溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研討

緒論：寫作既是個人情感的抒發(fā)，也是對學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的1篇溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研討范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研討:基于ZigBee的溫室大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)

摘要 本文針對傳統(tǒng)有線溫度檢測系統(tǒng)存在布線復(fù)雜、維護困難、成本高等問題。從低功耗、小體積、使用簡單等方面考慮連接進行數(shù)據(jù)傳輸，提出了基于射頻CC2430(ZigBee)和數(shù)字溫度傳感器DS1820設(shè)計無線溫度檢測系統(tǒng)的實施方案。

關(guān)鍵詞 無線通信；ZigBee協(xié)調(diào)器；CC2430； DS1820；溫度檢測

0 引言

隨著溫室大棚種植技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植，大棚溫室種植已成為重要手段。而溫室大棚中所種植的農(nóng)作物對溫度的要求極高。大棚溫度控制不好，會影響到各種農(nóng)作物的生長，從而導(dǎo)致大棚的效益下降。由此，便需對大棚溫度實時的、精確的監(jiān)測。但是目前，國內(nèi)的很多溫室大棚溫度監(jiān)測仍然采用的是以單片機控制為核心的傳統(tǒng)有線監(jiān)測系統(tǒng)。這種監(jiān)測系統(tǒng)通過采用復(fù)雜的電纜將其各部件連接并進行數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)具有布線復(fù)雜、局限性強以及設(shè)備維護困難等問題。

針對這些問題，提出了一種基于無線射頻CC2430（ZigBee）技術(shù)和數(shù)字溫度傳感器的無線溫度檢測裝置。設(shè)備主要由一個無線節(jié)點（接點根據(jù)需要可擴展到56個）和一個協(xié)調(diào)器組成。系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)器與無線節(jié)點進行無線通信，將無線節(jié)點所采集到的溫度數(shù)據(jù)信息由串口將數(shù)據(jù)顯示出來，從而達(dá)到對溫度檢測的目的。

1 ZigBee9技術(shù)簡介

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)或無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一組基于IEEE批準(zhǔn)的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)，主要適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，可嵌入各種設(shè)備中。網(wǎng)絡(luò)功能是ZigBee最重要的特點，也是與其他無線局域網(wǎng)(WPAN)標(biāo)準(zhǔn)不同的地方。在網(wǎng)絡(luò)層方面，其主要工作在于負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)機制的建立與管理，并具有自我組態(tài)與自我修復(fù)功能。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要使用孤立的、沒有通信能力的機械裝置，主要依靠人力監(jiān)測作物的生長狀況。采用了由成千上萬個傳感器構(gòu)成的比較復(fù)雜的ZigBee網(wǎng)絡(luò)后，農(nóng)業(yè)將可以逐漸地轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，使用更多的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和遠(yuǎn)程控制的裝置來耕種。ZigBee技術(shù)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代精確農(nóng)業(yè)。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成

整個無線測溫裝置硬件由無線節(jié)點和協(xié)調(diào)器兩大部分組成。通常，一套裝置只有一個協(xié)調(diào)器，其主要包括微控制器及射頻收發(fā)單元、無線節(jié)點、電源模塊及接口單元。

系統(tǒng)硬件在選用上，主要從溫度監(jiān)測的精確度、溫度檢測的范圍以及所選元器件使用的便利性和經(jīng)濟型方面考慮。我們主要采用的是DS1820的無線溫度傳感器和無線射頻CC2430。

DS1820的無線溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器及接口電路五部分組成。其主要特點是溫度測量精確，對溫度的分辨率為0.5℃；測量范圍廣，測量范圍可從-55℃到+125℃；單總線接口，只需一個接口即可完成溫度轉(zhuǎn)換的讀寫操作，可簡化線路，節(jié)省I/O資源，提高經(jīng)濟性。系統(tǒng)可將檢測到的溫度信息數(shù)字化，采用9位數(shù)字方式直接讀取溫度，其典型轉(zhuǎn)換時間僅為1s。

無線射頻CC2430芯片的是完全符合ZigBee技術(shù)的2.4GHz射頻系統(tǒng)單芯片，適用于各種無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。其主要特點是體積小、高性能、低功耗，具有優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。

接口單元我們采用的是目前PC與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口RS-232接口。RS-232接口采用的是串行通訊方式，具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。

