一种智能农业大棚温湿度监测系统的设计

马红伟　赵　娟



一种智能农业大棚温湿度监测系统的设计

马红伟赵娟

（荆楚理工学院电子信息工程学院 湖北荆门 448000）

物联网模式下智能农业迅速发展，农业大棚是智能农业的一个突出表现，而温湿度的测量系统是农业大棚环境参数的主要指标。文章所设计的智能农业大棚温湿度检测系统是基于单片机的温湿度测量系统，可以有效的对农业大棚进行环境参数进行长期、稳定、实时、自动的监测。系统通过传感器对温湿度数据进行采集，并把采集到的数据传送到控制中心，通过单片机进行数据处理后经LCD显示出来，同时还可以实现报警功能，即温湿度过高或过低自动报警。

智能农业大棚；温湿度检测；单片机；传感器

传统农业大棚温湿度监测模式主要是人为检测，需要24 h人工轮流值班，值班人员通过不断查看、记录、测量等记录温度数据，不仅效率低下而且也不利于人员的充分利用，耗费人力物力，甚至产生重大事故，人工维护也缺乏完整的管理系统。随着物联网时代的到来，农业智能化程度不断加大，温室大棚在智能农业中的应用越来越广泛，其主要功能主要体现在先进的技术和现代化的设备，自动检测温湿度变化，人为的控制农作物的生长环境，使农作物受地域和气候等条件的影响，从而实现农业的常年工厂化和高产值，实现农业的高效性和高效率。本文所设计的智能农业大棚温度检测系统主要是利用温湿度传感器去感应大棚环境的温湿度变化数据，然后通过单片机判断感应到的温湿度是否异常，若温湿度异常则立即采取调节措施，若时间异常则输出报警信号，异常处理完毕解除报警。

1 智能农业大棚温湿度检测系统方案设计

本系统设计主要通过温湿度数据采集模块、控制模块、显示模块、时钟模块、报警模块、LCD显示模块、时钟模块、显示模块和按键模块几部分组成。在系统控制部分采用单片机AT89 C52 芯片，主要是处理采集到的数据，并通过处理的数据对其他各个模块进行相应的控制。通过DHT11 传感器芯片对大棚内部环境的温湿度进行数据采集。显示模块采用1602 液晶屏报警模块采用蜂鸣器进行报警，具体显示内容及方式由软件来完成。是一种智能、快捷、方便的温湿度测量系统，整个系统由结构简单紧凑，功耗较低，抗干扰能力强、总体性能比较好，能很好的满足工农业工艺要求。

总体设计方案如图1所示。

图1　 总体设计框图

2 系统硬件设计

该系统主要包括LCD液晶显示电路、报警电路、控制电路、显示电路、按键电路和温湿度检测电路。系统运行后温湿度传感器芯片DHT11 首先自动的对该智能农业大棚内部环境的温湿度进行数据采集，并把采集到的数据通过片机的P2.0口传给单片机进行识别，该系统采用的DHT11 是一个数字一体性的传感器芯片，具有高度的集成化，可以实现数模的转换。单片机AT89 C52 是整个系统的主控中心，控制着整个系统的运行，通过单片机的各个监控去控制该系统的其他电路，从而实现数据的传输、处理和存储，使得构成系统的各个模块的功能连接起来形成特定的功能，构成一个有效的整体电路。系统报警部分主要是通过蜂鸣器来实现的，通过单片机的接口连接蜂鸣器，温度传感器对环境温度进行实时检测，当传感器采集到的数据超过了原本设定好上限值或者下限值的时候，单片机就会采取相应的处理，并把处理的数据通过接口传给报警电路，此时蜂鸣器开始进行报警。控制中心通过对温湿度传感器采集的数据读取、处理和分析后，将处理后的数据直接通过相应的接口发送到LCD显示芯片1602 上去进行数据显示。该系统的显示电路除了显示处理后的数据之外，还可以进行时钟和日期的显示，是一种 工业常用的字符显示行液晶显示器。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件画质高且不会闪烁，操作简单且可靠，而且较传统显示器轻便。

