農(nóng)業(yè)大棚數(shù)據(jù)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

馬英哲 陳偉利 李玉麗 尚澤

(吉林建筑大學(xué)電氣與計算機學(xué)院,吉林 長春 130000)

1 概述

近年來伴隨著社會的飛速發(fā)展,各行各業(yè)都在向著科技化與自動化的方向前進,而我國作為農(nóng)業(yè)大國,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面更是重視。但傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚的監(jiān)測模式多為人工監(jiān)測,通過觀察、記錄、測量各種數(shù)據(jù),導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素過多,不利于對生產(chǎn)過程的管理與控制,還容易產(chǎn)生一些不必要的資源浪費和財產(chǎn)損失。隨著各種現(xiàn)代化設(shè)備的加入與互聯(lián),農(nóng)業(yè)的科技化更為明顯,尤其是在溫室大棚中的應(yīng)用。

2 設(shè)計要求

2.1 溫濕度、光照的實時測量及顯示。

2.2 在不同時期,操作人員可以根據(jù)實際情況調(diào)整作物適宜的生長條件。

2.3 設(shè)置報警功能。

2.4 實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù),差值過大時自動報警。

3 系統(tǒng)設(shè)計要求

本設(shè)計采用STC89C52 作為核心部件,用DHT11 采集信號和處理,圖1。單片機處理數(shù)據(jù)后通過LCD1602 實時顯示溫濕度的數(shù)據(jù),主要任務(wù)要求有以下幾點：

3.1 用C 語言編程來實現(xiàn)控制溫度、濕度。

3.2 使用溫濕度傳感器DHT11 采集溫濕度,將采集到的數(shù)據(jù)傳送到的單片機中進行數(shù)據(jù)處理,控制溫度范圍在0—75之間,控制濕度范圍在25—80%RH。

3.3 保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定,支持長時間工作。

圖1

4 硬件設(shè)計與選擇

選擇STC89C52 的原因主要是其該單片機功耗低、抗干擾能力強且指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。

4.1 復(fù)位電路部分

復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成, 當(dāng)接通電源,RST 腳將會出現(xiàn)高電平,時間由電路的RC 值來決定,并且51 單片機當(dāng)持續(xù)兩個機器周期以上就將自動復(fù)位,所以讓RC 的值取在適當(dāng)范圍就可以保證此模塊正常工作。

4.2 顯示模塊

采用LCD1602 液晶顯示屏,該模塊的優(yōu)點是體積小并且易安裝,對于環(huán)境的要求也不是很高,此模塊也被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,它可以顯示兩行,每行16 個字符,相當(dāng)于32 個LED 數(shù)碼管,此外它的供電系統(tǒng)為5v,配置一個相對簡單的外圍電路,也可降低成本,如圖2 所示。

圖2

4.3 溫度傳感器模塊

溫度傳感器的選擇DHT11,作為一款性價比高的溫濕度傳感器,常用于單片機設(shè)計實例中。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件,并與一個高性能8 位單片機相連接。DHT11 接入單片機電路時需要上拉電阻,因為DHT11 的單總線需要工作在高電平的情況下,接線的電路圖如圖3 所示。

4.4 光電傳感器

光電傳感器選擇HA2003 光照傳感器。其優(yōu)點為精確度高,IP65 防護等級設(shè)計使其十分堅固,電流輸出在長纜線傳輸?shù)臅r候沒有信號衰減采用真實太陽光標(biāo)定,使光源影響較小。

4.5 按鍵掃描

按鍵總共為4 個按鍵并且直接和單片機連接,還有一端接地。按鍵是否被按下由單片機檢測,按下時單片機相對應(yīng)的引腳同時被拉低,單片機檢測到低電平后執(zhí)行相應(yīng)的程序。

圖3

4.6 報警電路

通過單片機AT89S52 控制紅色LED2、綠色LED1、蜂鳴器U1 和監(jiān)測信號端口J2,C3 排除干擾信號。圖中S2、EC1 和R2組成單片機復(fù)位電路,三極管Q0 起音頻放大作用,晶振Y0 為12MHz,J1 接DC5V 電源。

安全情況下,綠燈點亮,紅燈熄滅,喇叭無聲；一旦信號監(jiān)測端口有脈沖或電平變化(依場合設(shè)置為高脈沖或低脈沖,高電平或低電平)出現(xiàn),即觸發(fā)報警器進入報警狀態(tài),紅綠燈交替閃爍,喇叭發(fā)出警報聲。除非關(guān)閉電源或按下復(fù)位鍵,否則會報警不止,從而達到報警目的。

4.7 電源電路

電源使用的是外接5v 電源,D1 為檢測電源是否正常運行的指示燈。電路圖如圖4 所示。

圖4

5 程序設(shè)計

5.1 系統(tǒng)流程圖(圖5)

圖5

5.2 單總線程序

DHT11 的初始化,是為了檢測DHT11 這個模塊是否存在,由51 單片機發(fā)送的開始信號將單總線電平拉低至少18ms,然后再將總線電平拉高,做檢測結(jié)束信號。這時DHT11 開始響應(yīng),拉低總線電位80us,然后再拉高總線電位80us,此時則代表DHT11 的初始化完成,接下來就開始傳輸數(shù)據(jù)了。DHT11 的初始化成功后,單片機就準(zhǔn)備接收來自DHT11 的數(shù)據(jù),一個完整的數(shù)據(jù)一共有40bit ,濕度數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)各兩個字節(jié),還有一個字節(jié)的校驗數(shù)據(jù),溫度數(shù)據(jù)加上濕度數(shù)據(jù)之和正好等于校驗數(shù)據(jù),如果校驗不通過,則不更新顯示數(shù)據(jù)。下面的程序就是用來讀取5 個字節(jié)并校驗：其中在讀取一個字節(jié)時也要有嚴格的時序,數(shù)據(jù)類型不同時高電平的持續(xù)時間不同來表示,數(shù)據(jù)為0 時以高電平持續(xù)時26-28us 表示,數(shù)據(jù)為1 以高電平持續(xù)時間為70us 表示,電平的時間是一樣的為50us。那么我們可以捕獲上升沿,通過延時一點時間在判讀是否高電平的方法來確定是數(shù)據(jù)0 還是數(shù)據(jù)1。

6 總結(jié)與展望

本設(shè)計中,選取單片機作核心元件,關(guān)于溫濕度和光照強度智能控制進行簡要的設(shè)計和闡述。此設(shè)計中使用了模塊化和層次化的電路設(shè)計理念,選取硬件為主,軟件為輔的設(shè)計方式。系統(tǒng)檢測精度較高、電路較簡單、集成度較高、工作比較穩(wěn)定以及調(diào)試簡單。試驗證實,此設(shè)計的系統(tǒng)檢測和準(zhǔn)確的溫濕度和光照強度的控制,可以實現(xiàn)預(yù)期的效果,有較大的實際應(yīng)用價值。