3 工作原理

系統(tǒng)的工作主要由3部分實現(xiàn)：信息采集終端、信息收集終端、信息顯示終端。

溫度數(shù)據(jù)由DS1820采集之后傳給節(jié)點，之后經(jīng)兩塊ZigBee模塊的無線通信把溫度值傳給協(xié)調(diào)器，最后通過串口把溫度值顯示出來。在進行多點通信時，裝置中每個協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個節(jié)點。不僅可以極大的解決傳統(tǒng)有線設(shè)備的布線問題，還可節(jié)約大量導(dǎo)線，提高設(shè)備經(jīng)濟性。

1）信息采集終端：主要指是無線節(jié)點。從經(jīng)濟性及便利性方面考慮主要采用的是由數(shù)字DS1820、無線射頻CC2430、電源等組成的無線節(jié)點。無線節(jié)點主要分布溫室大棚中需要進行溫度檢測的各個地點，節(jié)點之間通過射頻進行無線通信。工作中，終端在無線節(jié)點的增加或者刪除時，可快速的對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行調(diào)整，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自我修復(fù)從而保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。溫度傳感器在與協(xié)調(diào)器綁定進行溫度檢測后，檢測到得溫度通過無線通信發(fā)送到協(xié)調(diào)器；

2）信息收集終端：主要是指協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器主要安放在溫度檢測控制室，其作用主要是完成整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建立與維護，與無線節(jié)點間實現(xiàn)綁定的建立，接收由無線節(jié)點通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲及匯總。之后，通過RS-232串口將采集到得溫度數(shù)據(jù)信息傳送到上機位，以便對數(shù)據(jù)進一步處理；

3）信息顯示終端：主要是指上機位。通常與信息采集終端同樣安放在溫度檢測控制室。其主要作用是將由信息采集終端傳送過來的溫度檢測數(shù)據(jù)儲存并做進一步的處理后顯示。其中溫度值的顯示是以16進制形式顯示的，再做進一步處理是可以對其十進制化。實驗時，裝置在室溫情況下測量得到的數(shù)據(jù)溫度值為16+11=27攝氏度，較為準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

基于ZigBee的溫度檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的是溫度的無線檢測，設(shè)備可靠性高和功耗小，成功解決了傳統(tǒng)有線溫度檢測系統(tǒng)布線等復(fù)雜的問題，適合工業(yè)級要求，有較高的實用價值。

溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研討:基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：我國是農(nóng)業(yè)大國，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)既可以節(jié)省人力、物力、財力，又可以高效高質(zhì)量地促進生產(chǎn)。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)變得越來越有意義。本文介紹的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)采用Zigbee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，將溫濕度、氣體等傳感器采集的實時信息傳送到上位機和手機APP上，這樣溫濕度、氣體等信息就可方便快捷地同時顯示到電腦和手機上。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)測；傳感器

隨著科技的發(fā)展，人們對生活工具的要求也越來越高，希望各類生活工具都變得更加快捷。我國是農(nóng)業(yè)大國，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式不僅需要大量的人力去觀察農(nóng)作物的生長，而且影響農(nóng)作物生長的各環(huán)節(jié)，也需要農(nóng)民靠自己的經(jīng)驗去感知，這非常不利于我國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)可以很好地解決傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的弊端[2]。本文所介紹的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用CC2530單片機對傳感器采集到的各類信息進行處理，通過Zigbee無線通信技術(shù)形成一個可監(jiān)測溫室大棚的溫度、濕度、氣體等參數(shù)的星型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)是由一個協(xié)調(diào)器（ZigBee中心節(jié)點）和4個終端節(jié)點（ZigBee終端節(jié)點）構(gòu)成。協(xié)調(diào)器的作用是將連接終端節(jié)點的溫度傳感器、濕度傳感器等采集到的信息，傳輸給上位機和手機APP[3]。本系統(tǒng)的上位機和手機APP都可以隨時查看溫室大棚的實時信息，并遠(yuǎn)程控制溫室大棚。具體工作原理是監(jiān)測系統(tǒng)電源開關(guān)打開后，傳感器先采集溫室大棚的溫度、濕度等信息給Zigbee終端，Zigbee終端通過無線網(wǎng)將信息傳送給Zigbee協(xié)調(diào)器，進而再傳送給上位機和手機APP[4]。根據(jù)環(huán)境要求的不同，通過鍵盤設(shè)定各類溫室大棚監(jiān)測信息的最高值，上位機和手機APP通過與輸入設(shè)定值進行比較，控制協(xié)調(diào)器驅(qū)動蜂鳴器報警。

