- +150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃ 。AD590为电流型传感器温度每变化1℃其电流变化1uA在35℃和95℃时输出电流分别为308.2uA 和368.2uA 。
方案二：采用DS18B20温度传感器。美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18820,便于多点测量且易于扩展。
综合比较方案一和方案二，两方案都可以满足设计所要求的精度温度要求，但方案一的后续电路复杂，需要经过放大，数模转换等步骤，增加了设计的复杂度和成本，并需要占用单片机较多的I/O口。方案二的后续电路简单，占用的I/O口数量少，为整体设计留出了足够的I/O口资源。故我们采用方案二作为本系统的温度传感器。
DS18B20的温度值格式如表2-2：
表2-2 DS18B20的温度值格式
低字节 高字节 位7 2 位15 S 3[5][4]
位6 2 位14 S 2位5 2 位13 S 1位4 2 位12 S 0位3 2 位11 S -1位2 2 位10 2 6-2位1 2 位9 2 5-3位0 2 位8 2 4-4DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H （正温度直接把16进制数转成10进制即得到温度值 ）; -55℃的数字输出为 FC90H。（负温度 把得到的16进制数 取反后1再转成10进制数）。
数字输出格式如表2-3：
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