基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的溫室環(huán)境溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

周濤　劉巧　張銳敏　魏東亮

摘 要：為實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境溫濕度參數(shù)的采集，采用基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的無線溫濕度測(cè)量的方法，不必敷設(shè)電纜，可節(jié)省費(fèi)用和時(shí)間。溫濕度采集子節(jié)點(diǎn)以STC89C52為控制器，利用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，通過無線模塊nRF24L01進(jìn)行發(fā)送，控制器通過模擬SPI口實(shí)現(xiàn)與無線模塊之間的通信。溫濕度數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)通過無線模塊將數(shù)據(jù)傳給STC89C52，控制器經(jīng)處理后，在顯示屏LCD12864上顯示各子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。

關(guān)鍵詞：溫濕度采集；STC89C52；控制器；無線模塊

中圖分類號(hào)：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等[1]。在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中，溫室環(huán)境與作物的生長(zhǎng)、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測(cè)控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的[2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過對(duì)溫室內(nèi)的空氣溫濕度和土壤溫濕度等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)和采集，形成量化數(shù)據(jù)。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)總結(jié)出作物生長(zhǎng)所需的最佳環(huán)境，通過本地監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、檢測(cè)，以創(chuàng)造滿足作物生長(zhǎng)環(huán)境的需求[3]。

系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)根據(jù)用戶的設(shè)定完成一定范圍的溫濕度控制。整個(gè)溫濕度控制由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分，溫度檢測(cè)范圍：25 ℃～50 ℃；濕度檢測(cè)范圍：25%～75% RH；溫度、濕度顯示方式LCD顯示。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、溫濕度控制電路等部分組成。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

1.1 電源模塊設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中主要用到+5 V，+12 V，15 V。為得到所需電源信號(hào)，系統(tǒng)采用了電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7815、LM7805和LM7812，三個(gè)芯片的輸入分別取+19 V、+23 V和+12 V，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出端輸出分別為系統(tǒng)所需的+15 V、+5 V和+12 V電壓。

1.2 傳感器模塊設(shè)計(jì)

傳感器采用溫濕度復(fù)合傳感器DHT11。控制器與DHT11的連接電路如圖2所示，DATA上拉后與微處理器的 I/O端口相連。電路中連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5.1 KΩ上拉電阻，大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況降低上拉電阻的阻值。每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測(cè)量的結(jié)果，欲獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，需連續(xù)讀取兩次，每次讀取傳感器間隔大于5秒即可獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

圖2 傳感器模塊電路

1.3 通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊使用工作在2.4～2.5 GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片nRF24L01。nRF24L01兼具發(fā)射和接收功能，因此在溫濕度采集子節(jié)點(diǎn)上用于發(fā)送采集環(huán)境參數(shù)，接收節(jié)點(diǎn)上用于接收各個(gè)子節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)。nRF24L01與控制器連接電路如圖3所示。

圖3 通信模塊電路

2 軟件設(shè)計(jì)

對(duì)溫濕度控制的要求，主要是保證溫濕度在一定范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。溫濕度采集程序主要完成，單片機(jī)從傳感器DHT11采集溫濕度值，并通過換算公式計(jì)算實(shí)際溫濕度值，再通過溫濕度值計(jì)算出露點(diǎn)值。流程圖如圖4所示。

3 結(jié) 語

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到設(shè)施農(nóng)業(yè)，能夠改變傳統(tǒng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理模式，使信息化與農(nóng)業(yè)結(jié)合的更加緊密[4]。還能為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供更加廣闊的空間。文中提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，在溫室的溫濕度參數(shù)采集中能夠比較好地獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

圖4 溫濕度采集程序流程圖

參考文獻(xiàn)

[1]潘金珠，王興元，肖云龍，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014，33（10）：51-53.

[2]羅桂蘭，張陳莉，許藝東，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（7）：4389-4392.

[3]王東.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[4]簡(jiǎn)興，邱銀國(guó)，張振國(guó)，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2014，4（5）：15-17.