基于AT89C52的農業溫濕度智能控制系統設計

董小艷 王娟勤 李梅

摘要設計了農業溫濕度智能控制系統，該系統采用DHT11溫濕度傳感器作為溫濕度采集模塊，單片機選用AT89C52代替并調用Virtual terminal模擬串口通信，LCD1604液晶顯示器實時顯示溫濕度，實現了溫濕度的測量、顯示，可自動控制加熱、降溫、加濕、通風，實現溫濕度控制以及超限報警處理，并利用Proteus與Keil進行實際電路的仿真。試驗表明，該系統實現了可靠的溫濕度監控。

關鍵詞溫濕度;智能控制;單片機;DHT11;液晶顯示器

中圖分類號S126文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）02-0237-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.070

農用溫濕度控制的智能化及現代化管理對人類的生存發展具有重大意義，在許多農業領域，比如糧食儲備倉庫，蔬果、蛋肉存儲倉庫以及溫室種植、畜禽養殖中，溫濕度控制越來越重要[1-4]。為了保證農產品不致腐爛變質和農作物茁壯成長，使用智能化現代化的智能溫度、濕度控制系統顯得尤為重要，筆者設計了基于AT89C52的農業溫濕度智能控制系統。

1系統方案

1.1系統結構框采用目前最常用的數據采集卡采集數據，DHT11溫濕度傳感器檢測溫濕度，LCD1604液晶顯示器實時顯示溫濕度，通風排濕、噴灌系統、電子燃氣鍋爐設備共同控制，達到溫濕度的期望值。該系統結構框如圖1所示。由于要采用溫濕度傳感器采集溫濕度數據及輸出控制信號，故將數據采集I/O卡和PC機用USB 接口連接。

圖1系統結構框

Fig.1System block

1.2系統實現功能

1.2.1溫濕度實時檢測及顯示。溫濕度傳感器實時采集環境溫濕度并通過LCD顯示器實時顯示出來。

1.2.2系統溫濕度上下限值的手動設置。通過按鈕（菜單按鈕、選項切換按鈕、數字加按鈕、數字減按鈕、確定按鈕），使系統更加人性化、智能化，具有更高的實用價值。

1.2.3當溫濕度值超過系統上下限值時自動報警。LED閃爍燈光報警（4個LED燈，溫度上限燈、溫度下限燈、濕度上限燈、濕度下限燈）;蜂鳴器聲音報警（當超過任意上下限值時，蜂鳴器啟動發聲報警）。

1.2.4系統控制外部設備工作。當溫濕度超過系統設定上下限值的時候，系統可以打開外部設備的驅動接口，控制外部設備工作（溫度過高或濕度過大時，驅動繼電器閉合，降溫排濕風扇打開，降低環境溫度和濕度;濕度過低時，驅動繼電器閉合，驅動噴灌系統打開，增加濕度;溫度過低時，打開電子燃氣鍋爐，增加溫度等）。

2系統硬件設計

2.1DHT11傳感器DHT11數字溫濕度傳感器是一種可以同時檢測環境溫度變化值、環境濕度變化值的復合傳感器器件，輸出為經過校準的數字信號，其中的傳感器器件由2部分組合而成，包括1個測量溫度的器件，1個測量濕度的電阻式器件，其應用了專用的數字化模塊，用于采集溫濕度實時數據，并將采集到的實時數據連接發送給一個8位單片機，用于數據的分析處理。

2.2LCD1604液晶顯示器 LCD1604液晶顯示器是一種點陣LCD顯示器，每行可以顯示16個字符或數字，可以顯示4行，第1行用于顯示當前環境溫度值（wendu：xx.x *c），第2行用于顯示系統設定的溫度上下限值，上限用大寫的H表示，下限用大寫的L表示（H：30? L：10），第3行用于顯示當前環境的濕度值（shidu：20.0 rh），第4行用于顯示系統設定的濕度上下限值（H：50? L：20）。它的特點是體積小、重量輕、功耗效率低、顯示質量高、無電磁輻射、數字式接口簡單方便、應用范圍廣，因此這類顯示器與單片機的連接比較簡單方便。

