基于DHT11傳感器的大棚燈光控制系統

梁寧欣

摘要：在溫室大棚農作物的培養過程中，大棚內的溫濕度環境直接影響農作物的生長情況。利用DHT11溫濕度傳感器，設計了自主調節光強以恒定溫度的大棚燈光控制系統。該控制系統采用DHT11作為探頭采集當前大棚內的溫濕度參數并轉換成數字信號，由單片機對數據進行分析和處理，從而完成對大棚內光照強度的控制。本系統以單片機STM32f103rbt6為中心器件，DHT11溫濕度傳感器為檢測單元，來設計大棚燈光自動控制器，實現了根據當前實際溫濕度情況通過STM32芯片調整點亮燈泡個數的恒溫功能。本文是基于SRT項目《基于Android平臺的農場燈光WiFi控制系統》進行闡述。

關鍵詞：溫濕度；DHT11；大棚燈光；STM32

0 引言

現代農場中，溫室大棚由于能夠充分吸收太陽光為農作物保溫，克服了農作物生長過程中受季節變化與環境惡劣因素的影響，創造出最適合農作物生長的環境。目前溫室大棚恒溫主要通過人工燈源照明實現，而傳統燈源布線復雜且需要人工切斷電源進行控制，操作不便，精度低，且不具智能性。本系統旨在對溫室中的溫濕度進行實時監測，采集各種照明信息，得出最適于農作物生長的溫度環境，從而自動調整當前大棚內的光照強度，實現智能溫室控制。

1 DHT11溫濕度傳感器的概述

1.1 溫濕度傳感器簡介

智能溫度傳感器問世于20世紀90年代中期，是近代各種自動控制系統中獲取溫度信息的重要工具，在工業生產、農業培育、科學技術等領域極具重要性。目前，市場上已開發出多種將傳統的傳感器與各種微處理器相結合系列的智能溫度傳感器，通常內部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號處理器、寄存器和接口電路等等，并接入網絡或其它控制器，實現智能信息檢測、信號處理、信號輸出等一系列功能。智能溫度傳感器再通過與各種微控制器的適配，利用軟件來輸出各種溫度數據及相關的溫度控制量。

而濕度傳感器產品及濕度測量是上世紀90年代興起的行業，主要分為電阻式和電容式兩種，廣義上通常是指能直接應用于現場的濕度檢測傳感器件或電路板，完成將濕度量轉換成容易被測量處理的電信號的功能。近年來，濕度傳感器產品迅速地向集成化、智能化、檢測速度加快發展。

1.2 DHT11溫濕度傳感器的特點

DHT11是一款溫濕度一體化單總線結構的數字式傳感器，每個DHT11傳感器都在極為精確的溫濕度校驗室中進行過校準，校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，輸出為已校準的數字信號。該傳感器包含一個NTC測溫元件和一個電阻式測濕元件，通過與簡單的電路相連即能夠實時地準確采集現場濕度和溫度。

該傳感器具有以下基本性能指標：工作電壓范圍為3.5～5.5v，工作電流平均為0.5mA，溫度測量范圍為0～50℃，濕度測量范圍為20～90%RH，溫度分辨率為1℃（8位），濕度分辨率為1%RH（8位），采樣周期為1s。因此該產品有體積小、功耗低、響應速度快、穩定性好、經濟實用型強等諸多優點，使得系統設計更加簡單，控制方便，易于實現系統的智能管理。

2 DHT11的工作原理

2.1 DHT11的典型應用電路

DHT11與微處理器的連接電路簡單，與微處理器的通信通過一個I/O口即可以單總線方式進行。該傳感器采用4針單排引腳封裝：1Pin為電源引腳（VDD），應用時供電電壓通常為3～5.5vDC；2Pin為數據引腳（DATA），與微處理器之間信息以單總線數據格式傳輸；3Pin為空腳（NC），應用時常為懸空狀態；4Pin為接地腳（GND），應用時常接地或電源負極。當DHT11傳感器與MCU通訊距離小于20m時使用5k上拉電阻，大于20m時則根據實際現場情況選用適宜的上拉電阻值。

