基于Atmega16單片機的溫室濕度監控系統設計

石戈戈

(四川信息職業技術學院，四川 廣元 628040)

0 引言

溫室因其構造簡單、價格低等優點在農產品生產、栽培等領域皆有廣泛的應用，在農業生產過程中扮演著至關重要的角色。隨著自動化控制技術的快速發展，溫室也由原來簡易的大棚逐漸向可自動保溫調濕的智能溫室轉變。眾所周知，濕度對于農作物生長有著重要影響，如存儲、育苗、發酵等過程均對環境濕度有相應要求[1]。針對濕度的實時控制問題，設計了一種基于Atmega16單片機的實時溫室濕度監控系統。該系統依靠濕度傳感器將溫室實時濕度準確快速地采集并傳輸至單片機中，經單片機處理并由液晶模塊實現數據的實時顯示，與此同時無線傳輸模塊會將數據傳送至上位機，以便實現遠程監控的目的。為了將環境濕度控制在生產所需的濕度范圍內，可以通過上位機設置濕度閾值，單片機則將濕度傳感器采集到的實時濕度與所設閾值進行比較，當環境濕度超出所設閾值時，單片機則發出指令，經由驅動裝置控制噴灑終端電磁閥的開合和排氣扇的通、斷以達到濕度控制的功能。

1 系統硬件設計

圖1 系統總體結構圖

溫室濕度監控系統的設計主要包含硬件電路設計和軟件設計兩大部分[2]，主要由以下模塊組成：AM/2301濕度采集模塊、Atmega16單片機主控模塊、液晶顯示模塊、遠程通信模塊、驅動模塊、執行模塊、上位機，其總體結構圖如圖1所示。

濕度采集傳感器負責將溫室實時濕度采集并將其傳輸至主控單片機中，在此采用AM/2301電感式數字濕度傳感器，該傳感器內部包含A/D轉換電路，直接輸出數字信號，與此同時該傳感器擁有良好的抗干擾性、穩定性、準確性及較低的功耗。與外部進行數據傳輸則采用的是單線制串行接口，封裝方式為4針單排引腳封裝，使用簡潔方便。主控芯片采用的是各項性能指標均較高的8位Atmega16單片機，該芯片具有豐富的指令集，全靜態工作方式使數據更不容易丟失，同時具有數據吞吐率高、功耗低等優點，可以在各種嚴苛環境中穩定運行。液晶顯示模塊選用常用的低功耗LCD1602液晶即可[3-4]。遠程通信采用無線收發芯片CC2500PA，由于其功能強大，因此在工業控制、消費電子等領域均得到了較為廣泛的應用。該無線通信芯片可在2400MHz～2483.5MHz的頻率范圍內可靠運行，收發數據速率最高可達500kbps、空曠環境下通訊距離能達到1500m左右。驅動模塊用來驅動執行模塊按照控制信號動作。執行模塊主要由噴灑加濕裝置、排氣扇等構成，實現最終的濕度調節功能。

2 系統軟件設計

相對于系統硬件的搭建，系統軟件的設計更具有靈活性，其設計是否合理直接影響著整個系統能否穩定可靠地實現其既定功能。軟件設計主要包含以下3個部分：(1)濕度采集模塊設計，主要完成AM/2301初始化和濕度數據的采集和處理工作；(2)數據無線收、發傳輸模塊設計，主要完成的功能是對無線收發芯片CC2500PA3的配置；(3)上位機模塊設計，主要完成上位機界面設計和數據的收、發以及通信接口配置。

本系統的運行流程首先是完成初始化，使各個子模塊準備好開始收發、處理數據，并通過上位機設置所需要的濕度閾值上、下限，該值可在系統運行的過程中隨時通過中斷程序調整。然后采用調用子程序的方式將AM/2301溫度傳感器采集到濕度實時數據調用到主程序進行對比判斷。當溫室濕度低于所設閾值下限時，通過繼電器控制噴灑裝置的電磁閥來進行噴灑加濕，直到采集濕度大于等于閾值上、下限中間值時通過驅動模塊關閉噴灑裝置的電磁閥來實現停止加濕。當采集到的濕度高于所設閾值上限時則打開排氣扇排濕，直到采集濕度小于等于閾值上、下限中間值時通過驅動模塊關閉排氣扇來實現停止排濕，最終使溫室濕度控制在所設閾值范圍之內。為了防止不可控因素造成的調控失靈，本系統加入了一個失調報警模塊，當環境濕度超出生產所需濕度一定范圍時，報警器發出警報。具體運行流程圖如圖2所示。

圖2 系統運行流程圖

系統軟、硬件搭建完成后，為了驗證其可行性，本文對其進行了仿真分析。由仿真結果如圖3所示，可以看到溫室實時濕度一直維持在控制濕度之內，由此可也看出本文設計系統可以對濕度進行有效的監控。

圖3 系統仿真圖

3 結論

本文設計了一種基于Atmega16單片機的溫室濕度監控系統，該系統以單片機為控制核心，以濕度傳感器、繼電器、無線傳輸裝置等為支撐，實現了對溫室濕度的實時監測和調控，確保其保持在所需要的濕度范圍內。相對人工調節的方法，該系統具有調節精度高、成本低、適應性強等優點，有一定的經濟價值和前景。