基于无线通信的温室大棚监测系统设计

黄先贵 荆 睿 陈素安

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319）

温室种植能够以较低的成本获得更高的利益，因此，温室种植在农业生产中所占的比重越来越大。随着现代农业的不断发展，我国温室大棚技术研究取得了丰硕的成果，促使我国温室种植效益得到了较大的提高［1］。例如，将无线通信技术运用到温室大棚中，不仅能降低农户的劳动强度，而且能降低生产成本，减少布线的繁复劳作，提高我国农业智能化生产水平，具有一定的研究价值和现实意义［2］。

1 基于无线通信的温室大棚监测系统总体框架设计

基于无线通信的温室监测系统主要包括以下几个模块：DHT11温湿度传感器模块、LCD显示温湿度值模块、单片机控制模块、按键输入模块、过阈报警模块及外部EEPROM模块。系统设计结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 监测系统硬件概述

基于无线通信的温室大棚监测系统由5个核心部分组成，有作为核心部分的主控模块，有用于感受温湿度的传感器模块，有显示输出效果的LCD液晶显示模块，还有2个重要的部分就是继电器模块和无线通信模块。基于无线通信的温室大棚监测系统由主控模块单片机进行控制。温湿度传感器采集模块实时采集温室大棚内的温湿度，由无线通信模块将温湿度信息传给主控器件单片机，单片机分析处理后通过LCD液晶显示模块将温湿度信息显示出来，供农户观测使用，实时掌握温室大棚内的信息，以及时进行处理。

3 主要模块的设计

3.1 温湿度传感器模块设计

3.1.1 温湿度传感器的选择。传感器有很多种，每一种传感器都有其独有的特点，具体要根据实际情况来选择。目前，我国普遍应用的温湿度传感器有DS18B20温度传感器和DHT11温湿度传感器2种。DHT11温湿度传感器具有控制温湿度的精准度高、可靠性强、稳定性持久、响应速度快等优势，根据温室大棚监测系统设计需求，应系统选择DHT11温湿度传感器。

3.1.2 DHT11传感器模块设计。基于无线通信的温室大棚监测系统采用DHT11温湿度传感器进行空气温湿度的采集，DHT11传感器的电路设计较为简单，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，DHT11传感器如图2所示。

图2 DHT11传感器

3.1.3 传感器的布点。不同面积的温室，传感器的数量直接影响测量结果的精确性。面积小的温室，如果传感器放置过多，会导致浪费资源。面积大的温室，如果传感器放置过少，会导致测量结果不准确，从而起不到良好的监控作用［3］。根据该设计选择的传感器类型，每10 m2放置1个传感器，既可以节约资源，又可以起到良好的监控效果。

对于面积过大的温室，需要多个传感器，这样就会导致一个单片机的I/O口不够分配。对于这种情况，可以采用多个单片机，不是所有的传感器都连接到一个单片机上，而是几个共用，形成几个分支部分，处理之后得出平均值，并要将平均值传送出去给上一级总的单片机，根据最后传送出去的平均值来做出决策。

3.2 LCD液晶显示模块设计

LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。基于无线通信的温室大棚监测系统使用LCD1602来显示温度、湿度的上限值、下限值，LCD1602液晶显示电路设计如图3所示。

图3 LCD1602液晶显示电路

3.3 继电器模块设计

继电器也称电驿，是一种电子控制器件，具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中。其实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。基于无线通信的温室大棚监测系统通过单片机的P3.7引脚与继电器相连，单片机输出电信号控制继电器的开启和闭合。

3.4 无线通信模块设计

为了能够实时对温室空气温湿度进行监测，系统利用无线通信技术运用到系统中。无线接收电路主要是通过SC2272解码芯片来实现的。SC2272是一款用作解码的芯片。无线信号的编码由SC2262集成电路完成，无线信号的接收由SC2272集成电路完成。当单片机的I/O口输出低电平时，就会开启SC2262芯片与发射模块的电源，SC2262芯片工作就会把已经固定的编码信号通过发射电路发送出去，并由SC2272芯片解码。

4 结语

由于农作物生长环境复杂，目前我国在温室环境监测方面还存在一定的局限性，鉴于此，本文设计了一种基于无线通信的温室监测系统。系统采用DHT11温湿度传感器进行空气温湿度的采集，并通过数字信号的形式传输给单片机，单片机将这些信息通过LCD1602显示屏进行显示，为农户调整温室气候条件提供依据，该系统具有较强的实际应用意义。