蔬菜温室大棚温湿度控制系统.doc

托普物联网开创智慧农业新时代！蔬菜温室大棚温湿度控制系统随着农业产业规模不断扩大和大棚技术的不断普及，温室大棚数量不断增多温湿度控制是蔬菜大棚一个重要的控制环节托普物联网设计了基于单片机 STC12C5A60S2 和温湿度传感器DHT11 采集数据的温湿度控制系统温湿度太低，蔬菜会被冻死或停止生长，因此应将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内传统的温度控制是在温室大棚内悬挂温度计，工人根据读取的温度值调节大棚内的温度; 而湿度控制只能依据工人的经验做出判断是否需要灌溉这种靠人工控制温湿度的方式方法，既耗人力，又不精确，传统的温湿度调控措施表现出极大的局限性 1 温湿度控制系统基本工作原理系统核心架构如图 1 所示，单片机 STC12C5A60S2 通过温湿度传感器 DHT11 采集蔬菜温室大棚里的温度和湿度参数，并同时显示于显示模块和上位机电脑上操控者既可以通过上位机输入控制指令实现当前和历史温湿度查询，也可以现场通过温湿度显示模块观察当前温湿度读数，并通过上位机远程设定和修改适合蔬菜生长期的温湿度阀值系统根据当前温湿度阀值驱动继电器，控制执行机构进行相应操作，达到控制蔬菜温室大棚温湿度的效果。

图1 温湿度控制系统原理 2 温湿度控制系统硬件设计 系统采用模块化设计，方便系统的升级、功能扩展或根据用户需求而定制和改造不同功能模块，既方便了设计、调试和维修，也大大增强了系统的实用性 2.1 温湿度数据采集电路 采用 DHT11 数字温湿度传感器采集温室大棚的温湿度它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有品质卓越、响应快、抗干扰能力强、体积小、功耗低、性价比高等优点，信号传输距离可达20 m 以上，是各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择系统温湿度数据采集电路如图 2 所示图2 单片机12C5A60S2 与 DHT11 接口电路2.2 温湿度控制电路 温湿度控制电路利用单片机 P1 口的 P1.0 ～ P1.4 控制三极管的通断电，继而控制继电器的通断电，达到准确控制执行机构进行相应操作的目的由图 3可知，通过继电器控制大功率热源灯或暖炉达到升温目的温度控制和湿度控制电路的原理如图 4 所示，两者原理图相同，只是控制端输入信号不同图中直流电机可以实现正转和反转，当2 个三极管基极分别接 P1． 0、P1． 1 时，实现对温室内部采暖、通风设备的控制，达到升温或降温的目的; 当 2个三极管基极分别接 P1．2、P1．3 时，实现控制水阀开关以控制喷淋系统，达到控制蔬菜温室大棚湿度的目的。

另外，系统控制部分与执行机构部分供电系统采用分离式，这样既增加了系统的安全性，又为驱动大功率设备或高压用电器提供方便图3 温度控制电路图4 湿度和温度控制电路2.3 通讯模块电路 当前微机系统，采用 RS-232 接口实现远距离串行传输数据，单片机采用 5 V 的 TTL 电平RS-232电平与 TTL 电平不兼容如果两者直接相连，会使数据出现较大失真，这是绝对不允许的为了实现单片机与上位机计算机之间通讯，系统采用美信公司生产的 MAX232 芯片进行电平转换，其转换电路如图 5 所示图5 电平转换电路由图5 可知，RS-232 接口只使用了 3 根信号线: 地线、接收线、发送线上位机通过 RS-232 接口发送信号经由MAX232 转换后变成 TTL 电平信号，从而被单片机串口所接收D24 和 D23 分别是发送和接受的指示灯，上位机与单片机通讯时它们会闪烁，以便系统调试维护3 温湿度控制系统软件设计本系统采用 C51 语言进行模块化编程，主要由主程序、串口中断服务程序、DHT11 编程应用子程序( 包括 2 个: 一个为从 DHT11 读取温湿度数据子程序、一个为判读 DHT11 数据线上电平子程序) 等组成。

在此，给出系统主程序流程图和 DHT11 编程应用流程图3.1 系统主程序流程 图6为片上主程序流程，程序一直在这个流程中重复运行，除非出现了串口中断或定时器中断串口中断给主程序 main( ) 发控制指令并修改 check( ) 子函数里用到的温湿度阀值 由于中断有专门的中断服务程序处理，故主程序流程中并未出现中断服务程序的流程) 图6 主程序流程温湿度传感器 DHT11 技术参数及其各种时序图网上有不少资料可供参考由于 DHT11 数据读取部分是系统软件设计最关键部分，这里给出温湿度读取子函数 read( ) 流程( 图7) 及电平判断子函数 count( ) 流程( 图8) 其中，DA 为总线电平图7 温湿度读取子函数 read( )流程3.2 串口中断服务程序 本系统中所有指令的发送和接收都是通过单片机的全双工异步串行口完成，而对指令的处理则是由串口中断服务程序完成每当串口通讯发生时，就会执行串口中断服务程序，通过分析判断控制指令，系统执行相应操作NDVI 和 EVI 空间分布特征 7 月大多数自然植被的生长达到顶峰，植被指数达到最大值，以 7 月 NDVI 为例，对整个河南省植被指数作空间分布分析。

河南省地区的 NDVI和 EVI 分布如图3 所示根据河南省地貌与水分、热量、光照等气候要素将河南省分为豫北山地、豫西山地、豫南山地、黄淮海平原、南阳盆地5 个主要土地利用类型区 1) 黄淮海平原该区位于河南省中东部，包括驻马店市、周口市、漯河市、许昌市、郑州市等地市由于光照、热量、水分较充足，土地富饶，水分、热量等要素区域差异小，易成片耕种，因此形成了以耕地为主要类型的土地利用格局，是河南省主要的粮食生产基地，7 月植被主要为农作物水稻、玉米等该区域植被指数高 2) 豫西山地位于河南西部，主要包括三门峡市、洛阳市、南阳市，为崤山、熊耳山、伏牛山区，主要植被类型为林地，多为落叶阔叶林，7 月由于光合作用及水热充足，植物生长达到顶峰，植被指数高 3) 豫南山地位于河南南部信阳地区，由于水热条件都比较好，该地区植被指数较高 4) 豫北山地位于河南省北部，主要包括安阳市、鹤壁市、濮阳市等地，由于光照、水热等相对较低的原因，植被指数比豫西、豫南山地地区偏低 5) 南阳盆地位于河南省西南部，三面环山，气候温和，雨量充沛，土壤肥沃，适农耕，但该区域植被指数较平原地区偏低一些图8 电平判断子函数 count( )流程。