2系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由CC2530單片機構(gòu)成主控部分，進行信息處理、外部指令接受、控制信號形成和信息記錄等功能。本系統(tǒng)中土壤濕度傳感器類型為DHT11，空氣溫濕度傳感器類型為DS18B20，二氧化碳傳感器類型為M-Q2。Zigbee終端節(jié)點會不時讀取各個傳感器采集的信息（模擬信號），并將各類模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給Zigbee協(xié)調(diào)器。Zigbee協(xié)調(diào)器和上位機通過串口RS232進行通信，上位機和手機通過路由器wife通信，只要上位機和手機在同一個局域網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)上位機打開管理系統(tǒng)、串口和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，手機上的APP就可以連接上Zigbee終端，這樣傳感器采集的各類信息就可以同時在手機和上位機上顯示[5]。

3系統(tǒng)測試

3.1 上位機信息采集測試

溫室大棚各類信息通過Zigbee終端節(jié)點到達(dá)Zigbee協(xié)調(diào)器后，經(jīng)過串口RS232把各類信息的數(shù)字信號傳輸?shù)缴衔粰C中，在上位機中進行顯示、保存和處理，然后上位機再將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給手機用戶APP軟件上。其中，上位機中一個終端的顯示信息，如圖1所示。

3.2手機APP軟件信息采集測試

手機APP通過藍(lán)牙方式接受上位機的數(shù)據(jù)，最終各類信息也可以在用戶APP軟件上同時顯示，顯示信息如圖2所示。

4結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得基于Zigbee的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研究非常具有實用價值和研究價值，基于Zigbee的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)一方面節(jié)省了人力物力財力，另一方面可提高農(nóng)業(yè)溫室大棚的收益和效率，加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高人們的生活質(zhì)量。

溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研討:基于單片機的溫室大棚溫濕度集中監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：目前的溫室大棚存在環(huán)境參數(shù)讀取的自動化程度較低且不準(zhǔn)確，人力消耗大等問題。為解決上述問題本文提出了一種基于單片機的大棚溫濕度集中監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方法。該系統(tǒng)由單片機和多個AM2301傳感器構(gòu)成下位機，在對環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)進行采集的同時，通過串口將數(shù)據(jù)傳輸至上位機的人機交互系統(tǒng)中進行集中監(jiān)測。人機交互系統(tǒng)界面具有數(shù)據(jù)顯示的功能，可以精準(zhǔn)地呈現(xiàn)出溫度、濕度變化曲線，便于人工監(jiān)測。多次試驗表明，該系統(tǒng)具有節(jié)省人力、反應(yīng)迅速、操作簡單、可擴展性好等特點。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；單片機；人機交互系統(tǒng)；環(huán)境監(jiān)測

我國具有上萬年的農(nóng)業(yè)發(fā)展史，隨著科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫室大棚的應(yīng)用越來越廣泛，為人們創(chuàng)造了許多經(jīng)濟效益。而在溫室大棚的管理中最重要的就是對環(huán)境參數(shù)的控制。所以溫室大棚的溫濕度控制的改進迫在眉睫。目前，我國的溫室大棚在應(yīng)用上仍存在以下問題：大棚中采用人工來控制大棚的溫度，費時費力，而且精確度極低，不能使作物處于最合適的環(huán)境，為了解決上述問題，本文提出了一種基于單片機的大棚溫濕度集中監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)能通過下位機單元對溫度、濕度等數(shù)據(jù)實時采集并將數(shù)據(jù)傳輸至上位機進行實時顯示。上位機在VC環(huán)境下搭建交互界面，可實現(xiàn)對多個溫室大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)進行同時顯示的功能。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)由多個下位機數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)傳輸單元和上位機系統(tǒng)三大部分組成。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

