基于单片机的温室大棚温湿度集中监测系统设计

李志豪

摘 要：目前的温室大棚存在环境参数读取的自动化程度较低且不准确，人力消耗大等问题。为解决上述问题本文提出了一种基于单片机的大棚温湿度集中监测系统设计方法。该系统由单片机和多个AM2301传感器构成下位机，在对环境中的温湿度数据进行采集的同时，通过串口将数据传输至上位机的人机交互系统中进行集中监测。人机交互系统界面具有数据显示的功能，可以精准地呈现出温度、湿度变化曲线，便于人工监测。多次试验表明，该系统具有节省人力、反应迅速、操作简单、可扩展性好等特点。

关键词：温室大棚；单片机；人机交互系统；环境监测

中图分类号：TP274 文献标识码：A

我国具有上万年的农业发展史，随着科学技术的逐步发展，农业生产中温室大棚的应用越来越广泛，为人们创造了许多经济效益。而在温室大棚的管理中最重要的就是对环境参数的控制。所以温室大棚的温湿度控制的改进迫在眉睫。目前，我国的温室大棚在应用上仍存在以下问题：大棚中采用人工来控制大棚的温度，费时费力，而且精确度极低，不能使作物处于最合适的环境，为了解决上述问题，本文提出了一种基于单片机的大棚温湿度集中监测系统。系统能通过下位机单元对温度、湿度等数据实时采集并将数据传输至上位机进行实时显示。上位机在VC环境下搭建交互界面，可实现对多个温室大棚内的数据进行同时显示的功能。

1.系统总体设计

系统由多个下位机数据采集单元，数据传输单元和上位机系统三大部分组成。系统拓扑结构如图1所示。

温度、湿度是影响农作物生长的主要环境指标，系统采用了多个传感器完成了数据的采集。每一个温室大棚内的数据采集单元对环境参数采集后，对数据进行处理。通过串口将数据传输至系统上位机。上位机中的交互软件在接收到数据后予以显示。另外，在设计的过程中考虑到农业生产的特点，系统的各个部分都进行了模块化设计，便于针对不同作物的需要对不同环境因素进行监控，同时也增加了系统的可扩展性以及通用性。

2.系统硬件结构

由于STC89S52单片机具有体积小，造价低，接口资源丰富等优点，所以选其作为下位机中央处理芯片。针对温室大棚中，环境复杂的特点，上下位机之间的通信采用串口通信，稳定可靠。选择AM2301温湿度传感器作为温湿度的检测原件，它具有测量范围广、分辨率高、精度高、采用单线制进行数据发送等特点，更便于系统集成。

串口通信是系统中的重要技术。串口按位（bit）收发数据。虽然相对于并行通信其速率较慢，但是它可以同时用两根线就可以完成数据的收发。可以以这种简单的方式完成远距离通信。通信需要3根线来完成，分别是接受、地线、和发送。其他线用于握手，但并不是必须的。串口通信主要的通信参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。两个进行通信的端口，上述參数必须完全匹配。

3.上位机交互系统

程序软件是基于Microsoft Visual C++ 6.0编写的MFC程序，主要用于湿度、温度数据的接收与显示。采用串口通信，将湿度、温度分为湿度整数部分，湿度小数部分，温度整数部分，温度小数部分，以及校验位共5byte的数据接收过来进行结算。采用MFC进行程序界面的编写与显示。使用picture控件实现了示波器对湿度与温度的示波器动态显示，按照时间的变化动态显示温度与湿度的当前数值。示波器的绘制先建立一个picture控件，定义一个定时器，对对话框类编写一个对于定时器消息处理函数，每次定时器定时时间到，进入中断函数中，会在picture控件中重新绘制示波器图片，使人看起来就是动态显示湿度与温度。使用picture控件实现了数码管显示，数码管对湿度与温度的示波器动态显示，按照时间的变化动态显示温度与湿度的当前数值。

数码管的绘制先建立一个picture控件，在资源bitmap中插入需要的0～9已经编辑好的数字以及小数点、负号等特殊符号的位图资源。定义一个定时器，对对话框类编写一个对于定时器消息处理函数，每次定时器定时时间到，进入中断函数中，会在picture控件中重新绘制数码管图片，使人看起来就是动态显示湿度与温度的准确数值。程序运行之后，点击连接按钮，程序就会显示传感器测量到的湿度与温度。用户界面如图2所示。

4.实验结果与分析

在室内模拟温室进行实验，使用一个数据采集单元对室内的温度、湿度进行检测。同时利用吹风机来模拟温度变化，利用喷壶来改变传感器附近的湿度。采用串口与上位机进行通信，将收集到的数据传至上位机人机交互界面显示如图2所示。图中结果表明，该温湿度监测系统能够较为灵敏的对环境温湿度进行检测和显示。

结论

本系统由多个单片机和外围传感器构成下位机系统，实现了对温湿度等环境参数的采集。同时通过上位机的人机交互系统界面对温室大棚中温度、湿度进行实时显示和监控。系统实现了对多个温室大棚同时进行监控、显示的功能。经大量试验表明：本系统能够准确、实时的显示环境温湿度。具有操作简单、反应灵敏、自动化程度高、可扩展性好和便于集中监控等特点，基本可以满足现代农业对大棚监控系统的要求。

参考文献

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