【摘 要】根據(jù)目前常見的溫室用溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)所存在的穩(wěn)定性和可靠性等缺點，本文進(jìn)行了研究，利用PIC16F877A單片機(jī)來對蔬菜大棚監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化程度。在研究的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的主控電路進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，并提出了相應(yīng)的對策和解決方案。

【關(guān)鍵詞】溫濕度；監(jiān)測系統(tǒng)；主控電路；PIC

目前，大部分常用的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)是以晶體管電路或51單片機(jī)為核心部件，再配以相應(yīng)的傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路組成的溫度和濕度實時監(jiān)測系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)，在實際工作中存在諸如在線調(diào)節(jié)不方便、數(shù)字化和智能化程度較低等缺點。

因此，本文研究了基于PIC16F877A單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，對主控電路進(jìn)行了改進(jìn)，提出了相應(yīng)的對策和解決方案。

1 設(shè)計思路

通常情況下，溫室內(nèi)的溫度和濕度對作物的影響巨大。如若要使得這些植物在非本季節(jié)處于較佳的生長狀態(tài)，就必須嚴(yán)格控制溫室內(nèi)的溫濕度。而不同類別的植物，所需溫濕度也不盡相同。嚴(yán)格監(jiān)測和控制溫室內(nèi)溫度和濕度環(huán)境參數(shù)，能夠有效保障植物時刻處于較佳的生長狀態(tài)，有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。

首先，本文分析了溫室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)基本原理和性能要求，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的普通MCU與PIC系列PIC16F877A進(jìn)行性能比較，對優(yōu)化主控電路做出理論依據(jù)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案和整改對策。 然后分析了目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的模擬量傳感器和直插式數(shù)字傳感器進(jìn)行性能差異，從非電和電兩個方面著手對影響溫濕度監(jiān)測精度及可靠性的原因進(jìn)行分析，并在優(yōu)化的主控電路。最后采用了以PIC16F877A對直插數(shù)字集成式溫濕度傳感器DHT11進(jìn)行循環(huán)控制，達(dá)到對蔬菜大棚溫濕度實時監(jiān)控的目的1。

2 硬件電路設(shè)計

圖1 主控電路示意圖

本文選用DHT11作為溫濕度環(huán)境信號監(jiān)測系統(tǒng)的主要傳感器件。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出，包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連，具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。DHT11傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，非常適合溫室內(nèi)的溫度和濕度環(huán)境參數(shù)信號監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)特點2。

本設(shè)計利用DHT11直插式數(shù)字溫濕度傳感器對蔬菜大棚溫濕度進(jìn)行實時監(jiān)測，并把實測溫濕度值實時顯示在LCD1602上，可以通過鍵盤設(shè)定溫濕度極限值，如果實測溫濕度超過設(shè)定極限值，則進(jìn)行LED或者蜂鳴器報警操作。

基于PIC16F877A單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主控電路如圖1所示，監(jiān)測過程大體如下：當(dāng)產(chǎn)品上電時，PIC16F877A與DHT11傳感器通訊，當(dāng)PIC做好數(shù)據(jù)接收準(zhǔn)備時，DHT11通過單總線將數(shù)據(jù)發(fā)到至PIC，最后再由PIC將處理過的檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD1062進(jìn)行顯示，從而達(dá)到蔬菜大棚溫濕度的實時檢測。在此基礎(chǔ)上，用戶可以通過按鍵輸入溫濕度極限值，對溫濕度報警值進(jìn)行設(shè)定，之后以達(dá)到峰值超標(biāo)自動報警的目的。

3 主函數(shù)初始化和外部中斷流程圖設(shè)計

我們對需要的特殊寄存器進(jìn)行初始化后，使其進(jìn)入while循環(huán)，等待外部中斷。

①初始化

初始化函數(shù)包括了系統(tǒng)初始化函數(shù)sys init（）；，LCD初始化函數(shù)lcd_init（）；等。系統(tǒng)初始化函數(shù)主要是對外部中斷的I/O口，和使能端進(jìn)行設(shè)置3。LCD初始化函數(shù)lcd_init（）；主要是多LCD的I/O口進(jìn)行方向設(shè)置，LCD指令輸入等操作。如圖2所示，對主函數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)計。

