基于51单片机的智能大棚管理系统

2012“毕昇RIGOL”杯全国电子创新设计竞赛设计论文设计题目：基于单片机的智能大棚管理系统参赛学校：山东电子职业技术学院专业：电子信息工程技术参赛学生：姜晓鹏王亚东刘祥熙指导教师：宫月月目录一、摘要..................................................................................3二、系统简介.............................................................................4（一）系统框图....................................................................4（二）系统主要实现功能....................................................4（三）系统组成....................................................................53.1主控部分.....................................................................53.2二氧化碳检测部分...................................................53.3温湿度检测部分........................................................73.4显示部分....................................................................73.5防盗部分.....................................................................83.6执行机构....................................................................8（四）系统软件流程图......................................................9三、总结....................................................................................11四、谢辞....................................................................................11五、参考文献...........................................................................11一、摘要随着科技的发展，农业科技也一步步走进我们的生活。蔬菜大棚的增多，人们对其性能要求也越来越高。特别是要提高其生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。单片机技术的逐步成熟，加快了我们走向现代化、科技自动化的进程。本系统以达盛科技STC89C52单片机为控制核心；利用温湿度、二氧化碳等多路传感器采集数据；12864液晶屏实时显示；对大棚内的温湿度、二氧化碳浓度、光照强度进行有效、可靠地检测和控制。该系统具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠的特点。关键词：农业科技、单片机技术、温湿度，二氧化碳浓度、光照强度AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,agriculturalscienceandtechnologystepbystepintoourlives.Theincreaseinvegetablegreenhouses,peopleincreasinglyhighperformancerequirements.Inparticular,toimproveitsproductionefficiency,higherandhigherdegreeofautomationrequirementsforgreenhouse.Microcontrollertechnologymatures,andtoaccelerateustowardsaprocessofmodernizationandautomationtechnology.ThissystemmicrocontrollertoSTC89C58asthecontrolcenter;temperatureandhumidity,carbondioxideandothersensordatacollection;12864LCDreal-timedisplay;temperatureandhumidityinthegreenhouse,carbondioxideconcentration,lightintensity,effectiveandreliabledetectionandcontrol.Thesystemhashighdetectionprecision,easytouse,lowercostsandreliablework.Keywords:AgriculturalScienceandTechnology,microcontroller,temperatureandhumidity,carbondioxideconcentration,lightintensity二、系统简介（一）系统框图（二）系统主要实现功能本系统根据环境变化，实时自动调节植物生长环境，具体如下：1.方便高效地实现温湿度检测，控制通风、控制帘子收放；2.采用滴灌，实现节水、节能；3.