一種智能農業大棚溫濕度監測系統的設計

馬紅偉　趙　娟

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一種智能農業大棚溫濕度監測系統的設計

馬紅偉趙娟

（荊楚理工學院電子信息工程學院 湖北荊門 448000）

物聯網模式下智能農業迅速發展，農業大棚是智能農業的一個突出表現，而溫濕度的測量系統是農業大棚環境參數的主要指標。文章所設計的智能農業大棚溫濕度檢測系統是基于單片機的溫濕度測量系統，可以有效的對農業大棚進行環境參數進行長期、穩定、實時、自動的監測。系統通過傳感器對溫濕度數據進行采集，并把采集到的數據傳送到控制中心，通過單片機進行數據處理后經LCD顯示出來，同時還可以實現報警功能，即溫濕度過高或過低自動報警。

智能農業大棚；溫濕度檢測；單片機；傳感器

傳統農業大棚溫濕度監測模式主要是人為檢測，需要24 h人工輪流值班，值班人員通過不斷查看、記錄、測量等記錄溫度數據，不僅效率低下而且也不利于人員的充分利用，耗費人力物力，甚至產生重大事故，人工維護也缺乏完整的管理系統。隨著物聯網時代的到來，農業智能化程度不斷加大，溫室大棚在智能農業中的應用越來越廣泛，其主要功能主要體現在先進的技術和現代化的設備，自動檢測溫濕度變化，人為的控制農作物的生長環境，使農作物受地域和氣候等條件的影響，從而實現農業的常年工廠化和高產值，實現農業的高效性和高效率。本文所設計的智能農業大棚溫度檢測系統主要是利用溫濕度傳感器去感應大棚環境的溫濕度變化數據，然后通過單片機判斷感應到的溫濕度是否異常，若溫濕度異常則立即采取調節措施，若時間異常則輸出報警信號，異常處理完畢解除報警。

1 智能農業大棚溫濕度檢測系統方案設計

本系統設計主要通過溫濕度數據采集模塊、控制模塊、顯示模塊、時鐘模塊、報警模塊、LCD顯示模塊、時鐘模塊、顯示模塊和按鍵模塊幾部分組成。在系統控制部分采用單片機AT89 C52 芯片，主要是處理采集到的數據，并通過處理的數據對其他各個模塊進行相應的控制。通過DHT11 傳感器芯片對大棚內部環境的溫濕度進行數據采集。顯示模塊采用1602 液晶屏報警模塊采用蜂鳴器進行報警，具體顯示內容及方式由軟件來完成。是一種智能、快捷、方便的溫濕度測量系統，整個系統由結構簡單緊湊，功耗較低，抗干擾能力強、總體性能比較好，能很好的滿足工農業工藝要求。

總體設計方案如圖1所示。

圖1　 總體設計框圖

2 系統硬件設計

該系統主要包括LCD液晶顯示電路、報警電路、控制電路、顯示電路、按鍵電路和溫濕度檢測電路。系統運行后溫濕度傳感器芯片DHT11 首先自動的對該智能農業大棚內部環境的溫濕度進行數據采集，并把采集到的數據通過片機的P2.0口傳給單片機進行識別，該系統采用的DHT11 是一個數字一體性的傳感器芯片，具有高度的集成化，可以實現數模的轉換。單片機AT89 C52 是整個系統的主控中心，控制著整個系統的運行，通過單片機的各個監控去控制該系統的其他電路，從而實現數據的傳輸、處理和存儲，使得構成系統的各個模塊的功能連接起來形成特定的功能，構成一個有效的整體電路。系統報警部分主要是通過蜂鳴器來實現的，通過單片機的接口連接蜂鳴器，溫度傳感器對環境溫度進行實時檢測，當傳感器采集到的數據超過了原本設定好上限值或者下限值的時候，單片機就會采取相應的處理，并把處理的數據通過接口傳給報警電路，此時蜂鳴器開始進行報警。控制中心通過對溫濕度傳感器采集的數據讀取、處理和分析后，將處理后的數據直接通過相應的接口發送到LCD顯示芯片1602 上去進行數據顯示。該系統的顯示電路除了顯示處理后的數據之外，還可以進行時鐘和日期的顯示，是一種 工業常用的字符顯示行液晶顯示器。在單片機系統中應用晶液顯示器作為輸出器件畫質高且不會閃爍，操作簡單且可靠，而且較傳統顯示器輕便。

