姚小圣 趙娟

摘? 要：隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能溫室大棚在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而溫濕度和CO2濃度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本的參數(shù)。利用單片機(jī)和傳感器組成的智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)二者進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的檢測(cè)，對(duì)于提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和節(jié)約能源等方面有著很大的幫助。該系統(tǒng)將單片機(jī)控制技術(shù)、傳感器感知技術(shù)、通信傳輸技術(shù)和顯示技術(shù)等有效融合，是一種切實(shí)可行的溫室環(huán)境檢測(cè)與顯示系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全面、自動(dòng)地對(duì)大棚環(huán)境的檢測(cè)與顯示、環(huán)境溫濕度和CO2濃度的智能化監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：溫室大棚? 單片機(jī)控制? 感知技術(shù)? 液晶顯示

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)后對(duì)植物生長(zhǎng)三要素（溫度、濕度和二氧化碳）進(jìn)行有效的檢測(cè)，并合理地控制為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供了新的環(huán)境。該系統(tǒng)以單片機(jī)控制為核心，利用傳感器對(duì)溫濕度和CO2濃度進(jìn)行采集，通過(guò)單片機(jī)與液晶顯示屏相連，從而顯示傳感器采集到的溫室環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。能夠?qū)厥掖笈镏械沫h(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)溫室大棚中環(huán)境檢測(cè)的智能控制，為現(xiàn)代化溫室大棚的生產(chǎn)和運(yùn)行提供更合理、更高效的技術(shù)指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。

1? 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要是對(duì)溫室大棚中溫濕度和CO2濃度進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、CO2濃度檢測(cè)模塊和顯示模塊等部分，并能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示測(cè)量到的數(shù)據(jù)，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(tǒng)單片機(jī)控制模塊主要采用AT89C51芯片，控制芯片通過(guò)I/O端口及數(shù)據(jù)地址總線與顯示模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、CO2濃度檢測(cè)模塊等外圍電路相接，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)溫室大棚進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)計(jì)功能。系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。

單片機(jī)發(fā)出檢測(cè)信號(hào)，溫濕度傳感器和CO2傳感器接收信號(hào)并檢測(cè)溫濕度與CO2濃度，檢測(cè)完成后把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后給液晶顯示器發(fā)送信號(hào)，液晶顯示器顯示該溫濕度和CO2濃度。

2? 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)控制電路、顯示電路、溫濕度數(shù)據(jù)采集電路、CO2濃度檢測(cè)電路等部分組成。其中單片機(jī)控制電路采用AT89C51單片機(jī)為核心配合外圍電路實(shí)現(xiàn)的，液晶顯示電路采用lcd1602芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，溫濕度數(shù)據(jù)采集電路采用溫濕度傳感器SHT11芯片，CO2濃度檢測(cè)電路采用模塊MG811芯片。該系統(tǒng)可以對(duì)溫室大棚的溫濕度及CO2濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)1602液晶顯示器來(lái)顯示。

AT89C51單片機(jī)XTAL1和XTAL2為時(shí)鐘引腳;P0、P1、P2、P3為4個(gè)8位I/O口的外部引腳;EA為外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端;ALE為地址鎖存信號(hào);RST為復(fù)位信號(hào)，高電平有效;RXD為串行數(shù)據(jù)輸入端;TXD為串行數(shù)據(jù)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(jì)數(shù)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(hào)，低電平有效。單片機(jī)和外圍電路一起可以形成復(fù)位電路、晶振電路和控制電路的功能。將單片機(jī)的9號(hào)引腳與電平一直為1的2US相接即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。每次系統(tǒng)上電時(shí)就進(jìn)行一次復(fù)位，當(dāng)復(fù)位鍵被按下一次系統(tǒng)就被復(fù)位一次。因此可以通過(guò)手動(dòng)按鍵的斷開和閉合來(lái)對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。晶振電路在單片機(jī)系統(tǒng)中作用很大，主要通過(guò)外部鏈接電路和單片機(jī)的內(nèi)部電路共同作用的情況下產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的時(shí)鐘信號(hào)，是單片機(jī)執(zhí)行命令的基礎(chǔ)。

溫濕度的檢測(cè)芯片SHT11采用的是電容式結(jié)構(gòu)，芯片中的所有傳感器都是在進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)候在非常準(zhǔn)確的溫室中進(jìn)行校準(zhǔn)的，校準(zhǔn)后將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)預(yù)存在芯片內(nèi)存中，并將這個(gè)校準(zhǔn)后的溫濕度傳感器和一個(gè)14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相接，當(dāng)傳感器采集到數(shù)據(jù)后把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳輸出去，從而實(shí)現(xiàn)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合總線傳輸?shù)拇袛?shù)字信號(hào)。液晶1602芯片由點(diǎn)陣字符位組成。CO2濃度檢測(cè)電路MG811具有價(jià)格較低、技術(shù)成熟、且自身也具有對(duì)CO2有良好的靈敏度和選擇性、受溫濕度變化影響較小、穩(wěn)定性和再現(xiàn)性良好的特點(diǎn)。

3? 系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)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(cè)與顯示及相關(guān)仿真;在該設(shè)計(jì)中軟件設(shè)計(jì)包括電路仿真、程序流程圖設(shè)計(jì)和程序編寫幾部分。電路仿真主要是硬件電路設(shè)計(jì)完成后再protues中進(jìn)行仿真運(yùn)行顯示，如果運(yùn)行顯示正常者表示設(shè)計(jì)合理。該系統(tǒng)軟件程序撰寫在C語(yǔ)言中進(jìn)行，通過(guò)C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)，整個(gè)系統(tǒng)軟件程序由主程序和子程序構(gòu)成。主程序是整個(gè)系統(tǒng)的主框架，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)子程序之間的互聯(lián)及各個(gè)子程序的具體實(shí)施，能夠完成系統(tǒng)的復(fù)位、初始化、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的顯示、數(shù)據(jù)的處理、信號(hào)的控制等功能。主程序流程圖如圖2所示。

4? 結(jié)語(yǔ)

該文從系統(tǒng)方案入手進(jìn)行系統(tǒng)的軟件和硬件電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一種溫室大棚檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)測(cè)試該系統(tǒng)可靠性高、整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示正常、數(shù)據(jù)分析合理、精度較高。整個(gè)設(shè)計(jì)采用比較簡(jiǎn)單的裝置成本低，操作比較簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化處理檢測(cè)和控制自動(dòng)化。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化處理和智能化數(shù)據(jù)采集，對(duì)其他地域溫室大棚的檢測(cè)具有一定的借鑒意義，能夠適用于現(xiàn)代溫室的室內(nèi)外檢測(cè)，對(duì)工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都可應(yīng)用，具有比較廣泛的使用價(jià)值。

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