2.3繼電器控制直流電機風扇模塊繼電器主要由電子鐵芯（鐵芯上有電子線圈）、吸合的銜鐵結構和簧片組成。繼電器的工作原理是給繼電器的輸入輸出端分別連接電路的+極、-極;然后將繼電器的輸入輸出端驅動端口連接MCU等控制設備，當單片機等控制設備給繼電器一個高電平或者低電平的驅動信號后，繼電器的輸入輸出端根據內部結構識別高電平或者低電平驅動信號，信號經過內部的三極管放大作用后，線圈上的電流可以推動銜鐵吸合簧片，使得繼電器的控制端正負極導通，如果繼電器的控制端連接有被控制設備，就可以起到開關的作用，從而控制設備有效工作。

單相交流電機是一種常用的電子器件，俗稱馬達，在電子工業中有廣泛的應用，它通過連接電源，接通電壓形成通電回路，就可以實現工作。不同規格的交流電機有不同的輸出功率、大小、體積，種類繁多，在使用過程中，可以根據需要選擇。此次智能溫度、濕度控制系統模擬設計與制作中降溫除濕模塊所使用的風扇就是一種單相交流電機風扇。當溫濕度較高時，主控機控制系統給控制繼電器的引腳發送低電平信號，控制繼電器吸合，單相交流電機風扇的電源導通，電機風扇開始工作，為系統降溫除濕[5-7]。電路連接如圖2所示。

2.4報警及指示燈模塊當溫濕度值超過系統上下限值時自動報警有LED閃爍燈光報警（4個LED燈，溫度上限燈、溫度下限燈、濕度上限燈、濕度下限燈），蜂鳴器聲音報警。模塊由蜂鳴器、LED發光二極管構成，其中蜂鳴器有源蜂鳴器。蜂鳴器原理如圖3所示。當溫度或者濕度超出設置上下限值時，蜂鳴器將會以相同頻率聲音進行報警提示[8]。系統電路連接關系如圖4所示。

3系統軟件設計

3.1總體程序設計主程序流程如圖5所示，主程序開始，先對數據采集I/O卡、DHT11溫濕度傳感器、LCD1604液晶顯示器、繼電器、LED燈進行初始化，初始化完畢后，系統讀取DHT11溫濕度傳感器數據，通過LCD液晶顯示器顯示實時溫度值和濕度值，接著系統進入判斷溫濕度上下限值報警子程序，如果當前溫濕度上下限值中有1個當前值超過系統設置值，系統產生蜂鳴器聲音報警，相關LED指示燈閃爍產生光線指示，系統接著進入下一次溫濕度采集顯示工作。如果系統檢測到有輸入中斷，系統暫停當前服務子程序，進入設置菜單，可以通過按鍵設置溫濕度上下限值，當確定按鈕按下時，系統退出中斷服務子程序，繼續執行主程序。

主程序模塊構成：①LCD1604液晶顯示模塊（顯示溫濕度;顯示上下限數據）; ②DHT11傳感器模塊（獲取環境溫濕度值）;③輸入中斷模塊（菜單功能，設置溫濕度上下限值）;④報警模塊（當溫濕度值超過上下限值的時候，驅動相關單元產生報警）。

3.2LCD1604液晶顯示程序設計LED顯示流程如圖6所示，LCD1604液晶顯示器的配置顯示，先對LCD液晶顯示器進行初始化工作，使其按照需求完成顯示的前期準備工作，接著通過給LCD1604液晶顯示器的指令寄存器寫地址，給數據寄存器數據，就可以通過顯示屏顯示出當前的實時數據信息。

