馬紅偉　趙　娟

?

一種智能農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

馬紅偉趙娟

（荊楚理工學(xué)院電子信息工程學(xué)院 湖北荊門 448000）

物聯(lián)網(wǎng)模式下智能農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)大棚是智能農(nóng)業(yè)的一個突出表現(xiàn)，而溫濕度的測量系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)的主要指標(biāo)。文章所設(shè)計的智能農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測系統(tǒng)是基于單片機的溫濕度測量系統(tǒng)，可以有效的對農(nóng)業(yè)大棚進行環(huán)境參數(shù)進行長期、穩(wěn)定、實時、自動的監(jiān)測。系統(tǒng)通過傳感器對溫濕度數(shù)據(jù)進行采集，并把采集到的數(shù)據(jù)傳送到控制中心，通過單片機進行數(shù)據(jù)處理后經(jīng)LCD顯示出來，同時還可以實現(xiàn)報警功能，即溫濕度過高或過低自動報警。

智能農(nóng)業(yè)大棚；溫濕度檢測；單片機；傳感器

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測模式主要是人為檢測，需要24 h人工輪流值班，值班人員通過不斷查看、記錄、測量等記錄溫度數(shù)據(jù)，不僅效率低下而且也不利于人員的充分利用，耗費人力物力，甚至產(chǎn)生重大事故，人工維護也缺乏完整的管理系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，農(nóng)業(yè)智能化程度不斷加大，溫室大棚在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，其主要功能主要體現(xiàn)在先進的技術(shù)和現(xiàn)代化的設(shè)備，自動檢測溫濕度變化，人為的控制農(nóng)作物的生長環(huán)境，使農(nóng)作物受地域和氣候等條件的影響，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的常年工廠化和高產(chǎn)值，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高效性和高效率。本文所設(shè)計的智能農(nóng)業(yè)大棚溫度檢測系統(tǒng)主要是利用溫濕度傳感器去感應(yīng)大棚環(huán)境的溫濕度變化數(shù)據(jù)，然后通過單片機判斷感應(yīng)到的溫濕度是否異常，若溫濕度異常則立即采取調(diào)節(jié)措施，若時間異常則輸出報警信號，異常處理完畢解除報警。

1 智能農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計主要通過溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、顯示模塊、時鐘模塊、報警模塊、LCD顯示模塊、時鐘模塊、顯示模塊和按鍵模塊幾部分組成。在系統(tǒng)控制部分采用單片機AT89 C52 芯片，主要是處理采集到的數(shù)據(jù)，并通過處理的數(shù)據(jù)對其他各個模塊進行相應(yīng)的控制。通過DHT11 傳感器芯片對大棚內(nèi)部環(huán)境的溫濕度進行數(shù)據(jù)采集。顯示模塊采用1602 液晶屏報警模塊采用蜂鳴器進行報警，具體顯示內(nèi)容及方式由軟件來完成。是一種智能、快捷、方便的溫濕度測量系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)簡單緊湊，功耗較低，抗干擾能力強、總體性能比較好，能很好的滿足工農(nóng)業(yè)工藝要求。

總體設(shè)計方案如圖1所示。

圖1　 總體設(shè)計框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)主要包括LCD液晶顯示電路、報警電路、控制電路、顯示電路、按鍵電路和溫濕度檢測電路。系統(tǒng)運行后溫濕度傳感器芯片DHT11 首先自動的對該智能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部環(huán)境的溫濕度進行數(shù)據(jù)采集，并把采集到的數(shù)據(jù)通過片機的P2.0口傳給單片機進行識別，該系統(tǒng)采用的DHT11 是一個數(shù)字一體性的傳感器芯片，具有高度的集成化，可以實現(xiàn)數(shù)模的轉(zhuǎn)換。單片機AT89 C52 是整個系統(tǒng)的主控中心，控制著整個系統(tǒng)的運行，通過單片機的各個監(jiān)控去控制該系統(tǒng)的其他電路，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、處理和存儲，使得構(gòu)成系統(tǒng)的各個模塊的功能連接起來形成特定的功能，構(gòu)成一個有效的整體電路。系統(tǒng)報警部分主要是通過蜂鳴器來實現(xiàn)的，通過單片機的接口連接蜂鳴器，溫度傳感器對環(huán)境溫度進行實時檢測，當(dāng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)超過了原本設(shè)定好上限值或者下限值的時候，單片機就會采取相應(yīng)的處理，并把處理的數(shù)據(jù)通過接口傳給報警電路，此時蜂鳴器開始進行報警?？刂浦行耐ㄟ^對溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)讀取、處理和分析后，將處理后的數(shù)據(jù)直接通過相應(yīng)的接口發(fā)送到LCD顯示芯片1602 上去進行數(shù)據(jù)顯示。該系統(tǒng)的顯示電路除了顯示處理后的數(shù)據(jù)之外，還可以進行時鐘和日期的顯示，是一種 工業(yè)常用的字符顯示行液晶顯示器。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件畫質(zhì)高且不會閃爍，操作簡單且可靠，而且較傳統(tǒng)顯示器輕便。

