陶冶

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)家在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，又研制出了一項(xiàng)航空育種技術(shù)，同時(shí)也使人們意識(shí)到對(duì)育種基地環(huán)境的監(jiān)控也是非常重要的。該系統(tǒng)主要是應(yīng)用STC89C52單片機(jī)和無線wifi模塊組建，通過在智能手機(jī)上開發(fā)的APP界面，利用DHT11溫濕度傳感器測(cè)量出數(shù)據(jù)，通過wifi的傳輸，在手機(jī)上顯示出來，方便人們對(duì)環(huán)境的溫度、濕度的改變。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);報(bào)警;APP;wifi

中圖分類號(hào)：TP31? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1009-3044（2019）03-0253-03

航空育種就是能夠利用返回式的衛(wèi)星，宇宙飛船等一些返回來的航天器，將帶到太空中將要經(jīng)過誘變的農(nóng)作物種子、組織、有生命的各種物質(zhì)等在特殊的環(huán)境，例如微重力、超真空、強(qiáng)輻射環(huán)境的誘變能夠使生物種子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，科學(xué)家就根據(jù)返回的結(jié)果開始對(duì)作物進(jìn)行選育，然后進(jìn)行培育，最終使普通種子或其他一些物質(zhì)都變成一批新品種、新材料的育種技術(shù)。航空育種基地環(huán)境與農(nóng)作物的生長(zhǎng)息息相關(guān)，我們必須要能夠控制航空育種基地環(huán)境中的溫度和濕度。

1 系統(tǒng)方案

航空育種基地環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，由5大部分電路組合而成。5大部分電路分別為溫濕度DHT11傳感器測(cè)量電路、調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)按鍵電路、顯示LCD1602液晶電路、無線網(wǎng)絡(luò)ESP8266電路和電源部分電路[1]。航空育種基地的環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)主要構(gòu)想由STC89C52單片機(jī)最小組合電路及其他各部分的電路構(gòu)建而成。溫濕度傳感器主要是測(cè)量航空育種基地環(huán)境中的溫度和濕度，測(cè)量出來的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理以后，通過LCD1602液晶屏以及利用手機(jī)與無線wifi的連接，在手機(jī)上安裝的數(shù)據(jù)交互界面APP上把溫度和濕度的數(shù)據(jù)顯示出來[2]。當(dāng)測(cè)量出的實(shí)際溫度或濕度高于預(yù)計(jì)的溫度或濕度的數(shù)值時(shí)，或者實(shí)際測(cè)量出的溫度或濕度的數(shù)據(jù)值低于預(yù)計(jì)的溫度或濕度的數(shù)值時(shí)，就會(huì)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警和APP報(bào)警[3]。溫度或濕度的設(shè)定值進(jìn)行設(shè)置時(shí)，自己通過按鍵模式的方式進(jìn)行設(shè)置，其溫濕度檢測(cè)控制的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖

以下為該系統(tǒng)完成的功能：

（1）通過數(shù)字溫濕度傳感器DHT11采集溫濕度數(shù)據(jù)，即時(shí)傳輸給單片機(jī);

（2）單片機(jī)將收到的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，將采集到的溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送給1602液晶顯示屏;

（3）通過1602LCD液晶屏以及手機(jī)APP完成溫濕度的數(shù)據(jù)顯示;

（4）設(shè)定溫度濕度上下限數(shù)值，當(dāng)實(shí)際溫度和濕度超過所設(shè)置的范圍，蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光報(bào)警，APP界面報(bào)警。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 MCU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)STC89C52是一種功能消耗非常低，功能的工作利用非常高的單片機(jī)芯片?，F(xiàn)在已經(jīng)為更多的嵌入式系統(tǒng)提供高質(zhì)量服務(wù)，效率高，操作簡(jiǎn)單[4]，下面為STC89C52的功能及特性：

1） 單片機(jī)STC89C52的部分功能：該芯片擁有3個(gè)64 位定時(shí)或計(jì)數(shù)的器件，一個(gè)8向量4級(jí)中斷的結(jié)構(gòu)，并且還是一個(gè)全部方位的正反串行控制輸入或輸出的端口。

2）單片機(jī)STC89C52的特征： 8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間;256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間;內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間;可直接使用串口下載，STC89C52引腳介紹如圖2所示：

2.2 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器DHT11是由數(shù)字模式組合而成的，直接能夠?qū)y(cè)量的數(shù)字傳輸給單片機(jī)的傳感器。傳感器DHT11的組成分為三部分，第一部分為一個(gè)電阻式感濕元件，該元件的主要作用是能夠感應(yīng)育種基地環(huán)境中的濕度;第二部分是一個(gè)NTC測(cè)溫元件，該元件的作用就是能夠感應(yīng)出育種基地環(huán)境中的溫度;第三部分是一個(gè)性能非常高的8位單片機(jī)[5]。DHT11溫濕度傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如它的質(zhì)量非常好，反應(yīng)的速度非?？欤瑑r(jià)格非常低廉，體積非常小，功耗非常低。傳感器DHT11電路設(shè)計(jì)如圖3所示：

2.3 無線wifi模塊ESP8266

ESP8266由UART-WiFi 的透?jìng)髂K組合而成，主要的特點(diǎn)是工作時(shí)耗能非常的低。主要應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)方面，這樣手機(jī)就可以通過wifi進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)通信，并且完成手機(jī)聯(lián)網(wǎng)的功能[6]。

