基于單片機(jī)的光照強(qiáng)度及溫濕度采集系統(tǒng)

許龍 陳輝 陳露強(qiáng) 劉敏 劉立群 王佳玉 薛飛

摘要：針對(duì)自然田間作物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的采集環(huán)境光照強(qiáng)度及溫濕度的信息采集系統(tǒng)。系統(tǒng)采用光敏傳感器、溫度、濕度傳感器分別對(duì)光照強(qiáng)度、溫度、濕度采集，使用液晶屏顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)試表明，系統(tǒng)可采集光照、溫濕度三種數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)設(shè)置和手機(jī)控制兩種方式均可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)調(diào)整溫濕度上、下限閾值，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);光照強(qiáng)度;溫濕度;藍(lán)牙;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)： TP212.11? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）14-0224-04

Abstract： Aiming at the monitoring requirement of natural field crop growth environment， a collection system of environmental light intensity， temperature and humidity based on single chip microcomputer was designed and realized. The system adopts photosensitive sensor， temperature sensor and humidity sensor to collect the light intensity， temperature and humidity， display the data with LCD screen， and transmit the data to the mobile phone through Bluetooth in real time for monitoring. The test shows that the system can collect three kinds of data： light， temperature and humidity. The upper and lower thresholds of temperature and humidity can be adjusted by SCM and controlled by mobile phone， and the real-time monitoring of data can be realized.

Key words： single chip microcomputer; light intensity; temperature and humidity; bluetooth; real-time monitoring

中國(guó)從歷史起源開始到現(xiàn)在一直是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)有著很重要的關(guān)聯(lián)[1]。新中國(guó)成立初期，我國(guó)就是靠著農(nóng)業(yè)為其他業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。但是，目前中國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平還是不高，大多是靠人力和一些較為低下的機(jī)械生產(chǎn)。因此，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)代科技與農(nóng)業(yè)的結(jié)合來(lái)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力及其效率是十分重要的[2]。隨著信息科技的高速發(fā)展，對(duì)于各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)使用也越來(lái)越多，越來(lái)越廣泛。提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力最重要的是農(nóng)作物的培育，只有作物生長(zhǎng)發(fā)育的好，最后的收成才夠好，生產(chǎn)效率才能提高。因此，把農(nóng)業(yè)培育和環(huán)境溫濕度，光照監(jiān)測(cè)結(jié)合到一起相當(dāng)重要，我們可以通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，調(diào)整作物的生長(zhǎng)環(huán)境，使得所需要種植的作物在最優(yōu)的生長(zhǎng)環(huán)境下發(fā)育。

1 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息采集的現(xiàn)狀

對(duì)于中國(guó)現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，設(shè)施農(nóng)業(yè)是其需要重點(diǎn)發(fā)展的方向，該方向有著良好的發(fā)展前景[3]。因?yàn)樵O(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)量巨大，單個(gè)面積小的特點(diǎn)[4]。因此普通的資源調(diào)查方法及信息采集系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)信息的準(zhǔn)確獲取。就需要更加精準(zhǔn)，細(xì)致的監(jiān)測(cè)調(diào)查方式[4]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能

基于單片機(jī)的光照強(qiáng)度及溫濕度采集系統(tǒng)主要可以完成的功能如下。

（1）對(duì)光照強(qiáng)度、溫濕度的監(jiān)測(cè)。

（2）監(jiān)測(cè)到的光照強(qiáng)度、溫濕度數(shù)據(jù)是由單片機(jī)控制傳感器采集，顯示在液晶屏上。

（3）通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到手機(jī)上以便監(jiān)測(cè)。

（4）通過(guò)單片機(jī)設(shè)置和手機(jī)控制兩種方式均可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)調(diào)整溫濕度上、下限閾值，一旦低于或者高于閾值，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由52單片機(jī)、光敏傳感器、溫濕度傳感器、藍(lán)牙發(fā)送模塊、液晶顯示屏、指示燈以及報(bào)警蜂鳴器等組成。系統(tǒng)利用DHT11溫濕度傳感器、光敏傳感器來(lái)采集農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境的溫濕度和光照強(qiáng)度，通過(guò)液晶屏，通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到手機(jī)上以便監(jiān)測(cè)，利用手機(jī)進(jìn)行可視化顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.3 軟件流程圖

本系統(tǒng)使用的是Keil C，系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示。

其中，系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到手機(jī)上以便監(jiān)測(cè)，采用的是藍(lán)牙通訊協(xié)議，而單片機(jī)系統(tǒng)與藍(lán)牙模塊的通訊采用的是串口通訊。藍(lán)牙通訊子程序流程圖如圖3所示：

