农业暖棚(温室)温湿度控制系统的设计☆

摘  要
温室大棚是一个发展很快的领域。由于单片机控制的测温测湿系统具有体积小、功能强、集成度高、可靠性高、抗干扰能力等优于一般CPU的优点,所以越来越多的应用到温室控制。本文设计了一种基于单片机的大棚温湿度控制系统，进行多点测量，实现温室内温湿度的精确控制。本系统采用多个数字温湿度传感器 SHT11来测量室内的温湿度,简化了系统硬件设计,提高了测量精度。基于单片机AT89S52的电路，结构简洁，大大节省了I/O口资源，并且具有现场独立显示和远距离通信的功能。该系统性能可靠，结构简单，能实现对温室内温湿度的自动调节。
一般温室内的环境条件往往难以实现作物的优质高产，可通过环境控制来满足作物的最佳生长要求。在这里采用自然通风中的排齿开窗机构，与喷雾系统结合，有效的达到了温度与湿度方面的调节。卷帘在本系统中主要起到了保温的作用。这样使得作物能在较好的环境条件下进行生长发育。
关键词：温室；单片机；温湿度控制；自然通风；喷雾

ABSTRACT
Greenhouse is an area of rapid development. The temperature and humidity measuring system controlled by microcontroller have more advantages in small volume, strong-function, high integration, reliability, anti-jamming capability than general CPU, so more and more applications to the greenhouse control. This paper presents a microcontroller-based greenhouse temperature and humidity control system, multi-point measurements of temperature and humidity inside the greenhouse to achieve precise control. The system uses multiple digital temperature and humidity sensors to measure SHT11 indoor temperature and humidity, simplify system hardware design, to improve the measurement accuracy. AT89S52 microcontroller-based circuit, simple structure, significant savings in I/O port resources, and has on-site independent display and remote communication functions. The system is reliable, simple structure, to achieve the greenhouse temperature and humidity on the automatic adjustment.
General environmental conditions inside the greenhouse are difficult to achieve high yield crops, but can be controlled by the environment to meet growth demands the best crop. Where natural ventilation window in the row of teeth institutions, combined with the spray system and effective to achieve the temperature and humidity regulation. Rolling in this system has played a major role in insulation. This makes the crop in good environmental conditions for growth and development.
Keywords: Greenhouse; Microcontroller; Temperature and Humidity; Natural ventilation; Spray

温室温湿度控制系统总体设计方案
温室作为农业生产的“工厂”在农业现代化发展中扮演着越来越重要角色，其控制系统的精确与否将决定着农作物的产量和质量，而温湿度的测量又是温室控制系统精确运行的关键，所以设计一个高效、准确的温湿度测量系统是改善温室控制系统性能的前提条件。过去常用热敏电阻和湿敏电容来分别测量温度和湿度,这种温湿度测量系统在测量点比较少而且精度要求不高的场合还是可以胜任的,但在多点测量和精度要求比较高的场合其缺点就更为突出,因为当同时涉及到两个参数的检测时每一个测量点都必须使用两个独立的传感器和独立的数据初步处理电路,这将使多点测量系统成本大大提高,而且也很大程度上增加了系统设计的复杂性。对于此类系统的设计,若能找到集温湿度传感器于一体的集成式传感器则会使测量系统成本降低和设计大大简化,而瑞士SENSIRION公司出品的SHT1X系列传感器正是符合这种要求的传感器。
这里首先介绍高精度数字温湿度传感器SHT11的结构特点和工作特性,然后结合温室内温湿度多点测量的要求和SHT11的测量原理讨论了测量系统的设计方案,并从简化系统软硬件设计为目的确定了最佳设计方案,最后给出了基于单片机AT89S52的多点温湿度测量系统的软硬件设计。该系统具备了数据现场显示以及和PC机进行数据传输、通信的功能,并具有独立运行和结合PC机运行两种工作方式。PC机可以随时接入观测温室内部温湿度变化情况,该系统的设计为温室集散管理系统的开发提供了前提条件［8］。

基本工作原理
温室温湿度控制系统上电工作后,用户首先通过键盘输入温度及湿度的初值,单片机系统将用户设置的初值保存在X25045芯片中。单片机进入主程序后,开始以查询的方式检测温湿度传感器SHT11的温湿度状态,并将相应的数值通过液晶显示器显示输出。当温室内的温度(或湿度)小于设置的初值时,单片机将通过控制输出接口使加温设备(或加湿设备)开始工作；当温室内的温度(或湿度)大于(或等于)设置的初值时,单片机将通过控制输出接口使降温设备(或降湿设备)开始工作。

目    录   31000字
第1章 绪论    1
第1. 1节 选题背景和研究意义    1
第1. 2节 国内外温室控制技术发展概况    2
第1. 3节 我国温室发展趋势    3
第1. 4节 本章小结    5
第2章 温室温湿度控制系统总体设计方案    6
第2. 1节 基本工作原理    7
第2. 2节 温室内的温湿度多点采集系统设计    7
第2. 3节 温湿度控制结构    8
第2. 4节 本章小结    12
第3章 系统元器件的选择    13
第3. 1节 数字温湿度传感器SHT11    13
第3. 2节 单片机AT89S52    19
第3. 3节 X25045芯片    23
第3. 4节 液晶显示器LCD1602    24
第3. 5节 LM7805    27
第3. 6节 本章小结    28
第4章 系统硬件电路设计    29
第4. 1节 温湿度检测电路    29
第4. 2节 单片机与X25045接口电路    30
第4. 3节 单片机与液晶显示接口电路    31
第4. 4节 单片机与键盘及控制输出接口电路    32
第4. 5节 本章小结    33
第5章 控制设备    35
第5. 1节 通风系统    35
第5. 2节 喷雾系统    37
第5. 3节 卷帘机    39
第5. 4节 本章小结    41
第6章 系统软件设计    42
第6. 1节 设计思想    42
第6. 2节 主程序框图    42
第6. 3节 子程序框图    44
第7章 小 结    47
参考文献    48
附录    50
翻译部分    70
英文原文    70
中文译文    85
致  谢    94