基于远程的温室大棚智能控制系统的设计

黄家兵,武震天

（皖西学院 机电学院，安徽 六安237012）

基于远程的温室大棚智能控制系统的设计

黄家兵,武震天

（皖西学院 机电学院，安徽 六安237012）

设计一个智能大棚温湿度及光照强度无线控制系统，以单片机STC89C52为主要芯片，使用光照强度传感器BH1750采集光照强度以及温湿度传感器DHT11采集温湿度，把采集到的数据传给单片机STC89C52，再使用无线模块NRF24L01将经过处理的数据发射出去。NRF24L01和单片机之间通过模拟SPI口传送数据，并且NRF24L01还有接收数据的功能，NRF24L01把接收到的数据发送给单片机STC89C52，在接收装置上还安装有3个按键可设置温湿度和光照强度的上下限，LCD1602可以显示大棚的温湿度和光照强度。

STC89C52；温湿度控制系统；温湿度传感器DHT11；LCD1602显示；无线模块nRF2401

0 引 言

以单片机STC89C52为主要芯片，系统可以设置温湿度的上限和下限，若温度或湿度高于上限或低于下限，单片机发出信号控制继电器打开对应的外部设备。系统还安装有光照强度传感器，可以对光照进行实时的检测和控制。系统包括单片机最小系统，光照强度检测模块，温度检测模块，湿度检测模块，显示模块，控制模块，无线传输模块，独立按键控制模块等。

以单片机STC89C52为主要芯片，使用光照强度传感器BH1750采集光照强度以及温湿度传感器DHT11采集温湿度，传感器采集到数据后传送给单片机STC89C52处理，处理过后的数据再使用无线模块NRF24L01发射出去。NRF24L01和单片机之间通过模拟SPI口传送数据，并且NRF24L01还有接收数据的功能，NRF24L01把接收到的数据发送给单片机STC89C52，在接收装置上还安装有3个按键可设置温湿度和光照强度的上下限，LCD1602可以显示大棚的温湿度和光照强度。单片机STC89C52不仅保密性好，而且稳定性强，操作简单，误差较小，价格便宜，具有很高的使用价值。

1 系统总体设计方案

1.1 系统功能设计

温湿度的检测：系统利用温湿度传感器DHT11采集大棚内的温湿度，对大棚的温湿度进行连续的检测，再由单片机对采集的温湿度进行数据处理、发送和显示，从而实现温湿度的智能检测与控制[3]。

光照强度的检测：系统利用光照强度传感器BH1750采集大棚内的光照强度，对大棚内的光照强度进行连续的检测，再由单片机对采集的光强进行循环检测、数据处理、显示，实现大棚内光强的智能检测与控制。

无线发射数据：系统利用无线模块NRF24L01将处理过的温湿度和光照强度数据每过2S发射一次。

无线接收数据：系统利用无线模块NRF24L01接收发射过来的数据，将接收到的数据传给单片机STC89C52处理，LCD1602则显示温湿度和光照强度以及温湿度的上下限。

控制部分：若大棚温度高于设定温度上限，则打开散热器；若大棚温度低于设定温度下限，则打开加热器；若大棚湿度高于设定湿度上限，则打开除湿器；若大棚湿度低于设定湿度下限，则打开加湿器；若大棚温湿度处于设定范围内，以上的设备全部关闭；若大棚内的光强不满足设定的光强，则打开照明设备。

1.2 系统组成

以单片机STC89C52为主要芯片。系统包括单片机最小系统，显示模块，控制模块，无线传输模块，温度检测模块，湿度检测模块，光照强度检测模块，独立按键控制模块等。图1为系统的组成部分，包括单片机STC89C52、温湿度传感器DHT11、光照强度传感器 BH1750、LCD1602液晶显示屏、NRF24L01无线传输模块、控制模块等。

图1 系统的组成部分

1.3 系统工作原理

系统以STC89C52为主要芯片，使用温湿度传感器 DHT11采集温湿度以及光照强度传感器BH1750采集光照强度，传感器采集到数据后传送给单片机STC89C52处理，处理过后的数据再使用无线模块NRF24L01发射出去。NRF24L01和单片机之间通过模拟SPI口传送数据，并且NRF24L01还有接收数据的功能，NRF24L01把接收到的数据发送给单片机STC89C52，在接收装置上还安装有3个按键可设置温湿度和光照强度的上下限，LCD1602可以显示大棚的温湿度和光照强度。系统可设置温湿度上下限，若温度或湿度高于上限或低于下限，单片机发出信号控制继电器打开对应的外部设备。系统还安装有光照强度传感器，可以对光照进行实时的检测和控制[5]。工作原理如图2所示。