溫度、濕度是影響農(nóng)作物生長的主要環(huán)境指標(biāo)，系統(tǒng)采用了多個傳感器完成了數(shù)據(jù)的采集。每一個溫室大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)采集單元對環(huán)境參數(shù)采集后，對數(shù)據(jù)進行處理。通過串口將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)上位機。上位機中的交互軟件在接收到數(shù)據(jù)后予以顯示。另外，在設(shè)計的過程中考慮到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點，系統(tǒng)的各個部分都進行了模塊化設(shè)計，便于針對不同作物的需要對不同環(huán)境因素進行監(jiān)控，同時也增加了系統(tǒng)的可擴展性以及通用性。

2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

由于STC89S52單片機具有體積小，造價低，接口資源豐富等優(yōu)點，所以選其作為下位機中央處理芯片。針對溫室大棚中，環(huán)境復(fù)雜的特點，上下位機之間的通信采用串口通信，穩(wěn)定可靠。選擇AM2301溫濕度傳感器作為溫濕度的檢測原件，它具有測量范圍廣、分辨率高、精度高、采用單線制進行數(shù)據(jù)發(fā)送等特點，更便于系統(tǒng)集成。

串口通信是系統(tǒng)中的重要技術(shù)。串口按位（bit）收發(fā)數(shù)據(jù)。雖然相對于并行通信其速率較慢，但是它可以同時用兩根線就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。可以以這種簡單的方式完成遠(yuǎn)距離通信。通信需要3根線來完成，分別是接受、地線、和發(fā)送。其他線用于握手，但并不是必須的。串口通信主要的通信參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗位。兩個進行通信的端口，上述⑹必須完全匹配。

3.上位機交互系統(tǒng)

程序軟件是基于Microsoft Visual C++ 6.0編寫的MFC程序，主要用于濕度、溫度數(shù)據(jù)的接收與顯示。采用串口通信，將濕度、溫度分為濕度整數(shù)部分，濕度小數(shù)部分，溫度整數(shù)部分，溫度小數(shù)部分，以及校驗位共5byte的數(shù)據(jù)接收過來進行結(jié)算。采用MFC進行程序界面的編寫與顯示。使用picture控件實現(xiàn)了示波器對濕度與溫度的示波器動態(tài)顯示，按照時間的變化動態(tài)顯示溫度與濕度的當(dāng)前數(shù)值。示波器的繪制先建立一個picture控件，定義一個定時器，對對話框類編寫一個對于定時器消息處理函數(shù)，每次定時器定時時間到，進入中斷函數(shù)中，會在picture控件中重新繪制示波器圖片，使人看起來就是動態(tài)顯示濕度與溫度。使用picture控件實現(xiàn)了數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管對濕度與溫度的示波器動態(tài)顯示，按照時間的變化動態(tài)顯示溫度與濕度的當(dāng)前數(shù)值。

數(shù)碼管的繪制先建立一個picture控件，在資源bitmap中插入需要的0～9已經(jīng)編輯好的數(shù)字以及小數(shù)點、負(fù)號等特殊符號的位圖資源。定義一個定時器，對對話框類編寫一個對于定時器消息處理函數(shù)，每次定時器定時時間到，進入中斷函數(shù)中，會在picture控件中重新繪制數(shù)碼管圖片，使人看起來就是動態(tài)顯示濕度與溫度的準(zhǔn)確數(shù)值。程序運行之后，點擊連接按鈕，程序就會顯示傳感器測量到的濕度與溫度。用戶界面如圖2所示。

4.實驗結(jié)果與分析

在室內(nèi)模擬溫室進行實驗，使用一個數(shù)據(jù)采集單元對室內(nèi)的溫度、濕度進行檢測。同時利用吹風(fēng)機來模擬溫度變化，利用噴壺來改變傳感器附近的濕度。采用串口與上位機進行通信，將收集到的數(shù)據(jù)傳至上位機人機交互界面顯示如圖2所示。圖中結(jié)果表明，該溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)能夠較為靈敏的對環(huán)境溫濕度進行檢測和顯示。

