CN106094943A - 一种小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统及控制方法，主要包括：单片机、温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块、辅助模块、水管道电磁阀和抽风机，所述温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块和辅助模块分别与单片机连接，所述水管道电磁阀与抽风机分别和继电器控制模块连接，所述辅助模块包括下载接口和电源总开关模块，可以克服现有技术中在农业种植蘑菇时单纯使用智能调节器导致养殖成本增高，且温度湿度调节很不精确，实现在蘑菇种植过程中对温度和湿度的精确控制，降低养殖成本，提高菌种产出率。

Description

一种小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及农业自动化技术领域，具体地，涉及一种小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统。

背景技术

在时代推移与社会发展下，中国作为农业大国，农业产品贸易在我们的经济生活中逐渐占了越来越大的比重。在推进农业信息化进程中，利用先进技术实现对农田环境信息的采集，对于精细农业生产中为农田耕作者提供科学决策具有重要意义。我国农业产品在对外出口的数量上，近几年一直都是一个平稳、快速增长的状态。在如今的国际化状态下，国际竞争日益激烈，全球贸易飞速发展，必须提升本国农产品的数量、质量，以及须通过政府推出政策支持等战略来进一步开放市场，才能继续让我国农业产品保持良好发展。21世纪以来，绿色蔬菜大棚生产技术在中国推广发展起来，大棚成为了各种反季节蔬菜的主要生产设施。在对蔬菜大棚的管理过程中，对其环境的监控是最重要的一个环节。水果、蔬菜，水产品等需要有一个适宜的生长环境来生长。要使得水果蔬菜等农产品和水产品拥有能够满足如今国内市场的产量及满足国民要求的质量，还有高营养的食用价值，那就必须为他们创建一个适宜的生长环境生长。工业生产中，对于环境的温湿度检测控制是主要工艺参数。同时，对于农产品和水产品而言，空气环境（温度）和土壤环境（湿度）也是必不可缺的重要参数。例如航空航天、生物学、冶金、化工、电子、机械等领域都需要有一个严格的温湿度控制以保证产品的高质量，高精度。三十多年改革开放的发展带来的不仅是不断提高的国民生活水平，同样，人们对物质与生活环境的要求也变得越来越苛刻。在这种社会快速发展的情况下，对于反季农业种植所要求的空气环境（温度）及土壤环境（湿度）渐渐成为国民关注要点。在我国，各个地域的自然环境条件不同，所以在不利于存储粮食的自然环境中，带有具有可调节温湿度系统的环境更能够创造适宜作物存储及生长的条件，中国各地经济水平和发达水平有比较大的差异，所以研制出可调节温湿度的自动化产品是非常有必要的，既节约了人力，又节约作物生产成本，不会对贫困地区造成经济负担，又避免了能源和经济浪费。

现在我国全国性地建立扩展了越来越多创新型的蘑菇小拱棚，用于种植类别不一对于温度有一定程度的要求的蘑菇，来满足人们日益增长的对生活的高标准、高要求，以及对蘑菇摄取的需求量。不只是温室中的农产品，温室也同样适合作物种植，它们的高品质都对温湿度有着越来越高的要求。工业生产过程的自动化测量和控制，基本主要依赖各种传感器来控制和检测生产过程中的各种量，使系统和设备在最佳状态正常运行，从而保证生产的高质量和高效率。

有了温湿度智能控制系统这项技术，给四季蘑菇生长提供一个更好的温湿度，创造了良好的生长环境，已达到生产的四季蘑菇拥有更高品质高数量的目的，使我们的生活质量得到提高。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在养殖成本高，控制精度不准确导致产出率低下等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统及控制方法，以实现提高控制温度湿度的控制精度，降低生产成本，提高产出率的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统，主要包括：

进一步地，单片机、温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块、辅助模块、水管道电磁阀和抽风机，所述温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块和辅助模块分别与单片机连接，所述水管道电磁阀与抽风机分别和继电器控制模块连接，所述辅助模块包括下载接口和电源总开关模块。

进一步地，所述温度湿度检测模块包括SHT10传感器，具体为传感器SHT10的SCK引脚与单片机连接，传感器SHT10的DATA引脚与单片机连接，电阻R与DATA引脚连接。

