农业温室大棚温湿度控制系统的设计

-70-农艺·园艺农村经济与科技2021年第32卷第5期（总第505期）

标记辅助育种技术，培育出以5份水稻恢复系为遗传背景的32

份Bph3导入系，13份含Bph3聚合系。Liu Y L（2016）利用

分子标记辅助育种技术，先培育了Bph27（t）导入系，再将其

与Bph3聚合，培育出Bph3Bph27（t）聚合系。

本研究利用通过杂交、回交以及分子标记辅助选择，结合

抗性鉴定，培育出以6个水稻恢复系为遗传背景的8份对褐飞

虱表现为抗（R）且农艺性状优良的Bph3导入系，为培育抗褐

飞虱品种进一步丰富材料基础。

[参考文献]

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白叶枯病基因聚合系[J].分子植物育种，2010（1）： 11-19.农业温室大棚温湿度控制系统的设计

杨金祥，章　海

（浙江海洋大学，浙江　舟山　316022）

[摘要]现代农业温室大棚使用基于智能控制的温湿度控制系统，用以增加农作物的产量和提高农作物的质量。针对

农业温室大棚生产中难以实时保持恒温恒湿问题，提出以STC89C52单片机为控制核心，使用精准数字DHT11温湿度传

感器采集温湿度数据，并在LCD1602液晶屏上显示，通过按键电路设置温湿度报警阈值，控制电路驱动继电器满足大棚

恒温恒湿，软件系统利用汇编语言和C语言实现系统的主程序和子程序流程图。通过对软硬件系统的设计及调试，研制

了具有运行稳定，功耗成本低，自动检测报警，操作简单的农业大棚温湿度控制器。

[关键词]单片机；DHT11温湿度传感器；LCD1602显示屏

[中图分类号]TP273 [文献标识码]A

在以往农业温室大棚生产过程中，农户通常使用空气温度

计与空气湿度计来测量温湿度，并通过人工加温降温与加湿风

干的方法来调节大棚空气的温度与湿度。但是人工的做法不仅

会导致很大的温湿度误差而且不能够及时地作出调整，所以会

影响农作物的产量和质量。同时现在消费者对于温室大棚里的

瓜果蔬菜要求新鲜原味，因此对于农业大棚生产上的温湿度有

着极高的要求。

针对上述情况，本文建立在单片机的基础上设计出温室

大棚的温湿度控制器。在国内外对农业温室温度与湿度的控制

采用两种控制方式：①手动化控制：人为地调节温室大棚的温

湿度，农户们往往通过此方法来调节农作物的生长。这种人工

的方式不仅需要农户对农作物的生长有着很好的认识而且能够

及时地调节农作物生长所需的温湿度。②自动化控制：农户通

过对农作物生长温湿度的需求设定一定的参数，然后经过单片

机的反馈对比温湿度数据去调控到恒温恒湿。检测所需的温湿

度变化自动设定参数使计算机调控机器来改变温室大棚的温湿度，进而促进农作物的生长。综上所述，本文所研究的农业温

室大棚温湿度的控制是建立在单片机的基础上来自动化控制。

1　控制系统工作原理和结构

本文中温室大棚的温湿度硬件电路控制系统所使用的控制

器是STC89C52型单片机。当大棚内温湿度不平衡时，DHT11

温湿度传感器电路会检测到具体温湿度并把数据传给单片机，

此控制器件通过LCD显示电路让LCD1602的液晶器显示出具

体的温度和湿度数值；通过C语言程序编辑阈值范围，当温湿

度数值超过阀值范围时，系统会进行报警提醒同时单片机会驱

动继电器促使温湿调节器工作，整体的硬件电路控制系统方案

如图1所示。

1.1　主电路设计

在主电路硬件系统设计中，主电路是依靠单片机

STC89C52为控制中心，通过端口连接再控制其他子电路；这

个主电路硬件系统的子电路是LCD液晶显示器电路，阈值模

[收稿日期]2020-12-17[作者简介]杨金祥（1993—），男，在读硕士研究生，研究方向：农业机械自动化。[通讯作者]章海（1970—），男，硕士，副教授，研究方向：机电工程、涉海机械。

-71-农艺·园艺

块电路，STC89C52单片机电路，晶振电路，复位电路，电源

电路，报警电路和传感器电路以及继电器电路和按键电路所组

成。完整的主电路图如图2所示。

DHT11温湿度传感器

STC89C52单片机过阀报警LCD1602液晶显示控制电路阈值设置模块复位电路

电源电路升温装置降温装置去湿装置加湿装置晶振电路按键电路

图1　硬件系统的原理

图2　系统主电路图

1.1.1　STC89C52单片机简单介绍。本文使用的是以STC89C52

单片机作为控制的重要器件。此单片机拥有通用的8位中央处

理器和ISPFlash存储单元使得编程更加稳定及调试简便。其特

点还有极其精简的8051CPU指令、EEPROM功能、超强抵抗干

扰功能、编程时钟可视化、16位精准定时器和加减计数器并且

还有看门狗功能等。单片机对于工作环境的要求非常低，电源

电压在3至5伏时依旧可以正常工作，具体端口功能如表1所示。

表1　端口特殊功能

引脚号复用功能VCC电源输入（+5V电源）GND接地线XTAL1片内振荡电路的输入端XTAL2片内振荡电路的输出端P1.0-P1.7提供上拉电阻RESET复位ALE/PSEN地址锁存允许信号P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）

