基于AT89C52的花房温湿度与光照度控制系统设计

陆晓安

摘 要：目前对花房温湿度、光照度的控制主要依靠手工管理，测量误差大，随意性较强，在一定程度上影响了花卉作物生长。为了提高环境监控自动化程度，适应花卉规模化种植需求，设计了基于AT89C52单片机的温湿度与光照度自动控制系统。该系统选用SHT11传感器采集温湿度信息，采用BH1750fvi传感器采集光照度信息，并选用LCD1602液晶模块对系统采集的数据加以显示，而且具有环境预警及自动调节功能。实验结果表明，该控制系统能够有效地处理与显示花房环境信息，达到自动调节控制花房温湿度与光照度的目的。

关键词：AT89C52单片机；SHT11；BH1750fvi；LCD1602

DOIDOI：10.11907/rjdk.182138

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）010-0125-04

英文摘要Abstract：At present， the control of temperature， humidity and illuminance of the greenhouse is mainly managed by hand. The measurement error is large and the randomness is relatively strong， which affect the growth of flower crops on a certain basis. In order to improve the automation of environmental monitoring and adapt to the large-scale planting of flowers， this paper designs an automatic control system for temperature， humidity and illuminance based on AT89C52 single chip. The control system selects the SHT11 sensor to collect the temperature and humidity data， selects the BH1750fvi sensor to collect the illuminance data， selects the LCD1602 liquid crystal module to display the collected data of the system， and has the functions of environmental warning and automatic adjustment. The experimental results show that the control system can process and display the greenhouse environment information， which can achieve the purpose of automatic adjustment control.

英文关键词Key Words：AT89C52 single chip； SHT11； BH1750fvi； LCD1602

0 引 言

集功耗低、體积小、适应性强、控制能力强等优点于一身的单片机在现实生产与生活中的应用非常广泛，如飞行器、医疗器械、智能家居[1-3]等领域都离不开单片机。温湿度与光照度对花卉等植物生长影响明显，直接影响到花卉种植的经济效益[4]。根据花卉最适宜的生长环境，结合从环境监测中得到的温湿度与光照度信息，设计一个可使环境信息适应花卉生长的控制系统显得尤为重要[5]。

近年来在室内环境参数的检测与控制方面已经有了不少研究成果，但是对单一环境参数的控制无法使花卉达到理想的生长状态[6-9]。随着无线网络的发展，GPRS、ZigBee、WiFi等无线通信技术被应用于监控系统中[10-12]。由于复杂环境因素的影响，无线信号传输不稳定、速率慢、传输距离受限等缺点日益突出，而且控制系统设计成本高，应用普及难度大[13]。

本文设计了一种价格低廉、环境适应性强、功能丰富的花房温湿度与光照度自动控制系统，该系统以功耗低、功能稳定、经济实惠的AT89C52单片机[14]为核心，利用温湿度传感器SHT11与光照度传感器BH1750fvi采集花房内的温湿度与光照度，并将采集到的数据反馈给单片机，单片机对其作出相应分析与处理，并将处理结果显示在液晶显示器上。同时通过按键设置花房中适合植被、花卉生长的温湿度与光照度参数范围，从而对花房的温湿度与光照度进行调节，实现自动控制。

1 系统硬件设计

本控制系统设计以单片机为核心控制元件，通过温湿度传感器与光照度传感器对室内的温湿度、光照度进行实时检测，并将检测到的环境数据传送给控制元件单片机。首先可通过按键设置适宜的花房温湿度与光照度范围，单片机对接收到的数据进行处理，自动将接收到的数据传输给显示模块，通过显示屏显示当前室内环境状态，同时将接收到的数据与预设值范围进行对比。当数据中的一个或多个数据不在系统预设范围内时，单片机驱动报警电路进行报警，并且驱动继电器电路采取相应动作，同时通过按键调整温度、湿度及光照度的上下限值。系统总体框架如图1所示。

1.1 温湿度模块设计

本模块利用SHT11温湿度传感器[15]对花房温湿度进行采集，将SHT11传感器与温湿度传感器相结合，并通过与单片机连接即可直接采集温湿度数据。将温湿度传感器的串行时钟接口SCK和双向串行数据接口DATA直接与单片机I/O口相连，组成温湿度采集电路。温湿度采集电路如图2所示。

1.2 光照度模块设计

本模块利用BH1750fvi光照传感器[16]对花房光照度进行测量。将温湿度传感器的时钟引脚SCL、DVI、IIC，以及总线数据引脚SDA与单片机的I/O口连接，组成光照度采集电路。光照度采集电路如图3所示。

1.3 报警电路

报警电路由蜂鸣器与LED等元器件[17]组成。三极管作为放大电路，使单片机输出功率驱动蜂鸣器工作。增强硬件电路设计如图4所示。

1.4 按键设置电路

按键电路采用低电平扫描方式实现，利用开关的一端与单片机I/O口相连，另一端接地，该接法比较简单并且稳定，适合按键较少的电路设计。按键电路由4个按键组成，分别与单片机P3.2-3.5 的4个口相连。按键电路如图5所示。

1.5 数据显示电路

本系统显示电路利用LCD1602液晶显示屏[18]作为显示元件，其中D1-D7接单片机P0口，P0口接4.7K—10K的上拉电阻；RS接单片机P1.2引脚；RW为读写端口，接单片机P1.1引脚。数据显示连接电路如图6所示。

1.6 驱动电路

该模块采用电机作为驱动设备，将继电器与电机连接，通过电机在花房内进行吹风、加热、喷水、去湿、遮阳等操作[19]，将室内温湿度与光照度控制在适宜范围，以便室内花卉能够更好地生长。本系统设计采用的继电器控制电路如图7所示。

