基于单片机的温室温湿度两级优化控制硬件系统的构建

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研究报道

基于单片相的温室温湿度两级优化控制硬件系统的构建李，喜红(业工术4)■善廖，中大程学3军庆翟华学技院0农 0 7 0 摘耍针对温室环境中因温湿度耦合关系的存在导致执行机构过量执行和增加能源消耗的问题，本文采用两级优化控制的方式，结合补偿模糊解耦算法，开发了适用于温室小气候温湿度环境因子调控的硬件系统，分析确定了包含单片机与温度湿度传感器等重要器件的选择和包括时钟复位电路、/ A D转换电路、口通讯电路、串显示和键盘扩展电路等关键电路的设计。该系统能可靠运行，

解决了单级监控因温湿度存在较强耦合关系而导致结果精度降低及其能耗大的缺陷，可实现温室中温湿度的优化控制。关键词温室；温湿度；优化控制；硬件系统；单片机

在温室环境中，影响温室作物生长的内外环境因子如温室内温度、湿度、光照度、

将其作为进一步设置参数的依据。另一方面，建立温室农作物温湿度控制专家数据库

降低成本和简化系统，单片机应该有内部

程序存储器和数据存储器，以免扩展造成

CO,浓度、营养液酸碱度 ( pH)营养液导、电率 ( C ) E、土壤温度、土壤湿度等和温室外温度、湿度、风力、风向、降雨、降雪等均对作物的生长产生影响，其中温湿度是最基本的影响因子，温湿度的检测和控制一直是温室环境因子监控中的重点，因而实现温室中温湿度的优化控制尤为重要。由于温室中温度和湿度是相互影响的，采用湿帘降温系统降温时，是在降低温室温度的情况下，就

/ 0系统，根据数据库中相关数据产生某时刻温系统复杂化，占据过多的 I口，并且也增室温湿度的优化控制方案，并通过通讯模块发送到单片机，由单片机接收到相关数据后经过程序分析处理发送相应指令控制执行加了系统的不稳定性；在开发过程中需要不断的调试改进软件，所选单片机内部程

序存储器应可以重复多次擦写，开发结束

机构动作，以此实现系统运行，达到优化控后的批量生

产则不用考虑此项；程序中使制环境温湿度的目标。用了外部中断 0和时间中断 T 0,所选单片

机应该有两个以上中断源；系统程序算法

2硬件控制系统功能分析考虑到温室环境控制系统的管理实际

简单，所选单片机应支持使用 MCS 5一 1系列通用汇编语言开发，以利于软硬件的结合，及时检查修改各种软硬件不协调。从其主要特性可以看出，A 8 C5 T 9 1能很好的

增加了相对湿度，两者之问存在着耦合关系，单纯监控某一方面均引起结果的精度降低；

情况，下位单片机硬件控制系统的主要功能有：①传感器采集的模拟信号通过~ D

T 9 1是同时，在以往的研究中，一般忽略执行机构转换为数字信息，并读取这些转换后的数满足上述四个选择原则，因此 A 8 C5 执行后，温湿度变化情况对监控系统的反馈据；②将实时采集的数据采用限速滤波进理想的选择。问题，引起控制机构过量执行，从而导致温室内能源消耗量的增大。行初级处理；③显示采集的数据的实时值；

32温度传感器和湿度传感器选型 . 温度控制的范围为 1 0~5 c即可满足 0o要求。在各种温度传感器中，热敏电阻和集成温度传感器均可满足要求。对比两种传感器，集成温度传感器具有外接电路简

④通过串行接口向上位 P C机发送处理后的数据；⑤对键盘命令的响应；⑥对外围控制设备发出控制指令。控制系统是一个

1控阎鹈一制系统原理

本系统运用补偿法模糊解耦算法，通完整的集数据采集、处理和控制于一体的

过开发由下位单片机部分和上位 P机部分系统，系统硬件组成总图如图 1所示。 C

单，输出稳定，功耗小，成本低的优点，并且作为电子电路的一个模块对电路的

组成的两级优化控制系统实施温室温湿度控制。下位机部分主要功能是开发单片机软硬件控制系统，通过检测温室内温湿度，然多路传感

影响也比较/、 J,因此本设计选用 MAXM I公司的集成温度传感器 MA 6。 X6 1

后与单片机中存储的或者上位计算机发送的设置参数相比较，判断后根据程序要求通过执行相关控制机构实现对温室温湿度的控制，同时将采集的温湿度数据通过串行口传送给上位机；上位机部分用于接收下位机

变送器

在本系统中选用电容式湿度传感器 MH 1 0,其原理是根据薄膜电容在不 S]1 同湿度环境下电容量的变化来反映不同图]系统硬件组成原理图

湿度。该传感器的主要技术参数为：湿度精度 ( 0 -9% )±2 H测量 1%- 0:%R,