进一步地，所述蜂鸣器报警模块具体为三极管的集电极与蜂鸣器的输入端连接，三极管的发射极与5V电源连接。

进一步地，所述电源总开关模块具体为6脚开关的2、3脚接地，1脚接自锁开关，自锁开关常开的其中一脚接DC电源插口电源脚，常开的另一脚接电路的VCC。

进一步地，所述键盘输入模块包括用于设定温度湿度初始值的按键S2、用于升高温度湿度的按键S3和用于降低温度湿度的按键S4。

小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统的控制方法，包括以下步骤：

a．系统初始化；

b．温度湿度传感器SHT10采集湿度湿度，将当前湿度数据传输到STC89C51单片机；

c．单片机将当前温度湿度值进行比较分析，判断当前温度是否超过预设值，若超过当前预设值蜂鸣器报警，并通过继电器控制模块控制风扇启动，否则蜂鸣器不报警；判断当前湿度是否超过预设值，若超过当前预设值蜂鸣器报警并通过继电器控制模块控制风扇启动降低湿度，否则蜂鸣器不报警；

d．判断当前温度是否低于预设值，若低于预设值则关闭风扇；判断当前湿度是否低于预设值，若低于湿度预设，通过继电器控制模块控制水管道电磁阀，加水增湿；

e．LCD1602液晶显示器显示实时数据和预设值；

f．重复步骤b-e。

本发明各实施例的，由于主要包括：单片机、温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块、辅助模块、水管道电磁阀和抽风机，所述温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块和辅助模块分别与单片机连接，所述水管道电磁阀与抽风机分别和继电器控制模块连接，所述辅助模块包括下载接口和电源总开关模块；从而可以克服现有技术中在农业种植蘑菇时单纯使用智能调节器导致养殖成本增高，且温度湿度调节很不精确，从而导致在蘑菇生产过程中，由于不能把控温度的精度，导致温度过高时候得不到及时调节，最终导致菌丝生长速度减缓，同时在高温下，菌种被污染，造成严重的经济损失；实现在蘑菇种植过程中对温度和湿度的精确控制，降低养殖成本，提高菌种产出率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的实施方式进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

具体地，小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统，包括单片机、温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块、辅助模块、水管道电磁阀和抽风机，所述温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块和辅助模块分别与单片机连接，所述水管道电磁阀与抽风机分别和继电器控制模块连接，所述辅助模块包括下载接口和电源总开关模块。

所述温度湿度检测模块包括SHT10传感器，具体为传感器SHT10的SCK引脚与单片机连接，传感器SHT10的DATA引脚与单片机连接，电阻R与DATA引脚连接。

所述蜂鸣器报警模块具体为三极管的集电极与蜂鸣器的输入端连接，三极管的发射极与5V电源连接。

所述电源总开关模块具体为6脚开关的2、3脚接地，1脚接自锁开关，自锁开关常开的其中一脚接DC电源插口电源脚，常开的另一脚接电路的VCC。

所述键盘输入模块包括用于设定温度湿度初始值的按键S2、用于升高温度湿度的按键S3和用于降低温度湿度的按键S4。

小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统的控制方法，包括以下步骤：

a．系统初始化；

b．温度湿度传感器SHT10采集湿度湿度，将当前湿度数据传输到STC89C51单片机；

c．单片机将当前温度湿度值进行比较分析，判断当前温度是否超过预设值，若超过当前预设值蜂鸣器报警，并通过继电器控制模块控制风扇启动，否则蜂鸣器不报警；判断当前湿度是否超过预设值，若超过当前预设值蜂鸣器报警并通过继电器控制模块控制风扇启动降低湿度，否则蜂鸣器不报警；

d．判断当前温度是否低于预设值，若低于预设值则关闭风扇；判断当前湿度是否低于预设值，若低于湿度预设，通过继电器控制模块控制水管道电磁阀，加水增湿；

e．LCD1602液晶显示器显示实时数据和预设值；

f．重复步骤b-e。

在本设计中，选择STC89C51单片机作为系统的主控芯片，选择SHT10智能温湿度传感器实现对蘑菇小棚内空气温度及土壤湿度的信息采集。SHT10传感器的优势在于精度较高，能够同时采集温度值和湿度值，实现对温湿度的同时测量，使系统的硬件电路简单化，减小硬件系统占用空间。这样可以使我们的系统更加方便、简洁。

在温湿度传感器的选择上，优先选择SHT10温湿度传感器采集蘑菇小棚内的温湿度信息，然后单片机分析处理这些信息，最后通过1602液晶显示屏显示温湿度信息。主电路设计好后，接下来是辅助附加部分，首先，选定报警模块，在蘑菇小棚内，当空气温度和土壤湿度超出限定范围时，需要发出超限信号，最直观的方式就是报警信号，因此，在本设计中添加了蜂鸣器。作用是系统中温度和湿度超出范围时，蜂鸣器发声报警。本设计中采用一个蜂鸣器对四种超限动作行为进行报警，还有，设计中设置当蜂鸣器报警同时有不同指示灯闪亮以区分报警对象及报警行为。选择使用不同的继电器来实现控制不同的超限动作行为。本设计中装4个继电器，继电器实际起开关作用，继电器在棚内温湿度异常时工作。不同继电器控制不同工具动作。从而实现了简单控制。

