基于51单片机大棚温度湿度自动控制器的设计

基于51单片机大棚温度湿度自动控制器的设计

摘要：温度湿度控制技术早已在社会研究中广受关注。在工农业生产过程中应用颇多,在其生产过程中温湿

数据的把控尤为重要。在生产中温度和湿度不在以个体形式显示,一个细小误差就会使生产造成严重损失, 在小的数据都要走系统方面考虑。广泛应用于实验室,温室大棚,储存仓等诸多领域。随着农村现代城市化步

伐的日益加速及发展,农作物需求变化越来越的大,温湿型种植管理技术已给广大人们家庭带来了极为丰富

优质的粮食瓜果蔬菜和鲜花蔬菜等,温湿管理控制措施对家庭大棚作物种植而言尤为之重要,温湿度上的严

重偏差可能会大大影响大棚作物品质甚至可能会因致死而影响收入。随着物联网的发展,智能可以大大缩减

人工成本,同时也保障作物质量和提高作物产量,满足人们的需求,为从事者提供方便及利益。此次通过使用

单片机、LCD 显示屏模块、温湿度传感器、断电器,达到检测控制温湿度的目的。温湿传感器对环境中的温

湿度进行实时检测采集，将采集到的数据发送给单片机处理，最后在显示屏上准确显示。

关键词：温湿度检测控制；51 单片机；温湿度传感器；自动控制

Design of greenhouse temperature and humidity

automatic controller

Abstract:Temperature and humidity control technology has long been widely concerned in social research. It is wi

dely used in industrial and agricultural production processes, and the control of temperature and humidity data in it s production process is particularly important. In production, temperature and humidity are not displayed in individ

ual form, a small error will cause serious losses in production, and small data must be considered in terms of syste m. Widely used in laboratories, greenhouses, storage silos and many other fields. With the accelerating pace and de velopment of modern urbanization in rural areas, crop demand changes more and more, warm and humid planting management technology has brought extremely rich and high-quality food, fruits and vegetables and flowers and v

egetables to the majority of people's families, temperature and humidity management control measures for family

greenhouse crop planting is particularly important, serious deviation in temperature and humidity may greatly affe

ct the quality of greenhouse crops and may even affect income due to death. With the development of the Internet of Things, intelligence can greatly reduce labor costs, while also ensuring crop quality and increasing crop yields, meeting people's needs, and providing convenience and benefits for practitioners. This time, by using a single-chip microcomputer, LCD display module, temperature and humidity sensor, and relay, the purpose of detecting and co

ntrolling temperature and humidity is achieved. The temperature and humidity sensor detects and collects the temp

erature and humidity in the environment in real time, sends the collected data to the single-chip microcomputer for processing, and finally accurately displays it on the display screen. Keywords:Temperature and humidity detection and control; MCU; Temperature and humidity sensor; Automatic

