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基于单片机的温室环境监控系统的设计
作者：王金环
来源：《硅谷》2014年第24期
摘 要 本文针对温室大棚的现状以及环境对蔬菜生长的重要性，提出番茄大棚环境监测与报警系统的设计与实现方案。利用AT89S52单片机设计了温室的温度、湿度、光强度监控系统，对给定的温度、湿度进行控制并利用LCD实时显示，并对室内的光照度进行控制。通过对温室大棚实地考察和综合分析，结合农村的生产力条件和经济发展情况，采用单片机的串口扩展功能，搭建一个智能数据采集平台用于检测蔬菜大棚的温湿度、光照度数据，既满足菜农需求，又节约成本，力求应用到实际中。
关键词 单片机；温湿度传感器；光强度；温室
中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）24-0012-02
蔬菜大棚是设施农业的重要组成部分，蔬菜大棚环境控制系统是温室生产管理自动化实现的基本保障。通过对监测数据的分析，结合作物生长规律，控制环境条件，比室外环境条件更事宜以达到农作物反季生长，提高质量、产量和效率的目标。本系统针对番茄的特殊生长习性，设计番茄生长环境的数据采集系统，采集番茄温室的温度、湿度和光照强度。硬件设计采用AT89S52单片机控制，使用DHT11温湿度传感器和BH1750fvi光强度传感器，硬件的选择上保证传感器成本低廉、性能稳定，控制系统简单。 1 系统的控制要求
该系统是基于长春的地理背景，设计的番茄生长环境数据采集系统，系统性能必须满足番茄生长习性。
1）对温度的要求。
番茄是喜温蔬菜，在正常条件下最适宜温度为20～25℃，温度低于15℃不能开花、授粉或受精不良。30℃同化作用降低，增加到35℃，作物受到生殖干扰和破坏，另外综合考虑不同生长阶段的反应，番茄最适宜的生长温度是20～30℃。上下限值是35℃和15℃。 2）对光照的要求。
番茄作物喜光，在一定范围内，光越强，对光合作用更有利，还需综合考虑番茄不同生育期对不同光线的要求不同。因此番茄最合适的光照度为20000lx～52000lx。上下限值分别是55000lx和2000lx。 3）对湿度的要求。
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番茄属于半耐旱蔬菜。不同生长时期对水分需求不同。第一花序为开花结实期要降低棚温，空气相对湿度控制在45%～55%，盛果期大棚内空气湿度保持在45%～55%最适宜，当外界夜温不低于15℃时，可昼夜通风。可见番茄最适宜湿度为45%～55%之间，上下限值分别为32%、65%。 2 系统总体方案设计
本系统的设计主要针对小型蔬菜大棚667平方米的温室规格，总体设计是采用AT89S52单片机作为整个系统的核心，由它控制继电器报警、蜂鸣器报警以及液晶屏显示温湿度和光照强度的信息。 1）硬件设计。
单片机的输入数据主有四个部分，温湿度传感器、光强度传感器、按键电路和复位电路。按键电路采用四只按键设置报警上限值、下限值、恢复正常显示和切换温湿度和光强的界面按键；复位电路是对单片机复位；环境监控的数据都是通过温湿度传感器和光强度传感器传输给单片机的，其中温湿度电路采用温湿度传感器DHT11，电路中连接线长度小于20米时用5.1K的上拉电阻，大于20米时根据实际情况降低上拉电阻阻值，欲获取实时数据，需连续读取两次，每次读取传感器间隔大于5秒即可获得准确的数据；光强度控制电路利用16位数字光强度传感器BH1750fvi，传感器精度高，总线接口简单易用，体积较小，实现了高精度数字光照强度的实时采集。
单片机的输出有三个部分：液晶显示、蜂鸣器报警和继电器报警。液晶显示选用有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库点阵图形液晶显示模块FYD12864-0402B；蜂鸣器报警则用三极管9013驱动蜂鸣器发出声音；继电器报警，采用PNP三极管9012来驱动5V继电器，继电器接反向二极管1N4007，防止上电瞬间电流过大损坏继电器，继电器的一组开点接发光二极管，当继电器吸合时，发光二极管亮。 2）软件设计。
本系统的主要功能为通过传感器检测子程序进行数据采集、采集到的数据在显示模块上显示、系统判断是否超限，超限则报警，如果没有超限是否是因为报警上下限设置不当，如果是，则通过设置按钮来对报警上下限值进行设定，如果报警值设置正确则结束。 3 系统调试 1）硬件调试。
主控模块调试的要求是能输出正常的系统信号，显示模块调试则需要正确的显示温度、湿度和光强度数据，检测模块需在电路连通后有信号输出，控制模块的调试则是在检测模块输入的上下限值超出设定的范围时能够自动控制调节室内环境，使环境数据控制在设定的范围要
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求，电源模块需用万用表测量输出满足要求，最后是机械按键的去抖动问题，在电路加延时电路。
2）软件调试。
温湿度采集程序的编写要严格按照DHT11时序图进行，光强度采集程序要注意显示子程序编写时的四次取余运算，显示子程序注意不同数据显示之间的切换和延时，各个子程序需要单独调试完成无误后，将程序下载到单片机中，通过初始化单片机进行单步调试，单步调试完成后，开始对环境温度、湿度和光照度进行逐一检测，如能正常检测并显示数据，则程序正常，若不能正常检测和显示，则需要重新修改子程序中的某些变量，使其能够正常完成各项检测数据和控制过程。 3）调试结果。
硬件模块均可以正常进行工作，在番茄温室环境中数据的误差范围小，能持续工作且性能稳定，且要很好的控制温室中的各个环境参量，并具有一定的抗干扰能力。 4 总结
系统能够正常检测番茄温室大棚内的温度、湿度和光照强度，当温室温度超限时会自动报警，湿度和光照强度超限时能通过控制模块调节温室自动恢复到设定的上下限范围内，能够有效的调节温室环境，并能显示当前温度、湿度和亮度，且误差小于+5%。另外如果把本设计方案扩展加上上位机，则可实现远程监控，将具有更大的应用价值。 参考文献
[1]石东海，等.单片机数据通信技术从入门到精通[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002：148-150.
[2]王忠飞，胥芳.MCS-51单片机原理及嵌入式系统应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007：268-273.
[3]蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006. [4]赵玉萍，邹志荣，等.不同温度和光照对温室番茄光合作用及果实品质的影响[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2010（05）. 作者简介
王金环（1981-），女，硕士，研究方向：网络拥塞控制与处理，数字通信。
基于单片机的温室环境监控系统的设计