通过SHT10采集到的温湿度信息传送给单片机系统控制模块，单片机对传感器采集的温湿度信息进行数字量转换，显示屏数字化显示当前棚内空气温度值和土壤湿度值。对于蘑菇小棚里的一个液晶显示器来说，信息的实时性得到了很好的体现，使人们在种植培养蘑菇的时候能更直观的获取实时温湿度信息。当棚内温湿度超出限定范围时，工作人员应及时采取措施来改善当前棚内温湿度状态。蜂鸣器将会在棚内的温湿度超出限值时响起。本设计将通过软件编程来控制这个硬件系统的运行状态。

本设计的硬件系统主要是由九个部分组成的，分别为：

1.STC89C51单片机的最小系统：整套系统的核心，用来分析各个模块的信息。

2.SHT11温湿度传感器：用来搜集当前的温湿度即时信息，然后将信息传送给单片机。

3.LCD1602显示屏：用来显示实时温湿度信息。

4.继电器：用来控制风扇等设备的工作，以使棚内温湿度保持在一个动态范围中。

5.按键：用来设置棚内温湿度的上下限制。

6.电源模块：可以通过充电接口来给电源供电。

7.电磁阀：当实时湿度低于预先设定范围时，继电器控制电磁阀动作，供水增湿。

8.风扇：当蘑菇小棚内空气温度高于预先设定的范围和土壤湿度高于预先设定的范围时，通过控制继电器闭合，使风扇动作，从而进行除湿与降温的动作行为。

9.蜂鸣器：发声报警声音提醒当下情况为异常情况。

主控模块是整个系统设计的中心模块，即单片机，单片机用于核心领导控制整个系统的运行的。对于整个硬件系统，通过I/O口将各功能模块的硬件电路连接到单片机上，构成完整的硬件系统。传感器用于采集信息信息，蜂鸣器用于对异常情况进行报警提示工作人员，继电器是调控系统动作的开关，显示屏用于数字化显示实时信息及超限信息提示。

SHT10是用于采集蘑菇小棚内温湿度信息的的传感器。本系统STC89C51单片机为主控芯片，可以用来对传感器采集到的信号进行分析。显示屏是用来直观显示数字化信息。继电器是用来控制各种调控工具动作的。模拟现场时，考虑到实际设计情况，对于超限行为的动作，使用专业的制冷器、空调、加湿器并不实际，经济费用过高。故选择使用散热风扇替代专业降温工具。

LCD1602可以直接相连在CPU，本设计中，在单片机与显示屏的连接之间在和单片机相连之间加了上拉电阻，已达到增加驱动能力的目的。液晶1脚接GND,液晶2脚接VCC，3脚是液晶的灰度调整，一般时3脚与地之间的之间的阻值为200Ω~1.5k，3脚与电源之间的阻值为10k左右。液晶的4~14接单片机的I/O口。15脚(A)为背光的电源，16脚(K)为背光的地。

LCD1602显示屏的引脚图，液晶1接GND,液晶2接VCC，3脚是液晶的灰度调整，一般时3脚与地之间的之间的组织为200Ω~2.2k，液晶的4~14接单片机的I/O口。15脚(A)为背光的电源，16脚(K)为背光的地。

对SHT10传感器的引脚进行讲解说明，引脚1为GND脚，接地线；引脚2为DATA数据脚，是双向串行数据口，接51单片机的引脚1（P1.0口）；引脚3为SCK脚，是串行时钟输入口，接51单片机引脚3（P1.2口）；引脚4为VDD脚，接电源。NC脚全部空接。DATA在SCK始终下降沿改变 ，并仅在SCK上升沿有效。数据传输器件，在SCK始终高电平时。注意 引脚2在接单片机时，同时要在数据线接一上拉电阻，接到电源上。该传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点。

继电器的驱动，由于本设计中使用的4个继电器的模块都是一样的，所以单拿其中一个来进行讲解即可。这个继电器控制系统也是用到了PNP型三极管9012，和蜂鸣器的驱动原理的一样的，就是低电平有效，经过限流电阻，单片机的IO口输出一个低电平，然后该三极管导通，电流方向是：电源，LED与线圈与二极管1N4148（LED与线圈是并联关系），然后经过三极管回到地。只要单片机IO口输出低电平，继电器线圈就会得电，同时LED也会得电，电阻R6是一个分压电阻，因为设计中继电器是5V供电，LED的动作电压是3V，所以LED使用的时候必须串联一个电阻，这样小灯就不会烧掉。

