一種溫室大棚檢測系統的設計

姚小圣 趙娟

摘? 要：隨著農業物聯網的發展，智能溫室大棚在農業中的應用越來越廣泛，而溫濕度和CO2濃度是農業生產中最基本的參數。利用單片機和傳感器組成的智能監控系統對二者進行實時有效的檢測，對于提高農產品質量、農業生產效率和節約能源等方面有著很大的幫助。該系統將單片機控制技術、傳感器感知技術、通信傳輸技術和顯示技術等有效融合，是一種切實可行的溫室環境檢測與顯示系統，可實現全面、自動地對大棚環境的檢測與顯示、環境溫濕度和CO2濃度的智能化監控。

關鍵詞：溫室大棚? 單片機控制? 感知技術? 液晶顯示

物聯網時代到來后對植物生長三要素（溫度、濕度和二氧化碳）進行有效的檢測，并合理地控制為農作物的生長提供了新的環境。該系統以單片機控制為核心，利用傳感器對溫濕度和CO2濃度進行采集，通過單片機與液晶顯示屏相連，從而顯示傳感器采集到的溫室環境的實時數據。能夠對溫室大棚中的環境參數進行檢測，實現溫室大棚中環境檢測的智能控制，為現代化溫室大棚的生產和運行提供更合理、更高效的技術指標，從而提高生產效率、產品質量、降低成本。

1? 系統方案的設計

該系統主要是對溫室大棚中溫濕度和CO2濃度進行有效的監測。系統主要包括單片機控制模塊、溫濕度檢測模塊、CO2濃度檢測模塊和顯示模塊等部分，并能準確實時地顯示測量到的數據，使管理者方便快捷地了解溫室的溫濕度和CO2濃度狀況。該系統單片機控制模塊主要采用AT89C51芯片，控制芯片通過I/O端口及數據地址總線與顯示模塊、數據通信模塊、溫濕度檢測模塊、CO2濃度檢測模塊等外圍電路相接，從而實現系統對溫室大棚進行檢測的設計功能。系統總體方案框圖如圖1所示。

單片機發出檢測信號，溫濕度傳感器和CO2傳感器接收信號并檢測溫濕度與CO2濃度，檢測完成后把檢測到的數據傳給單片機，經單片機處理后給液晶顯示器發送信號，液晶顯示器顯示該溫濕度和CO2濃度。

2? 系統硬件電路的設計

該系統硬件電路設計主要包括單片機控制電路、顯示電路、溫濕度數據采集電路、CO2濃度檢測電路等部分組成。其中單片機控制電路采用AT89C51單片機為核心配合外圍電路實現的，液晶顯示電路采用lcd1602芯片進行數據顯示，溫濕度數據采集電路采用溫濕度傳感器SHT11芯片，CO2濃度檢測電路采用模塊MG811芯片。該系統可以對溫室大棚的溫濕度及CO2濃度進行實時監測，并將檢測的結果通過1602液晶顯示器來顯示。

AT89C51單片機XTAL1和XTAL2為時鐘引腳;P0、P1、P2、P3為4個8位I/O口的外部引腳;EA為外部程序存儲器訪問允許控制端;ALE為地址鎖存信號;RST為復位信號，高電平有效;RXD為串行數據輸入端;TXD為串行數據輸出端;INTO和INT1為外部中斷輸入端，低電平有效;T0和T1分別為外部計數輸入端;WR為寫選通輸出，低電平有效;RD為讀選通輸出，低電平有效;PSEN為讀選通信號，低電平有效。單片機和外圍電路一起可以形成復位電路、晶振電路和控制電路的功能。將單片機的9號引腳與電平一直為1的2US相接即可實現系統復位。每次系統上電時就進行一次復位，當復位鍵被按下一次系統就被復位一次。因此可以通過手動按鍵的斷開和閉合來對系統實現復位功能。晶振電路在單片機系統中作用很大，主要通過外部鏈接電路和單片機的內部電路共同作用的情況下產生系統所需要的時鐘信號，是單片機執行命令的基礎。

溫濕度的檢測芯片SHT11采用的是電容式結構，芯片中的所有傳感器都是在進行檢測數據的時候在非常準確的溫室中進行校準的，校準后將校準數據預存在芯片內存中，并將這個校準后的溫濕度傳感器和一個14位的模數轉換器相接，當傳感器采集到數據后把采集到的數據通過總線傳輸出去，從而實現將數字信號轉換為適合總線傳輸的串行數字信號。液晶1602芯片由點陣字符位組成。CO2濃度檢測電路MG811具有價格較低、技術成熟、且自身也具有對CO2有良好的靈敏度和選擇性、受溫濕度變化影響較小、穩定性和再現性良好的特點。

3? 系統的軟件的設計

基于單片機和液晶顯示及傳感器的工作原理完成溫室的溫度、濕度及CO2濃度的檢測與顯示及相關仿真;在該設計中軟件設計包括電路仿真、程序流程圖設計和程序編寫幾部分。電路仿真主要是硬件電路設計完成后再protues中進行仿真運行顯示，如果運行顯示正常者表示設計合理。該系統軟件程序撰寫在C語言中進行，通過C語言編程實現系統軟件的設計和開發，整個系統軟件程序由主程序和子程序構成。主程序是整個系統的主框架，能夠實現各個子程序之間的互聯及各個子程序的具體實施，能夠完成系統的復位、初始化、數據的采集、數據的傳輸、數據的顯示、數據的處理、信號的控制等功能。主程序流程圖如圖2所示。

4? 結語

該文從系統方案入手進行系統的軟件和硬件電路的設計，設計出一種溫室大棚檢測系統，經過測試該系統可靠性高、整個系統數據顯示正常、數據分析合理、精度較高。整個設計采用比較簡單的裝置成本低，操作比較簡單，能夠實現智能化處理檢測和控制自動化。該系統能夠實現智能化處理和智能化數據采集，對其他地域溫室大棚的檢測具有一定的借鑒意義，能夠適用于現代溫室的室內外檢測，對工業和農業生產都可應用，具有比較廣泛的使用價值。

參考文獻

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