基于遠程的溫室大棚智能控制系統(tǒng)的設計

黃家兵,武震天

（皖西學院 機電學院，安徽 六安237012）

基于遠程的溫室大棚智能控制系統(tǒng)的設計

黃家兵,武震天

（皖西學院 機電學院，安徽 六安237012）

設計一個智能大棚溫濕度及光照強度無線控制系統(tǒng)，以單片機STC89C52為主要芯片，使用光照強度傳感器BH1750采集光照強度以及溫濕度傳感器DHT11采集溫濕度，把采集到的數(shù)據(jù)傳給單片機STC89C52，再使用無線模塊NRF24L01將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)發(fā)射出去。NRF24L01和單片機之間通過模擬SPI口傳送數(shù)據(jù)，并且NRF24L01還有接收數(shù)據(jù)的功能，NRF24L01把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機STC89C52，在接收裝置上還安裝有3個按鍵可設置溫濕度和光照強度的上下限，LCD1602可以顯示大棚的溫濕度和光照強度。

STC89C52；溫濕度控制系統(tǒng)；溫濕度傳感器DHT11；LCD1602顯示；無線模塊nRF2401

0 引 言

以單片機STC89C52為主要芯片，系統(tǒng)可以設置溫濕度的上限和下限，若溫度或濕度高于上限或低于下限，單片機發(fā)出信號控制繼電器打開對應的外部設備。系統(tǒng)還安裝有光照強度傳感器，可以對光照進行實時的檢測和控制。系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)，光照強度檢測模塊，溫度檢測模塊，濕度檢測模塊，顯示模塊，控制模塊，無線傳輸模塊，獨立按鍵控制模塊等。

以單片機STC89C52為主要芯片，使用光照強度傳感器BH1750采集光照強度以及溫濕度傳感器DHT11采集溫濕度，傳感器采集到數(shù)據(jù)后傳送給單片機STC89C52處理，處理過后的數(shù)據(jù)再使用無線模塊NRF24L01發(fā)射出去。NRF24L01和單片機之間通過模擬SPI口傳送數(shù)據(jù)，并且NRF24L01還有接收數(shù)據(jù)的功能，NRF24L01把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機STC89C52，在接收裝置上還安裝有3個按鍵可設置溫濕度和光照強度的上下限，LCD1602可以顯示大棚的溫濕度和光照強度。單片機STC89C52不僅保密性好，而且穩(wěn)定性強，操作簡單，誤差較小，價格便宜，具有很高的使用價值。

1 系統(tǒng)總體設計方案

1.1 系統(tǒng)功能設計

溫濕度的檢測：系統(tǒng)利用溫濕度傳感器DHT11采集大棚內(nèi)的溫濕度，對大棚的溫濕度進行連續(xù)的檢測，再由單片機對采集的溫濕度進行數(shù)據(jù)處理、發(fā)送和顯示，從而實現(xiàn)溫濕度的智能檢測與控制[3]。

光照強度的檢測：系統(tǒng)利用光照強度傳感器BH1750采集大棚內(nèi)的光照強度，對大棚內(nèi)的光照強度進行連續(xù)的檢測，再由單片機對采集的光強進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、顯示，實現(xiàn)大棚內(nèi)光強的智能檢測與控制。

無線發(fā)射數(shù)據(jù)：系統(tǒng)利用無線模塊NRF24L01將處理過的溫濕度和光照強度數(shù)據(jù)每過2S發(fā)射一次。

無線接收數(shù)據(jù)：系統(tǒng)利用無線模塊NRF24L01接收發(fā)射過來的數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)傳給單片機STC89C52處理，LCD1602則顯示溫濕度和光照強度以及溫濕度的上下限。

控制部分：若大棚溫度高于設定溫度上限，則打開散熱器；若大棚溫度低于設定溫度下限，則打開加熱器；若大棚濕度高于設定濕度上限，則打開除濕器；若大棚濕度低于設定濕度下限，則打開加濕器；若大棚溫濕度處于設定范圍內(nèi)，以上的設備全部關閉；若大棚內(nèi)的光強不滿足設定的光強，則打開照明設備。

1.2 系統(tǒng)組成

以單片機STC89C52為主要芯片。系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)，顯示模塊，控制模塊，無線傳輸模塊，溫度檢測模塊，濕度檢測模塊，光照強度檢測模塊，獨立按鍵控制模塊等。圖1為系統(tǒng)的組成部分，包括單片機STC89C52、溫濕度傳感器DHT11、光照強度傳感器 BH1750、LCD1602液晶顯示屏、NRF24L01無線傳輸模塊、控制模塊等。