图2 系统工作原理图

2 系统软件设计

各模块流程图如图3-7。

图3 采集模块主程序流程图

图4 发送模块流程图

图5 NRF24L01接收流程图

图6 显示模块程序流程图

图7 控制模块程序流程图

3 调 试

3.1 程序调试

系统设计是在Keil环境下开发的，Keil C软件支持C语言的编程及调试，运用方便。

在完成对程序的调试及烧录之后，还需要对其进行演示，把开发板与电脑连上，设置好对应的接口，完成供电及下载。开始供电后、稍等几秒后LCD1602液晶屏能正常显示当前温湿度和光强之后，观察当前温湿度和光强的变化。

3.2 实物调试

根据设计的要求，作出的实物模型图如图8所示。图中显示的是当前大棚内的温湿度和光照强度，4个继电器从左到右分别为温度高触发、温度低触发、湿度高触发、湿度低触发，按键从左到右分别是设置键、加键和减键，K1为设置界面，设置界面分别为设置温度上限和下限、设置湿度上限和下限、设置最适合农作物生长的光照强度，K2为 “+”键，K3为“-”键，可加减温湿度和光照强度。实物中使用的灯光是5V供电的，所以直接把灯正极接单片机的VCC，负极接P2.4口。单片机采用充电宝供电，散热器使用3节1.5V电池串联起来供电。

图8 实物模型

4 结 论

系统以单片机STC89C52为核心部件，单片机系统完成对温湿度和光照强度信号的采集、处理、显示等功能。设计的系统能很好的完成任务书中的各项要求。

1.适用性强，用户只需对参数进行设置并启动系统正常运行便可实现对温室大棚温湿度和光照强度的实时监控。

2.系统采用了数据无线传输，避免了布线的麻烦，不受环境和地形的影响，大大降低了成本，而且无线传输稳定可靠。

3.可对作物的生产环境进行适时、适当的控制，不仅有利于作物的生长发育，而且避免了资源的浪费，起到了提高作物产量的作用[1]。

由于设计的时间有限，系统还有一些方面没有完善，如优化改用LCD12864显示屏；加强系统对温湿度和光照强度的采集数据的处理；全面考虑大棚的面积等实际问题。

[1]王世明,王冰.现代农业温室系统[J].山西农业科学,2008,36 (9)：69-73.

[2]谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2014：30-45.

[3]周月霞,孙传友.DHT11硬件连接及软件编程[J].传感器世界，2001（8）：13-21.

[4]曲喜新.电子元件材料手册[M].北京：电子工业出版社，1989：17-22.

[5]金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用[J].电子技术应用，2000（6）：23-31.

责任编辑：胡德明

Remote Intelligence Control System Design for Greenhouse Sheds

Huang Jiabing,Wu Zhentian
(School of Mechanical and Electrical Engineering,West Anhui University,Lu’an 237012,China)

A greenhouse temperature and humidity and light intensity of illumination wireless control system is designed with STC89C52 microcontroller as the main chip,using humidity data and light intensity sensor BH1750 to acquire light intensity and temperature and humidity sensor DHT11 to acquire temperature and humidity.The collected data are transferred to single chip microcomputer STC89C52,and then transmitted via wirelessmodule nRF24L01 afterbeing processed.NRF24L01 and STC89C52 microcontroller transfer data through simulation SPI port,and nRF24L01 sends the data it has received to microcontroller STC89C52.On the receiving device three buttons that can set the upper and lower limit of temperature,humidity and light,and LCD1602 that can display the greenhouse temperature and humidity and light intensity are installed.

STC89C52;temperature and humidity control system;temperature and humidity sensor DHT11;LCD1602 display;wireless module NRF2401

TP271

A

1672-447X(2016)05-0005-04

2016-06-22

皖西学院自然科学研究项目（WXZR201632）

黄家兵（1975-），安徽六安人，皖西学院机电学院副教授，研究方向为无线通信技术。