基于AT89C51的蔬菜大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  引言

　　伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)也逐漸地從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。而作為家鄉(xiāng)的蔬菜大棚，自然也離不開(kāi)現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)。通過(guò)國(guó)內(nèi)外大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的實(shí)踐證明，環(huán)境的控制對(duì)蔬菜生產(chǎn)起到非常重要的作用。只有在適宜的生長(zhǎng)環(huán)境下蔬菜才能充分發(fā)揮其高產(chǎn)潛力。對(duì)于蔬菜大棚內(nèi)環(huán)境的控制主要是對(duì)環(huán)境溫度、濕度和土壤水分等進(jìn)行測(cè)量和控制。為了更好地測(cè)量、控制濕度、濕度和土壤水分等影響蔬菜生長(zhǎng)的因素，本文設(shè)計(jì)了以AT89C51單片機(jī)為控制器的智能測(cè)控系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)環(huán)境溫度、濕度等觀測(cè)值進(jìn)行自動(dòng)控制和適時(shí)監(jiān)測(cè)，并利用聲音和燈光進(jìn)行越限報(bào)警及相應(yīng)的處理。

　　1 系統(tǒng)功能

　　該系統(tǒng)通過(guò)AT89C51單片機(jī)依次查詢蔬菜大棚內(nèi)各傳感器的輸出信號(hào)，然后再對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理后通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái)供菜農(nóng)觀測(cè)，與此同時(shí)，當(dāng)顯示值超出蔬菜正常生長(zhǎng)所需要的環(huán)境指標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生各種報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。除此之外，還可以將單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)輸入到PC機(jī)中，然后對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的分析、處理，從而找出各數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系及變化趨勢(shì)。

　　2 系統(tǒng)硬件組成

　　該系統(tǒng)的硬件主要包括以下幾個(gè)模塊：AT89C51主控模塊、各類傳感器模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、44780顯示模塊、電平轉(zhuǎn)換器。其中AT89C51單片機(jī)主要完成對(duì)外圍硬件的控制以及一些運(yùn)算功能，傳感器完成信號(hào)的采樣功能，A/D轉(zhuǎn)換器主要完成模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，44780顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能，電平轉(zhuǎn)換器將單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS232電平向上位機(jī)傳輸。

　　2.1 主控模塊

　該系統(tǒng)采用了ATMEI 89系列單片機(jī)AT89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)，該芯片采用51內(nèi)核，兼容MCS-51產(chǎn)品，1000次重復(fù)編程/擦寫(xiě)。AT89C51內(nèi)有128B的內(nèi)部RAM、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、32根可編程L/O線、內(nèi)部帶有振蕩器和時(shí)鐘電路。特別是其內(nèi)部有4kB的可編程閃爍存儲(chǔ)器，為程序開(kāi)發(fā)提供了很大的方便。

 
　　2.2 傳感器的選擇

　　2.2.1 溫度傳感器

　　溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DSl8820，它不僅能直接輸出串行數(shù)字信號(hào)，而且具有微型化、低功耗、高性能、易于微處理器連接和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。DSl8820數(shù)字溫度傳感器對(duì)于實(shí)測(cè)的溫度提供了9一12位的數(shù)據(jù)和報(bào)警溫度寄存器，它的測(cè)溫范圍為-55一+125℃，其中在一10一+85℃的范圍內(nèi)的測(cè)量精度為±0.5'U。由于每個(gè)DSl8820有唯一的。—們窿續(xù)64位的產(chǎn)品號(hào)，所以允許在一根電纜上連接多個(gè)傳感器，以構(gòu)成大型溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。DSl8820與AT89C51的接口電路圖如圖1所示，其中Dsl8820工作在外部電源供電方式，單片機(jī)89C51采用P2.0和DSl8820通信。

　　2.2.2 濕度傳感器

　　濕度傳感器采用Honeywell公司生產(chǎn)的IH3605集成濕度傳感器，內(nèi)部集成了信號(hào)調(diào)理電路，具有精度高、線性度好、互換性強(qiáng)及輸出電壓范圍大等諸多優(yōu)點(diǎn)，其獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)使之能抵抗?jié)駳?、塵埃、贓物、油和其他化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。其輸出電壓較高且線性較好，無(wú)需進(jìn)行信號(hào)放大和信號(hào)調(diào)整，可直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。IH3605的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

