基于AT89C52的花房溫濕度與光照度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸曉安

摘 要：目前對(duì)花房溫濕度、光照度的控制主要依靠手工管理，測(cè)量誤差大，隨意性較強(qiáng)，在一定程度上影響了花卉作物生長(zhǎng)。為了提高環(huán)境監(jiān)控自動(dòng)化程度，適應(yīng)花卉規(guī)?；N植需求，設(shè)計(jì)了基于AT89C52單片機(jī)的溫濕度與光照度自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用SHT11傳感器采集溫濕度信息，采用BH1750fvi傳感器采集光照度信息，并選用LCD1602液晶模塊對(duì)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)加以顯示，而且具有環(huán)境預(yù)警及自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能夠有效地處理與顯示花房環(huán)境信息，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)控制花房溫濕度與光照度的目的。

關(guān)鍵詞：AT89C52單片機(jī)；SHT11；BH1750fvi；LCD1602

DOIDOI：10.11907/rjdk.182138

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）010-0125-04

英文摘要Abstract：At present， the control of temperature， humidity and illuminance of the greenhouse is mainly managed by hand. The measurement error is large and the randomness is relatively strong， which affect the growth of flower crops on a certain basis. In order to improve the automation of environmental monitoring and adapt to the large-scale planting of flowers， this paper designs an automatic control system for temperature， humidity and illuminance based on AT89C52 single chip. The control system selects the SHT11 sensor to collect the temperature and humidity data， selects the BH1750fvi sensor to collect the illuminance data， selects the LCD1602 liquid crystal module to display the collected data of the system， and has the functions of environmental warning and automatic adjustment. The experimental results show that the control system can process and display the greenhouse environment information， which can achieve the purpose of automatic adjustment control.

英文關(guān)鍵詞Key Words：AT89C52 single chip； SHT11； BH1750fvi； LCD1602

0 引 言

集功耗低、體積小、適應(yīng)性強(qiáng)、控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)于一身的單片機(jī)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)與生活中的應(yīng)用非常廣泛，如飛行器、醫(yī)療器械、智能家居[1-3]等領(lǐng)域都離不開單片機(jī)。溫濕度與光照度對(duì)花卉等植物生長(zhǎng)影響明顯，直接影響到花卉種植的經(jīng)濟(jì)效益[4]。根據(jù)花卉最適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，結(jié)合從環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到的溫濕度與光照度信息，設(shè)計(jì)一個(gè)可使環(huán)境信息適應(yīng)花卉生長(zhǎng)的控制系統(tǒng)顯得尤為重要[5]。

近年來(lái)在室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)與控制方面已經(jīng)有了不少研究成果，但是對(duì)單一環(huán)境參數(shù)的控制無(wú)法使花卉達(dá)到理想的生長(zhǎng)狀態(tài)[6-9]。隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，GPRS、ZigBee、WiFi等無(wú)線通信技術(shù)被應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)中[10-12]。由于復(fù)雜環(huán)境因素的影響，無(wú)線信號(hào)傳輸不穩(wěn)定、速率慢、傳輸距離受限等缺點(diǎn)日益突出，而且控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本高，應(yīng)用普及難度大[13]。

本文設(shè)計(jì)了一種價(jià)格低廉、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、功能豐富的花房溫濕度與光照度自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以功耗低、功能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的AT89C52單片機(jī)[14]為核心，利用溫濕度傳感器SHT11與光照度傳感器BH1750fvi采集花房?jī)?nèi)的溫濕度與光照度，并將采集到的數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)其作出相應(yīng)分析與處理，并將處理結(jié)果顯示在液晶顯示器上。同時(shí)通過(guò)按鍵設(shè)置花房中適合植被、花卉生長(zhǎng)的溫濕度與光照度參數(shù)范圍，從而對(duì)花房的溫濕度與光照度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心控制元件，通過(guò)溫濕度傳感器與光照度傳感器對(duì)室內(nèi)的溫濕度、光照度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)傳送給控制元件單片機(jī)。首先可通過(guò)按鍵設(shè)置適宜的花房溫濕度與光照度范圍，單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動(dòng)將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊，通過(guò)顯示屏顯示當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)，同時(shí)將接收到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值范圍進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)數(shù)據(jù)中的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)不在系統(tǒng)預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，并且驅(qū)動(dòng)繼電器電路采取相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)通過(guò)按鍵調(diào)整溫度、濕度及光照度的上下限值。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

1.1 溫濕度模塊設(shè)計(jì)

本模塊利用SHT11溫濕度傳感器[15]對(duì)花房溫濕度進(jìn)行采集，將SHT11傳感器與溫濕度傳感器相結(jié)合，并通過(guò)與單片機(jī)連接即可直接采集溫濕度數(shù)據(jù)。將溫濕度傳感器的串行時(shí)鐘接口SCK和雙向串行數(shù)據(jù)接口DATA直接與單片機(jī)I/O口相連，組成溫濕度采集電路。溫濕度采集電路如圖2所示。

1.2 光照度模塊設(shè)計(jì)

