鸡舍无线温湿度监测系统设计

刘德丛

摘 要：本文设计了一款鸡舍无线温湿度监测系统。该系统采用温湿度传感器DHT11进行鸡舍现场温湿度的信息采集，以无线射频芯片nRF905作为数据的无线收发模块，以AT89S52单片机作为数据的处理控制模块。通过实验验证来看，该系统不仅经济可靠，而且能有效监测鸡舍的温湿度。

关键词：鸡舍;nRF905;温湿度监测;单片机

中图分类号：TP274;S831.45文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）05-0027-03

Abstract： This paper designed a wireless temperature and humidity monitoring system for chicken house. The temperature and humidity sensor DHT11 is used to collect the temperature and humidity information of chicken house， nRF905 is used as the wireless transceiver module， and AT89S52 is used as the data processing control module. Through the experimental verification， the system is not only economical and reliable， but also can effectively monitor the temperature and humidity of chicken house.

Keywords： chicken house;nRF905;temperature and humidity monitoring;single chip microcomputer

1 整體实现方法分析

在设计之前，首先要对鸡舍的结构有一定的了解，鸡舍的总面积、鸡笼的大小及喂食器的位置都会对系统的设计产生影响。本研究的思路是利用温湿度传感器及通信网络实现对鸡舍内温度的实时监控，在总控制中心分析监测到的数据。温湿度传感器采用的是DHT11，传感器的作用是采集温湿度数据，然后再由nRF905无线收发芯片将采集到的温湿度数据传送到主机上，接着AT89S52单片机对数据进行分析与处理，最后传送到液晶显示屏上实时显示。同时，使用人员可以自己设定鸡舍中达标的温湿度，对超出范围的情况进行报警[1]。

设计该系统的目标是通过传感器采集温湿度数据来实现对温度和湿度的监控，并且利用无线传输通信技术将样本数据上传到服务器中。若温湿度超出了预设范围，报警系统就会发出警报，提醒工作人员采取相应的处理措施。

2 硬件设计

2.1 传感器的选择

传感器的选用是硬件设计的第一步。在选用传感器时，要根据预算和使用环境来考虑，本系统采用高精度数字式温湿度传感器DHT11。DHT11温湿度传感器具有响应速度快、抗干扰能力强和性价比高的优点[2]。在本设计中（见图1），DHT11温湿度传感器完全可以满足响应速度和灵敏度的要求，并且这款传感器性价比高，可以节省成本。

2.2 数据传输方式选择

采用无线传输数据能减少电磁干扰与信号衰减问题导致的误差，所以本系统采用的是nRF905无线收发芯片。受使用环境所限，在设计无线数据传输模块时着重考虑了模块的功耗问题。nRF905正常的工作电压为1.9～3.6 V，对外数据连接的接口为SPI，整个无线传输模块的控制芯片具备低功耗的特点，在无数据传输的情况下，芯片进入休眠，减少非工作时间的耗电问题。

2.3 主控机的硬件选择

单片机是一种集成电路芯片[3]。单片机可嵌入编程。由于单片机体积小，所以在工业上有着不可替代的作用。本系统使用AT89S52单片机对数据进行分析与处理，同时安装有小型显示屏，数据分析可以显示在屏幕上。

2.4 簇头节点设计

由于传感器节点的传输模块与簇头节点的信息传输在正常工作时并不会产生冲突，所以本系统设计这两者共用一个传输模块，这也考虑了开发成本问题和整体功耗问题，即簇头节点的无线传输模块直接使用传感器节点的无线传输装置。

3 系统软件设计

3.1 传感器节点模块软件

系统软件设计包括传感器的节点软件和控制芯片，传感器的节点软件主要用来实现数据的采集和发送控制。传感器本身并不具备发送数据的能力，需要通过芯片来实现，节点软件嵌入控制芯片中，用以传输数据的控制。传感器节点流程如图1所示。

无线模块初始化。无线模块初始化是第一个步骤。

从串口接收数据。在这一步骤中，系统会判断接收数据是否成功，如果成功则转向下一个步骤，如果失败，则返回继续等待串口数据的接收。

测试无线通信命令。在这一步骤中，会向无线传输模块发出测试信号。在发出Y字符之后，如果判断信号发送成功，则执行第一个步骤（无线模块初始化）;如果发送失败，则执行采集数据命令。

采集数据命令。在这一步骤中，系统会向无线传输模块发送数据采集指令，如果这一步骤成功，则执行无线模块初始化步骤;如果失败，则重复这一步骤，直到成功执行无线模块初始化操作[4]。

