基于单片机控制的大棚温湿度监控系统的设计

李家荣

摘要：设计一款基于AT89C51单片机的温湿度控制系统，采用传感器SHT11检测大棚里的温度和湿度，测量到的值送到51单片机进行内部处理，结果通过LCD1602液晶显示出来。大棚里温湿度的上下限通过键盘进行人工预设，当温湿度超过设定值时，报警电路里的蜂鸣器就报警，同时温湿度的控制电路也要同步运行起来，从而保证大棚一直处于作物生长最佳环境的状态下，仿真结果显示系统有效可行。

关键词：SHT11数字式传感器；AT89C51单片机；LCD1602显示器；键盘控制；温湿度监控系统

中图分类号： TP273；S126文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0424-04

在农业种植过程中對植物生长环境周围的参数进行及时检测并采取有效的控制相当关键。而在这些参数中，对作物生长发育影响最大的应该是温度和湿度[1-2]。如果昼夜温湿度变化过大，对植物的生长极其不利。起初的大棚种植相当传统，大棚里温湿度的监控以人为基础，需要人工去检测和记录，人工去控制温湿度。这样的大棚模式浪费了太多的人工，而且精确度也不会太高。因此，农业发展走现代化这条道路相当有必要。为了适应这种发展，智能大棚种植这一生产模式便诞生了。

1控制系统原理

设计的这款基于单片机硬件环境下的系统，具有测量精度高和测量范围广等优点，同时这款系统还要满足可以将测量到的温湿度值准时、准确地显示在显示器上以供用户查询。大棚的温湿度上下限值能够由用户根据不同植物的不同生长需求由按键输入并通过显示模块显示。系统只需通过将测量到的温湿度值与所设阈值进行比较，就能判断大棚内参数是否正常，如果不正常就立即启动报警装置，同时单片机给温湿度控制电路指令，能进行自动调节方案。完成像温度低了及时升温到特定温度从而确保大棚恒温，湿度低了及时增湿到特定湿度从而确保大棚恒湿等。整个设计由单片机、温湿度传感器、液晶显示、键盘电路、蜂鸣器报警电路以及温湿度控制电路等模块组成，总的系统结构框见图1。

2系统硬件电路设计

设计中笔者选用抗干扰能力强、价格相对便宜的AT89C51单片机芯片作为系统的CPU。AT89C51硬件特性为8位CPU；片内带振荡器；40个引脚；128 B的片内数据存储器（RAM）；4 kB的片内数据存储器；64 kB寻址范围的程序存储器；21 B特殊功能寄存器；1个全双工串行通信口；32

个并行通信口；片内采用单总线；2个16位的定时器/计数器；中断系统有5个中断源；用单一5 V电源等[3-4]。

采用温湿度一体的数字式传感器，型号选择SHT系列的SHT11。选择SHT11传感器则电路中也不需要添加数模转换模块，SHT11在测量时还可以对温湿度进行自动校准，所以测量到的温湿度很准确。SHT11是利用CMOS技术制造。SHT11电源电压的适用范围是2.4～5.5 V。湿度的测量精度是±3.5%，温度的测量精度是0.5 ℃。数字信号输出时是通过两线数字接口直接连接到微处理器[5-6]。

该系统采用液晶显示，型号选用比较常用的LCD1602，它是属于点阵字符型液晶显示。LCD1602液晶具有丰富的指令设置，内部提供上电自动复位电路，所以呈现的画面更加美观、更加清晰。

温湿度控制电路主要由继电器、降温机、升温机、加湿机、除湿机等组成。控制电路设计的原理是当温湿度传感器检测到的数据超过或低于给定值时，启动温湿度控制电路来实现恒温恒湿的目的。大棚理想的温度设置范围为15～30 ℃，如果测量值小于所设温度下限，升温机开始工作。如果高于所设温度上限，风扇开始工作。大棚的理想湿度设置范围为45%～65%，[JP3]如果测量值小于所设湿度下限，加湿机工作；如果该值高于所设湿度上限，除潮器工作。系统硬件电路见图2。

3软件设计

软件程序采用C语言编写，系统软件設计由主程序、SHT11读取程序、键盘扫描处理程序、LCD1602显示程序等组成。系统主程序流程图见图3。

4系统仿真

图4是系统一次测量温湿度正常的仿真结果，通过仿真图中对SHT11模型选择模拟中想要的温度和湿度，这里选择的温度是22.0 ℃，湿度是58.9%。由于通过软件编程给温度设定的上下限是15～30 ℃，湿度的上下限是45%～65%，可见这次的温湿度测量结果正常，因此控制温湿度的电路也不需要工作，这里用不同发光二极管是否工作来表示各个控制温湿度的继电器是否工作，绿色的发光二极管（第1个）表示除湿机；蓝色的发光二极管（第2个）表示风机；红色的发光二极管（第3个）表示加热机；黄色的发光二极管（第4个）表示加湿机。所以现在4个发光二极管都不须要发光，同时报警电路也不须要发出警报。LCD1602显示器上实时显示着温度和湿度。

这里选择的温度是12.3 ℃，湿度是72.4%。这次的测量结果是温度偏低，湿度偏高，于是控制温湿度的电路开始工作，这里用不同的发光二极管来表示，此时绿色和红色发光二极管工作，也就是表示除湿机和加热机工作，开始降湿度和加温，同时报警电路也发出警报。LCD1602显示器上显示着实时温度和湿度。

5结论

本研究利用AT89C51单片机与数字化传感器SHT11的完美结合，简化了电路，节约了成本，还保证了系统的精确度。仿真结果显示，设计出的大棚温湿度控制系统可以为植物的生长与培育提供最佳的环境，对农业的生产增质增产具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]张兰红，邹华. 单片机原理及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

[2]何希才. 常用传感器应用电路的设计与实践[M]. 北京：科学出版社，2007.

[3]陈杰，黄鸿. 传感器与检测技术[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2010.

[4]郑峰，王巧芝，李英健，等. 51单片机应用系统 [M]. 3版. 北京：中国铁道出版社，2013.

[5]易顺明，赵海兰，袁然. 基于单片机的大棚温湿度控制系统设计[J]. 现代电子技术，2011，34（7）：129-131.

[6]王东涛，鞠凤船. 农业大棚温湿度监控系统设计[J]. 安徽农业科学，2010 38（35）：20446-20447.

[FK（H0265。54ZQ]〖HTH〗更正：《江苏农业科学》2016年第44卷第6期317-320页发表的论文《菱形藻HE06产二十碳五烯酸培养条件优化》中，作者应为“刘红全，潘艺华，李洁琼，林小园，袁 莎”，特此更正。