基于单片机的农业大棚控制检测系统
摘 要
温度和湿度是在农业生产中常见的和基本的参数之一，它们会大幅度影响作物产量和品质。本次设计将单片机、传感器、计算机技术相结合设计出一套符合现代温室大棚的温湿度采集系统。
本设计采用单片机最小系统为核心部分，检测部分使用DHT11温湿度一体传感器和BH1750FVI光照检测传感器、显示设备采用1602液晶，可以同时显示检测到的温度、湿度还有光照强度等值。同时附有键盘电路、LED灯电路、蜂鸣器电路等，共同组成了本设计的超限报警模块。整个设计结构简单紧凑，功耗较低，抗干扰能力强、总体性能比较好，实现一种智能、快捷、方便的温湿度和光照的测量系统。
关键词：温室大棚；单片机；温湿度传感器
1 系统总体设计
1.1设计要求
(1)熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；
(2)熟练应用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法；
(3)自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；
(4)理解温度、湿度和光强等的检测原理和掌握实现方法。
1.2 方案选择
1.2.1 温湿度传感器的选择
方案一：选用DHT11作为温湿度检测模块。DHT11是一款数字输出的复合传感器，包含一个电阻式干事元件和NTC式温度检测元件，可测20—90%RH湿度，误差为±5%RH，0—50℃，误差范围±2℃。
方案二：选用SHT11作为温湿度检测模块。SHT11是一款精度较高的元件，湿度测量范围为0—100%RH，测量精度为0.1%RH；温度测量范围为-40-123.8℃，精度为±0.01℃。价格较高。
本次是大棚监测，对精度要求不高，应选择方案一。
1.2.2 光照传感器的选择
选用集成的光照传感器例如BH1750FVI，该集成的传感器模块灵敏度大，测量范围广（1-65535lx），对光源的依赖性低，并且通过IIC接口和单片机进行数据传输通信，省去了中间AD转换的步骤，输出的结果即当前的光照强度，单位是勒克斯。
1.2.3 单片机的选择
采用单片机作为系统控制器。单片机具有可靠性强、性价比搞、电压低、功耗低等优点得到迅猛发展和大范围推广，单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种逻辑功能，本身带有定时器、计数器，可以用来定时和计数，并且其功耗低，体积小，计数成熟和成本低等优点。
方案一：采用TI公司的STM32作为主芯片，DSP是专业的运算芯片，他的运行速度和性能的稳定性都值得称赞，适合复杂运算，成本较高。
方案二：采用STC89C51单片机作为主控芯片，作为一款入门级单片机，价格便宜，适用面广，能应对多种情况，并且后期维护和升级方便。
方案三：采用ATML公司的AT，价格便宜，运行速度较慢，只能进行简单运算。
综上所述，选择方案二，价格适中，性能稳定，后期维护升级也方便。
2 系统硬件设计
2.1 整体方案设计
2.1.1 系统概述
整个系统以STC89C52单片机为核心器件，配合电阻电容晶振等器件，构成单片机的最小系统。其它个模块围绕着单片机最小系统展开。其中包括，温湿度采集使用DHT11温湿度一体的传感器，负责采集温度和湿度的数据后发给单片机；光照强度采集使用BH1750FVI传感器集成的光照模块GY-30，负责将采集到的光照强度发给单片机；按键部分使用市面上常见的轻触按键作为系统的输入设置模块；显示设备为1602液晶；报警则采用蜂鸣器和LED的形式，实现声光报警效果；电源供电则采用USB 5V供电。
2.1.2 系统框图
图3-1 系统框图3 DHT11传感器电路
3.1 DHT11简介
DHT11（图3-4）数字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传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
图 3-4 数字温湿度传感器
3.2 DHT11模块电路
DHT11的模块电路图如下图所示：
图3-5 DHT11模块连接图
4 仿 真
在实现好软件部分的撰写编译后且没有报错，在Protues环境里把Keil生成的可执行文件写入到单片机里，点击仿真按钮，系统开始工作，在初始阶段，默认给定DHT11的值如图所示：
此时液晶显示如图：
由于本系统默认设置的温度上限为40℃，将DHT11温度调至41℃时，液晶显示如图：
同样，对该系统传感器的湿度分别调到80%以上、30%以下，相应的报警电路都被激活，因此在硬件测试下获得了与预期一样的功能。
5 结 论
这项设计在运用了单片机技术、传感器技术、C语言编程等科学知识下完成了基于单片机控制的农业大棚控制监测系统的设计，实现了环境温湿度自动实时监测显示，并且在温湿度过限时发出警报。由于单片机的经济和开发成本低廉，操作简便，因此在农业自动控制领域有很强的实用性，这样可以实现无人管理种植，进一步节省了人力物力。