基于Atmega16单片机的温室湿度监控系统设计

石戈戈

(四川信息职业技术学院，四川 广元 628040)

0 引言

温室因其构造简单、价格低等优点在农产品生产、栽培等领域皆有广泛的应用，在农业生产过程中扮演着至关重要的角色。随着自动化控制技术的快速发展，温室也由原来简易的大棚逐渐向可自动保温调湿的智能温室转变。众所周知，湿度对于农作物生长有着重要影响，如存储、育苗、发酵等过程均对环境湿度有相应要求[1]。针对湿度的实时控制问题，设计了一种基于Atmega16单片机的实时温室湿度监控系统。该系统依靠湿度传感器将温室实时湿度准确快速地采集并传输至单片机中，经单片机处理并由液晶模块实现数据的实时显示，与此同时无线传输模块会将数据传送至上位机，以便实现远程监控的目的。为了将环境湿度控制在生产所需的湿度范围内，可以通过上位机设置湿度阈值，单片机则将湿度传感器采集到的实时湿度与所设阈值进行比较，当环境湿度超出所设阈值时，单片机则发出指令，经由驱动装置控制喷洒终端电磁阀的开合和排气扇的通、断以达到湿度控制的功能。

1 系统硬件设计

图1 系统总体结构图

温室湿度监控系统的设计主要包含硬件电路设计和软件设计两大部分[2]，主要由以下模块组成：AM/2301湿度采集模块、Atmega16单片机主控模块、液晶显示模块、远程通信模块、驱动模块、执行模块、上位机，其总体结构图如图1所示。

湿度采集传感器负责将温室实时湿度采集并将其传输至主控单片机中，在此采用AM/2301电感式数字湿度传感器，该传感器内部包含A/D转换电路，直接输出数字信号，与此同时该传感器拥有良好的抗干扰性、稳定性、准确性及较低的功耗。与外部进行数据传输则采用的是单线制串行接口，封装方式为4针单排引脚封装，使用简洁方便。主控芯片采用的是各项性能指标均较高的8位Atmega16单片机，该芯片具有丰富的指令集，全静态工作方式使数据更不容易丢失，同时具有数据吞吐率高、功耗低等优点，可以在各种严苛环境中稳定运行。液晶显示模块选用常用的低功耗LCD1602液晶即可[3-4]。远程通信采用无线收发芯片CC2500PA，由于其功能强大，因此在工业控制、消费电子等领域均得到了较为广泛的应用。该无线通信芯片可在2400MHz～2483.5MHz的频率范围内可靠运行，收发数据速率最高可达500kbps、空旷环境下通讯距离能达到1500m左右。驱动模块用来驱动执行模块按照控制信号动作。执行模块主要由喷洒加湿装置、排气扇等构成，实现最终的湿度调节功能。

2 系统软件设计

相对于系统硬件的搭建，系统软件的设计更具有灵活性，其设计是否合理直接影响着整个系统能否稳定可靠地实现其既定功能。软件设计主要包含以下3个部分：(1)湿度采集模块设计，主要完成AM/2301初始化和湿度数据的采集和处理工作；(2)数据无线收、发传输模块设计，主要完成的功能是对无线收发芯片CC2500PA3的配置；(3)上位机模块设计，主要完成上位机界面设计和数据的收、发以及通信接口配置。

本系统的运行流程首先是完成初始化，使各个子模块准备好开始收发、处理数据，并通过上位机设置所需要的湿度阈值上、下限，该值可在系统运行的过程中随时通过中断程序调整。然后采用调用子程序的方式将AM/2301温度传感器采集到湿度实时数据调用到主程序进行对比判断。当温室湿度低于所设阈值下限时，通过继电器控制喷洒装置的电磁阀来进行喷洒加湿，直到采集湿度大于等于阈值上、下限中间值时通过驱动模块关闭喷洒装置的电磁阀来实现停止加湿。当采集到的湿度高于所设阈值上限时则打开排气扇排湿，直到采集湿度小于等于阈值上、下限中间值时通过驱动模块关闭排气扇来实现停止排湿，最终使温室湿度控制在所设阈值范围之内。为了防止不可控因素造成的调控失灵，本系统加入了一个失调报警模块，当环境湿度超出生产所需湿度一定范围时，报警器发出警报。具体运行流程图如图2所示。

图2 系统运行流程图

系统软、硬件搭建完成后，为了验证其可行性，本文对其进行了仿真分析。由仿真结果如图3所示，可以看到温室实时湿度一直维持在控制湿度之内，由此可也看出本文设计系统可以对湿度进行有效的监控。

图3 系统仿真图

3 结论

本文设计了一种基于Atmega16单片机的温室湿度监控系统，该系统以单片机为控制核心，以湿度传感器、继电器、无线传输装置等为支撑，实现了对温室湿度的实时监测和调控，确保其保持在所需要的湿度范围内。相对人工调节的方法，该系统具有调节精度高、成本低、适应性强等优点，有一定的经济价值和前景。