基于单片机的光照强度及温湿度采集系统

许龙 陈辉 陈露强 刘敏 刘立群 王佳玉 薛飞

摘要：針对自然田间作物生长环境监测需求，设计实现了基于单片机的采集环境光照强度及温湿度的信息采集系统。系统采用光敏传感器、温度、湿度传感器分别对光照强度、温度、湿度采集，使用液晶屏显示数据，并通过蓝牙实时传输数据到手机进行监测。测试表明，系统可采集光照、温湿度三种数据，通过单片机设置和手机控制两种方式均可实现单片机调整温湿度上、下限阈值，实现了数据的实时监测。

关键词：单片机;光照强度;温湿度;蓝牙;实时监测

中图分类号： TP212.11     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）14-0224-04

Abstract： Aiming at the monitoring requirement of natural field crop growth environment， a collection system of environmental light intensity， temperature and humidity based on single chip microcomputer was designed and realized. The system adopts photosensitive sensor， temperature sensor and humidity sensor to collect the light intensity， temperature and humidity， display the data with LCD screen， and transmit the data to the mobile phone through Bluetooth in real time for monitoring. The test shows that the system can collect three kinds of data： light， temperature and humidity. The upper and lower thresholds of temperature and humidity can be adjusted by SCM and controlled by mobile phone， and the real-time monitoring of data can be realized.

Key words： single chip microcomputer; light intensity; temperature and humidity; bluetooth; real-time monitoring

中国从历史起源开始到现在一直是一个农业大国，中国的经济发展和农业有着很重要的关联[1]。新中国成立初期，我国就是靠着农业为其他业的发展奠定基础。但是，目前中国的农业生产力水平还是不高，大多是靠人力和一些较为低下的机械生产。因此，通过增强现代科技与农业的结合来提高农业生产力及其效率是十分重要的[2]。随着信息科技的高速发展，对于各种监测系统的研发使用也越来越多，越来越广泛。提高农业生产力最重要的是农作物的培育，只有作物生长发育的好，最后的收成才够好，生产效率才能提高。因此，把农业培育和环境温湿度，光照监测结合到一起相当重要，我们可以通过环境监测系统，调整作物的生长环境，使得所需要种植的作物在最优的生长环境下发育。

1 现代农业信息采集的现状

对于中国现代的农业发展来说，设施农业是其需要重点发展的方向，该方向有着良好的发展前景[3]。因为设施农业数量巨大，单个面积小的特点[4]。因此普通的资源调查方法及信息采集系统难以实现对农业信息的准确获取。就需要更加精准，细致的监测调查方式[4]。

2 系统设计

2.1 系统功能

基于单片机的光照强度及温湿度采集系统主要可以完成的功能如下。

（1）对光照强度、温湿度的监测。

（2）监测到的光照强度、温湿度数据是由单片机控制传感器采集，显示在液晶屏上。

（3）通过蓝牙实时发送监测数据到手机上以便监测。

（4）通过单片机设置和手机控制两种方式均可实现单片机调整温湿度上、下限阈值，一旦低于或者高于阈值，系统发出报警。

2.2 系统总体设计

该系统主要由52单片机、光敏传感器、温湿度传感器、蓝牙发送模块、液晶显示屏、指示灯以及报警蜂鸣器等组成。系统利用DHT11温湿度传感器、光敏传感器来采集农作物的生长环境的温湿度和光照强度，通过液晶屏，通过蓝牙实时发送监测数据到手机上以便监测，利用手机进行可视化显示。系统总体设计如图1所示。

2.3 软件流程图

本系统使用的是Keil C，系统的程序流程图如图2所示。

其中，系统通过蓝牙实时发送监测数据到手机上以便监测，采用的是蓝牙通讯协议，而单片机系统与蓝牙模块的通讯采用的是串口通讯。蓝牙通讯子程序流程图如图3所示：

2.4 系统调试与测试

给单片机通电开机后，几秒后液晶屏会正常显示当前所处环境的温度、湿度及光照强度;手机软件对接单片机上蓝牙动态显示环境温度、湿度和光照强度，可以观测查看当前温度、湿度及光照强度的变化。当前环境界面及手机界面数据如图4所示。

2.4.1 单片机按键操控测试

该单片机系统可以使用安装在单片机上的按键对光照强度及温湿度的上下阈值进行设定。例如：测试显示，系统显示当前环境温度为29.00℃，通过按键修改可以将温度下限调至32℃，此时温度下限超过环境温度，蜂鸣器发出报警信号并且温度下限指示灯亮起。如图5、图6所示。

当前湿度显示25%，通过按键可以把湿度的上限HH设置为20%，此时湿度上限低于环境湿度，蜂鸣器发出报警信号并且湿度上限指示灯亮起。如图7、图8所示。

2.4.2 手机软件蓝牙操控测试

通过手机蓝牙输入指令也可以对对温度、湿度及光照强度值的上下阈值进行设定。系统监测显示当前环境温度为29.01℃，此时设置的温度下限为16℃，使用手机输入指令“TL：30回车”可以将温度下限调至30℃，此时温度下限超过环境温度，蜂鸣器发出报警信号并且温度下限指示灯亮起。如图9、图10所示。

当前湿度显示25%，此时设置的温度下限为20%，使用手机输入指令“HL：30回车”可以把湿度的下限HL设置为30%，此时湿度下限高于环境湿度，蜂鸣器发出报警信号并且湿度上限指示灯亮起。如图12、图13所示。

通过测试，系统可采集光照、温湿度三种数据，通过单片机设置和手机控制两种方式均可实现单片机调整温湿度上、下限阈值。当温湿度、光照强度在环境变化下超过预设值时，蜂鸣器会报警。

3 小结

本文设计實现了基于单片机采集环境光照强度及温湿度的信息采集系统。针对传统农业中种植者不能全面掌握农作物生长的环境状况，提出在农作物区放置传感器，利用传感器采集农作物生长的环境信息。系统采用光敏传感器、温度、湿度传感器分别对光照强度、温度、湿度采集，使用液晶屏显示数据，并通过蓝牙实时传输数据到手机进行监测。测试表明，系统可采集光照、温湿度三种数据，通过单片机设置和手机控制两种方式均可实现单片机调整温湿度上、下限阈值，实现了数据的实时监测，解决了自然田间作物生长环境监测的需求。

参考文献：

[1] 陈文珺.生态农业在中国的发展态势分析[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013（8）：144-145.

[2] 马红军. 试论农业生产条件对农业经济发展的影响[J]. 经济管理：文摘版， 2016（5）：135.

[3] 韩天甲.基于GPS现代农业信息计算机采集系统的研究[J].黑龙江科技信息，2016（23）：164.

[4] 罗军. 基于3S的设施农业资源信息采集与更新技术研究[D].北京：北京师范大学，2007.

[5] 李瑞福. 基于单片机AT89C51 的一氧化碳浓度检测仪设计[J].软件，2015，36（9）：106-108.

[6] 周雷，谭向宇，闫江宝，等.基于GTEM小室的UHF传感器性能测试研究[J].软件，2018，39（7）：173-176.

[7] 陈晓燕，姚高伟，张鲲，等.基于遗传算法的无线传感器节点定位在农业的应用[J].软件，2015，36（4）：1-5.

[8] 林少普，倪礼豪.温州农业科技园信息化管理平台SaaS方案设计[J].软件，2015，36（8）：67-70.

[9] 许可，许迪文，杨润书，等.基于ZigBee和GIS的校园环境实时监测系统设计[J].软件，2018，39（7）：116-120.

【通联编辑：梁书】