蔬菜大棚温湿度的控制系统设计.docx

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蔬菜大棚温湿度的控制系统设计

摘要

随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。

温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要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部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。

如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。

现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局性。

为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。

本论文主要阐述了基于AT89C51单片机的西红柿大棚温湿度控制系统设计原理，主要电路设计及软件设计等。

该系统采用AT89C51单片机作为控制器，SHT10作为温湿度数据采集系统，可对执行机构发出指令实现大棚温湿度参数调节，具有上下位机直接设置温湿度范围，温湿度实时显示等功能。

上位机采用Delphi软件进行编写，用户界面友好，操作简单，可以根据大棚西红柿生长情况绘制成简明直观的作物生长走势图，从而容易得出最适合作物生长的温湿度值。

关键词：

AT89C51；SHT10；蔬菜大棚；温湿度；控制系统；传感器

Abstract

Withthepopularizationoftrellistechnology,greenhousetrellisanever-growingnumber,forvegetableshedspeaking,oneofthemostimportantmanagementfactoristhetemperatureandhumiditycontrol.Temperatureistoolow,thevegetableswillfreezetodeathorstopgrowing,sowillalwayscontroltemperatureandhumidityinasuitablevegetablegrowthrange.Traditionaltemperaturecontrolisingreenhousetrellisinternalhangingathermometer,workersaccordingtoregulatethetemperaturereadingthetemperatureinsidetheshelter.Ifonlybyartificialcontrolbothconsumptionmanpower,andeasytoplaceregularorders.Now,withtheimprovementofagriculturalindustryscale,forlargerquantityoftrellis,traditionaltemperaturecontrolmeasureswillshowgreatbureausex.Therefore,inmodernvegetableshedmanagementzhongtongoftentemperatureandhumidityautomaticcontrolsystem,inordertocontrolthetemperature,adapttothetrellisvegetableproductionneeds.

ThisthesismainlyelaboratedbasedonAT89C51tomatoescanopytemperatureandhumiditycontrolsystemdesignprinciple,maincircuitdesignandsoftwaredesign,etc.ThissystemUSESAT89C51singlechipmicrocomputerascontroller,SHT10astemperatureandhumiditydataacquisitionsystem,maytotheactuatordirectivesrealizetrellistemperatureandhumidityparametersadjustment,hastheupperandlowerlevelcomputerdirectlysettemperaturerange,temperatureandhumidityreal-timedisplay,andotherfunctions.PCusingDelphisoftwaretocompile,userfriendlyinterface,easyoperation,canaccordingtoshedtomatogrowthsituationblazonedwithsimple,directsimulationsofcropgrowth,thuseasytodrawthemostsuitableforcropgrowthoftemperatureandhumidityvalue.

Keywords：

AT89C51;SHT10;vegetableshed;Temperatureandhumidity;ControlSystem;sensor

第1章绪论

1.1系统设计背景

植物的生长都是在一定的环境中进行的，其在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境中的温度和湿度。

环境中昼夜的温度和湿度变化大，其对植物生长极为不利。

因此必须对环境的温度和湿度进行监测和控制，使其适合植物的生长，提高其产量和质量。

本系统就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，控制操作方便，性价比高的应用于农业种植生产的西红柿大棚温湿度测控系统。

西红柿属于喜温作物，但不喜高温。

据实验：

白天27℃，夜晚17℃，温差保持在10℃情况下，番茄生长最快。

进入开花期，应加大通风量。

上午棚内温度升到20℃，要逐渐打开通风口，降温排湿。

从开花至浇催果水之前，棚温不要超过28℃。

下午当棚温降至20℃时将通风口关闭。

本系统主要完成对西红柿大棚内温度和湿度等参数的采集、存储，并具有向监控中心传送数据以及执行监控中心的指令等功能。

本系统温湿度的监控包括以下步骤：

感应环境温湿度；判断感应到的温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，判断异常是否超过预设时间；若异常超过预设时间，则输出异常信号至主控机；异常报警；判断异常是否处理完毕；以及若异常处理完毕，解除报警。