結(jié)論

本系統(tǒng)由多個單片機和外圍傳感器構(gòu)成下位機系統(tǒng)，實現(xiàn)了對溫濕度等環(huán)境參數(shù)的采集。同時通過上位機的人機交互系統(tǒng)界面對溫室大棚中溫度、濕度進行實時顯示和監(jiān)控。系統(tǒng)實現(xiàn)了對多個溫室大棚同時進行監(jiān)控、顯示的功能。經(jīng)大量試驗表明：本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、實時的顯示環(huán)境溫濕度。具有操作簡單、反應(yīng)靈敏、自動化程度高、可擴展性好和便于集中監(jiān)控等特點，基本可以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對大棚監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研討:基于單片機的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

【摘 要】隨著生活水平的提高，人們希望一年四季都能吃到新鮮的蔬菜，因此對影響農(nóng)作物生長的溫度、濕度和光照度等環(huán)境參數(shù)進行合理有效的監(jiān)測和控制，成為溫室大棚進一步提高的重要方面。以AT89C51單片機為核心，結(jié)合溫濕度傳感器、光照度傳感器設(shè)計和實現(xiàn)了這種環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、鍵盤電路、液晶顯示和報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)用于對溫室大棚的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測，具有對溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照度等環(huán)境參數(shù)進行實時檢測并顯示等功能。具有重要的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】溫濕度傳感器；光照度傳感器；AT89C51單片機；環(huán)境參數(shù)監(jiān)測

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在國民生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位，隨著科技水平的提高、人們對生產(chǎn)生活物資需求的增加，溫室大棚的發(fā)展速度很快，大力發(fā)展溫室大棚成了近幾年的重點[1]。由于我國地理環(huán)境復(fù)雜氣候多變等多方面的原因，根據(jù)國外技術(shù)設(shè)計的溫室大棚系統(tǒng)不太符合我國實際，盡管國內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生了溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究成果，但是在穩(wěn)定性、可靠性和可操作性方面依然不太理想，難以應(yīng)用推廣。為改變傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗評判的誤差大、反應(yīng)周期長的問題，開發(fā)一種穩(wěn)定性好、可靠性高、成本低、適應(yīng)性強、易于推廣的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，以滿足國內(nèi)日益增長的溫室大棚生產(chǎn)的需要[2-3]。

為了提高人們的生活水平，對影響農(nóng)作物生長的溫度、濕度和光照度等環(huán)境參數(shù)進行合理有效的監(jiān)測和控制，成為溫室大棚進一步提高的重要方面。設(shè)計開發(fā)適合我國地理、氣候等方面特點的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，對溫室大棚生產(chǎn)力的提高、管理水平的提高，具有深遠(yuǎn)的意義。

1 系統(tǒng)工作原理

整個系統(tǒng)的工作過程是通過溫濕度傳感器、光照度傳感器采集信號，內(nèi)部經(jīng)信號放大器放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳送給單片機控制系統(tǒng)，最后經(jīng)過LCD液晶顯示溫濕度和光照度。它包括了測量，顯示與控制三模塊，測量模塊是由溫濕度、光照度傳感器來完成的；顯示模塊是通過液晶顯示屏來顯示環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；控制模塊則是由單片機來控制驅(qū)動電路實現(xiàn)的，當(dāng)溫濕、光照度超過可控范圍時單片機啟動報警系統(tǒng)。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 單片機控制系統(tǒng)

采用AT89C51單片機作為控制器。在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，時鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計是十分重要的一個環(huán)節(jié)，在時鐘電路中，C1、C2為負(fù)載電容。一般情況下，單片機的晶體振蕩為并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容器。根據(jù)晶體振蕩器廠家提供的晶振要求來對負(fù)載電容進行選值的，也就是說，晶體振蕩器的頻率就是在他提供的負(fù)載電容下測得的，如此既能最大限度的保證頻率值的誤差，又能保證溫漂等誤差。所以兩個電容的取值應(yīng)是相同的，或者說相差不大，反之容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。振蕩頻率為12MHz，幅度為5V。輸出的信號與單片機的18，19腳相連。復(fù)位電路雖然簡單，但其作用十分重要。它通過一個按鍵和一個極性電容并聯(lián)，接下拉電阻后接在單片機的引腳RST。

