基于STC12C5A60S2的无线智能种苗场监测系统设计

杨思学+田颖

【摘要】为了解决监控种苗场的温度、湿度、光照等耗功耗时问题，特设计一种基于STC12C5A60S2单片机的无线智能种苗场监控系统，便于集中监控苗场的实时情况。该系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，将温湿度、光照传感器实时采集的数据进行处理，每隔2 min通过GPRS上报到云端，同时在云端进行设置监控阈值，当数据达到阈值时进行报警。系统安装简单，自动化程度高，能满足对种苗场温湿度控制的要求。

年来，我国设施园艺产业稳步发展，但种植业的智能化研发与应用还有待发展和推进。当种苗场进行集中育苗，且幼苗对温湿度及光照环境要求较高时，需要实时对温室内的环境进行监测。传统监测方法一般是在温室中悬挂温度计和湿度计，并进行人工读数。在实际生产中发现，人工读取温湿度计的示数，不仅费时费力、效率低下，且所得示数的精确度不高。

为解决上述问题，笔者设计了一种无线智能种苗场监测系统，此系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，利用DHT12传感器采集温湿度，BH1750传感器采集光照值，并实时上报至云端。用户可以随时通过手机或者电脑获取温室内的实时数据。

系统总体设计

该系统由双串口的STC12C5A60S2单片机、DHT12温湿度传感器、BH1750光照傳感器、HMI串行人机接口和SIM800 GPRS模块组成，单片机通过I/O端口读取温湿度传感器和光照传感器的数据，然后单片机的串口1实时向HMI人机接口发送刷新命令，在温室内的人员可以通过显示屏读取数据示数。每隔2 min单片机的串口2向GPRS模块发送Socket通信指令，将读取的数据上传至云端。同时，在云端的数据库中，用户可以设置相关阈值，如果达到了设定阈值要求，云端向SIM800模块发送指令，SIM800通过GSM向用户的预留手机发送短信报警。

系统的硬件设计

主控制模块

STC12C5A60S2单片机是整个系统的核心控制单元，主要用来接收各个模块的数据，协调各个模块互相工作。STC12C5A60S2是一种低电压、高性能的国产8位单片机。它有32个准双向I/O端口，2个16位可编程定时器，2个全双工串行通信口，器件兼容标准MCS-51指令系统。此款单片机将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可以反复擦写的Flash存储器有效地降低开发成本。因此，此次系统设计选用了这款单片机作为整个系统的核心控制单元。

温湿度传感器

DHT12数字式温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合型传感器，为DHT11的升级产品。DHT12具有单总线和标准I2C两种通讯，且单总线通讯方式完全兼容DHT11。相对湿度的量程范围为20%～95%，在室内相对湿度为40%～80%的环境下误差最小。相对温度的量程范围为-20～60℃，在室内温度为-10～30℃环境下误差最小。

串行HMI人机接口

智能串口屏通过上位机设计界面，可以设计彩色的背景、文本框、按钮等。在上位机设计好后下载到显示屏，上电后即可显示，通过单片机对其进行指令操作即可改变文本框的值，当按下按钮时会通过串口向单片机发送数据。操作简单且交互效果好。

SIM800A模块

SIM800A模块的工作频段为GSM 900/

1800 MHz。可以实现电话语音、SMS（短信、彩信）、GPRS数据传输功能（支持透传模式、域名解析和IP模式），用单片机的串口向其发送指令，即可实现对外拨打电话、发送短信、通过GPRS连接因特网等功能。

系统的软件设计

本系统软件部分由负责采集传感器的51单片机程序、负责数据接收和处理的云端服务程序组成。单片机上电后，程序依次对各个传感器和定时器进行初始化，定时器开始计时，到达预设时间时，单片机自动读取传感器数据并将数据上传至云端（图1）。云端上位机运行后对数据库和套接字进行初始化，当套接字接收到数据时，对接收到的数据进行解析，并分别插入对应的数据表内（图2）。

51单片机程序

在系统硬件的基础上，设计51单片机程序，通过I/O的控制可以读取各个传感器的数据，通过串口通信进行HMI人机接口的数据输出和GPRS的数据发送。

服务器接收程序

Socket处理程序 单片机向GPRS模块发送指令，通过Socket连接服务器。每一组数据都包含一定的标识符，该系统的数据格式为：温度#湿度#光照。当数据发送到服务器后，服务器上运行的C#编写的上位机程序对数据进行解析，并添加到MySQL数据库中。

网页显示程序 该系统通过PHP+HTML语言设计实时监控网页，调用ECharts控件对数据进行曲线显示。通过HTML实现网页的框架设计，用PHP从MySQL数据库中读取数据，并且将数据赋值给网页中的表格和ECharts图表，便于帮助用户直观的记录和了解数据参数，省去数据处理的麻烦，可以很好地实现实时监控。

实地测验

为了验证产品（图3）的工作效果，于2016年7～9月在石家庄市某种苗场进行实地测试。日光温室内的平均气温为28℃，最大湿度为70%，当网络中断导致数据上传失败时，服务器端会主动与单片机监控系统通信，单片机监控系统自动进行重新启动。整套设备悬挂于温室中3个月，由于测量数据众多，截取9月11日12：00～9月12日12：00系统测得的温度和湿度的数据见图4～5。分析可知，该系统工作稳定，所得数据可以合理的反映温室环境参数的变化情况。

结束语

经过实地考察，发现目前现有的种苗场的自动化程度很低，大多数种苗场仍在使用原始的温、湿度计，即使现有的监控系统也大多需要PC机进行指标读取。本系统通过单片机控制，实现实时监控数据，并且随时通过手机的GPRS信号将数据上传到云端。该产品成本低，效果好，对于提高经济效益、种苗的自动化发展具有重要意义。

参考文献

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