3.2 监控中心管理软件

监控中心管理软件模块包括参数设置、数据采集、数据管理、预警模块四个部分。

3.2.1 参数设置。参数设置模块提供了所有可变参数的设置。在实际使用中，管理员要设置温湿度报警参数，在设置完成之后，如果接收到的数据超过了设定值，就会通过预警模块来实现报警功能。

3.2.2 数据采集。在本设计中，考虑到鸡舍的面积较大，正常投入使用时需要多个传感器同时采集鸡舍内部不同位置的温湿度信息，所以数据采集模块还需要实现同步采集多传感器的数据，再将这些不同的数据保存到数据库工具中。

3.2.3 数据管理。数据管理主要是通过数据库工具来实现的。在数据库中设计有多个数据表，这些数据表用于存放不同时间段和不同类型的监控数据。由于鸡舍面积较大，所以单个传感器无法完成全部数据采集，在实际应用中，需要利用多個传感器同时采集不同位置的温湿度信息，再由数据管理模块进行信息汇总和分析。因此，数据管理模块的主要功能是控制多个位置传感器的数据管理工作（见图2）。

3.2.4 预警模块。当传感器感应到的温度超出了设定的参数范围时，预警模块会控制相应的设备发出预警信息，同时预警的具体内容也会在屏幕上进行展示。预警模块与其他三个模块的功能是紧密相连的。只有在数据采集模块和数据管理模块将温湿度信息传递给预警模块时，预警模块才可以判断当前鸡舍的温湿度是否在可接受范围内[5]。

4 系统部署与测试分析

4.1 系统部署

在养鸡场进行系统的部署实验。经过测量，所选实验鸡舍长90 m，宽10 m，平均高度5.2 m，最高点高度为6 m，为四层鸡笼模式。为了更好地监测鸡舍内各个位置的温度，共布置9个传感器。

考虑到实际使用需要，数据采集周期为10 min，该周期是可调节的。在采集时，所有的节点都是被动式触发方式，即每10 min固定采集一次数据，但在实际实验中，发现以10 min为间隔并不合适，又将数据采集周期调节到20 min。每一个节点的供电都是两块串联的18650锂电池，满电一次的使用时长为一周。

4.2 结果分析

4.2.1 网络传输误差测试。通过提取相关数据发现，网络传输的误差在可接受的范围之内，整体误差为0.31%。

4.2.2 功耗测试。数据采集的间隔最终被设定为20 min，采用两节18650锂电池供电的节点可工作时间为一周，如果将数据采集间隔设定为60 min，则可工作时间更长。这是由于在非采集时间内，整个节点处于休眠状态，使得功耗大大降低，极大地延长了可持续工作的时间。

4.2.3 系统连续工作状态测试。经过测试可知，鸡舍内的温湿度情况都能被准确地监测出来，并且观察了近一个月的系统运行状态后，并未发现出现异常情况。可见，该系统可以实现对鸡舍内温度和湿度情况的远程、准确测量[6]。

5 结语

本系统采用温湿度传感器DHT11对鸡舍中的温湿度进行样本采集，然后再由nRF905无线收发芯片将采集到的温湿度数据传送到主机上，接着利用AT89S52单片机对数据进行分析与处理，最后传送到液晶显示屏上实时显示。使用者可以自己设定鸡舍中达标的温湿度，对超出范围的情况进行报警。从实验结果来看，本文设计的鸡舍无线温湿度监测系统是一个经济、可靠的系统，能有效监测鸡舍的温湿度。

参考文献：

[1]赵建华，韩玉杰.基于nRF905的温室无线数据传输系统[J].机电产品开发与创新，2009（6）：141-142，152.

[2]张广军，黄俊钦，李行善，等.温度传感器现场动态校准方法与实验研究[J].北京航空航天大学学报，1997（3）：311-315.

[3]李丽华，于尧，陈辉.基于无线传感器网络的鸡舍温湿度实时监测系统[J].河北农业大学学报，2014（1）：123-126，131.

[4]张冬林，李鑫，戴梅.基于DHT11的低成本蚕室温湿度自动控制系统的设计[J].现代农业科技，2010（18）：14-15.

[5]韩丹翱，王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J].电子设计工程，2013（13）：83-85，88.

[6]李俊，张晓东.基于单片机的温湿度检测与控制系统[J].微计算机信息，2008（17）：116-118.