2.2 數(shù)據(jù)采集單元

本設(shè)計采用數(shù)字溫濕度傳感器SHT11和光照度傳感器來采集信號。溫濕度傳感器有SHT10、SHT11、SHT15型號，但要考慮使用環(huán)境、穩(wěn)定性、精度、價格等各方面問題，因此綜合考慮以上因素，選擇型號SHT11。該傳感器由一個溫度傳感元件和濕度傳感器組成，并連接一個高性能的8位單片機。因此，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，性價比很高。即使在惡劣的環(huán)境下應(yīng)用，也可以很好地傳輸，因此成為各種應(yīng)用的最佳選擇。SHT11的額定工作電壓在2.4-5.5V范圍區(qū)間內(nèi)，而一般供電電壓設(shè)定是3.3V，在25℃時測溫精度為±0.4℃，測濕精度為±3.0%RH。SCK用于微處理器與SHT11之間的通訊同步，DATA用于讀取傳感器數(shù)據(jù)。

根據(jù)溫室大棚內(nèi)農(nóng)作物的要求，選擇光照度傳感器GY-30，無需任何外部零件，光源的依賴性不大，其輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)的電壓及其電流信號，具有體積小、安裝方便、線性度好、抗干擾能力強和量程可調(diào)的特點，廣泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、溫室和建筑等的光照強度測量[4-5]。

2.3 鍵盤電路

在實際運用中，需要設(shè)置一個適合植物生長的溫濕度、光照度范圍。當(dāng)一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的運行需要人工干預(yù)時，鍵盤往往是一種最簡單的干預(yù)途徑，利用鍵盤，人們可以很方便的實現(xiàn)向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或讓系統(tǒng)去執(zhí)行某一項命令。在此，系統(tǒng)設(shè)置了三個按鍵，通過這三個按鍵來設(shè)置溫濕度、光照度的上下限數(shù)值。CPU的操作很快，因此這種抖動就容易對按鍵的識別產(chǎn)生影響，為了防止因按鍵抖動而導(dǎo)致系統(tǒng)的誤操作，一般采取延時操作消除按鍵抖動。

2.4 輸出模塊

1）液晶顯示電路。采用LCD1602液晶顯示屏，顯示系統(tǒng)采集到的環(huán)境參數(shù)，當(dāng)需要進行參數(shù)上下限調(diào)整時，顯示出參數(shù)的調(diào)整值。可以調(diào)節(jié)滑動變阻器來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)顯示的亮度。2）報警電路。該系統(tǒng)采用三個發(fā)光二極管燈作為光報警，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場燈不顯示；當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合要求時，現(xiàn)場做出相應(yīng)參數(shù)的報警。本設(shè)計采集監(jiān)測三個數(shù)據(jù)，設(shè)置了3個報警，更加容易分辨是哪個參數(shù)需要調(diào)整。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個控制端口的初始化工作。系統(tǒng)在初始化完成后就進入溫濕度和光照度測量程序，實時的測量當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)，并通過顯示電路在LCD上顯示數(shù)據(jù)。程序中以中斷的方式來重新設(shè)定參數(shù)的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計完成對環(huán)境參數(shù)的控制。按下數(shù)值加鍵可以設(shè)定參數(shù)上限，按下數(shù)值減鍵可以設(shè)定參數(shù)下限。

4 結(jié)論

本環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，是采用數(shù)字式溫濕度傳感器、光照度傳感器采集信息，送到單片機進行控制溫濕度度和光照度的顯示。另外本系統(tǒng)還可以通過外接電路擴展實現(xiàn)報警功能，從而更好的實現(xiàn)溫濕度和光照度的實時控制。若AT89C51內(nèi)存不足，由于引腳相同且功能沒有太大差別，可以改為AT89C52替換。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價比。

溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研討:溫室大棚溫濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主控電路研究與設(shè)計

【摘 要】根據(jù)目前常見的溫室用溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)所存在的穩(wěn)定性和可靠性等缺點，本文進行了研究，利用PIC16F877A單片機來對蔬菜大棚監(jiān)測系統(tǒng)進行了研究，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化程度。在研究的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的主控電路進行了創(chuàng)新設(shè)計，并提出了相應(yīng)的對策和解決方案。

【關(guān)鍵詞】溫濕度；監(jiān)測系統(tǒng)；主控電路；PIC

目前，大部分常用的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)是以晶體管電路或51單片機為核心部件，再配以相應(yīng)的傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路組成的溫度和濕度實時監(jiān)測系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)，在實際工作中存在諸如在線調(diào)節(jié)不方便、數(shù)字化和智能化程度較低等缺點。