圖2 主函數(shù)初始化流程圖

初始化過程（復(fù)位過程）

1.延時15ms

2.寫指令38H（不檢測忙信號）

3.延時5ms

4.寫指令38H（不檢測忙信號）

5.延時5ms

6.寫指令38H（不檢測忙信號）

7.（以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測忙信號）

8.寫指令38H：顯示模式設(shè)置

9.寫指令08H：顯示關(guān)閉

10.寫指令01H：顯示清屏

11.寫指令06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置

12.寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置

本設(shè)計運用了.h，將LCD1602的初始化程序模塊化，這樣便于整體程序設(shè)計的模塊化操作，LCD1602原函數(shù)代碼如下所示：

void lcd_init（）

{

ADCON1=0x07； // PORTA as Digital

CTRL_DIR=0x00； //設(shè)置控制端口為輸出

DATA_DIR=0x00； //設(shè)置數(shù)據(jù)端口為輸出

lcd_cmd（CLR_DISP）； //清屏

lcd_cmd（DISP_2Line_8Bit）； //8位2行5*7點陣

lcd_cmd（DISP_ON）； //顯示開，光標(biāo)開

lcd_cmd（ENTRY_INC）； //文字不動，光標(biāo)右移

lcd_cmd（DD_RAM_BASE）； //顯示起始地址

}

②外部中斷

在本文中外部中斷主要有兩大部分，第一部分是主要是由鍵盤來實施操作，其目的是在溫濕度檢測的同時能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度極限值的設(shè)定。第二部分是有程序內(nèi)部的數(shù)據(jù)判斷來實施中斷，其主要目的在于所采集到的溫濕度當(dāng)前值是否超過所設(shè)定的極限值，如果超過，以此來做出報警動作，反之中斷不進(jìn)行任何操作。

第一部分，即鍵盤設(shè)定極限值的操作中斷源代碼如下：

if（INTE INTF） // 是RB0中斷，切換報警值選項 {

INTF=0；

__delay_ms（20）； // 按鍵延時消抖

if（RB0==0）

option*=-1；

}

第二部分，即做出報警操作的中斷源代碼如下：

if（CCP1IECCP1IF）// RC2（CCP1）中斷，增加報警值 {

CCP1IF=0；

if（option==-1） // 增加濕度報警值

{

humid++；

if（humid>90）

humid=90；

}

if（option==1） // 增加溫度報警值

{

temp++；

if（temp>50）

temp=50；

}

write_eeprom（）；

}

if（CCP2IECCP2IF） //RC1（CCP2）中斷， 減小報警值

{

CCP2IF=0；

if（option==-1） // 減小濕度報警值

{

humid--；

if（humid<20）

humid=20；

}

if（option==1） // 減小溫度報警值

{

temp--；

if（temp<5）

temp=5；

}

write_eeprom（）；

}

如圖3所示，本文對中斷入口和外部信號進(jìn)行了設(shè)置，使得設(shè)計的主控電路能夠更好的響應(yīng)其他優(yōu)先級更高的事件，從而完成了外部中斷流程的設(shè)計。

圖3 外部中斷流程圖設(shè)計

從上述設(shè)計的主控電路來看，本文在對傳統(tǒng)主控程序進(jìn)行分析后，才給出基于PIC16F877A的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主控程序的設(shè)計，并設(shè)計主要模塊的流程圖。不難看出，通過PIC單片機(jī)設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)的主控電路，能夠使得整個監(jiān)測系統(tǒng)的主要部分實現(xiàn)模塊化設(shè)計，這將有利于系統(tǒng)將來的升級改造，并降低了整個程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單化。從而使得整個監(jiān)測系統(tǒng)相對與傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)而言，能夠體現(xiàn)出智能化、數(shù)字化的特點。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：劉帥]