基于52單片機(jī)的農(nóng)田溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)

趙巖 龐文琦 張心晶

摘 ?要： 環(huán)境控制一直都是農(nóng)業(yè)里面最重要的一部分，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，溫度和濕度對其有著決定性的作用，尤其是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面。溫濕度的監(jiān)測在提高產(chǎn)品數(shù)量，節(jié)約資源和安全生產(chǎn)方面有著重要的作用。為了提升產(chǎn)品的數(shù)量和對原料利用的最大化，能夠確保農(nóng)產(chǎn)品有更加適宜的生存環(huán)境，準(zhǔn)確的測量溫濕度受到了各行業(yè)的重視。針對這一問題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于52單片機(jī)的農(nóng)田溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)及其外圍電路作為控制部分的主機(jī)電路，采用STH11溫濕度傳感器作為檢測農(nóng)田土壤濕溫濕度的檢測元件，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)約的自動(dòng)化監(jiān)測，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 52單片機(jī);溫濕度傳感器;溫濕度自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號： TP368.1 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.051

本文著錄格式：趙巖，龐文琦，張心晶，等. 基于52單片機(jī)的農(nóng)田溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 軟件，2019，40（5）：262264

【Abstract】： Environmental control has always been the most important part of agriculture. For agricultural production， temperature and humidity play a decisive role， especially in agricultural production. Temperature and humidity monitoring plays an important role in improving the quantity of products， saving resources and safety in production. In order to improve the quantity of products and maximize the utilization of raw materials， to ensure a more suitable living environment for agricultural products， accurate measurement of temperature and humidity has attracted the attention of various industries. To solve this problem， this paper designs a farmland temperature and humidity monitoring system based on 52 single chip computer. The system uses AT89C52 MCU and its peripheral circuit as the main control circuit， and STH11 temperature and humidity sensor as the detection element to detect soil moisture， temperature and humidity in farmland. It realizes efficient and economical automatic monitoring， and has good application value.

【Key words】： 52 MCU; Temperature and humidity sensor; Temperature and humidity automatic monitoring system

0 ?引言

眾所周知，我國是農(nóng)業(yè)大國，環(huán)境控制一直都是農(nóng)業(yè)里面最重要的一部分，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，溫度和濕度對其有著決定性的作用，不同農(nóng)作物所需的生長環(huán)境不同，同種農(nóng)作物不同時(shí)期所需要的生長環(huán)境也是不一樣的，未來，農(nóng)業(yè)發(fā)展方向一定是向科技化，機(jī)械化方向邁進(jìn)，加強(qiáng)信息技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用以提高生產(chǎn)率，降低成本[1-2]。同時(shí)，適宜的溫度和濕度是農(nóng)作物生存及生長發(fā)育的重要條件之一，不僅影響著作物的發(fā)育速度，同時(shí)對作物的生長以及產(chǎn)量有著直接影響，因此，溫濕度的監(jiān)測對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)監(jiān)測農(nóng)作物的方法既費(fèi)勞力又浪費(fèi)時(shí)間，也不能對田間作物的生長進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測。近幾年也提出了田間環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測，大部分是采用有線的方式，雖然可靠性比較高，傳輸速度也比較快，但在地域廣的農(nóng)田上分布比較分散，不適合這種有線的傳輸方式?？梢酝ㄟ^對某一時(shí)期某一塊特定的農(nóng)田安裝一款簡單實(shí)用抗干擾的溫濕度監(jiān)測器進(jìn)行監(jiān)測，看它是否適合種植某種農(nóng)作物，以達(dá)到產(chǎn)量的最大化[3-5]。隨著時(shí)代的發(fā)展和工業(yè)化的推進(jìn)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要一款簡單、實(shí)用、抗干擾能力強(qiáng)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。

1 ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本系統(tǒng)是以52單片機(jī)為核心，具體包括溫濕度傳感器模塊、LCD液晶顯示顯示器模塊、和報(bào)警模塊。整個(gè)系統(tǒng)的工作過程是：（1）溫濕度傳感器將采集到的農(nóng)田溫濕度傳入到A/D轉(zhuǎn)換器中;（2）A/D轉(zhuǎn)換器通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換計(jì)算將農(nóng)田溫濕度模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;（3）將A/D轉(zhuǎn)換器中輸出的數(shù)字信號輸入單片機(jī);（4）單片機(jī)對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行處理;（5）單片機(jī)根據(jù)處理結(jié)果，輸出控制信號驅(qū)動(dòng)到輸出驅(qū)動(dòng)模塊。

2 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 ?主機(jī)模塊

AT89C52是低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)，用來處理傳感器收集來的數(shù)據(jù)并給顯示系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)做出反饋。在單芯片上，擁有8位CPU和系統(tǒng)可編程Flash，功能強(qiáng)大的AT89C52可以給較復(fù)雜的系統(tǒng)提供更靈活，更高效的實(shí)際數(shù)據(jù)。STC89C52具有以下功能標(biāo)準(zhǔn)：RAM大小為256 KB，32位I/O口線[6-7]。

MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。

（1）程序存儲(chǔ)器

如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始;如果EA接VCC，程序先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H～1FFFFH）開始，接著從外部尋址，尋址范圍為2000H～FFFFH。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

AT89C52有256字節(jié)RAM。高128字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問高于7FH的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定CPU訪問高字節(jié)RAM還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（ SFR ）。

2.2 ?傳感器模塊

本系統(tǒng)溫濕度傳感器選用STH11溫濕度一體傳感器，STH11是一款數(shù)字復(fù)合型傳感器，STH11可以同時(shí)測溫度和濕度，具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)，STH11傳感器內(nèi)含一個(gè)NTC測溫和一個(gè)電阻式感濕元件，并與一個(gè)8位的高性能單片機(jī)相連接，在精確的濕度校驗(yàn)室中STH11傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，以程序的形式將校準(zhǔn)系數(shù)儲(chǔ)存在0TP內(nèi)存中;檢測信號的時(shí)候，傳感器內(nèi)部要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)，采用單線制的串行接口，使系統(tǒng)集成可以有較低的功耗。所以它是最適合溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器。傳感器以一定的頻率采集環(huán)境信息，以I/O口接收采集到的環(huán)境信息，然后單片機(jī)做出處理[9-10]。STH11連線圖如圖2所示。

2.3 ?LCD液晶顯示電路

顯示模塊選用LCD1602液晶顯示屏，該模塊可以通過單片機(jī)控制，并行口數(shù)據(jù)16字*2行的字符型液晶模塊顯示。很多工控系統(tǒng)喜歡使用的液晶屏，顯示清晰質(zhì)量較高。LCD1602字符型液晶模塊是點(diǎn)陣型液晶，驅(qū)動(dòng)方便，經(jīng)過編程后顯示內(nèi)容多樣化[8]。LCD1602通過P1口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將要顯示的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示。顯示模塊連線圖如圖3所示。

2.4 ?按鍵輸入模塊

系統(tǒng)鍵盤如圖4所示，每個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵都接一個(gè)I/O接口，相互之間不影響，通過每個(gè)接口的電平狀態(tài)可以判斷哪個(gè)按鍵被按下。下圖的四個(gè)按鍵由上到下分別是加一，減一模式選擇鍵和返回鍵。

2.5 ?報(bào)警模塊

報(bào)警模塊由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，當(dāng)傳感器檢測到溫度或濕度超過預(yù)定值時(shí)，開始報(bào)警。高于限定值紅燈亮蜂鳴器響，低于限定值綠燈亮蜂鳴器響。報(bào)警系統(tǒng)連線圖如圖5所示。

3 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件程序采用C語言編寫，采用Keli軟件對程序進(jìn)行開發(fā)，程序主要包括溫濕度的計(jì)算讀寫，數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，報(bào)警處理程序和液晶顯示程序。系統(tǒng)總體流程圖如圖6所示。

4 ?結(jié)論

本文利用AT89S52單片機(jī)、STH11溫濕度傳感器、LCD602液晶顯示設(shè)備以及報(bào)警裝置，設(shè)計(jì)了農(nóng)田溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。利用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，對溫濕度傳感器STH11進(jìn)行控制，通過溫、濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田空氣的溫、濕度信息進(jìn)行采集，并對數(shù)據(jù)處理，LCD1602顯示屏顯示即時(shí)溫、濕度值。當(dāng)溫、濕度數(shù)據(jù)超出設(shè)定溫、濕度值時(shí)，由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場報(bào)警功能，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果分析。系統(tǒng)響應(yīng)速度快，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，精確度高，成本低，操作簡單，完全滿足測量控制系統(tǒng)的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 王孟博. 基于STC12C5A60S2雙串口單片機(jī)的土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 寧夏師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2017， 38（06）： 63-69.

[2] 劉娟花， 楊幸芳. 基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2017， 40（20）： 165-168.

[3] 馮建利， 桂雪， 胡萌萌， 雷露， 馬樂靜. 基于單片機(jī)的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊， 2017（16）： 86.

[4] 王友科， 張麗萍. 基于單片機(jī)的實(shí)用無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子世界， 2017（06）： 131-132.

[5] 王耀平. 基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 電子測試， 2017（04）： 21+26.

[6] 李瑞福. 基于單片機(jī)AT89C51 的一氧化碳濃度檢測儀設(shè)計(jì)[J]. 軟件， 2015， 36（9）： 106-108.

[7] 丁月林. 基于STM32 的低功耗溫濕度采集器實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件， 2015， 36（5）： 84-88.

[8] 李瑞福. 基于單片機(jī)AT89C51 的一氧化碳濃度檢測儀設(shè)計(jì)[J]. 軟件， 2015， 36（9）： 106-108.

[9] 丁月林. 基于STM32的低功耗溫濕度采集器實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件， 2015， 36（5）： 84-88.

[10] 陳曉燕， 姚高偉， 張鯤， 等. 基于遺傳算法的無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用[J]. 軟件， 2015， 36（4）： 1-5.