基于單片機的溫室大棚溫濕度集中監測系統設計

李志豪

摘 要：目前的溫室大棚存在環境參數讀取的自動化程度較低且不準確，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測系統設計方法。該系統由單片機和多個AM2301傳感器構成下位機，在對環境中的溫濕度數據進行采集的同時，通過串口將數據傳輸至上位機的人機交互系統中進行集中監測。人機交互系統界面具有數據顯示的功能，可以精準地呈現出溫度、濕度變化曲線，便于人工監測。多次試驗表明，該系統具有節省人力、反應迅速、操作簡單、可擴展性好等特點。

關鍵詞：溫室大棚；單片機；人機交互系統；環境監測

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

我國具有上萬年的農業發展史，隨著科學技術的逐步發展，農業生產中溫室大棚的應用越來越廣泛，為人們創造了許多經濟效益。而在溫室大棚的管理中最重要的就是對環境參數的控制。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測系統。系統能通過下位機單元對溫度、濕度等數據實時采集并將數據傳輸至上位機進行實時顯示。上位機在VC環境下搭建交互界面，可實現對多個溫室大棚內的數據進行同時顯示的功能。

1.系統總體設計

系統由多個下位機數據采集單元，數據傳輸單元和上位機系統三大部分組成。系統拓撲結構如圖1所示。

溫度、濕度是影響農作物生長的主要環境指標，系統采用了多個傳感器完成了數據的采集。每一個溫室大棚內的數據采集單元對環境參數采集后，對數據進行處理。通過串口將數據傳輸至系統上位機。上位機中的交互軟件在接收到數據后予以顯示。另外，在設計的過程中考慮到農業生產的特點，系統的各個部分都進行了模塊化設計，便于針對不同作物的需要對不同環境因素進行監控，同時也增加了系統的可擴展性以及通用性。

2.系統硬件結構

由于STC89S52單片機具有體積小，造價低，接口資源豐富等優點，所以選其作為下位機中央處理芯片。針對溫室大棚中，環境復雜的特點，上下位機之間的通信采用串口通信，穩定可靠。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、采用單線制進行數據發送等特點，更便于系統集成。

串口通信是系統中的重要技術。串口按位（bit）收發數據。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據的收發。可以以這種簡單的方式完成遠距離通信。通信需要3根線來完成，分別是接受、地線、和發送。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是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗位。兩個進行通信的端口，上述參數必須完全匹配。

3.上位機交互系統

程序軟件是基于Microsoft Visual C++ 6.0編寫的MFC程序，主要用于濕度、溫度數據的接收與顯示。采用串口通信，將濕度、溫度分為濕度整數部分，濕度小數部分，溫度整數部分，溫度小數部分，以及校驗位共5byte的數據接收過來進行結算。采用MFC進行程序界面的編寫與顯示。使用picture控件實現了示波器對濕度與溫度的示波器動態顯示，按照時間的變化動態顯示溫度與濕度的當前數值。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，每次定時器定時時間到，進入中斷函數中，會在picture控件中重新繪制示波器圖片，使人看起來就是動態顯示濕度與溫度。使用picture控件實現了數碼管顯示，數碼管對濕度與溫度的示波器動態顯示，按照時間的變化動態顯示溫度與濕度的當前數值。

數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已經編輯好的數字以及小數點、負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，每次定時器定時時間到，進入中斷函數中，會在picture控件中重新繪制數碼管圖片，使人看起來就是動態顯示濕度與溫度的準確數值。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.實驗結果與分析

在室內模擬溫室進行實驗，使用一個數據采集單元對室內的溫度、濕度進行檢測。同時利用吹風機來模擬溫度變化，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，將收集到的數據傳至上位機人機交互界面顯示如圖2所示。圖中結果表明，該溫濕度監測系統能夠較為靈敏的對環境溫濕度進行檢測和顯示。

結論

本系統由多個單片機和外圍傳感器構成下位機系統，實現了對溫濕度等環境參數的采集。同時通過上位機的人機交互系統界面對溫室大棚中溫度、濕度進行實時顯示和監控。系統實現了對多個溫室大棚同時進行監控、顯示的功能。經大量試驗表明：本系統能夠準確、實時的顯示環境溫濕度。具有操作簡單、反應靈敏、自動化程度高、可擴展性好和便于集中監控等特點，基本可以滿足現代農業對大棚監控系統的要求。

參考文獻

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