有機(jī)蔬菜大棚數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彭琛 唐斌

摘要：采用大棚對(duì)蔬菜栽培可以提高農(nóng)作物生長條件，增產(chǎn)反季節(jié)作物的供應(yīng)，增加農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格，擴(kuò)大種植戶收益，但農(nóng)作物的生長過程中，其生長和產(chǎn)量均受到濕度、溫度、光照強(qiáng)度、CO，濃度等多種因素影響，因此把握好對(duì)農(nóng)作物生長環(huán)境因素的監(jiān)測十分重要。

關(guān)鍵詞：STC89C52RC;傳感器;有機(jī)蔬菜

中圖分類號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）04-0226-02

收稿日期：2019-11-21

基金項(xiàng)目：2019年常德市科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目;湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（湘教通[2019]219號(hào)-2048）;湖南省2019年教改項(xiàng)目（湘教通[2019]291號(hào)-684）

作者簡介：彭?。?982—），女，湖南常德人，湖南文理學(xué)院，講師，碩士，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用、智慧農(nóng)業(yè)。

Design of Data Monitoring System for Organic Vegetable Greenhouse

PENG Chen，TANG Bin

（College of Computer and Electrical Engineering，Hunan University of Arts and Sciences，Changde 415000，China）

Abstract：Greenhouse cultivation can improve the temperature，produce anti-seasonal crop supply market，increase the price of agricul-tural products，increase the income of growers，but in the process of crop growth，its growth and yield are affected by humidity，tempera-ture，light intensity，CO2 concentration and other factors，so it is very important to grasp the monitoring of the bad condition factors of crop growth.

Key words：STC89C52RC;Sensor;Organic Vegetables

新世紀(jì)以來我國的農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，人們對(duì)蔬菜的需求增加，在這種環(huán)境下溫室大棚的產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷地調(diào)整，產(chǎn)業(yè)形勢(shì)不斷的現(xiàn)代化，從而有機(jī)蔬菜的種植不斷擴(kuò)大，對(duì)此大棚內(nèi)的環(huán)境因素監(jiān)測工作也變得格外重要。關(guān)于我國有地區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的推廣還沒完全到位，普及率低;有的系統(tǒng)對(duì)多個(gè)大棚監(jiān)測管理能力尚有不足。為了解決以上幾點(diǎn)不足，下面設(shè)計(jì)了一套由單片機(jī)以及傳感器構(gòu)成的下位機(jī)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度，CO，濃度，光照強(qiáng)度，PM2.5的自動(dòng)檢測以及實(shí)時(shí)顯示，為了提高農(nóng)作物產(chǎn)值，需要人為地監(jiān)控棚內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，以便評(píng)估氣象信息對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害程度，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)天氣狀況的能力[1]。本文采用單片機(jī)作為控制核心，通過溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、土壤濕度感器采集相應(yīng)的溫室大棚的溫度、濕度以及光照度等參數(shù)[2]

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

溫室大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由DH11溫濕度傳感器、PM2.5檢測模塊、光照傳感器模塊、CO2傳感器模塊來完成對(duì)環(huán)境因子的數(shù)據(jù)采集，LCD1602液晶屏完成對(duì)數(shù)據(jù)顯示，本裝置還有蜂鳴器報(bào)警裝置以及電源電路。所采集的數(shù)據(jù)直接交由處理器STC89C52RC單片機(jī)處理。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示：

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器模塊介紹

STC89C52RC是一種功耗低、性能高的微型控制器，和普通89C52相比，是其后多了后綴“RC"，帶有“RC”字樣的單片機(jī)表示它自帶RC時(shí)鐘振蕩電路，可以不用外加時(shí)鐘振蕩電路。89C52RC支持STC的2線制下載方式，程序讀取寫人更加快捷;支持6T模式;I/O數(shù)量更多等優(yōu)點(diǎn)使得STC89C52RC成了目前眾多小型嵌入式系統(tǒng)的解決辦法。

2.2 傳感器模塊介紹

PM2.5傳感器硬件電路，PM2.5傳感器原理是根據(jù)光的散射原理來開發(fā)的，當(dāng)光照射物質(zhì)的微粒和分子時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，此時(shí)物質(zhì)會(huì)吸收部分光的能量。PM2.5傳感器的TXD和RXD分別接到STC89C52RC芯片上的RXD和TXD再接上5V電源和地[3]。電路接法如圖2所示。

DHT11溫濕度傳感器是單總線單工通訊[4]，一次性傳送40位數(shù)據(jù)，前16位是與濕度相關(guān)的數(shù)據(jù)，中間16位是與溫度相關(guān)的，最后八位是用來校驗(yàn)的。DHT11的測量電路如圖3所示。

DHT11的通信步驟如下。首先主機(jī)先發(fā)送開始的信號(hào)，當(dāng)從機(jī)收到信號(hào)后會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。主機(jī)的信號(hào)線會(huì)拉高。做完準(zhǔn)備工作后開始接收數(shù)據(jù)。

MG811型CO，傳感器對(duì)CO，的檢測有較高的精準(zhǔn)度，在不同溫度環(huán)境下工作性能穩(wěn)定，其受溫濕度的影響較小。工作原理：當(dāng)CO，氣體進(jìn)入傳感器置中，會(huì)發(fā)生以下電極反應(yīng)：

（1）負(fù)極反應(yīng)：2li+CO2+1/202=LiCO3;

（2）正極反應(yīng)：2Na+1/202+2e-=Na2O;

（3）總反應(yīng)：LiCO3+2Na=Na2O+2Li+CO2;

當(dāng)CO2濃度不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同大小的電勢(shì)，其通過I2C協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和輸出。

數(shù)字型BH1750光強(qiáng)傳感器不區(qū)分光源，支持I2CBUS接口，可以根據(jù)系統(tǒng)所收集的光線強(qiáng)度用來調(diào)亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強(qiáng)度變化。其優(yōu)點(diǎn)有支持1.8v邏輯輸入接口、不需要其他外部件、對(duì)光源依賴性弱誤差變動(dòng)小、受紅外線影響小等。其高分辨率可以探測較大范圍的光強(qiáng)度變化，量程達(dá)到了1～655351 x，可對(duì)廣泛亮度進(jìn)行11 x的高精度測定[5]。