農業大棚數據監測預警系統

馬英哲 陳偉利 李玉麗 尚澤

(吉林建筑大學電氣與計算機學院,吉林 長春 130000)

1 概述

近年來伴隨著社會的飛速發展,各行各業都在向著科技化與自動化的方向前進,而我國作為農業大國,在農業生產方面更是重視。但傳統農業大棚的監測模式多為人工監測,通過觀察、記錄、測量各種數據,導致誤差產生的因素過多,不利于對生產過程的管理與控制,還容易產生一些不必要的資源浪費和財產損失。隨著各種現代化設備的加入與互聯,農業的科技化更為明顯,尤其是在溫室大棚中的應用。

2 設計要求

2.1 溫濕度、光照的實時測量及顯示。

2.2 在不同時期,操作人員可以根據實際情況調整作物適宜的生長條件。

2.3 設置報警功能。

2.4 實時監測環境數據,差值過大時自動報警。

3 系統設計要求

本設計采用STC89C52 作為核心部件,用DHT11 采集信號和處理,圖1。單片機處理數據后通過LCD1602 實時顯示溫濕度的數據,主要任務要求有以下幾點：

3.1 用C 語言編程來實現控制溫度、濕度。

3.2 使用溫濕度傳感器DHT11 采集溫濕度,將采集到的數據傳送到的單片機中進行數據處理,控制溫度范圍在0—75之間,控制濕度范圍在25—80%RH。

3.3 保證系統性能穩定,支持長時間工作。

圖1

4 硬件設計與選擇

選擇STC89C52 的原因主要是其該單片機功耗低、抗干擾能力強且指令代碼完全兼容傳統8051。

4.1 復位電路部分

復位電路由電容串聯電阻構成, 當接通電源,RST 腳將會出現高電平,時間由電路的RC 值來決定,并且51 單片機當持續兩個機器周期以上就將自動復位,所以讓RC 的值取在適當范圍就可以保證此模塊正常工作。

4.2 顯示模塊

采用LCD1602 液晶顯示屏,該模塊的優點是體積小并且易安裝,對于環境的要求也不是很高,此模塊也被廣泛應用于各個領域,它可以顯示兩行,每行16 個字符,相當于32 個LED 數碼管,此外它的供電系統為5v,配置一個相對簡單的外圍電路,也可降低成本,如圖2 所示。

圖2

4.3 溫度傳感器模塊

溫度傳感器的選擇DHT11,作為一款性價比高的溫濕度傳感器,常用于單片機設計實例中。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件,并與一個高性能8 位單片機相連接。DHT11 接入單片機電路時需要上拉電阻,因為DHT11 的單總線需要工作在高電平的情況下,接線的電路圖如圖3 所示。

4.4 光電傳感器

光電傳感器選擇HA2003 光照傳感器。其優點為精確度高,IP65 防護等級設計使其十分堅固,電流輸出在長纜線傳輸的時候沒有信號衰減采用真實太陽光標定,使光源影響較小。

4.5 按鍵掃描

按鍵總共為4 個按鍵并且直接和單片機連接,還有一端接地。按鍵是否被按下由單片機檢測,按下時單片機相對應的引腳同時被拉低,單片機檢測到低電平后執行相應的程序。

圖3

4.6 報警電路

通過單片機AT89S52 控制紅色LED2、綠色LED1、蜂鳴器U1 和監測信號端口J2,C3 排除干擾信號。圖中S2、EC1 和R2組成單片機復位電路,三極管Q0 起音頻放大作用,晶振Y0 為12MHz,J1 接DC5V 電源。

安全情況下,綠燈點亮,紅燈熄滅,喇叭無聲；一旦信號監測端口有脈沖或電平變化(依場合設置為高脈沖或低脈沖,高電平或低電平)出現,即觸發報警器進入報警狀態,紅綠燈交替閃爍,喇叭發出警報聲。除非關閉電源或按下復位鍵,否則會報警不止,從而達到報警目的。

4.7 電源電路

電源使用的是外接5v 電源,D1 為檢測電源是否正常運行的指示燈。電路圖如圖4 所示。

圖4

5 程序設計

5.1 系統流程圖(圖5)

圖5

5.2 單總線程序

DHT11 的初始化,是為了檢測DHT11 這個模塊是否存在,由51 單片機發送的開始信號將單總線電平拉低至少18ms,然后再將總線電平拉高,做檢測結束信號。這時DHT11 開始響應,拉低總線電位80us,然后再拉高總線電位80us,此時則代表DHT11 的初始化完成,接下來就開始傳輸數據了。DHT11 的初始化成功后,單片機就準備接收來自DHT11 的數據,一個完整的數據一共有40bit ,濕度數據和溫度數據各兩個字節,還有一個字節的校驗數據,溫度數據加上濕度數據之和正好等于校驗數據,如果校驗不通過,則不更新顯示數據。下面的程序就是用來讀取5 個字節并校驗：其中在讀取一個字節時也要有嚴格的時序,數據類型不同時高電平的持續時間不同來表示,數據為0 時以高電平持續時26-28us 表示,數據為1 以高電平持續時間為70us 表示,電平的時間是一樣的為50us。那么我們可以捕獲上升沿,通過延時一點時間在判讀是否高電平的方法來確定是數據0 還是數據1。

6 總結與展望

本設計中,選取單片機作核心元件,關于溫濕度和光照強度智能控制進行簡要的設計和闡述。此設計中使用了模塊化和層次化的電路設計理念,選取硬件為主,軟件為輔的設計方式。系統檢測精度較高、電路較簡單、集成度較高、工作比較穩定以及調試簡單。試驗證實,此設計的系統檢測和準確的溫濕度和光照強度的控制,可以實現預期的效果,有較大的實際應用價值。