因此，本文研究了基于PIC16F877A單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，對主控電路進行了改進，提出了相應(yīng)的對策和解決方案。

1 設(shè)計思路

通常情況下，溫室內(nèi)的溫度和濕度對作物的影響巨大。如若要使得這些植物在非本季節(jié)處于較佳的生長狀態(tài)，就必須嚴(yán)格控制溫室內(nèi)的溫濕度。而不同類別的植物，所需溫濕度也不盡相同。嚴(yán)格監(jiān)測和控制溫室內(nèi)溫度和濕度環(huán)境參數(shù)，能夠有效保障植物時刻處于較佳的生長狀態(tài)，有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。

首先，本文分析了溫室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)基本原理和性能要求，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的普通MCU與PIC系列PIC16F877A進行性能比較，對優(yōu)化主控電路做出理論依據(jù)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案和整改對策。然后，分析了目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的模擬量傳感器和直插式數(shù)字傳感器進行性能差異，從非電和電兩個方面著手對影響溫濕度監(jiān)測精度及可靠性的原因進行分析，并在優(yōu)化的主控電路。最后，采用了以PIC16F877A對直插數(shù)字集成式溫濕度傳感器DHT11進行循環(huán)控制，達(dá)到對蔬菜大棚溫濕度實時監(jiān)控的目的[1]。

2 硬件電路設(shè)計

本文選用DHT11作為溫濕度環(huán)境信號監(jiān)測系統(tǒng)的主要傳感器件。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出，包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連，具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。DHT11傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，非常適合溫室內(nèi)的溫度和濕度環(huán)境參數(shù)信號監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)特點[2]。

本設(shè)計利用DHT11直插式數(shù)字溫濕度傳感器對蔬菜大棚溫濕度進行實時監(jiān)測，并把實測溫濕度值實時顯示在LCD1602上，可以通過鍵盤設(shè)定溫濕度極限值，如果實測溫濕度超過設(shè)定極限值，則進行LED或者蜂鳴器報警操作。

基于PIC16F877A單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主控電路如圖1所示，監(jiān)測過程大體如下：當(dāng)產(chǎn)品上電時，PIC16F877A與DHT11傳感器通訊，當(dāng)PIC做好數(shù)據(jù)接收準(zhǔn)備時，DHT11通過單總線將數(shù)據(jù)發(fā)到至PIC，最后再由PIC將處理過的檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD1062進行顯示，從而達(dá)到蔬菜大棚溫濕度的實時檢測。在此基礎(chǔ)上，用戶可以通過按鍵輸入溫濕度極限值，對溫濕度報警值進行設(shè)定，之后以達(dá)到峰值超標(biāo)自動報警的目的。

3 主函數(shù)初始化和外部中斷流程圖設(shè)計

我們對需要的特殊寄存器進行初始化后，使其進入while循環(huán)，等待外部中斷。

①初始化

初始化函數(shù)包括了系統(tǒng)初始化函數(shù)sys init（）；，LCD初始化函數(shù)lcd_init（）；等。系統(tǒng)初始化函數(shù)主要是對外部中斷的I/O口，和使能端進行設(shè)置[3]。LCD初始化函數(shù)lcd_init（）；主要是多LCD的I/O口進行方向設(shè)置，LCD指令輸入等操作。如圖2所示，對主函數(shù)進行初始化設(shè)計。

如圖3所示，本文對中斷入口和外部信號進行了設(shè)置，使得設(shè)計的主控電路能夠更好的響應(yīng)其他優(yōu)先級更高的事件，從而完成了外部中斷流程的設(shè)計。

從上述設(shè)計的主控電路來看，本文在對傳統(tǒng)主控程序進行分析后，才給出基于PIC16F877A的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主控程序的設(shè)計，并設(shè)計主要模塊的流程圖。不難看出，通過PIC單片機設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)的主控電路，能夠使得整個監(jiān)測系統(tǒng)的主要部分實現(xiàn)模塊化設(shè)計，這將有利于系統(tǒng)將來的升級改造，并降低了整個程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計、調(diào)試和維護等操作簡單化。從而使得整個監(jiān)測系統(tǒng)相對與傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)而言，能夠體現(xiàn)出智能化、數(shù)字化的特點。