3 智能农业大棚温湿度检测系统软件设计

由于系统以单片机作为控制核心，故需要设定程序来实现控制核心的功能，利用单片机的不同接口来实现对其他模块的数据的识别、处理和传输，在进行该系统软件设计的时候首先建立系统主流程图，然后再根据硬件模块进行相应模块流程的划分，并对各个划分后的模块进行流程图的设计。流程图建立后，根据流程图的需要进行相应的程序编写，让各个模块的功能得以实现，最后把各个子模块进行有效的合理的连接起来实现主程序，最终通过软件在硬件中的运行实现系统的功能。系统采用KeilC51 进行编程，在实现程序运行的时候首先对程序进行初始化，然后把传感器采集到的数据通过指令传给单片机控制中心进行数据的处理和分析。在控制中心将处理的数据送给显示模块进行显示的时候，显示模块首先确认相应的模块标志，若指令标志为高电平表示忙，该指令无法执行；若指令标志为低电平表示不忙，该指令可执行；在现实字符时首先要显示字符地址，用以明确字符来源。温湿度模块DH11 为数字温湿传感器，上电后有1 s的延迟，延迟后保持高电平，自动检测大棚内的温湿度，经过一定的时间延迟后以低电平的形式把检测到的数据信息传递给单片机控制中心。系统主流程图如图2所示。

图2　 系统主流程图

4 系统仿真测试

本次设计采用Protues软件进行仿真调试。首先在Protues软件内绘制仿真电路，然后通过对仿真电路进行测试，观察仿真电路运行结果，若结果理想则表明电路设计合理，若结果不理想适当修改电路，直到得到理想的结果为止。在仿真过程中应设定好环境温度湿度的预定值，当环境的温度和湿度超过传感器预设值时蜂鸣器就会报警。系统仿真电路如图3所示。

图3　 系统仿真电路图

原理图中上部分是液晶显示器和液晶显示模块电路，右边是报警电路。中间是AT89 C52 单片机，左边连接的是时钟电路，右边是设置电路。下部分是按键电路和AD转换电路。系统中温度传感电路和湿度传感电路会实时监控当前环境的温度和湿度，然后反馈给单片机，单片机与预定值做比较，当反馈的数值超过预定值，声光报警电路就会发出警报。在仿真中，由于仿真原件中没有DHT11 传感器，故只能用DS18 B20 温度传感器替换，我们给定一个温度的数值在数码管上显示出来，数码显示管显示的是10 ~30 ℃，代表的是检测到当前温度为15.5 ℃。这时的数值在正常范围，在预设值之内，声光报警电路就不会发出警报。

在仿真电路的调试过程中，有些部分程序运行的结果总是达不到预期的效果，温湿度的修正还存在着一些问题，导致检测出来的温湿度与实际的存在着误差，通过设定参数和更换基本元器件后系统功能运行正常，表明该系统能够满足农业大棚温湿度检测功能的需要。

[1]孙国辉.智能农业监控系统[D].黑龙江大学,2016.

[2]谭杰,张富春,张水利,基于互联网技术的大棚智能农业监测控制系统研究[J].电子设计工程,2018,26(4):38-42.

[3]许洪军.基于物联网的智能农业温室控制系统设计[J].农业工程,2018(01).

[4]李萌,邓琛,王昌志.智能农业大棚无线监测与管控的平台系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2015,15(11):69-72.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.16

省教育厅计划项目《荆门市农谷信息化监控技术需求与顶层方案设计》（B2018241）。

马红伟(1994- )，男，本科在读，研究方向：物联网技术；赵娟(1979- )，女，硕士，副教授，研究方向：通信与信息系统。

S625.3

C

2095-1205(2019)04-29-02