基于單片機的光照強度及溫濕度采集系統

許龍 陳輝 陳露強 劉敏 劉立群 王佳玉 薛飛

摘要：針對自然田間作物生長環境監測需求，設計實現了基于單片機的采集環境光照強度及溫濕度的信息采集系統。系統采用光敏傳感器、溫度、濕度傳感器分別對光照強度、溫度、濕度采集，使用液晶屏顯示數據，并通過藍牙實時傳輸數據到手機進行監測。測試表明，系統可采集光照、溫濕度三種數據，通過單片機設置和手機控制兩種方式均可實現單片機調整溫濕度上、下限閾值，實現了數據的實時監測。

關鍵詞：單片機;光照強度;溫濕度;藍牙;實時監測

中圖分類號： TP212.11? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）14-0224-04

Abstract： Aiming at the monitoring requirement of natural field crop growth environment， a collection system of environmental light intensity， temperature and humidity based on single chip microcomputer was designed and realized. The system adopts photosensitive sensor， temperature sensor and humidity sensor to collect the light intensity， temperature and humidity， display the data with LCD screen， and transmit the data to the mobile phone through Bluetooth in real time for monitoring. The test shows that the system can collect three kinds of data： light， temperature and humidity. The upper and lower thresholds of temperature and humidity can be adjusted by SCM and controlled by mobile phone， and the real-time monitoring of data can be realized.

Key words： single chip microcomputer; light intensity; temperature and humidity; bluetooth; real-time monitoring

中國從歷史起源開始到現在一直是一個農業大國，中國的經濟發展和農業有著很重要的關聯[1]。新中國成立初期，我國就是靠著農業為其他業的發展奠定基礎。但是，目前中國的農業生產力水平還是不高，大多是靠人力和一些較為低下的機械生產。因此，通過增強現代科技與農業的結合來提高農業生產力及其效率是十分重要的[2]。隨著信息科技的高速發展，對于各種監測系統的研發使用也越來越多，越來越廣泛。提高農業生產力最重要的是農作物的培育，只有作物生長發育的好，最后的收成才夠好，生產效率才能提高。因此，把農業培育和環境溫濕度，光照監測結合到一起相當重要，我們可以通過環境監測系統，調整作物的生長環境，使得所需要種植的作物在最優的生長環境下發育。

1 現代農業信息采集的現狀

對于中國現代的農業發展來說，設施農業是其需要重點發展的方向，該方向有著良好的發展前景[3]。因為設施農業數量巨大，單個面積小的特點[4]。因此普通的資源調查方法及信息采集系統難以實現對農業信息的準確獲取。就需要更加精準，細致的監測調查方式[4]。

2 系統設計

2.1 系統功能

基于單片機的光照強度及溫濕度采集系統主要可以完成的功能如下。

（1）對光照強度、溫濕度的監測。

（2）監測到的光照強度、溫濕度數據是由單片機控制傳感器采集，顯示在液晶屏上。

（3）通過藍牙實時發送監測數據到手機上以便監測。

（4）通過單片機設置和手機控制兩種方式均可實現單片機調整溫濕度上、下限閾值，一旦低于或者高于閾值，系統發出報警。

2.2 系統總體設計

該系統主要由52單片機、光敏傳感器、溫濕度傳感器、藍牙發送模塊、液晶顯示屏、指示燈以及報警蜂鳴器等組成。系統利用DHT11溫濕度傳感器、光敏傳感器來采集農作物的生長環境的溫濕度和光照強度，通過液晶屏，通過藍牙實時發送監測數據到手機上以便監測，利用手機進行可視化顯示。系統總體設計如圖1所示。

2.3 軟件流程圖

本系統使用的是Keil C，系統的程序流程圖如圖2所示。

其中，系統通過藍牙實時發送監測數據到手機上以便監測，采用的是藍牙通訊協議，而單片機系統與藍牙模塊的通訊采用的是串口通訊。藍牙通訊子程序流程圖如圖3所示：

2.4 系統調試與測試

給單片機通電開機后，幾秒后液晶屏會正常顯示當前所處環境的溫度、濕度及光照強度;手機軟件對接單片機上藍牙動態顯示環境溫度、濕度和光照強度，可以觀測查看當前溫度、濕度及光照強度的變化。當前環境界面及手機界面數據如圖4所示。

2.4.1 單片機按鍵操控測試

該單片機系統可以使用安裝在單片機上的按鍵對光照強度及溫濕度的上下閾值進行設定。例如：測試顯示，系統顯示當前環境溫度為29.00℃，通過按鍵修改可以將溫度下限調至32℃，此時溫度下限超過環境溫度，蜂鳴器發出報警信號并且溫度下限指示燈亮起。如圖5、圖6所示。

當前濕度顯示25%，通過按鍵可以把濕度的上限HH設置為20%，此時濕度上限低于環境濕度，蜂鳴器發出報警信號并且濕度上限指示燈亮起。如圖7、圖8所示。

2.4.2 手機軟件藍牙操控測試

通過手機藍牙輸入指令也可以對對溫度、濕度及光照強度值的上下閾值進行設定。系統監測顯示當前環境溫度為29.01℃，此時設置的溫度下限為16℃，使用手機輸入指令“TL：30回車”可以將溫度下限調至30℃，此時溫度下限超過環境溫度，蜂鳴器發出報警信號并且溫度下限指示燈亮起。如圖9、圖10所示。

當前濕度顯示25%，此時設置的溫度下限為20%，使用手機輸入指令“HL：30回車”可以把濕度的下限HL設置為30%，此時濕度下限高于環境濕度，蜂鳴器發出報警信號并且濕度上限指示燈亮起。如圖12、圖13所示。

通過測試，系統可采集光照、溫濕度三種數據，通過單片機設置和手機控制兩種方式均可實現單片機調整溫濕度上、下限閾值。當溫濕度、光照強度在環境變化下超過預設值時，蜂鳴器會報警。

3 小結

本文設計實現了基于單片機采集環境光照強度及溫濕度的信息采集系統。針對傳統農業中種植者不能全面掌握農作物生長的環境狀況，提出在農作物區放置傳感器，利用傳感器采集農作物生長的環境信息。系統采用光敏傳感器、溫度、濕度傳感器分別對光照強度、溫度、濕度采集，使用液晶屏顯示數據，并通過藍牙實時傳輸數據到手機進行監測。測試表明，系統可采集光照、溫濕度三種數據，通過單片機設置和手機控制兩種方式均可實現單片機調整溫濕度上、下限閾值，實現了數據的實時監測，解決了自然田間作物生長環境監測的需求。

參考文獻：

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[5] 李瑞福. 基于單片機AT89C51 的一氧化碳濃度檢測儀設計[J].軟件，2015，36（9）：106-108.

[6] 周雷，譚向宇，閆江寶，等.基于GTEM小室的UHF傳感器性能測試研究[J].軟件，2018，39（7）：173-176.

[7] 陳曉燕，姚高偉，張鯤，等.基于遺傳算法的無線傳感器節點定位在農業的應用[J].軟件，2015，36（4）：1-5.

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【通聯編輯：梁書】