　　2.2.3 土壤水分傳感器

　　采用FDSl00土壤水分傳感器，該傳感器是基于介電理論并運(yùn)用頻域測(cè)量技術(shù)研制開(kāi)發(fā)的，能夠精確測(cè)量土壤和其它多孔介質(zhì)的體積含水量?？膳c溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)、土壤墑情采集、自動(dòng)灌溉控制等系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)水分的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)。它具有響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，防水防潮，傳輸距離遠(yuǎn)，工作溫度范圍寬等特點(diǎn)。FDSl00的技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

　　由于本系統(tǒng)需處理多路模擬信號(hào)，故采用AI×獬09A/D轉(zhuǎn)換模塊，它采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換；其片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬開(kāi)關(guān)，可對(duì)8路0—5V的輸入模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100S。其輸出具有，兀L三態(tài)鎖存緩沖器，可直接接到單片機(jī)ArlB9C51的P0121。ADC/EO）與AT89C51接口電路如圖2所示。

　　2.4 44780顯示模塊

　　本系統(tǒng)采用44780驅(qū)動(dòng)的LCD，HD抖780（KS0062）是用低功耗CMOS技術(shù)制造的大規(guī)模點(diǎn)陣LCD控制器（兼帶驅(qū)動(dòng)器），它與4bit/8bit微處理器相連，它能使點(diǎn)陣LCD顯示大小寫(xiě)英文字母、數(shù)字和符號(hào)等豐富的信息，同時(shí)有較強(qiáng)的通用性應(yīng)用，使用方便，用戶用少量元件就可組成一個(gè)完整點(diǎn)陣LCD系統(tǒng)，送入相關(guān)的數(shù)據(jù)和指令即可實(shí)現(xiàn)所需的顯示。

　　44780顯示模塊有8條數(shù)據(jù)線，3條控制線，可與微處理器或微控制器相連，通過(guò)輸入數(shù)據(jù)和指令，就可使模塊正常工作。44780顯示模塊和AT89C51單片機(jī)連接電路如圖3所示。

　　2.5 電平轉(zhuǎn)換器MAX232C

　　MAX232C為RS一232收發(fā)器，簡(jiǎn)單易用，單+5V電源供電，僅需外接幾個(gè)電容即可完成從7r見(jiàn)電平到Rs一232電平的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)可以通過(guò)串口經(jīng)MAX232C轉(zhuǎn)換成RS232電平向上位機(jī)（PC機(jī)）傳輸。

　　MAX232C與AT89C51的接口電路如圖4所示。

　　3 程序設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、數(shù)據(jù)采集與A/D轉(zhuǎn)換子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序等模塊組成，因?yàn)镃語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件易于實(shí)現(xiàn)模塊化，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高、可讀性強(qiáng)、移植好，所以本系統(tǒng)的軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。

　　在系統(tǒng)中主程序：完成系統(tǒng)的初始化，分配調(diào)用各子程序以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。主程序流程圖如圖5所示。數(shù)據(jù)采集與A/D轉(zhuǎn)換子程序是將傳感器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)量化、處理轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)值傳給主程序。顯示子程序?qū)γ看斡蓚鞲衅魉杉臄?shù)值經(jīng)量化處理后所得到的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行顯示。

　　報(bào)警子程序是當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，例如溫度超過(guò)一定數(shù)值或濕度以及土壤水分低于某數(shù)值時(shí)，音頻報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)相應(yīng)的指示燈亮，以提醒菜農(nóng)注意。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文通過(guò)基于AT89C51單片機(jī)的蔬菜大棚控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境溫度、濕度和土壤水分等環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，整個(gè)過(guò)程都是由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成，能對(duì)需要的特定溫度、濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以滿足蔬菜的生長(zhǎng)的需要。除此之外本系統(tǒng)可靠性高、使用方便，為下一步在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)，提供更大的方便。