control

第一章 引言

1.1 课题背景及研究意义

随着现代化城市的加速发展，城市化面积不断扩张，人民生活水平的提高，

农民劳动力逐渐下降，加之人们对农作物需求在不断提高，大棚生产成为主要生

产方式，然为了能四季生产，温度湿度是影响作物生长的重要因素，所以为了满

足需求，社会对大鹏温湿控制的研究在不断深入。伴随着科技的发展，人们的生

活水平逐渐提高，冬季蔬菜大棚也随之不断扩大。在偏寒冷地区，通过长途运输

已经满足不了人们的需求，并且长途运输不仅成本较高，也会降低质量，大有可

能耽误食品食用期，更会使农民造成损失。利用农业科技，发展大棚种植成为主

流，通过温湿度自动控制可以规避人工控制的误差，同时也大大缩减人工成本，

利用智能控制，既可以降低成本，又可以保证作物的生长环境提高收益，也可以

满足广大人民的需求，也可以改善人们的营养条件。

1.2 国内外大棚温湿控制技术发展和研究概况

1.2.1 国外大棚温湿度控制器技术发展与现状

近年来,国外先是采用模拟组合仪器,通过人工对现场信息进行采集记录,对

想要的目的进行修改,达到理想的控制效果,后来采用分布式控制。现在科技水平

的提高,各种精密仪器的普及,国外正利用计算机数据采集控制的多因子综合控制

系统开发和研制更加精准的控制系统[1]。目前，诸多国家在温室控制技术方面的

发展都有显著进步，随着自动化进程的快速发展，很多国家在该研究方面实现半

自动化的同时，也在推进全面自动化的研究，例如，以先进的花卉培养技术著称

的荷兰，利用玻璃温室由计算机操作来满足花卉生长所需条件，培养出大量的优

质花卉，满足全世界人口的喜好。

日本所领导研制推广出来的蔬菜塑料大棚系统在无公害蔬菜生产播种、间蔬

菜苗、运输菜苗、灌水、喷药与杀虫除草等大型田间配套作业和机械装置的高效

生产全程自动化远程控制系统和生产安全的无人化作业管理方面也已都得到广泛应用。日本是指利用微型计算机程序来控制各种植物温室环境因应改变状况的

一项技术方法,主要功能作用主要是能自动的将反映在温室各种果树蔬菜作物生

长期和不同植物各个季节生长特征及生理发育各个变化周期阶段特性上的所认

为共同并需要自动调整改变的温室各种基本环境条件数据直接输入存储到微型

计算机程序,当发现只有温室某一重要基本环境因素条件尚未明显发生的相应调

整改变的情况时,其余相应的重要因素便可以被自动按程序地作出或其它相应程

度的修正反应或调整。一般做法是以四个室内环境光照条件好坏等为主要其始变

控制影响的因素,温度、湿度相对变化规律和室内的空气和 CO2 相对总的浓度变

化多少等为主要的随始变的控制的因素,使室内与空气之间这一四个构成室内环

境主要功能的重要环境因素之间可以随时相互保持和处于某种协调的最佳关系

和某种配合的适宜状态。美国和荷兰利用对温差控制管理技术对植被进行培养。

根据不同花果蔬菜、园艺花卉的生长习性对环境进行科学控制，在固定季节培养

四季作物，进而满足人们对喜好的花卉园以及所需食蔬的需要。

伦敦大学农学院自主研发出利用计算机实现对温室环境进行红外自动遥控

的新技术,可以自动同时识别观测点半径超过 50km 范围以外所有的温室空间内

环境区域的全部所有的光、温、湿、气和水环境等多种主要环境状况,并对系统

实时监测进行遥控。

1.2.2 国内大棚温湿度控制器技术发展与现

我国学术界对于温室气体控制新技术方面的基础研究发展较晚,开始于 20 世

纪 80 年代。我国农业方面的研究人员在学习大量西方先进国家外温室检测控制

等方面的诸多技术成果的基础上，总结出一定的科学经验，才初步掌握在温室人

工调节气候和室内空气自动化控制的技术，当时仅仅只能对室内温度、湿度和空

气中的二氧化碳浓度进行精准控制。之后,我国现代化的现代温室计算机控制应

用技术才得到迅速发展。

20 世纪初期的至 80 年代,我国就曾先后分三次先后从欧洲日本欧美和美国

俄罗斯的日本计划项目等一些世界发达国家企业手中先后引进到了约 21.2 公顷

hm2 以上的连栋温室。由于该公司在当时经营还往往只知道单纯地注重运用了公

司引进后的新温室设备,而同时往往却忽略掉运用了对原有设施温室设施栽培设备的新设备进行管理和维修等技术操作管理措施和新设施温室栽培技术操作应

用技术,且该公司所引进改造后运行的设施新设施温室能耗又明显地过高,致使该

两家企业有的还相继因此导致其亏损进一步扩大甚至或已经被迫停产。

到上世纪的 90 年代末至中年代后期,在组织我国学者对研究当前的国外温室

的主要温室设备选型及设施配置、温室作物主要作物栽培系统及园艺品种、栽培

质量调控管理技术体系构建等方面对国内各个相关专业方面技术现状进行调查

分析等研究，基础工作成果的积累,我国科学家已经自主创新并联合开发建立用

于基础研究的具有超高的实验操作性的温室控制系统。

1995 年,北京农业大学小组研制成功开发了系统"WJG-1 型实验温室环境监

控计算机管理系统"系统,（小型的分布式数据信息采集自动控制系统）[2]。在此

系统基础上建立了一套利于蔬菜生长的温湿大棚。该大棚配备远距离检测装置，

能够直接实现对温、湿度情况进行远距离实时动态测量显示与计算机控制。由于

当时我国农业化科技水平总体较低,农业劳动力供给过剩,温室控制的研究资金持

续短缺、相关的专业技术人员稀缺，而对操作人员的科技素质要求十分严格，进

而大大限制了我国在温室系统应用领域的进一步发展。

几年前，成都电子科技有限公司在温湿度控制技术上突破难关，研发出温室

大棚系统：能实现自动检测室内情况；相关的操作人员可以远程观看实时或过去

的环境参数，不用人工时刻守护；设备发生故障时，系统内装置会自动报警；可

以远程一键对设备进行启动和停止。伴随着 5G 时代的来临，智能化得到了卓越

的进步，温室大棚系统也可以实现全面自动智能化。我们不得不感谢科技进步给

我们带来的便利,在我们享受科技进步带来便利的同时,更应该期待和展望我们美

好的未来。

目录

第一章 引言................................................................................................................. 1

1.1 课题背景及研究意义..................................................................................... 1

1.2 国内外大棚温湿控制技术发展和研究概况................................................. 1

1.2.1 国外大棚温湿度控制器技术发展与现状.......................................... 1

1.2.2 国内大棚温湿度控制器技术发展与现.............................................. 2

第二章 大棚温度湿度自动控制器的总体设计......................................................... 4

2.1 大棚温湿控制器设计框架............................................................................. 4

2.2 51 系列单片机介绍........................................................................................ 4

2.2.1 STC89C52 引脚介绍........................................................................... 5

2.3 硬件电路设计................................................................................................ 7

2.3.1 单片机模块......................................................................................... 7

2.3.2 复位电路............................................................................................. 8

2.3.3 传感器模块.......................................................................................... 8

2.3.4 LCD1602 显示模块........................................................................... 10

2.3.5 按键模块............................................................................................ 12

2.3.6 蜂鸣器模块........................................................................................ 13

2.3.7 继电器模块....................................................................................... 13

2.4 系统软件设计............................................................................................... 15

2.4.1 主程序设计........................................................................................ 15

2.4.2 温湿度异常处理程序........................................................................ 16

2.4.3 上下限温湿度阀值调整程序........................................................... 18

第三章 电路图绘制及仿真....................................................................................... 19

3.1 电路图绘制................................................................................................... 19

3.2 电路仿真...................................................................................................... 19

结论............................................................................................................................. 22

致谢............................................................................................................................. 23

参考文献..................................................................................................................... 24

附录............................................................................................................................. 25

参考文献

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