并可以利用控制器和主控机来达到机房温湿度的远程控制，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。

为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。

它以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。

1.2系统功能、优势及特点

该检测系统充分利用AT89C51单片机的软、硬件资源,辅以相应的测量电路和SHT10数字式集成温湿度传感器等智能仪器,能实现多任务、多通道的检测和输出。

并且通过RS232接口实现与上位PC机的连接,进行数据的分析、处理和存储及打印输出等。

它具有测量范围广、测量精度高等特点,前端测量用的传感器类型可在该基础上修改为其他非电量参数的测量系统。

温湿度检测系统采用SHT10为温湿度测量元件。

系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性,经过一定的添加或改造,很容易增加功能。

根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，利用RS485总线将传感器信息送给485转232的转换器，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。

监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。

与此同时，监控中心可向现场控制器发出控制指令，监测仪根据指令控制风机、水泵、等设备进行降温除湿，以保证大棚内作物的生长环境。

监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知大棚管理人员采取相应措施来确保大棚内的环境正常。

1.2.1系统功能及优势

1.系统优越性：

系统结构清晰，高度集成化，安装、操作简单，适用于各类使用环境，操作界面充分考虑客户个性化需求，系统运行稳定性好。

2.自动记录:

实时更新并自动记录温湿值，所有温湿度历史记录及相关数据真实可靠，存储方式专用

3.易于查询:

查询任何该蔬菜温室内的固定测点及移动测点的温湿度历史数据记录、温湿度历史曲线、温湿度预警信息、温湿度超限信息、超限处理措施及整改提示、监测点环境情况评估、监测点故障、监测点地理位置等信息。

4.完整精确且灵活记录打印:

将预订的时间点自动记录所有测点的温湿度值及报警信息，形成可查询、打印的历史记录、历史曲线、报表。

5.灵活的报警功能:

报警方式有电脑声光报警、就地测点声光报警、预设地点（值班室）声光报警、手机短信报警、电子邮件报警等。

6.传感器在线标定:

需要标定系统测试精度时无须拆卸传感器，只需通过软件设定即可。

7.系统可扩充性强:

测点可在一定范围内任意增加。

8.安装简单:

接线方便可靠。

9.低功耗设计：

独有的自备电源管理方案，配有小容量UPS电源。

1.2.2系统特点

1.远距离:

识别的最远距离是80m（正常的距离是0～50米，50～80米的距离要另外配置天线），识别距离可调。

2.防冲突性:

先进的防碰撞技术，可同时识别200个/秒以上标识。

3.高速度:

最高识别速度可达200公里/小时。

4.安全性:

加密算法与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解。

5.方向性:

可实现有方向性和无方向性的识别。

6.高可靠:

 -40℃-85℃，防冲击。

7.成本性:

全部采用0.18uM的芯片，成本更低。

8.功耗性:

超低功耗，更健康、更安全。

9.传输性:

全球开放的ISM微波频段，无须申请和付费。

10.高抗干扰性:

对现场各种干扰源无特殊要求高抗干擾性。

11.温度特性：

±0.1℃（如果要求的温度范围更宽，则要特殊定）。

12.湿度特性：

±2%H（如果要求的湿度范围更宽，则要特殊定制）。

13.测量时间间隔：

至少需要1.5S（如果需要更快，则要特殊定制开发）。

第2章设计内容

2.1总体方案的设计

2.1.1设计思想

系统的一大特点是用户可以通过下位机中的键盘输入温湿度的上下限值和预置值，也可以通过上位机对温湿度的上下限值和预置值进行输入，从而实现上位机对大棚内作物生长的远程控制。

系统下位机设在种植植物的大棚内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，单片机读取数据后将数据送到缓冲区内，通过LED数码管进行实时显示。

同时与原先内部设定的参数值进行比较处理；单片机可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号，并通过继电器的控制对相应的设备如喷水器、吹风机、加热器、降温泵等进行操作，调节大棚内温湿度状态。

用户直接通过键盘对温湿度的上下限值和预置值进行设置后，如果环境的实时参数超越上下限值，系统自动启动执行机构调节大棚内湿度和温度状态，直到温湿度状态处于上下限值以内为止。

如果有预置初值，且与当前状态不相等时，系统也会启动