基于單片機的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

邵婷婷,任瑞瑞,李 平

（延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，延安,716000）

0 引言

溫度、濕度以及光照等環(huán)境參數(shù)的測量和控制在日常生活和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。隨著生活水平的大幅提高，人們對生活環(huán)境提出了更高的要求,大棚中農(nóng)作物的生長過程中，溫濕度及光照對其影響較大。傳統(tǒng)測試方法費時費力、效率低，且有時需要不間斷監(jiān)控，以達到實時監(jiān)測的目的。針對以上問題， 本文基于AT89S52單片機設(shè)計了一款環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)溫度、濕度及光照的實時測量，通過矩陣按鍵可根據(jù)需要設(shè)置測量參數(shù)的范圍，超出設(shè)定范圍可發(fā)出警報提醒外界進行干預(yù)控制。實驗測試表明，設(shè)計的樣機系統(tǒng)實現(xiàn)了對環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測和警報功能，可靠性高且達到了良好的效果，可廣泛用于日常生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

該環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將檢測點溫、濕度及光照信息采集后，發(fā)送到單片機進行處理，送LCD實時顯示，通過4×4矩陣按鍵進行溫、濕度及光照的上下限設(shè)定，當超出設(shè)定范圍時，蜂鳴器將發(fā)出警報提醒外界予以干預(yù)。

本系統(tǒng)以AT89S52單片機作為控制芯片，主要包括信號采集模塊、信息傳送模塊、控制模塊、顯示模塊、聲音指示模塊以及串口通信模塊。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 信號采集模塊

溫濕度和光照度是標定環(huán)境不可缺少的參數(shù)，對其的測量主要依靠傳感器實現(xiàn)。本文溫度的測量采用DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、測量范圍廣、強易配處理器等優(yōu)點，DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號送單片機處理，其溫度測量范圍為，測溫分辨率可達。濕度的測量采用Humirel公司的電容式相對濕度傳感器HS1101，其具有可瞬間脫濕、高可靠性、長期穩(wěn)定性和響應(yīng)時間快等優(yōu)點，其濕度測量范圍為1%～99%。光照度的測量采用光敏電阻，其光譜特性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受到的光，均可引起其阻值的變化。

2.2 信息傳送模塊

本文采用4×4矩陣按鍵作為信息傳送的控制端，包括0～9這10個數(shù)字按鍵、溫濕度及光照性能設(shè)置按鍵、小數(shù)點按鍵、確定按鍵和零下溫度選擇按鍵。該系統(tǒng)采用非編碼式鍵盤，按鍵的識別采用全局掃描法。

2.3 主控模塊

本設(shè)計采用AT89S52單片機作為主控芯片。該芯片算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且功耗低、體積小、技術(shù)成熟、成本低，產(chǎn)品性價比高，滿足系統(tǒng)的設(shè)計需求。本系統(tǒng)中AT89S52不斷的對采集到的溫、濕度和光照信號進行檢測，并與輸入的相應(yīng)控制值比較，若超出設(shè)定范圍則蜂鳴器將發(fā)出警報提醒外界予以干預(yù)。

2.4 顯示模塊

本設(shè)計環(huán)境參數(shù)顯示部分采用液晶顯示器12864，環(huán)境參數(shù)的三個值實時在LCD上顯示，環(huán)境參數(shù)設(shè)定顯示模塊采用8段共陽極數(shù)碼管7SEG-MPX4-CA，可監(jiān)測參數(shù)設(shè)定值。

2.5 聲音指示模塊

聲音指示用于提醒外界，可選擇語音提示型、音樂型、警報型等。本設(shè)計樣機設(shè)計中采用蜂鳴器，其電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，同時也可以較好的實現(xiàn)警報功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本軟件其中部分設(shè)計是采用模塊化設(shè)計的，uVision3編譯器是由Keil公司開發(fā)的，我們以uVision3編譯器作為軟件開發(fā)平臺，采用C51語言編寫程序，主要包括初始化子程序、溫濕度及光照度檢測子程序、鍵盤檢測子程序和顯示警報子程序等組成。主程序流程圖如圖2所示。

4 結(jié)束語

本文環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要針對家用及農(nóng)用大棚而設(shè)計，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集溫度信號，濕度傳感器HS1101采集濕度信號，光敏電阻采集光照信號，實時將環(huán)境參數(shù)傳送給AT89S52單片機處理，并送LCD顯示，實現(xiàn)了對環(huán)境的實時監(jiān)測，同時系統(tǒng)設(shè)有參數(shù)設(shè)定模塊，可設(shè)定范圍，若檢測到的參數(shù)超出設(shè)定范圍，則發(fā)出警報提醒外界。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，監(jiān)控方便，可廣泛應(yīng)用于家電、農(nóng)用大棚等控制領(lǐng)域。

圖2 主程序流圖

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