随着科技和国民经济的发展，人民生活水平的日益提高，新鲜水果、蔬菜等市场日益扩大，尤其是在寒冷的冬季和多雨炎热的夏季，仅靠水果和蔬菜用长途运输，不仅成本高，而且延误了水果、蔬菜的最佳食用期。故北方大力推广塑料大棚种植能够更好地满足人民生活水平日益提高的需要。工厂车间、仓库、军工单位等一些重要物资的存储也需要合适的温度湿度，合适的温湿度可以最大限度的增大物资的储存周期。

水果蔬菜大棚管理最重要的一个因素就是环境湿度温度的控制，物资的储存温湿度的控制亦是物资储存的关键因素。但现在大多数温室种植还是沿用人工值守的方法；物资的存储没有实现现代化的管控，工作效率十分低下，浪费大量的人物力，且温湿度控制并不理想。在此情况下本文设计了基于PID算法^[1]的温湿度控制系统，本系统采用嵌入式单片机技术和传感器技术实现对现场实时监测，进而控制温度和湿度参数保持在物资存储、作物生长需要的最佳温湿度范围。进而保证物资储存周期和作物的产量，为国家物资储存和“菜篮子”工程提供有力的后勤保障。

1 系统方案设计 1.1 系统整体构成

温湿度控制系统最重要的两个参数即温度和湿度，保证温度和湿度的稳定即保证整个控制系统的稳定可靠运行。整个温湿度控制系统主要有电源供电部分、嵌入式单片控制器^[2]、传感器检测部分、驱动执行部分和显示部分(上位机界面显示)五部分组成。图 1为温湿度控制系统图。

1.2 系统控制流程

温度湿度为物理量参数，其采集需要传感器技术将非电信号转换为电信号。传感器将采集的温湿度参数传输给嵌入式单片机控制器，单片机控制器预处理接收的信号，实时显示当前现场运行现状，并根据预设参数由单片机控制驱动执行机构，实现工作现场温湿度参数的快速精准控制。

2 系统软硬件设计

采集控制系统主要由嵌入式单片机控制器(STC12C5608AD)^[3-4]、电源供电电路、传感器检测电路、驱动执行机构、显示电路五部分组成。电源供电电路给系统提供能源；嵌入式单片机控制器作为下位机系统的主控单元，接收传感器器信号，并根据预设控制参数控制驱动执行机构完成所需控制要求；传感器检测电路采集现场温湿度信息，并将采集数据传输给嵌入式控制器；驱动执行机构接收嵌入式控制器控制信号完成系统温湿度调节。

2.1 供电电路设计

对于主电路供电电路分为加热电路和散热电路电压要求为AC220 V供电。报警继电器输出电路和控制电路的工作电压为DC24 V，因此主电路需要有AC220 V和DC24 V电路两部分电路组成。此模块各项指标达到相应的国标要求。

1) 主回路电源的选择

温室现场或仓库储存现场的供电电源为AC220 V交流电源，为了系统使用方便所以控制系统主回路供电直接选取220V交流电源；主电路的供电，主要用于通风系统(风机)、加热系统、制冷系统(制冷压缩机)、加湿器(水泵)的工作用电。控制现场AC220 V交流电源，需要通过AC-DC块获得直流24 V用于系统驱动电路电源。

2) 控制器供电的选择

根据嵌入式单片机控制技术要求对12系列单片机供电电压为DC5V。再经过DC-DC降压电路获得控制电路和传感器检测采集电路所需DC5V电源。

2.2 主控及检测电路的供电电路设计

该电路设计选取7805降压芯片将+24 V电压转换成+5 V电压，用于STC12C5608AD主控芯片供电和温湿度传感器检测电路供电，如图 2所示。

2.3 主控及传感器采集电路设计

如图 3所示，系统主控部分选的是STC12C5608AD作为控制核心，此款芯片具有功耗低，性价比高，集成度高等优点适合于传统的主控芯片用^[5-6]。温湿度参数采集选用SHT10系统“温湿度一体式”^[7]数字传感器，接线方便可直接与处理器相连，接线简单，编程方便。SHT10式数字一体式温湿度传感器与STC12C5608AD主控制芯片配合，即可实现温湿度的采集与处理，可以根据仓库或温室温湿度的状态，准确实时采集场地温湿度；两者的配合使用可根据储存物资或作物所需环境的不同，实现温湿度的自行调节。系统设置有485通信电路，方便客户扩展上位机通信接口。

2.4 调节驱动执行电路设计

根据不同储存物资或作物的生长环境要求设定合适的温湿度。当温度或湿度低于或超过设定的范围内时，相应的加湿系统、加热系统、制冷系统、排风系统即时启动，使温湿度快速恢复到设定范围。调节驱动控制电路如图 4。

2.5 软件实现流程

通过传感器检测电路将采集到的控制参数传输给单片机控制器，根据相关作物和储存物品的所需环境设定的温湿度上下限。设定完成后，系统根据预设值PID参数^[8-9](图 5为引入PID控制器的温湿度调节框图，其中R(t)为设定值，Y(t)为输出，解决温湿度控制滞后性，提高响应的迅速性)实时启动加热系统、加湿系统、排风系统，让温湿度保持在设定范围，实现温湿度快速准确调节。当出现故障时有相关的故障报警功能提示相关人员迅速处理。图 6为软件实现图。

2.6 测试结果

通过引入的PID控制，得出实验结果如表 1所示。数据对比可以发现，设定温度为50 ℃，相对湿度65%时，比例参数跟积分参数越接近1，微分参数越接近0.01，温湿度响应时间越快，滞后性相对较弱^[10-11]。系统震荡较小，系统稳定性最佳。通过测试可知基于自适算法的PID温湿度控制系统，能较好的克服传统的温湿度控制器，温湿度调节的滞后性问题，实现作物储存和种植温湿度调节的最佳优化控制。

3 结语

本文设计了一个自适应PID控制器的温湿度控制系统，在密闭空间中对温度和湿度进行闭环控制使其参数稳定于一定范围，有利作物的生长和物品的储存。通过测试可知系统稳定性较强，较好的解决温湿度调节的滞后性问题。该系统对于提高作物的产量和物品的储存周期有很强的实用性，有较强的推广空间。