3 智能農業大棚溫濕度檢測系統軟件設計

由于系統以單片機作為控制核心，故需要設定程序來實現控制核心的功能，利用單片機的不同接口來實現對其他模塊的數據的識別、處理和傳輸，在進行該系統軟件設計的時候首先建立系統主流程圖，然后再根據硬件模塊進行相應模塊流程的劃分，并對各個劃分后的模塊進行流程圖的設計。流程圖建立后，根據流程圖的需要進行相應的程序編寫，讓各個模塊的功能得以實現，最后把各個子模塊進行有效的合理的連接起來實現主程序，最終通過軟件在硬件中的運行實現系統的功能。系統采用KeilC51 進行編程，在實現程序運行的時候首先對程序進行初始化，然后把傳感器采集到的數據通過指令傳給單片機控制中心進行數據的處理和分析。在控制中心將處理的數據送給顯示模塊進行顯示的時候，顯示模塊首先確認相應的模塊標志，若指令標志為高電平表示忙，該指令無法執行；若指令標志為低電平表示不忙，該指令可執行；在現實字符時首先要顯示字符地址，用以明確字符來源。溫濕度模塊DH11 為數字溫濕傳感器，上電后有1 s的延遲，延遲后保持高電平，自動檢測大棚內的溫濕度，經過一定的時間延遲后以低電平的形式把檢測到的數據信息傳遞給單片機控制中心。系統主流程圖如圖2所示。

圖2　 系統主流程圖

4 系統仿真測試

本次設計采用Protues軟件進行仿真調試。首先在Protues軟件內繪制仿真電路，然后通過對仿真電路進行測試，觀察仿真電路運行結果，若結果理想則表明電路設計合理，若結果不理想適當修改電路，直到得到理想的結果為止。在仿真過程中應設定好環境溫度濕度的預定值，當環境的溫度和濕度超過傳感器預設值時蜂鳴器就會報警。系統仿真電路如圖3所示。

圖3　 系統仿真電路圖

原理圖中上部分是液晶顯示器和液晶顯示模塊電路，右邊是報警電路。中間是AT89 C52 單片機，左邊連接的是時鐘電路，右邊是設置電路。下部分是按鍵電路和AD轉換電路。系統中溫度傳感電路和濕度傳感電路會實時監控當前環境的溫度和濕度，然后反饋給單片機，單片機與預定值做比較，當反饋的數值超過預定值，聲光報警電路就會發出警報。在仿真中，由于仿真原件中沒有DHT11 傳感器，故只能用DS18 B20 溫度傳感器替換，我們給定一個溫度的數值在數碼管上顯示出來，數碼顯示管顯示的是10 ~30 ℃，代表的是檢測到當前溫度為15.5 ℃。這時的數值在正常范圍，在預設值之內，聲光報警電路就不會發出警報。

在仿真電路的調試過程中，有些部分程序運行的結果總是達不到預期的效果，溫濕度的修正還存在著一些問題，導致檢測出來的溫濕度與實際的存在著誤差，通過設定參數和更換基本元器件后系統功能運行正常，表明該系統能夠滿足農業大棚溫濕度檢測功能的需要。

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10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.16

省教育廳計劃項目《荊門市農谷信息化監控技術需求與頂層方案設計》（B2018241）。

馬紅偉(1994- )，男，本科在讀，研究方向：物聯網技術；趙娟(1979- )，女，碩士，副教授，研究方向：通信與信息系統。

S625.3

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2095-1205(2019)04-29-02