在整个设计中，包含有下面几个部分：

（1）对LCD1602显示屏进行设置，对应LED显示数码管显示设置；

（2）对键盘输入模块进行设置，对应键盘设置；

（3）对SHT10温湿度检测模块进行设置，这部分分为两块：

①传感器将采集到的数据传送至单片机，对应温湿度芯片传送数据程序；

②采集到的温湿度与预先设定的温湿度范围进行比较，对应温湿度比较程序，实时温湿度超限后，单片机接受到超限信号，运行以下两块：

（一）片机控制模块控制蜂鸣器报警模块动作，对应报警程序；

（二）单片机控制模块控制继电器控制模块动作，对应继电器控制程序。

继电器控制模块的设计过程中，先分为两类，首先判断小棚内温湿度范围是否有超限行为，若无，系统正常运行；若有，进入下一环节判断。判断超限行为分为判断是温度还是湿度超限，具体的超限行为的实际情况分为四种类型：

①小棚内实时空气温度高出预设范围，继电器控制降温设备动作。

②小棚内实时空气温度低于预设范围，继电器控制升温设备动作。

③小棚内实时土壤湿度高出预设范围，继电器控制通风设备动作。

④小棚内实时土壤湿度低于预设范围，继电器控制加湿设备动作。

系统上电后，首先LCD1602液晶显示屏初始化，经过一定延时后，温湿度值通过单片机传输到显示屏上，数据在显示屏上显示的过程，同样是需要软件编程和处理的，对于数据显示的位置与显示形式都需要预先设定，先对第一行显示数据进行设置，在本设计中，第一行显示数据从左往右依次是实时温度值和温度预设范围，显示形式为：TA=□□° L□□°H□□°。然后对第二行显示位置和显示形式进行设置，在本设计中，第一行显示数据从左往右依次是实时湿度值和湿度预设范围，显示形式为：RH=□□° L□□° H□□°。其中，温度用TA表示，湿度同RH表示。对预设范围的设定，L表示预设范围中的最低值，H表示预设范围中的最高值。

至少可以达到以下有益效果：将温度和湿度的调节整合在一个系统，克服现有技术中在农业种植蘑菇时单纯使用智能调节器导致养殖成本增高，且温度湿度调节很不精确，从而导致在蘑菇生产过程中，由于不能把控温度和湿度的精度，导致当温度过高时候得不到及时调节，最终导致菌丝生长速度减缓，同时在高温下，菌种被污染，造成严重的经济损失；实现在蘑菇种植过程中对温度和湿度的精确控制，降低养殖成本，提高菌种产出率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统，其特征在于，包括单片机、温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块、辅助模块、水管道电磁阀和抽风机，所述温度湿度检测模块、蜂鸣器报警模块、继电器控制模块、电源供电模块、键盘输入模块和辅助模块分别与单片机连接，所述水管道电磁阀与抽风机分别和继电器控制模块连接，所述辅助模块包括下载接口和电源总开关模块。

2.根据权利要求1所述的小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统，其特征在于，所述温度湿度检测模块包括SHT10传感器，具体为传感器SHT10的SCK引脚与单片机连接，传感器SHT10的DATA引脚与单片机连接，电阻R与DATA引脚连接。

3.根据权利要求2所述的小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统，其特征在于，所述蜂鸣器报警模块具体为三极管的集电极与蜂鸣器的输入端连接，三极管的发射极与5V电源连接。

4.根据权利要求3所述的小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统，其特征在于，所述电源总开关模块具体为6脚开关的2、3脚接地，1脚接自锁开关，自锁开关常开的其中一脚接DC电源插口电源脚，常开的另一脚接电路的VCC。

5.根据权利要求4所述的小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统，其特征在于，所述键盘输入模块包括用于设定温度湿度初始值的按键S2、用于升高温度湿度的按键S3和用于降低温度湿度的按键S4。

6.基于权利要求4所述的小拱棚蘑菇种植温度湿度控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a．系统初始化；

b．温度湿度传感器SHT10采集湿度湿度，将当前湿度数据传输到STC89C51单片机；

c．单片机将当前温度湿度值进行比较分析，判断当前温度是否超过预设值，若超过当前预设值蜂鸣器报警，并通过继电器控制模块控制风扇启动，否则蜂鸣器不报警；判断当前湿度是否超过预设值，若超过当前预设值蜂鸣器报警并通过继电器控制模块控制风扇启动降低湿度，否则蜂鸣器不报警；

d．判断当前温度是否低于预设值，若低于预设值则关闭风扇；判断当前湿度是否低于预设值，若低于湿度预设，通过继电器控制模块控制水管道电磁阀，加水增湿；

e．LCD1602液晶显示器显示实时数据和预设值；

f．重复步骤b-e。