李志豪

摘 要：目前的溫室大棚存在環(huán)境參數(shù)讀取的自動化程度較低且不準確，人力消耗大等問題。為解決上述問題本文提出了一種基于單片機的大棚溫濕度集中監(jiān)測系統(tǒng)設計方法。該系統(tǒng)由單片機和多個AM2301傳感器構成下位機，在對環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)進行采集的同時，通過串口將數(shù)據(jù)傳輸至上位機的人機交互系統(tǒng)中進行集中監(jiān)測。人機交互系統(tǒng)界面具有數(shù)據(jù)顯示的功能，可以精準地呈現(xiàn)出溫度、濕度變化曲線，便于人工監(jiān)測。多次試驗表明，該系統(tǒng)具有節(jié)省人力、反應迅速、操作簡單、可擴展性好等特點。

關鍵詞：溫室大棚；單片機；人機交互系統(tǒng)；環(huán)境監(jiān)測

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

我國具有上萬年的農(nóng)業(yè)發(fā)展史，隨著科學技術的逐步發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫室大棚的應用越來越廣泛，為人們創(chuàng)造了許多經(jīng)濟效益。而在溫室大棚的管理中最重要的就是對環(huán)境參數(shù)的控制。所以溫室大棚的溫濕度控制的改進迫在眉睫。目前，我國的溫室大棚在應用上仍存在以下問題：大棚中采用人工來控制大棚的溫度，費時費力，而且精確度極低，不能使作物處于最合適的環(huán)境，為了解決上述問題，本文提出了一種基于單片機的大棚溫濕度集中監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)能通過下位機單元對溫度、濕度等數(shù)據(jù)實時采集并將數(shù)據(jù)傳輸至上位機進行實時顯示。上位機在VC環(huán)境下搭建交互界面，可實現(xiàn)對多個溫室大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)進行同時顯示的功能。

1.系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)由多個下位機數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)傳輸單元和上位機系統(tǒng)三大部分組成。系統(tǒng)拓撲結構如圖1所示。

溫度、濕度是影響農(nóng)作物生長的主要環(huán)境指標，系統(tǒng)采用了多個傳感器完成了數(shù)據(jù)的采集。每一個溫室大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)采集單元對環(huán)境參數(shù)采集后，對數(shù)據(jù)進行處理。通過串口將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)上位機。上位機中的交互軟件在接收到數(shù)據(jù)后予以顯示。另外，在設計的過程中考慮到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點，系統(tǒng)的各個部分都進行了模塊化設計，便于針對不同作物的需要對不同環(huán)境因素進行監(jiān)控，同時也增加了系統(tǒng)的可擴展性以及通用性。

2.系統(tǒng)硬件結構

由于STC89S52單片機具有體積小，造價低，接口資源豐富等優(yōu)點，所以選其作為下位機中央處理芯片。針對溫室大棚中，環(huán)境復雜的特點，上下位機之間的通信采用串口通信，穩(wěn)定可靠。選擇AM2301溫濕度傳感器作為溫濕度的檢測原件，它具有測量范圍廣、分辨率高、精度高、采用單線制進行數(shù)據(jù)發(fā)送等特點，更便于系統(tǒng)集成。

串口通信是系統(tǒng)中的重要技術。串口按位（bit）收發(fā)數(shù)據(jù)。雖然相對于并行通信其速率較慢，但是它可以同時用兩根線就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)?？梢砸赃@種簡單的方式完成遠距離通信。通信需要3根線來完成，分別是接受、地線、和發(fā)送。其他線用于握手，但并不是必須的。串口通信主要的通信參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗位。兩個進行通信的端口，上述參數(shù)必須完全匹配。

3.上位機交互系統(tǒng)

程序軟件是基于Microsoft Visual C++ 6.0編寫的MFC程序，主要用于濕度、溫度數(shù)據(jù)的接收與顯示。采用串口通信，將濕度、溫度分為濕度整數(shù)部分，濕度小數(shù)部分，溫度整數(shù)部分，溫度小數(shù)部分，以及校驗位共5byte的數(shù)據(jù)接收過來進行結算。采用MFC進行程序界面的編寫與顯示。使用picture控件實現(xiàn)了示波器對濕度與溫度的示波器動態(tài)顯示，按照時間的變化動態(tài)顯示溫度與濕度的當前數(shù)值。示波器的繪制先建立一個picture控件，定義一個定時器，對對話框類編寫一個對于定時器消息處理函數(shù)，每次定時器定時時間到，進入中斷函數(shù)中，會在picture控件中重新繪制示波器圖片，使人看起來就是動態(tài)顯示濕度與溫度。使用picture控件實現(xiàn)了數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管對濕度與溫度的示波器動態(tài)顯示，按照時間的變化動態(tài)顯示溫度與濕度的當前數(shù)值。

數(shù)碼管的繪制先建立一個picture控件，在資源bitmap中插入需要的0～9已經(jīng)編輯好的數(shù)字以及小數(shù)點、負號等特殊符號的位圖資源。定義一個定時器，對對話框類編寫一個對于定時器消息處理函數(shù)，每次定時器定時時間到，進入中斷函數(shù)中，會在picture控件中重新繪制數(shù)碼管圖片，使人看起來就是動態(tài)顯示濕度與溫度的準確數(shù)值。程序運行之后，點擊連接按鈕，程序就會顯示傳感器測量到的濕度與溫度。用戶界面如圖2所示。

4.實驗結果與分析

在室內(nèi)模擬溫室進行實驗，使用一個數(shù)據(jù)采集單元對室內(nèi)的溫度、濕度進行檢測。同時利用吹風機來模擬溫度變化，利用噴壺來改變傳感器附近的濕度。采用串口與上位機進行通信，將收集到的數(shù)據(jù)傳至上位機人機交互界面顯示如圖2所示。圖中結果表明，該溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)能夠較為靈敏的對環(huán)境溫濕度進行檢測和顯示。

結論

本系統(tǒng)由多個單片機和外圍傳感器構成下位機系統(tǒng)，實現(xiàn)了對溫濕度等環(huán)境參數(shù)的采集。同時通過上位機的人機交互系統(tǒng)界面對溫室大棚中溫度、濕度進行實時顯示和監(jiān)控。系統(tǒng)實現(xiàn)了對多個溫室大棚同時進行監(jiān)控、顯示的功能。經(jīng)大量試驗表明：本系統(tǒng)能夠準確、實時的顯示環(huán)境溫濕度。具有操作簡單、反應靈敏、自動化程度高、可擴展性好和便于集中監(jiān)控等特點，基本可以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對大棚監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

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