圖1 系統(tǒng)的組成部分

1.3 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)以STC89C52為主要芯片，使用溫濕度傳感器 DHT11采集溫濕度以及光照強度傳感器BH1750采集光照強度，傳感器采集到數(shù)據(jù)后傳送給單片機STC89C52處理，處理過后的數(shù)據(jù)再使用無線模塊NRF24L01發(fā)射出去。NRF24L01和單片機之間通過模擬SPI口傳送數(shù)據(jù)，并且NRF24L01還有接收數(shù)據(jù)的功能，NRF24L01把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機STC89C52，在接收裝置上還安裝有3個按鍵可設置溫濕度和光照強度的上下限，LCD1602可以顯示大棚的溫濕度和光照強度。系統(tǒng)可設置溫濕度上下限，若溫度或濕度高于上限或低于下限，單片機發(fā)出信號控制繼電器打開對應的外部設備。系統(tǒng)還安裝有光照強度傳感器，可以對光照進行實時的檢測和控制[5]。工作原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理圖

2 系統(tǒng)軟件設計

各模塊流程圖如圖3-7。

圖3 采集模塊主程序流程圖

圖4 發(fā)送模塊流程圖

圖5 NRF24L01接收流程圖

圖6 顯示模塊程序流程圖

圖7 控制模塊程序流程圖

3 調(diào) 試

3.1 程序調(diào)試

系統(tǒng)設計是在Keil環(huán)境下開發(fā)的，Keil C軟件支持C語言的編程及調(diào)試，運用方便。

在完成對程序的調(diào)試及燒錄之后，還需要對其進行演示，把開發(fā)板與電腦連上，設置好對應的接口，完成供電及下載。開始供電后、稍等幾秒后LCD1602液晶屏能正常顯示當前溫濕度和光強之后，觀察當前溫濕度和光強的變化。

3.2 實物調(diào)試

根據(jù)設計的要求，作出的實物模型圖如圖8所示。圖中顯示的是當前大棚內(nèi)的溫濕度和光照強度，4個繼電器從左到右分別為溫度高觸發(fā)、溫度低觸發(fā)、濕度高觸發(fā)、濕度低觸發(fā)，按鍵從左到右分別是設置鍵、加鍵和減鍵，K1為設置界面，設置界面分別為設置溫度上限和下限、設置濕度上限和下限、設置最適合農(nóng)作物生長的光照強度，K2為 “+”鍵，K3為“-”鍵，可加減溫濕度和光照強度。實物中使用的燈光是5V供電的，所以直接把燈正極接單片機的VCC，負極接P2.4口。單片機采用充電寶供電，散熱器使用3節(jié)1.5V電池串聯(lián)起來供電。

圖8 實物模型

4 結(jié) 論

系統(tǒng)以單片機STC89C52為核心部件，單片機系統(tǒng)完成對溫濕度和光照強度信號的采集、處理、顯示等功能。設計的系統(tǒng)能很好的完成任務書中的各項要求。

1.適用性強，用戶只需對參數(shù)進行設置并啟動系統(tǒng)正常運行便可實現(xiàn)對溫室大棚溫濕度和光照強度的實時監(jiān)控。

2.系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)無線傳輸，避免了布線的麻煩，不受環(huán)境和地形的影響，大大降低了成本，而且無線傳輸穩(wěn)定可靠。

3.可對作物的生產(chǎn)環(huán)境進行適時、適當?shù)目刂疲粌H有利于作物的生長發(fā)育，而且避免了資源的浪費，起到了提高作物產(chǎn)量的作用[1]。

由于設計的時間有限，系統(tǒng)還有一些方面沒有完善，如優(yōu)化改用LCD12864顯示屏；加強系統(tǒng)對溫濕度和光照強度的采集數(shù)據(jù)的處理；全面考慮大棚的面積等實際問題。

[1]王世明,王冰.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室系統(tǒng)[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2008,36 (9)：69-73.

[2]謝維成，楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計（第三版）[M].北京：清華大學出版社，2014：30-45.

[3]周月霞,孫傳友.DHT11硬件連接及軟件編程[J].傳感器世界，2001（8）：13-21.

[4]曲喜新.電子元件材料手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，1989：17-22.

[5]金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應用[J].電子技術應用，2000（6）：23-31.

責任編輯：胡德明

Remote Intelligence Control System Design for Greenhouse Sheds

Huang Jiabing,Wu Zhentian
(School of Mechanical and Electrical Engineering,West Anhui University,Lu’an 237012,China)

A greenhouse temperature and humidity and light intensity of illumination wireless control system is designed with STC89C52 microcontroller as the main chip,using humidity data and light intensity sensor BH1750 to acquire light intensity and temperature and humidity sensor DHT11 to acquire temperature and humidity.The collected data are transferred to single chip microcomputer STC89C52,and then transmitted via wirelessmodule nRF24L01 afterbeing processed.NRF24L01 and STC89C52 microcontroller transfer data through simulation SPI port,and nRF24L01 sends the data it has received to microcontroller STC89C52.On the receiving device three buttons that can set the upper and lower limit of temperature,humidity and light,and LCD1602 that can display the greenhouse temperature and humidity and light intensity are installed.

STC89C52;temperature and humidity control system;temperature and humidity sensor DHT11;LCD1602 display;wireless module NRF2401

TP271

A

1672-447X(2016)05-0005-04

2016-06-22

皖西學院自然科學研究項目（WXZR201632）

黃家兵（1975-），安徽六安人，皖西學院機電學院副教授，研究方向為無線通信技術。