一种简易温室控制系统的设计

摘要：针对温室大棚人工控制过程复杂，生产成本高和效率低下等问题。设计了一款基于STC89C55的低成本简易温室控制系统，该系统可对温室内的温度、湿度、光照度、和二氧化碳浓度等环境因子进行实时监控，并能按照预先设定的参数对温室环境进行自动调节，以满足不同农作物的生长要求。详细阐述了系统软硬件的实现方法。经仿真和实际应用表明：该系统具有探作简单，运行可靠和造价低廉等特点，能满足温室控制的需求，具有良好的应用前景和推广价值。
关键词：智能温室；控制系统；单片机；环境因子

温室是一种可以改变植物生长环境，为植物生长创造更好条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。随着社会经济的发展，各种园艺温室和农作物温室的数量在不断的增加，目前这些温室环境的控制大部分仍靠人工经验来进行手动控制，这种控制方式生产效率低下，单位产品的生产成本偏高，严重影响了农业生产的效益，阻碍了农业生产的发展。因此采用智能温室控制代替手工控制是现代温室发展的一个必然趋势，而当今国内常见的智能温室系统都是采用工控机或者PLC方案，其控制成本高，性价比低，较大部分用户经济能力承受不起。为此本文在综合考虑系统的测量精度、生产效率以及成本等多方面因素之后，设计了一种基于STC89E55RD+单片机的低成本简易温室控制系统。其成本较工控机要低，运行可靠，便于大批量推广。

1 总体设计
本系统整体原理框图如图1所示，系统采用STC89E55RD+单片机作为控制核心，通过各种传感器将温室内的温度，湿度，光照度和二氧化碳浓度等环境因子转换成相应的电信号，经调理电路后送入到单片机，实现对环境因子的采集，存储与显示。采集后的信号与预先设定的数值进行比较，当温室内环境因子参数超出预先设定的值时，启动相应的执行机构对其进行控制且系统发出声光报警，直至环境参数调节至目标范围内。温室控制系统还包括各种人机界面和数据传输接口，以实现了人机交换方式和实时参数的设定。此外，控制器同时也可与上位机进行通信，接收上位机指令并把采集的数据传给上位机，上位机可对数据进行集中管理。

2 系统硬件设计
2. 1 信号采集模块
2．1．1 模拟量采集模块
模拟量采集模块要完成对温室现场温度、湿度、二氧化碳浓度和光照度的测量与采集。
温度传感器选用数字化集成温度传感器DS18B20，该传感器将现场温度直接采用“一线总线”的数字方式进行传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合恶劣环境的现场温度测量。湿度传感器选用瑞士Scnsirion公司生产的智能数字湿度传感器SHT11，该传感器将湿度传感器、信号放大调理、A／D转换和加热器等功能全部集成于一芯片中，可给出全校准相对湿度值输出；并带有两线制的串行接口和内部基准电压，使系统的接口设计变得简单快捷。图2为温度和湿度采集电路原理图。

考虑到温室传感器的输出信号需要远距离传输，因此二氧化碳传感器和光照度传感器都选用电流型输出的传感器，光照度传感器选用TBQ-6型光照度传感器。二氧化碳传感器选用VC1008T-KS型CO2传感器。光照度和CO2采集模块电路原理图如图3所示。这两种传感器的输出信号都为4～20 Ma的电流信号，其信号处理通道如下：4～20 Ma的电流信号先通过250 Ω高精度取样电阻(精度为0．1％)，将电流信号转化为1～5 V的电压信号，通过四选一的多路模拟开关ADG509以差分的方式将信号输送到仪表放大器AD620，AD620将差分信号转换为单端信号输出，这种以差分方式输入电压信号，极大地减少了外间因素给A／D数据采集带来的信号干扰，提高了信号的输入阻抗，通过负反馈运算电路将输入的电压信号转化为MAX187所允许的输入电压范围0～4．096 V。在MAX187数字信号输出端与单片机的I／O口上加入6N137光电隔离器，把数字量信号和模拟量信号进行相互隔离，起到抑制交叉串扰作用。