单片机下的大棚温湿度控制系统设计.docx

单片机下的大棚温湿度控制系统设计摘要：随着科学技术学的不断进步，农业当代化与智能化水平不断提高，智能生态农业将会获得更大的发展空间。利用ArduinoMega2560单片机设计了一个智能生态系统的温湿度检测及控制系统。该系统对温度、土壤湿度进行数据采集，使用单片机进行控制，利用继电器自动控制加热带、排风扇、水泵，以完成对系统环境的自动控制，同时参加wifi模块，可利用手机App进行实时控制，在温室大棚智能控制方面较大的推广价值。关键词：ArduinoMega2560；传感器；智能生态农业；温室大棚控制传统农业往往遭到地理环境、自然环境等众多因素影响，农产品产量和品质控制难度较大，这使得以温室大棚为主的设施农业对保障农业安全、促进农业发展具有重要意义。科学控制温室内温度、土壤湿度、光照强度是温室大棚的关键技术，为进一步实现智能、科学、合理地调节温室温湿度、光照度，构成有利于作物生长的理想环境，确保温室内农产品品质和效益，本文参考有关文献1-6，设计了一种大棚温湿度控制系统。1设计思路该系统采用单片机技术、传感器技术与网络技术相结合的技术道路，根据传感器检测到的数据，ArduinoMega2560单片机通过控制继电器，驱动排风扇、加热带、水泵、生长灯等执行装置，根据植物的生长特性进行远程自动控制，使系统各项参数到达设定目的。系统构造框图如图1所示。系统选择ArduinoMega2560单片机作为核心，分别由下面几个部分组成：ArduinoMega2560单片机、LCD显示部分、按键部分、继电器部分以及外设部分等。系统通过温湿度模块检测环境温湿度，将检测到的信号发给单片机，单片机将接收到的信号与系统参数值相互比照，再发出相应的控制指令。液晶显示模块能够显示当前环境的温湿度，再通过外设对温湿度进行控制，使其符合作物生长要求。2系统软件设计2.1主程序系统读取温湿度数值，通过对应控制继电器驱动执行装置，根据设定要求调节大棚温湿度，主程序流程图如图2所示。2.2检测子程序和控制子程序检测子模块包括传感器和显示屏控制。在检测子程序中，系统利用传感器采集环境中的数据，经单片机处理之后，通过显示屏显示实时数据。在控制子程序中，通过传感器检测到的数值和设定目的参数，利用单片机控制继电器的常开常闭触点，用以控制外部设备，通过这些外部设备对系统中的环境参数进行调节，可以选择手动形式进行控制。2.3WiFi模块及云平台WiFi模块的主要功能是连接中继路由器，WiFi模块和贝壳物联之间的通信是基于TCP的网络协议，通过连接云端系统稳定运行。由于每条成功发送的指令都会有信息反应，处理器会根据收到的数据结果分析能否进行下一步动作。云平台作为云端服务器能够储存和处理数据。云平台最主要的功能是提供人机交互界面，提供实时数据显示。本设计采用C语言编程设计界面，能够使实时数据变为动态曲线，让用户更便捷发现环境数据变化，进而创造知足农作物生长所需的适宜环境。3系统硬件设计硬件电路包括数据采集模块、显示模块、控制模块、复位模块。单片机使用外部电源+9V电源进行供电。3.1总体电路图总体电路如图3所示。3.2数据采集模块电路数据采集部分的电路由两个传感器组成，一个是DS18B20温度传感器，另一个是YL-69湿度传感器。温度传感器需要一个上拉电阻来稳定信号，使总线持续高电平，准确读取当前的温度值。湿度传感器是一个集成模块，把它的各个引脚连接到ArduinoMega2560单片机上即可。3.3显示模块电路本设计使用LCD12864显示屏，电路如图4所示。3.4控制模块电路控制部分包括单片机、继电器、单刀双掷开关、加热带、水泵、排风扇。水泵和加热带采用220V的沟通电源供电，排风扇使用12V的直流电源供电。控制系统有自动手动两种形式。3.5复位模块电路ArduinoMega2560单片机的复位引脚是低电平复位，所以用按键按的时候给RESET引脚一个有效的低电平即可。4.1控制系统基本功能测试本文设计一个模拟大棚封闭环境对系统进行基本功能测试，目的参数设置为温度23，湿度95%，光照85lux。4.2WiFi及云平台数据测试现场节点设置好以后上电启动WiFi模块，WiFi模块接收处理器发送的AT+i指令，监测中心联网，上位机和下位机一起组成监控系统。WiFi模块作为上位机与下位机的桥梁首先得连接中继路由器，设置工作形式，对无线模块进行透传设置，这样WiFi模块就会在联网的情况下自动登录贝壳物联网站。贝壳物联开源提供设备和传感器ID，用户能够通过域名和端口接入贝壳物联平台。在贝壳物联上，经过处理的数据以波动的曲线形式跳动，这样最大的优点就是当环境发生忽然变化时，很容易被监测者发现。还能够查询历史数据，与即时数据进行比照分析。4.2.1光照传感器数据的测试本次测试是在实验室测得的光照数据，遮挡光照传感器会发生数据变化，传感器的精度为±1lux。光照数据图如图5所示。4.2.2温度传感器数据测试测量050温度传感器，供电电压为DC3.35.5V，误差温度为±2。为确保实验的准确性，反复测量5次同一环境温度，与标准的温度计进行比照分析，固然有一些误差，但是统计误差不超过1。本次测试充分证实了此次温度测试的数据有效，能够帮助监测者实时监测环境温度，所采取的数据到达实验要求。4.2.3湿度传感器数据测试为了确保测试的准确性，本设计在一样环境下取样5次，通过与标准的湿度计进行比照，能够明晰地观察到误差。通过改变环境参数，数据也会随之不断变化，测量数据见图6所示。通过与标准的湿度计比照测得数据，见表1所示。4.2.4手机控制测试通过手机端能够远程控制系统的开关，经过测试系统手机能够远程控制。在手机APP上添加开关，通过设置指令控制系统开关，这样就能够到达分别控制的目的。5结论本文设计了基于单片机的大棚温湿度实时控制系统，实验测试结果显示，该系统具有制作成本低、系统功能稳定、便于远程实时控制等特点，有较好的应用前景和推广价值。