1.1.2　单片机最小系统电路。单片机的最小系统电路是指用了

最基本的电元件来组成简单而实用的基础功能体系。对于温室

大棚单片机的最小系统电路而言，它的最小系统是由单片机电路、晶振电路、复位电路构成。复位电路：复位电路是指单片

机不能正常运行编程程序或出现卡顿死循环情况时，通过按下

复位电路的复位按钮，单片机的C语言程序就会强制从0000H

重新开始扫描执行程序。工作原理是复位按钮会使得单片机的

第9个引脚触发高电平并持续2uS的时间就可以实现单片机的

复位。晶振电路：晶振器是由一个电容和一个电阻并联然后再

去串联一个电容的二端口网络。晶体振荡器在它标准的频率点

工作时，通常是指它的串联和并联二个谐振点之间工作时，具

有稳频的作用。晶振器还有一个非常重要的Q值参数，通过这

个Q值参数可以轻松地做到谐振选频率功能。

1.2　LCD1602液晶显示器电路

单片机内部的数据可以通过LCD电路显示出字母和数据，

如今有很多可视化的显示模块，比如16×1和16×2以及40×2

等的模块。本文选用了1602LCD中16×2的模块，每个点阵字

符位都可以显示一个字符。主要引脚功能参数如表2所示。

表2　引脚功能说明

1602LCD编号符号引脚说明1VDD电源正极2VSS电源地3VL液晶显示偏压4RS数据/命令选择5R/W读/写选择6E使能信号7D0数据8D1数据9D2数据10D3数据11D4数据12D5数据13D6数据14D7数据

单片机的第1引脚为接地电源通过1.5KΩ电阻，第2引

脚接入+5V电压；而第3引脚为对比度调整端接入正电压对比

度变弱接地会提高对比度，所以在使用时通过10KΩ的电位器

来调整对比度。第5引脚为数据的读写操作，高电平进行读操

作而低电平进行写操作。通过程序来控制LCD1602的显示数

值并且LCD1602液晶显示模块是间接与单片机端口相联。液

晶屏接口电路如图3所示。

图3　LCD1602电路原理图杨金祥，等：农业温室大棚温湿度控制系统的设计

-72-农艺·园艺农村经济与科技2021年第32卷第5期（总第505期）

1.3　DHT11传感器模块电路

温湿度传感器电路中将会有两种选择方案。方案一：

使用DS18B20温度传感器和HS1101是电容式湿度传感器；

DS18B20温度传感器是一个具有单独接线口接线方式的传感

器，测量的温度范围是—55.5℃～125.5℃。使用HS1101电容

式湿度传感器，测量的湿度范围是0%～95%RH。方案二：

DHT11数字温湿度传感器是一个含有字节信号输出的温湿度

传感器，它有一个NTC器件测量温度和一个电阻式感湿器件

测量湿度，测量温度范围是0℃～55℃，而测量的湿度范围是

25%～95%RH。经过两个方案的对比与分析，DHT11数字温

湿度传感器具有数字可靠性和长期稳定性，不仅如此它还更为

方便和简行。因此将会选择方案二中的DHT11数字温湿度传

感器。在这里将会给出其基本特性的特征表，这是DHT11在

接入5V电压，温度在25摄氏度时的表现如表3所示。

表3　DHT11的基本特性参数条件Mintypmax单位供电DC355.5V

供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次1.4　控制电路

继电器是一种自动控制电路通断的装置器件。当线圈的两

端加入一定的电压形成通路，通过线圈的电流就会发生电磁效

应，电磁力会使得衔铁克服弹簧的张力吸引铁芯使常开点闭合，

触发温湿度调节器电路。本文介绍其中一个继电器的功能和特

点。具体电路图如图4所示。

图4　继电器控制电路图继电器模块原理是：用PNP型三极管9012来驱动的和蜂

鸣报警器所使用的三极管一样，驱动原理是低电平有效。限流

电阻R13为1KΩ电阻，当STC89C52单片机输入一个低电平

PNP型三极管9012就会导通，图中D4和D8与1N418二极管

是并联，而D4与电阻R14是属于串联的；只要当STC89C52

单片机输出一个低电平，线圈和D4的LED就会得电，R14电

阻是一个防止小灯LED的D4被烧坏分压电阻。1N418二极管