3 智能農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

由于系統(tǒng)以單片機作為控制核心，故需要設(shè)定程序來實現(xiàn)控制核心的功能，利用單片機的不同接口來實現(xiàn)對其他模塊的數(shù)據(jù)的識別、處理和傳輸，在進行該系統(tǒng)軟件設(shè)計的時候首先建立系統(tǒng)主流程圖，然后再根據(jù)硬件模塊進行相應(yīng)模塊流程的劃分，并對各個劃分后的模塊進行流程圖的設(shè)計。流程圖建立后，根據(jù)流程圖的需要進行相應(yīng)的程序編寫，讓各個模塊的功能得以實現(xiàn)，最后把各個子模塊進行有效的合理的連接起來實現(xiàn)主程序，最終通過軟件在硬件中的運行實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)采用KeilC51 進行編程，在實現(xiàn)程序運行的時候首先對程序進行初始化，然后把傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過指令傳給單片機控制中心進行數(shù)據(jù)的處理和分析。在控制中心將處理的數(shù)據(jù)送給顯示模塊進行顯示的時候，顯示模塊首先確認(rèn)相應(yīng)的模塊標(biāo)志，若指令標(biāo)志為高電平表示忙，該指令無法執(zhí)行；若指令標(biāo)志為低電平表示不忙，該指令可執(zhí)行；在現(xiàn)實字符時首先要顯示字符地址，用以明確字符來源。溫濕度模塊DH11 為數(shù)字溫濕傳感器，上電后有1 s的延遲，延遲后保持高電平，自動檢測大棚內(nèi)的溫濕度，經(jīng)過一定的時間延遲后以低電平的形式把檢測到的數(shù)據(jù)信息傳遞給單片機控制中心。系統(tǒng)主流程圖如圖2所示。

圖2　 系統(tǒng)主流程圖

4 系統(tǒng)仿真測試

本次設(shè)計采用Protues軟件進行仿真調(diào)試。首先在Protues軟件內(nèi)繪制仿真電路，然后通過對仿真電路進行測試，觀察仿真電路運行結(jié)果，若結(jié)果理想則表明電路設(shè)計合理，若結(jié)果不理想適當(dāng)修改電路，直到得到理想的結(jié)果為止。在仿真過程中應(yīng)設(shè)定好環(huán)境溫度濕度的預(yù)定值，當(dāng)環(huán)境的溫度和濕度超過傳感器預(yù)設(shè)值時蜂鳴器就會報警。系統(tǒng)仿真電路如圖3所示。

圖3　 系統(tǒng)仿真電路圖

原理圖中上部分是液晶顯示器和液晶顯示模塊電路，右邊是報警電路。中間是AT89 C52 單片機，左邊連接的是時鐘電路，右邊是設(shè)置電路。下部分是按鍵電路和AD轉(zhuǎn)換電路。系統(tǒng)中溫度傳感電路和濕度傳感電路會實時監(jiān)控當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度，然后反饋給單片機，單片機與預(yù)定值做比較，當(dāng)反饋的數(shù)值超過預(yù)定值，聲光報警電路就會發(fā)出警報。在仿真中，由于仿真原件中沒有DHT11 傳感器，故只能用DS18 B20 溫度傳感器替換，我們給定一個溫度的數(shù)值在數(shù)碼管上顯示出來，數(shù)碼顯示管顯示的是10 ~30 ℃，代表的是檢測到當(dāng)前溫度為15.5 ℃。這時的數(shù)值在正常范圍，在預(yù)設(shè)值之內(nèi)，聲光報警電路就不會發(fā)出警報。

在仿真電路的調(diào)試過程中，有些部分程序運行的結(jié)果總是達不到預(yù)期的效果，溫濕度的修正還存在著一些問題，導(dǎo)致檢測出來的溫濕度與實際的存在著誤差，通過設(shè)定參數(shù)和更換基本元器件后系統(tǒng)功能運行正常，表明該系統(tǒng)能夠滿足農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測功能的需要。

[1]孫國輝.智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)[D].黑龍江大學(xué),2016.

[2]譚杰,張富春,張水利,基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大棚智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測控制系統(tǒng)研究[J].電子設(shè)計工程,2018,26(4):38-42.

[3]許洪軍.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)溫室控制系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程,2018(01).

[4]李萌,鄧琛,王昌志.智能農(nóng)業(yè)大棚無線監(jiān)測與管控的平臺系統(tǒng)設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2015,15(11):69-72.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.16

省教育廳計劃項目《荊門市農(nóng)谷信息化監(jiān)控技術(shù)需求與頂層方案設(shè)計》（B2018241）。

馬紅偉(1994- )，男，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；趙娟(1979- )，女，碩士，副教授，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。

S625.3

C

2095-1205(2019)04-29-02