2.2 DHT11的通訊過程

DHT11傳感器常態有低功耗和高速模式兩種。通訊過程中，當MCU發送開始信號前，DHT11不會主動進行溫濕度采集，此時DHT11處于低速模式，總線狀態為高電平；當MCU將總線拉低發送開始信號后等待DHT11響應，拉低時間需大于18ms以保證傳感器檢測到開始信號，總線轉為低電平，DHT11進入高速模式，并回復響應信號約80us時間的高電平。此時通訊以高位先出的順序開始傳輸40位測量數據，分別是8位濕度整數數據、8位濕度小數數據、8位溫度整數數據、8位溫度小數數據及8位校驗和數據。每一位數據均以50us低電平時隙開始，并且以高電平的時長來區分數據位是0或1，待數據傳送完畢總線再由上拉電阻拉高進入空閑狀態。 3 系統硬件設計

系統硬件結構，系統采用STM32系列的STM32f103rbt6作為處理單元。主要硬件設計電路圖傳感器部分為溫濕度采集模塊電路，處理器STM32f103rbt6及周圍的子系統電路，輸出電模塊電路用于8路燈泡輸出。DHT11將當前采集到的大棚內溫濕度數據信息以數字形式傳送給單片機STM32，STM32將得到的數據進行處理、計算后輸出控制信息于I/O口對電磁繼電器來決定點亮燈泡的個數及強度從而實現對大棚燈光的自動控制，以此達到自動控制大棚內環境溫度的目的。

單片機采用STM32f103rbt6，是由于STM32系列的單片機具有高性能、低成本、低功耗的ARM Cortex-M3內核，而STM32F103屬于32的“增強型”系列是同類單片機產品中性能最高的產品，時鐘頻率可達到72MHz，且其內置32k到128k的閃存、功耗36mA是32位市場上功耗最小的產品，相當于0.5mA/MHz。相較于51系列的單片機，該系統采用STM32運算速度是51單片機的幾十倍，大大提高了測量的精確度。

8路輸出模塊：通過電磁繼電器控制的8路輸出模塊連接的是8個燈泡，用于STM32控制點亮燈泡的個數來改變溫室大棚內的作物生長溫度。 4 大棚燈光控制系統軟件設計

4.1 系統工作狀態說明

本系統的整個程序流程是首先上電，系統各部分進行初始化如單片機、DHT11等初始化。初始化完成后再進行延時一段時間，供DHT11傳感器采集數據，延時完成后進行溫濕度數據的采集并傳輸到單片機STM32，單片機進行處理并判斷溫度和濕度是否超過設定值。若在設定值范圍內，則繼續執行數據采集程序；若超出設定值范圍，則單片機執行溫度處理程序，控制繼電器的輸出調整發亮燈泡的個數。

4.2 傳感器模塊程序設計

傳感器模塊負責溫濕度數據源的采集，首先數據口連接端（本系統采用P0.3口）P0.3輸出低電平，延時18ms之后P0.3輸出高電平，延時40ms之后，讀P0.3引腳是否為低電平，若不是低電平則繼續判斷，若是低電平則執行判斷從機80us高電平是否結束，如果沒有結束就繼續判斷，若結束就進行單片機數據接收，將接收到的數據按十進制數位存入指定的數組中，數據采集結束并保持數據采集持續進行。

5 結束語

在現代農場大棚農作物培養管理過程中，為了降低人力成本，提高經濟效益，最大程度地創造出最適宜作物生長的大棚溫度環境，實現管理智能化是當前農業市場的主流與趨勢。本文的創新點在于在大棚燈光控制系統中，采用了DHT11溫濕度數字信號傳感器實現對當前環境溫濕度參數的精準測量。