ESP8266的三種工作模式

①STA 模式：這種模式是一種比較煩瑣的模式，主要是要使用路由器的連接，只有這樣，無線wifiESP8266才能夠與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行配合，使手機(jī)或電腦通過無線網(wǎng)絡(luò)的連接可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。

②AP 模式：AP模式是將無線網(wǎng)絡(luò)ESP8266直接作為熱點(diǎn)，讓該芯片發(fā)射出無線wifi，我們直接可以打開手機(jī)或電腦的無線按鍵進(jìn)行無線通信的連接，使遠(yuǎn)程的信息通過無線wifi傳入到自己的手機(jī)或電腦上。

③STA+AP模式：這是兩種模塊的組合模式，更加方便了人們的操作。

系統(tǒng)選用了無線wifiESP8266，在該模塊中主要采用了AP模式，其原理就是該芯片可以直接發(fā)射無線wifi，操作簡(jiǎn)單。該模塊主要與單片機(jī)接口P3.0/RXD，P3.1/TXD相連，其電路圖如圖4所示：

2.4 LCD1602液晶顯示屏

1602顯示屏能夠顯示數(shù)字、符號(hào)和圖形等。液晶LCD1602顯示質(zhì)量非常好，恒定發(fā)光能夠長(zhǎng)時(shí)間保持畫面的色彩和亮度[7];數(shù)字式接口操作簡(jiǎn)單，體積小、體重輕、功耗低。該顯示屏引腳編號(hào)名稱介紹如表1所示：

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 傳感器DHT11設(shè)計(jì)流程圖

溫濕度傳感器DHT11主要是監(jiān)測(cè)航空育種基地環(huán)境中溫度、濕度的情況，并且該傳感器是一款數(shù)字傳感器，其軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示：

3.2無線wifiESP8266模塊設(shè)計(jì)流程圖

線ES無P8266wifi模塊主要功能就是通過發(fā)射無線wifi，通過wifi連接到手機(jī)上，再把數(shù)據(jù)傳送給手機(jī)，流程圖如圖6所示：

4 系統(tǒng)測(cè)試

1）給實(shí)物配置三節(jié)1.5V的五號(hào)電池，并且裝置在電池盒中，打開電源開關(guān)，這時(shí)電路板上顯示電源的紅色小燈泡就會(huì)亮起來，并且在無線網(wǎng)絡(luò)模塊上也有一個(gè)燈亮起來。然后LCD1602顯示屏上就會(huì)出現(xiàn)DHT11 Systen W：? S： 字樣，并且上面顯示著當(dāng)前測(cè)量的溫度和濕度的數(shù)值。W代表溫度的數(shù)值，S代表濕度的數(shù)值，實(shí)物圖如圖7所示：

2）開始設(shè)計(jì)實(shí)物，具體的步走為按實(shí)物最右邊的第一個(gè)按鍵進(jìn)行選擇模式，模式主要分為三部分的內(nèi)容，分別為溫度調(diào)節(jié)模式、濕度調(diào)節(jié)模式、按鍵調(diào)節(jié)模式。然后選擇模式1代表溫度上下限設(shè)定模式，開始對(duì)溫度上限值H和下限值L進(jìn)行設(shè)置。選擇模式2代表濕度上下限數(shù)值的設(shè)定，然后開始對(duì)濕度上限值H和下限值L進(jìn)行設(shè)置[8]。按KEY2鍵使數(shù)值連續(xù)增加，按KEY3鍵使數(shù)值不斷向減。

3）模式選擇調(diào)節(jié)好以后，就開始對(duì)手機(jī)顯示進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體操作為打開手機(jī)，然后再打開手機(jī)WLAN，刷新無線網(wǎng)絡(luò)顯示名稱，找到wifi名為ESP8266-01的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，并且無線網(wǎng)絡(luò)的初始密碼設(shè)置為1234567890，點(diǎn)擊界面連接按鈕進(jìn)行連接無線網(wǎng)絡(luò)wifi。

4）無線網(wǎng)絡(luò)連接好以后，在手機(jī)界面上找到WIFI數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)的APP，然后再打開APP，界面上就會(huì)顯示兩項(xiàng)的內(nèi)容，分別為用戶的名稱以及登錄該APP界面的密碼，登錄需要的密碼為123456，然后再按登錄字樣進(jìn)行登錄[9]。

5）WIFI數(shù)據(jù)登錄界面成功以后，就進(jìn)入了手機(jī)顯示數(shù)據(jù)界面，此時(shí)界面顯示了無線網(wǎng)絡(luò)模塊ESP8266配置的IP地址為192.168.4.1，端口數(shù)為8888，然后我們點(diǎn)擊連接按鈕，此時(shí)就會(huì)顯示溫度和濕度的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且和航空育種基地環(huán)境中LCD1602顯示屏顯示的數(shù)據(jù)保持一致[10]，顯示界面如圖8所示：

5 總結(jié)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以STC89C52單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)將一些硬件設(shè)計(jì)電路連接起來，然后應(yīng)用軟件編程、調(diào)試，使系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)要求的功能。即雖然該系統(tǒng)還存在一些不足，但是能夠應(yīng)用在現(xiàn)代的生活當(dāng)中。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足之處主要還是元器件的選取，例如溫濕度測(cè)量精確度還不是太高，尤其是濕度測(cè)量數(shù)值，波動(dòng)幅度較大。但是我也應(yīng)用了各種改進(jìn)方法，結(jié)果還是不太理想。

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【通聯(lián)編輯：梁書】