本模塊利用BH1750fvi光照傳感器[16]對(duì)花房光照度進(jìn)行測(cè)量。將溫濕度傳感器的時(shí)鐘引腳SCL、DVI、IIC，以及總線數(shù)據(jù)引腳SDA與單片機(jī)的I/O口連接，組成光照度采集電路。光照度采集電路如圖3所示。

1.3 報(bào)警電路

報(bào)警電路由蜂鳴器與LED等元器件[17]組成。三極管作為放大電路，使單片機(jī)輸出功率驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作。增強(qiáng)硬件電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

1.4 按鍵設(shè)置電路

按鍵電路采用低電平掃描方式實(shí)現(xiàn)，利用開關(guān)的一端與單片機(jī)I/O口相連，另一端接地，該接法比較簡(jiǎn)單并且穩(wěn)定，適合按鍵較少的電路設(shè)計(jì)。按鍵電路由4個(gè)按鍵組成，分別與單片機(jī)P3.2-3.5 的4個(gè)口相連。按鍵電路如圖5所示。

1.5 數(shù)據(jù)顯示電路

本系統(tǒng)顯示電路利用LCD1602液晶顯示屏[18]作為顯示元件，其中D1-D7接單片機(jī)P0口，P0口接4.7K—10K的上拉電阻；RS接單片機(jī)P1.2引腳；RW為讀寫端口，接單片機(jī)P1.1引腳。數(shù)據(jù)顯示連接電路如圖6所示。

1.6 驅(qū)動(dòng)電路

該模塊采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備，將繼電器與電機(jī)連接，通過(guò)電機(jī)在花房?jī)?nèi)進(jìn)行吹風(fēng)、加熱、噴水、去濕、遮陽(yáng)等操作[19]，將室內(nèi)溫濕度與光照度控制在適宜范圍，以便室內(nèi)花卉能夠更好地生長(zhǎng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的繼電器控制電路如圖7所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)通過(guò)SHT11溫濕度傳感器與BH1750fvi光照度傳感器對(duì)當(dāng)前花房溫濕度及光照度進(jìn)行采集，并將信息傳送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)接收到的信息進(jìn)行分析處理，能夠在顯示屏上顯示出當(dāng)前的溫濕度數(shù)值，且單片機(jī)能夠判斷是否需要驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路與繼電器電路進(jìn)行工作。系統(tǒng)總程序流程如圖8所示。

2.2 報(bào)警模塊流程

單片機(jī)能夠?qū)Ξ?dāng)前檢測(cè)到的溫濕度與光照度數(shù)值進(jìn)行判斷，若數(shù)值符合預(yù)設(shè)范圍，則不進(jìn)行操作，否則報(bào)警電路對(duì)應(yīng)指示燈亮。報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖9所示。

2.3 按鍵掃描模塊流程

將K＼-1鍵按下1次可設(shè)置溫度上限，按下2次設(shè)置溫度下限，按下3次設(shè)置濕度上限，按下4次設(shè)置濕度下限，K＼-2、K＼-3用來(lái)加減數(shù)值，K＼-4是確定按鍵，在設(shè)置的任何狀態(tài)下，按下K＼-4時(shí)系統(tǒng)都會(huì)直接跳出。按鍵模塊流程如圖10所示。

3 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

3.1 采集及顯示功能仿真測(cè)試

本文使用Proteus仿真軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真[20]。仿真開始后，傳感器采集當(dāng)前花房?jī)?nèi)的溫濕度與光照度信息，將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將結(jié)果傳給顯示電路，在顯示屏上顯示出當(dāng)前的溫濕度及光照度情況。仿真結(jié)果如圖11所示。

3.2 按鍵功能仿真測(cè)試

將K＼-1按下后顯示“SET TEMP HIGH”，設(shè)置溫度上限值，如圖12所示，通過(guò)K＼-2與K＼-3確定溫度上限值，將K＼-4按下后直接退出設(shè)置模塊。K1鍵按下2次、3次、4次依次對(duì)應(yīng)溫度下限設(shè)置、濕度上限設(shè)置與濕度下限設(shè)置。

3.3 驅(qū)動(dòng)電路仿真測(cè)試

單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并與內(nèi)存儲(chǔ)的溫濕度及光照度預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比，若接收到的數(shù)據(jù)不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器電路工作，用繼電器連接電機(jī)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)其它設(shè)備對(duì)溫室花房進(jìn)行吹風(fēng)、加熱、噴水、去濕、遮陽(yáng)等操作，將花房溫濕度與光照度控制在適宜范圍內(nèi)。例如：當(dāng)花房?jī)?nèi)的溫度大于預(yù)設(shè)值范圍時(shí)，單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路工作，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，仿真結(jié)果如圖13所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)為核心控制元件、SHT11數(shù)字溫濕度傳感器為溫濕度采集元件、BH1750fvi光照度傳感器為光照度采集元件，以及LCD1602為數(shù)據(jù)顯示元件，通過(guò)各元件設(shè)計(jì)花房溫濕度控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、光照度的信息采集以及自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)仿真達(dá)到了預(yù)期效果，后續(xù)將考慮圍繞實(shí)體產(chǎn)品繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。

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（責(zé)任編輯：黃 ?。?/p>