基于AT89C51的蔬菜大棚控制系统设计

  引言

　　伴随着科学技术的迅速发展，我国农业也逐渐地从传统农业向高产、优质、高效为目的的现代化农业转变。而作为家乡的蔬菜大棚，自然也离不开现代化的科学技术。通过国内外大量的科学实验和生产的实践证明，环境的控制对蔬菜生产起到非常重要的作用。只有在适宜的生长环境下蔬菜才能充分发挥其高产潜力。对于蔬菜大棚内环境的控制主要是对环境温度、湿度和土壤水分等进行测量和控制。为了更好地测量、控制湿度、湿度和土壤水分等影响蔬菜生长的因素，本文设计了以AT89C51单片机为控制器的智能测控系统，通过该系统可以对环境温度、湿度等观测值进行自动控制和适时监测，并利用声音和灯光进行越限报警及相应的处理。

　　1 系统功能

　　该系统通过AT89C51单片机依次查询蔬菜大棚内各传感器的输出信号，然后再对输入信号进行相应处理后通过显示模块显示出来供菜农观测，与此同时，当显示值超出蔬菜正常生长所需要的环境指标时，系统将产生各种报警信号进行报警。除此之外，还可以将单片机采集到的数据输入到PC机中，然后对输入数据进行一系列的分析、处理，从而找出各数据间的相互关系及变化趋势。

　　2 系统硬件组成

　　该系统的硬件主要包括以下几个模块：AT89C51主控模块、各类传感器模块、A/D转换器、44780显示模块、电平转换器。其中AT89C51单片机主要完成对外围硬件的控制以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能，A/D转换器主要完成模/数的转换，44780显示模块完成字符、数字的显示功能，电平转换器将单片机采集到的数据转换成RS232电平向上位机传输。

　　2.1 主控模块

　该系统采用了ATMEI 89系列单片机AT89C51来实现，该芯片采用51内核，兼容MCS-51产品，1000次重复编程/擦写。AT89C51内有128B的内部RAM、2个16位定时/计数器、32根可编程L/O线、内部带有振荡器和时钟电路。特别是其内部有4kB的可编程闪烁存储器，为程序开发提供了很大的方便。

 
　　2.2 传感器的选择

　　2.2.1 温度传感器

　　温度传感器采用DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器DSl8820，它不仅能直接输出串行数字信号，而且具有微型化、低功耗、高性能、易于微处理器连接和抗干扰能力强等优点。DSl8820数字温度传感器对于实测的温度提供了9一12位的数据和报警温度寄存器，它的测温范围为-55一+125℃，其中在一10一+85℃的范围内的测量精度为±0.5'U。由于每个DSl8820有唯一的。—们窿续64位的产品号，所以允许在一根电缆上连接多个传感器，以构成大型温度测控网络。DSl8820与AT89C51的接口电路图如图1所示，其中Dsl8820工作在外部电源供电方式，单片机89C51采用P2.0和DSl8820通信。

　　2.2.2 湿度传感器

　　湿度传感器采用Honeywell公司生产的IH3605集成湿度传感器，内部集成了信号调理电路，具有精度高、线性度好、互换性强及输出电压范围大等诸多优点，其独特的多层结构使之能抵抗湿气、尘埃、赃物、油和其他化学物质的侵蚀。其输出电压较高且线性较好，无需进行信号放大和信号调整，可直接进行A/D转换。IH3605的技术指标如表1所示。

　　2.2.3 土壤水分传感器

　　采用FDSl00土壤水分传感器，该传感器是基于介电理论并运用频域测量技术研制开发的，能够精确测量土壤和其它多孔介质的体积含水量。可与温室环境监测、土壤墒情采集、自动灌溉控制等系统集成，实现水分的长期动态连续监测。它具有响应速度快，重复性好，环境适应性强，防水防潮，传输距离远，工作温度范围宽等特点。FDSl00的技术指标如表2所示。

　　2.3 A/D转换电路

　　由于本系统需处理多路模拟信号，故采用AI×獬09A/D转换模块，它采用逐次逼近的方法完成A/D转换；其片内带有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0—5V的输入模拟电压信号进行转换，完成一次转换约需100S。其输出具有，兀L三态锁存缓冲器，可直接接到单片机ArlB9C51的P0121。ADC/EO）与AT89C51接口电路如图2所示。

　　2.4 44780显示模块

　　本系统采用44780驱动的LCD，HD抖780（KS0062）是用低功耗CMOS技术制造的大规模点阵LCD控制器（兼带驱动器），它与4bit/8bit微处理器相连，它能使点阵LCD显示大小写英文字母、数字和符号等丰富的信息，同时有较强的通用性应用，使用方便，用户用少量元件就可组成一个完整点阵LCD系统，送入相关的数据和指令即可实现所需的显示。

　　44780显示模块有8条数据线，3条控制线，可与微处理器或微控制器相连，通过输入数据和指令，就可使模块正常工作。44780显示模块和AT89C51单片机连接电路如图3所示。

　　2.5 电平转换器MAX232C

　　MAX232C为RS一232收发器，简单易用，单+5V电源供电，仅需外接几个电容即可完成从7r见电平到Rs一232电平的转换。单片机采集的数据可以通过串口经MAX232C转换成RS232电平向上位机（PC机）传输。

　　MAX232C与AT89C51的接口电路如图4所示。

　　3 程序设计

　　该系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与A/D转换子程序、显示子程序、报警子程序等模块组成，因为C语言编写的软件易于实现模块化，生成的机器代码质量高、可读性强、移植好，所以本系统的软件采用C语言编写。

　　在系统中主程序：完成系统的初始化，分配调用各子程序以实现系统功能。主程序流程图如图5所示。数据采集与A/D转换子程序是将传感器采集到的模拟信号经过量化、处理转换成单片机可以识别的数值传给主程序。显示子程序对每次由传感器所采集的数值经量化处理后所得到的标准值进行显示。

　　报警子程序是当出现异常情况时输出报警信号，例如温度超过一定数值或湿度以及土壤水分低于某数值时，音频报警装置发出报警信号，同时相应的指示灯亮，以提醒菜农注意。

　　4 结束语

　　本文通过基于AT89C51单片机的蔬菜大棚控制系统对环境温度、湿度和土壤水分等环境指标进行监测和控制，整个过程都是由单片机系统自动完成，能对需要的特定温度、湿度进行调节控制，以满足蔬菜的生长的需要。除此之外本系统可靠性高、使用方便，为下一步在此基础上开发控制系统，提供更大的方便。