基于單片機控制的大棚溫濕度監控系統的設計

李家榮

摘要：設計一款基于AT89C51單片機的溫濕度控制系統，采用傳感器SHT11檢測大棚里的溫度和濕度，測量到的值送到51單片機進行內部處理，結果通過LCD1602液晶顯示出來。大棚里溫濕度的上下限通過鍵盤進行人工預設，當溫濕度超過設定值時，報警電路里的蜂鳴器就報警，同時溫濕度的控制電路也要同步運行起來，從而保證大棚一直處于作物生長最佳環境的狀態下，仿真結果顯示系統有效可行。

關鍵詞：SHT11數字式傳感器；AT89C51單片機；LCD1602顯示器；鍵盤控制；溫濕度監控系統

中圖分類號： TP273；S126文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0424-04

在農業種植過程中對植物生長環境周圍的參數進行及時檢測并采取有效的控制相當關鍵。而在這些參數中，對作物生長發育影響最大的應該是溫度和濕度[1-2]。如果晝夜溫濕度變化過大，對植物的生長極其不利。起初的大棚種植相當傳統，大棚里溫濕度的監控以人為基礎，需要人工去檢測和記錄，人工去控制溫濕度。這樣的大棚模式浪費了太多的人工，而且精確度也不會太高。因此，農業發展走現代化這條道路相當有必要。為了適應這種發展，智能大棚種植這一生產模式便誕生了。

1控制系統原理

設計的這款基于單片機硬件環境下的系統，具有測量精度高和測量范圍廣等優點，同時這款系統還要滿足可以將測量到的溫濕度值準時、準確地顯示在顯示器上以供用戶查詢。大棚的溫濕度上下限值能夠由用戶根據不同植物的不同生長需求由按鍵輸入并通過顯示模塊顯示。系統只需通過將測量到的溫濕度值與所設閾值進行比較，就能判斷大棚內參數是否正常，如果不正常就立即啟動報警裝置，同時單片機給溫濕度控制電路指令，能進行自動調節方案。完成像溫度低了及時升溫到特定溫度從而確保大棚恒溫，濕度低了及時增濕到特定濕度從而確保大棚恒濕等。整個設計由單片機、溫濕度傳感器、液晶顯示、鍵盤電路、蜂鳴器報警電路以及溫濕度控制電路等模塊組成，總的系統結構框見圖1。

2系統硬件電路設計

設計中筆者選用抗干擾能力強、價格相對便宜的AT89C51單片機芯片作為系統的CPU。AT89C51硬件特性為8位CPU；片內帶振蕩器；40個引腳；128 B的片內數據存儲器（RAM）；4 kB的片內數據存儲器；64 kB尋址范圍的程序存儲器；21 B特殊功能寄存器；1個全雙工串行通信口；32

個并行通信口；片內采用單總線；2個16位的定時器/計數器；中斷系統有5個中斷源；用單一5 V電源等[3-4]。

采用溫濕度一體的數字式傳感器，型號選擇SHT系列的SHT11。選擇SHT11傳感器則電路中也不需要添加數模轉換模塊，SHT11在測量時還可以對溫濕度進行自動校準，所以測量到的溫濕度很準確。SHT11是利用CMOS技術制造。SHT11電源電壓的適用范圍是2.4～5.5 V。濕度的測量精度是±3.5%，溫度的測量精度是0.5 ℃。數字信號輸出時是通過兩線數字接口直接連接到微處理器[5-6]。

該系統采用液晶顯示，型號選用比較常用的LCD1602，它是屬于點陣字符型液晶顯示。LCD1602液晶具有豐富的指令設置，內部提供上電自動復位電路，所以呈現的畫面更加美觀、更加清晰。

溫濕度控制電路主要由繼電器、降溫機、升溫機、加濕機、除濕機等組成。控制電路設計的原理是當溫濕度傳感器檢測到的數據超過或低于給定值時，啟動溫濕度控制電路來實現恒溫恒濕的目的。大棚理想的溫度設置范圍為15～30 ℃，如果測量值小于所設溫度下限，升溫機開始工作。如果高于所設溫度上限，風扇開始工作。大棚的理想濕度設置范圍為45%～65%，[JP3]如果測量值小于所設濕度下限，加濕機工作；如果該值高于所設濕度上限，除潮器工作。系統硬件電路見圖2。

3軟件設計

軟件程序采用C語言編寫，系統軟件設計由主程序、SHT11讀取程序、鍵盤掃描處理程序、LCD1602顯示程序等組成。系統主程序流程圖見圖3。

4系統仿真

圖4是系統一次測量溫濕度正常的仿真結果，通過仿真圖中對SHT11模型選擇模擬中想要的溫度和濕度，這里選擇的溫度是22.0 ℃，濕度是58.9%。由于通過軟件編程給溫度設定的上下限是15～30 ℃，濕度的上下限是45%～65%，可見這次的溫濕度測量結果正常，因此控制溫濕度的電路也不需要工作，這里用不同發光二極管是否工作來表示各個控制溫濕度的繼電器是否工作，綠色的發光二極管（第1個）表示除濕機；藍色的發光二極管（第2個）表示風機；紅色的發光二極管（第3個）表示加熱機；黃色的發光二極管（第4個）表示加濕機。所以現在4個發光二極管都不須要發光，同時報警電路也不須要發出警報。LCD1602顯示器上實時顯示著溫度和濕度。

這里選擇的溫度是12.3 ℃，濕度是72.4%。這次的測量結果是溫度偏低，濕度偏高，于是控制溫濕度的電路開始工作，這里用不同的發光二極管來表示，此時綠色和紅色發光二極管工作，也就是表示除濕機和加熱機工作，開始降濕度和加溫，同時報警電路也發出警報。LCD1602顯示器上顯示著實時溫度和濕度。

5結論

本研究利用AT89C51單片機與數字化傳感器SHT11的完美結合，簡化了電路，節約了成本，還保證了系統的精確度。仿真結果顯示，設計出的大棚溫濕度控制系統可以為植物的生長與培育提供最佳的環境，對農業的生產增質增產具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]張蘭紅，鄒華. 單片機原理及應用[M]. 北京：機械工業出版社，2012.

[2]何希才. 常用傳感器應用電路的設計與實踐[M]. 北京：科學出版社，2007.

[3]陳杰，黃鴻. 傳感器與檢測技術[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2010.

[4]鄭峰，王巧芝，李英健，等. 51單片機應用系統 [M]. 3版. 北京：中國鐵道出版社，2013.

[5]易順明，趙海蘭，袁然. 基于單片機的大棚溫濕度控制系統設計[J]. 現代電子技術，2011，34（7）：129-131.

[6]王東濤，鞠鳳船. 農業大棚溫濕度監控系統設計[J]. 安徽農業科學，2010 38（35）：20446-20447.

[FK（H0265。54ZQ]〖HTH〗更正：《江蘇農業科學》2016年第44卷第6期317-320頁發表的論文《菱形藻HE06產二十碳五烯酸培養條件優化》中，作者應為“劉紅全，潘藝華，李潔瓊，林小園，袁 莎”，特此更正。