3.3DHT11溫濕度傳感器程序設計 DHT11采集數據流程如圖7所示，程序開始，給DHT11溫濕度傳感器連接端口1低電平，主機拉低18 ms， 1口拉高為高電平，主機延時20 μs后， 1口再次為高電平，主機判斷從機響應信號，如果從機響應，程序進入數據接收階段，如果從機沒有響應，程序返回子程序開始階段，繼續判斷從機響應。數據接收完成后，進行數據校驗，如果數據校驗正確，程序進行數據處理，并存入相關數組，提供給其他程序調用，一次溫濕度數據采集處理完成。如果數據校驗值錯誤，程序返回子程序開始階段，重新響應。按位接收DHT11傳感器獲取到的數據，并組合成一個字節。接收一個完整的數據流，并且校驗數據，把數據存入相關數組，提供給其他程序調用。

3.4輸入中斷模塊程序設計中斷流程如圖8所示，程序開始，需要修改溫濕度上下限數值時，請求按鍵按下時，觸發程序產生中斷[6]，進入輸入中斷服務子程序，LCD1604液晶顯示器顯示設置菜單，接著設置溫度上下限值和期望值（溫度期望值設為25 ℃，上下限值與期望值相同），然后按下+1按鈕設置上限值，按下-1按鈕設置下限值。接著設置濕度上下限和期望值（濕度期望值設為50%，上下限值與期望值相同），然后按下+1按鈕設置上限值，按下-1按鈕設置下限值。最后按下確定按鈕時，保存設置好的溫濕度上下限值，退出設置菜單，系統回到主程序，正常工作。

3.5報警模塊程序設計報警模塊程序流程如圖9所示，系統進入報警子程序，進行當前溫濕度值與系統設置溫濕度上下限值的比較，可以根據當前實際情況進入相關子程序模塊，啟動蜂鳴器產生聲音報警，相關LED燈產生閃爍指示，根據實際情況驅動繼電器吸合，控制系統外部相關設備開始工作。按鍵K2還有第二功能，在系統正常工作狀態下，如果溫濕度值越過系統設置溫濕度上下限值，系統產生蜂鳴器報警，按下按鍵K2，可以暫時關閉蜂鳴器報警。

當溫濕度值超過系統上下限值的時候，系統通過蜂鳴器聲音和LED閃光發出報警，并且驅動繼電器吸合，控制風扇、噴灌系統、電子燃氣鍋爐等外部設備工作。根據條件打開或關閉蜂鳴器，可以通過退出按鈕關閉蜂鳴器。

4實驗與仿真

利用Proteus與Keil聯機仿真與調試，將DHT11溫濕度傳感器的數據輸出端接數據采集卡的串口輸入端口，利用單片機串口方式0傳送給單片機。單片機選用AT89C52代替并調用Virtual terminal模擬串口通信。將Virtual terminal的RXD端連接單片機的TXD端。打開仿真調試軟件選擇計算機與測溫濕系統的串行通信串口調試工具，LCD窗口顯示傳感器實時采集的溫濕度平均值。通過按鍵可以控制LCD液晶屏顯示傳感器的溫濕度值及其上下限設置，完成溫濕度系統的電路仿真驗證[9-10]。

輸入中斷設置菜單仿真結果如圖10所示，高溫閃爍仿真如圖11所示，高濕閃爍仿真如圖12所示，繼電器控制風扇實物結果如圖13所示。

5結語

該研究主要闡述了系統的組成和功能，系統的硬件設計和軟件設計。采用VB6.0軟件進行上位機程序設計。系統采用目前最常用的數據采集卡采集數據，DHT11溫濕度傳感器檢測溫濕度，LCD1604液晶顯示器實時顯示溫濕度，通風

排濕、噴灌系統、電子燃氣鍋爐設備共同控制，達到了溫濕度

的期望值。該系統設計合理、結構簡單、操作簡單、性價比高，達到了預期控制效果。

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