太阳光检测，太阳能捕光给蓄电池充电，节能降耗；4.热释电检测和激光门禁系统，无人看守时进行防盗；5.科学利用音乐、灯光颜色等实现植物增长、增收；6.自动根据植物需要，调节二氧化碳浓度和植物生长温度。达盛主控板CO2检测MG811光照检测温度检测湿度检测光敏传感器DHT11DHT11继电器太阳能追光风扇遮阳帘电磁阀电机三极管驱动步进电机电太阳能电池板红外遥控门禁系统门（三）系统组成3.1主控部分本系统以达盛科技的主控板配STC89C58单片机为控制核心，该主控板具有高抗干扰、加密性强的特点，，对于系统的安全性能有可靠的保障。实现原理，如图所示：3.2二氧化碳检测部分为了达到实时检测二氧化碳浓度，控制环境生长的目的，经过多方面考虑，最终我们选取了对CO2有良好的灵敏度和选择性，受温湿度的变化影响较小的MG811二氧化碳传感器。它具有良好的稳定性、线性。经过CA3140高阻态运放阻抗变换电路之后，得到可采集的模拟信号。得到信号后，我们采用了TLC154910位串行AD对模拟信号进行处理，最后送给单片机。经单片机处理后，送给12864液晶实时显示，并对棚内风扇等进行有效控制。工作原理本传感器采用固体电解质电池原理，由下列电子构成：空气，Au|NASICON||碳酸盐|Au，CO2灵敏度特性：图2给出了传感器的灵敏度特性曲线。其中：温度：28℃、相对湿度：65%、CO2浓度：21%EMF:元件在不同气体，不同浓度下的输出电势MG811灵敏度特性250260270280290300310320330100100010000ppmEMF(mV)CO2酒精COCH4响应恢复特性：从图3中可以看出：固体电解质元件具有较好的响应恢复特性。温湿度特性：为了检测信号，我们做成了模块进行检测，具体实现如图所示：TLC1549是TI公司生产的10位逐次逼近模数转换器，该器件具有两个数字输入端和一个3态输出端，它们提供与微处理器串行端口的3线接口。具备自动采样保持功能，采取差分基准电压高阻输入，可按比例量程校准转换范围，实现低误差的转换。本系统采用该芯片完成二氧化碳浓度电信号数据的处理。MG811温度特性（65%RH)250270290310330350-200204060EMF(mV)350ppmCO23500ppmCO2MG811湿度特性（室温）290300310320330340350360020406080100湿度（%RH)EMF(mV)350ppmCO23500ppmCO2响应恢复特性（3500ppmCO2)28028529029530030531031532032533005101520时间（s)EMF(mV)3.3温湿度检测部分在温度和湿度测量方面，我们选择了温湿度传感器DHT11。它具有成本低、长期稳定、相对湿度和温度测量、品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、超长的信号传输距离、数字信号输出、精确校准的优点。实现原理和工作电路：单片机发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信采集。信号发送如图所示。数据时序图：数据时序图3.4显示部分为了实时显示大棚状态，我们采用了12864液晶作为显示核心，并作为人机对话界面提醒人们输入密码，进入系统。12864液晶自带中文字库，且能显示图片，显示比较人性化。根据现有条件，我们采取了此方案。经过试验，达到了我们的原先要求。操作时序图：硬件电路：由于八位串行速度较快；根据系统实时性的需要我们采用这种数据连通方式。虽然占用了多个I/O资源，但这种方式达到了我们实时显示温湿度、二氧化碳浓度；如有人进入提示人们输入密码，并对密码进行了显‘星’处理，保障了系统显示和系统安全，达到了系统预先的要求。3.5防盗部分为了使大棚实现无人管理的目的，本系统特别设计了一套防盗系统。当有人进入大棚时，热释电检测，检测到有人靠近，然后将数据传送给单片机。单片机接收到信号随即让12864提示输入密码，用户用红外遥控（钥匙）输入密码，若密码正确，用户进入，激光会计算进入人数。若密码输入三次仍不正确，单片机会命令12864液晶显示“请你离开，谢谢合作”字样，并会自动启动报警系统5秒。若来人未输入密码直接进入，则启动报警系统，直至来人离开。实现原理：3.6执行机构为了体现系统的实用性，实现现实中能达到的效果，我们特别做了模型。我们采用继电器控制风扇，实现通风；三极管控制语音，实现语音刺激植物生长；步进电机控制卷帘，实现对大棚内温度控制；步进电机追光，实现光能利用，补充系统所用电能；单片机直接控制补光灯，实现光能补充；三极管驱动电磁阀，控制灌溉。实现原理：为了驱动步进电机，我们采取了高耐压、大电流的ULN2003作为驱动芯片。该芯片价格低廉，能实现步进电机正反转。采用此种方式成功实现大棚卷帘；门窗自动开关；太阳能追光。（四）系统软件流程图本系统分为监控和追光两部分。监控部分主要由红外门禁、二氧化碳检测、温湿度检测、电磁阀和风扇控制组成；追光部分由太阳光检测、补光灯、电机带动电池板追光、电机带动卷帘等组成。系统软件已通过测试，达到了预定的要求。特将程序框图列出：无有是否开始初始化检测是否有阳光电机追光停止追光，太阳能电池板充电检测阳光强度150收帘子放帘子否是提示离开是提示输入密码否否否是是显示棚内人数测试数据：我们根据一天早中晚实时监测，检测得到的二氧化碳浓度值、温湿度值、阳光强度及系统状态。时间温度湿度二氧化碳浓度阳光强度帘子风扇追光系统电磁阀早15℃37%RH7000ppm4100lx敞开关追光关中25℃58%RH4000ppm31000lx敞开开追光开晚20℃49%RH3000ppm200lx关闭关停止追光关系统初始化检测是否有人12864液晶显示定时器计数=0.5秒CO2检测=设定值?=3秒温湿度检测=设定值?密码是否正确用户输入密码3次进入大棚激光计人数用户离开开始结束风扇电磁阀三、总结在我们三人的共同努力下，系统最终达到了预想的效果。并且我们做出了模型，虽然这只是一个模型，需要经过实践的检