2 系统软件设计

2.1 系统总体软件设计

本设计通过SHT11温湿度传感器与BH1750fvi光照度传感器对当前花房温湿度及光照度进行采集，并将信息传送给单片机，单片机对接收到的信息进行分析处理，能够在显示屏上显示出当前的温湿度数值，且单片机能够判断是否需要驱动报警电路与继电器电路进行工作。系统总程序流程如图8所示。

2.2 报警模块流程

单片机能够对当前检测到的温湿度与光照度数值进行判断，若数值符合预设范围，则不进行操作，否则报警电路对应指示灯亮。报警模块程序设计流程如图9所示。

2.3 按键扫描模块流程

将K＼-1键按下1次可设置温度上限，按下2次设置温度下限，按下3次设置湿度上限，按下4次设置湿度下限，K＼-2、K＼-3用来加减数值，K＼-4是确定按键，在设置的任何状态下，按下K＼-4时系统都会直接跳出。按键模块流程如图10所示。

3 系统仿真与调试

3.1 采集及显示功能仿真测试

本文使用Proteus仿真软件进行控制系统仿真[20]。仿真开始后，传感器采集当前花房内的温湿度与光照度信息，将数据传给单片机，单片机对数据进行分析处理，并将结果传给显示电路，在显示屏上显示出当前的温湿度及光照度情况。仿真结果如图11所示。

3.2 按键功能仿真测试

将K＼-1按下后显示“SET TEMP HIGH”，设置温度上限值，如图12所示，通过K＼-2与K＼-3确定温度上限值，将K＼-4按下后直接退出设置模块。K1键按下2次、3次、4次依次对应温度下限设置、湿度上限设置与湿度下限设置。

3.3 驱动电路仿真测试

单片机对接收到的数据进行分析处理，并与内存储的温湿度及光照度预设值进行对比，若接收到的数据不在预设值范围内，单片机驱动继电器电路工作，用继电器连接电机，通过电机带动其它设备对温室花房进行吹风、加热、喷水、去湿、遮阳等操作，将花房温湿度与光照度控制在适宜范围内。例如：当花房内的温度大于预设值范围时，单片机控制驱动电路工作，电机开始转动，仿真结果如图13所示。

4 结语

本系统采用AT89C52单片机为核心控制元件、SHT11数字温湿度传感器为温湿度采集元件、BH1750fvi光照度传感器为光照度采集元件，以及LCD1602为数据显示元件，通过各元件设计花房温湿度控制系统，从而实现对温度、湿度、光照度的信息采集以及自动调节功能。系统仿真达到了预期效果，后续将考虑围绕实体产品继续进行相关设计与调试工作。

参考文献：

[1] 陈皓生，李疆.单片机在微型飞行器增稳系统中的应用[J].测控技术，2001，20（1）：51-54.

[2] 曾惠芳，廖颀.基于单片机的医疗点滴输液控制系统设计[J].微计算机信息，2006，22（23）：127-129.

[3] 郭占龙.基于单片机的智能家居控制系统的设计[J].微计算机信息，2007，23（5）：115-116.

[4] 陳名鑫，张文威.基于AT89S52单片机的多路温度监测系统的设计与实现[J].中国医疗设备，2013，28（3）：46-49.

[5] 朱文超，刘艳辉，王芳，等.基于单片机的大棚温湿度检测系统的应用[J].江西农业学报，2011，23（11）：152-155.

[6] 袁芳，江伟，冯卡力，等.农业大棚温度测试系统的设计[J].江苏农业科学，2013，41（12）：408-410.

[7] DAI Y， ZHOU J， LIANG C， et al. Multi-function and intelligent measuring and controlling system for greenhouse based on AT89S52 single-chip microcomputer[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research， 2009，31（5）：135-139.

[8] HUANG X， LIU Q， YAO L. Design of the portable thermometer based on STC89C52 and DS18B20[J]. Science mosaic， 2016（6）：179-182.

[9] 范玮，程予任，孟昭阁，等.基于植物专家系统的智能LED光照控制系统设计[J].自动化仪表，2018，39（4）：26-29.

[10] 李姝越.GPRS远程监控系统的编程设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2013，13（5）：63-66.

[11] 唐志英.基于ZigBee的室内温湿度远程监测系统的设计[J].科教导刊：电子版，2017（35）：261-262.

[12] WU Z， ZHANG W， ZENG T. Design of multi-parameter monitoring system for greenhouse group environment by WiFi[J]. Guangdong Agricultural Sciences， 2014，41（10）：189-193.

[13] 邱福康.传输技术在通信中的应用与发展方向[J].科技风，2018（21）：60.

[14] 王树梅.基于现场总线的温室多点监测系统的设计[J].数字技术与应用， 2016（10）：151-152.

[15] 李明明，代绍庆，朱海锋，等.基于AT89C51单片机的温湿度测试系统设计与仿真[J]. 软件导刊，2017，16（3）：100-102.

[16] 王金环.基于单片机的温室环境监控系统的设计[J].硅谷，2014（24）：12-13.

[17] 马巧梅.基于51单片机的宿舍防火防盗系统设计与实现[J].电子设计工程，2018，26（8）：168-177.

[18] 刘卫东，曾绍杰，李超，等.浅析基于单片机的数字时钟与温度显示系统的设计[J].山东工业技术，2018（14）：163.

[19] 金巨波.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计[J].赤峰学院学报：自然科学版，2017，33（17）：47-48.

[20] 周正贵.Proteus仿真技术在单片机教学中的应用研究[J].电子世界，2018（13）：81-83.

（责任编辑：黄 健）