基于51單片機智能大棚環境監測系統設計

惠新剛，郝攀，馬寧，張洪源，呂賀忠

（西安翻譯學院，陜西西安，710105）

1 系統功能分析

本設計由LCD1602液晶顯示電路和STC89C52單片機、光敏檢測電路、A/D采樣和風扇控制、繼電器控制電路。LED加熱電路和按鍵控制電路組成。

（1）通過光敏電阻電路來檢測光照強度，A/D模塊實時處理后將顯示在液晶屏幕上。

通過與預設值的對比，若其數值低于則用LED燈模擬發光。若高于數值就一切如常。

（2）DS18B20模塊用來檢測溫度值，將測量值實時顯示在LCD1602液晶上，通過按鍵設定溫度值，通過與預設值的對比，若其數值低于則用LED燈模擬發光。若高于數值就啟動系統風扇旋轉降溫。

（3）土壤濕度傳感器檢測環境中土壤的濕度，測量值實時顯示在LCD1602液晶上，也可以設置土壤的濕度值，通過比較預設值判斷啟動水泵加水，若符合設定值，則不動作。

■1.1 STC89C52單片機核心系統電路設計

STC89C52是一種低功耗和高性能CMOS8位單片機，是電子常用器件。其主要具有Flash存貯器技術，該微控制器采用了最經典的MSC–51內核,但在51單片機基礎上做了很多改進,也具備更多傳統51單片機不具備的功能，而且性價比較高,有利于采集更換,也為很多現代控制系統提供了一種靈活高效且價格低廉的方案。STC89C52工作電源電壓很寬，具體數值為2.7～6V,當工作電壓在3V時，電流僅相當于6V電壓工作時的1/4。STC89C52工作于12Hz時，動態電流為5.5mA，空閑態為1mA,掉電狀態僅為20nA。小功耗的表現很適合用于電池供電的小型電路。

圖1 單片機最小系統原理圖

■1.2 5V電源電路設計

關于本系統的電源電路的設計方案如下，插座DC為電源啟動點，一端可以插在插座上，另外一端連接USB電源，也可以接在5V電源上。發光二極管為紅色燈，開關按下后做指示燈作用，電阻為1k，起限流和保護作用。

圖2 5V電源電路原理圖

■1.3 LCD1602液晶顯示模塊電路

LCD1602是字符型顯示屏幕，最多可同時顯示出16x02即32個字符。在本系統中完全可以勝任，且價格低廉，易于更換，其液晶顯示的原理為利用液晶的物理特性，電壓的高低來判斷和顯示字符，當然也可以利用顯示出圖形。1602字符型液晶是一種用來顯示數字、字母、符號等的點陣型液晶模塊。

■1.4 按鍵電路設計

輕觸按鍵是一種簡易的電子開關，通過觸發按鍵內部的受力系統來實現電路的斷開和閉合。通過高低電平的變化來實現人機交互，默認為高電平，當按鍵按下，相應的引腳默認高電平變為低電平。然后實現各個引腳的功能。

圖3 按鍵電路圖

■1.5 5V散熱風扇控制電路設計

該系統的工作原理采用能量轉換來實現，通過對三極管9012影響進而來改變散熱風扇的控制，電阻起限流和保護電路系統作用。該系統默認為高電平，當單片機的相關控制引腳為高電平時，當觸發后變為低電平，進而實現散熱風扇的控制，其驅動電路的原理圖如圖4所示。

圖4 5V風扇控制電路原理圖

■1.6 DS18B20溫度傳感器模塊電路設計

DS18B20是常見的數字溫度傳感器，輸出信號為數字信號，優點有體積小，價格低廉，抗干擾能力強等特點。

因為使用場景廣泛，其外觀也會因此改變。通過封裝后的溫度傳感器模塊可用于電纜溝測溫，高爐水循環測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種小電路空間等設備數字測溫和電路控制領域。

DS18B20溫度傳感器原理圖如圖5所示。上拉電阻值為10k，電阻作用是保證DS18B20工作讀取數據更加穩定。

圖5 DS18B20溫度傳感器原理圖

■1.7 光照檢測電路設計

光敏電阻是用新型硒化隔半導體材料制成的電阻器，基于內光電效應。光照值強，則阻值就越低，隨著光照強度的升高，電阻值的變化也迅速降低。光敏電阻對光線感知十分敏感，在無光照照射時，阻值呈高阻狀態，電阻可達1.5MΩ。光敏電阻的特殊性能，在現代生活場景中被廣泛應用。

圖6 光敏電阻原理

■1.8 TRSD土壤濕度傳感器模塊電路設計

該程序設計中選擇TRSD土壤濕度傳感器來檢測土壤的濕度數值，通過電位器調節土壤濕度控制閥值，配合其他模塊及可以自動對菜地、小景觀以及大棚等土壤濕度進行檢測控制，實現自動澆水和配合其他模塊達成相應效果。

TRSD土壤濕度傳感器表面用鍍鎳處理可以有效提高傳感器感應區域，也減緩和防止土壤使TRSD傳感器失效生銹等問題等的作用。

圖7 模塊內部電路圖

■1.9 補光燈電路設計

采用新型高亮LED燈來代替傳統發光二極管，其亮度時傳統亮度的數百倍，在程序中使其發出特定波長的光，從而改善其效果，本設計中，選擇白色高亮LED燈作為照明燈使用。

圖8 補溫燈電路原理圖

2 編程語言選擇

由于計算量較大，浮點數的計算較多，C語言來編寫程序是很好選擇，而且程序易移植和更改相關參數，有利與后期的更新與維護。

■2.1 單片機程序開發環境

本設計中采用的單片機開發環境是Keil uVision4，51系列單片機系統的主流程序開發軟件平臺，Keil uVision4是STC公司推出最新一代關于51系列單片機處理器的編譯、連接和調試集成環境。可以降低開發周期，從而減少很多成本。單片機具體接線圖如圖9所示。

圖9 PL2303串口燒寫模塊與單片機接線圖

■2.2 程序流程

系統運行流程圖如圖10所示。

圖10 系統運行流程圖

3 系統調試

■3.1 系統程序調試

(1) 在Keil4軟 件 中先調試代碼，若出現錯誤，可以通過error提示信息查找錯誤，改正后再次調試，直至無錯誤提示信息。

（2）程序編譯無誤后燒寫并驗證是否滿足預期效果，若有偏差則再次調整，直至達到滿意效果。

■3.2 硬件測試

通過硬件調試檢查，就是看每個器件能否正常工作，能否滿足我系統開發的功能，防止器件內部損壞，影響系統性能。

■3.3 實物測試

經過測試，系統測試正常，如圖11所示。

圖11 系統測試圖

4 結束語

本文是通過STC89C52單片機為核心的智能大棚設計,該設計器件價格便宜,宜移植且穩定,對于農業生產中存在的問題能夠通過該設計來改善,硬件電路較簡單,設計可行,軟件方面采用C語言編寫,也有利于功能拓展與后續改進,具有很多切實優點。