2.4 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試

給單片機(jī)通電開機(jī)后，幾秒后液晶屏?xí)ｏ@示當(dāng)前所處環(huán)境的溫度、濕度及光照強(qiáng)度;手機(jī)軟件對(duì)接單片機(jī)上藍(lán)牙動(dòng)態(tài)顯示環(huán)境溫度、濕度和光照強(qiáng)度，可以觀測(cè)查看當(dāng)前溫度、濕度及光照強(qiáng)度的變化。當(dāng)前環(huán)境界面及手機(jī)界面數(shù)據(jù)如圖4所示。

2.4.1 單片機(jī)按鍵操控測(cè)試

該單片機(jī)系統(tǒng)可以使用安裝在單片機(jī)上的按鍵對(duì)光照強(qiáng)度及溫濕度的上下閾值進(jìn)行設(shè)定。例如：測(cè)試顯示，系統(tǒng)顯示當(dāng)前環(huán)境溫度為29.00℃，通過(guò)按鍵修改可以將溫度下限調(diào)至32℃，此時(shí)溫度下限超過(guò)環(huán)境溫度，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)并且溫度下限指示燈亮起。如圖5、圖6所示。

當(dāng)前濕度顯示25%，通過(guò)按鍵可以把濕度的上限HH設(shè)置為20%，此時(shí)濕度上限低于環(huán)境濕度，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)并且濕度上限指示燈亮起。如圖7、圖8所示。

2.4.2 手機(jī)軟件藍(lán)牙操控測(cè)試

通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙輸入指令也可以對(duì)對(duì)溫度、濕度及光照強(qiáng)度值的上下閾值進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)顯示當(dāng)前環(huán)境溫度為29.01℃，此時(shí)設(shè)置的溫度下限為16℃，使用手機(jī)輸入指令“TL：30回車”可以將溫度下限調(diào)至30℃，此時(shí)溫度下限超過(guò)環(huán)境溫度，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)并且溫度下限指示燈亮起。如圖9、圖10所示。

當(dāng)前濕度顯示25%，此時(shí)設(shè)置的溫度下限為20%，使用手機(jī)輸入指令“HL：30回車”可以把濕度的下限HL設(shè)置為30%，此時(shí)濕度下限高于環(huán)境濕度，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)并且濕度上限指示燈亮起。如圖12、圖13所示。

通過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)可采集光照、溫濕度三種數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)設(shè)置和手機(jī)控制兩種方式均可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)調(diào)整溫濕度上、下限閾值。當(dāng)溫濕度、光照強(qiáng)度在環(huán)境變化下超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。

3 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)采集環(huán)境光照強(qiáng)度及溫濕度的信息采集系統(tǒng)。針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中種植者不能全面掌握農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境狀況，提出在農(nóng)作物區(qū)放置傳感器，利用傳感器采集農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境信息。系統(tǒng)采用光敏傳感器、溫度、濕度傳感器分別對(duì)光照強(qiáng)度、溫度、濕度采集，使用液晶屏顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)試表明，系統(tǒng)可采集光照、溫濕度三種數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)設(shè)置和手機(jī)控制兩種方式均可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)調(diào)整溫濕度上、下限閾值，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，解決了自然田間作物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳文珺.生態(tài)農(nóng)業(yè)在中國(guó)的發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2013（8）：144-145.

[2] 馬紅軍. 試論農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響[J]. 經(jīng)濟(jì)管理：文摘版， 2016（5）：135.

[3] 韓天甲.基于GPS現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)的研究[J].黑龍江科技信息，2016（23）：164.

[4] 羅軍. 基于3S的設(shè)施農(nóng)業(yè)資源信息采集與更新技術(shù)研究[D].北京：北京師范大學(xué)，2007.

[5] 李瑞福. 基于單片機(jī)AT89C51 的一氧化碳濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].軟件，2015，36（9）：106-108.

[6] 周雷，譚向宇，閆江寶，等.基于GTEM小室的UHF傳感器性能測(cè)試研究[J].軟件，2018，39（7）：173-176.

[7] 陳曉燕，姚高偉，張?chǎng)H，等.基于遺傳算法的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)定位在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用[J].軟件，2015，36（4）：1-5.

[8] 林少普，倪禮豪.溫州農(nóng)業(yè)科技園信息化管理平臺(tái)SaaS方案設(shè)計(jì)[J].軟件，2015，36（8）：67-70.

[9] 許可，許迪文，楊潤(rùn)書，等.基于ZigBee和GIS的校園環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件，2018，39（7）：116-120.

【通聯(lián)編輯：梁書】