引言
伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國農(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，自然也離不開現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)。通過國內(nèi)外大量的科學(xué)實驗和生產(chǎn)的實踐證明，環(huán)境的控制對蔬菜生產(chǎn)起到非常重要的作用。只有在適宜的生長環(huán)境下蔬菜才能充分發(fā)揮其高產(chǎn)潛力。對于蔬菜大棚內(nèi)環(huán)境的控制主要是對環(huán)境溫度、濕度和土壤水分等進(jìn)行測量和控制。為了更好地測量、控制濕度、濕度和土壤水分等影響蔬菜生長的因素，本文設(shè)計了以AT89C51單片機為控制器的智能測控系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以對環(huán)境溫度、濕度等觀測值進(jìn)行自動控制和適時監(jiān)測，并利用聲音和燈光進(jìn)行越限報警及相應(yīng)的處理。
1 系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)通過AT89C51單片機依次查詢蔬菜大棚內(nèi)各傳感器的輸出信號，然后再對輸入信號進(jìn)行相應(yīng)處理后通過顯示模塊顯示出來供菜農(nóng)觀測，與此同時，當(dāng)顯示值超出蔬菜正常生長所需要的環(huán)境指標(biāo)時，系統(tǒng)將產(chǎn)生各種報警信號進(jìn)行報警。除此之外，還可以將單片機采集到的數(shù)據(jù)輸入到PC機中，然后對輸入數(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。
2 系統(tǒng)硬件組成
該系統(tǒng)的硬件主要包括以下幾個模塊：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單片機主要完成對外圍硬件的控制以及一些運算功能，傳感器完成信號的采樣功能，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)換器將單片機采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS232電平向上位機傳輸。
2.1 主控模塊
該系統(tǒng)采用了ATMEI 89系列單片機AT89C51來實現(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。AT89C51內(nèi)有128B的內(nèi)部RAM、2個16位定時/計數(shù)器、32根可編程L/O線、內(nèi)部帶有振蕩器和時鐘電路。特別是其內(nèi)部有4kB的可編程閃爍存儲器，為程序開發(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，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等優(yōu)點。DSl8820數(shù)字溫度傳感器對于實測的溫度提供了9一12位的數(shù)據(jù)和報警溫度寄存器，它的測溫范圍為-55一+125℃，其中在一10一+85℃的范圍內(nèi)的測量精度為±0.5'U。由于每個DSl8820有唯一的。—們窿續(xù)64位的產(chǎn)品號，所以允許在一根電纜上連接多個傳感器，以構(gòu)成大型溫度測控網(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)部集成了信號調(diào)理電路，具有精度高、線性度好、互換性強及輸出電壓范圍大等諸多優(yōu)點，其獨特的多層結(jié)構(gòu)使之能抵抗?jié)駳狻m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，無需進(jìn)行信號放大和信號調(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用頻域測量技術(shù)研制開發(fā)的，能夠精確測量土壤和其它多孔介質(zhì)的體積含水量。可與溫室環(huán)境監(jiān)測、土壤墑情采集、自動灌溉控制等系統(tǒng)集成，實現(xiàn)水分的長期動態(tài)連續(xù)監(jiān)測。它具有響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，環(huán)境適應(yīng)性強，防水防潮，傳輸距離遠(yuǎn)，工作溫度范圍寬等特點。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，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路模擬開關(guān)，可對8路0—5V的輸入模擬電壓信號進(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)動的LCD，HD抖780（KS0062）是用低功耗CMOS技術(shù)制造的大規(guī)模點陣LCD控制器（兼帶驅(qū)動器），它與4bit/8bit微處理器相連，它能使點陣LCD顯示大小寫英文字母、數(shù)字和符號等豐富的信息，同時有較強的通用性應(yīng)用，使用方便，用戶用少量元件就可組成一個完整點陣LCD系統(tǒng)，送入相關(guān)的數(shù)據(jù)和指令即可實現(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，簡單易用，單+5V電源供電，僅需外接幾個電容即可完成從7r見電平到Rs一232電平的轉(zhuǎn)換。單片機采集的數(shù)據(jù)可以通過串口經(jīng)MAX232C轉(zhuǎn)換成RS232電平向上位機（PC機）傳輸。
MAX232C與AT89C51的接口電路如圖4所示。
3 程序設(shè)計
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、報警子程序等模塊組成，因為C語言編寫的軟件易于實現(xiàn)模塊化，生成的機器代碼質(zhì)量高、可讀性強、移植好，所以本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫。
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經(jīng)過量化、處理轉(zhuǎn)換成單片機可以識別的數(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。
報警子程序是當(dāng)出現(xiàn)異常情況時輸出報警信號，例如溫度超過一定數(shù)值或濕度以及土壤水分低于某數(shù)值時，音頻報警裝置發(fā)出報警信號，同時相應(yīng)的指示燈亮，以提醒菜農(nóng)注意。
4 結(jié)束語
本文通過基于AT89C51單片機的蔬菜大棚控制系統(tǒng)對環(huán)境溫度、濕度和土壤水分等環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測和控制，整個過程都是由單片機系統(tǒng)自動完成，能對需要的特定溫度、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)上開發(fā)控制系統(tǒng)，提供更大的方便。