有机蔬菜大棚数据监测系统设计
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摘要：采用大棚对蔬菜栽培可以提高农作物生长条件，增产反季节作物的供应，增加农产品价格，扩大种植户收益，但农作物的生长过程中，其生长和产量均受到湿度、温度、光照强度、CO，浓度等多种因素影响，因此把握好对农作物生长环境因素的监测十分重要。
关键词：STC89C52RC;传感器;有机蔬菜
中图分类号：TP311
文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）04-0226-02
收稿日期：2019-11-21
基金项目：2019年常德市科技创新计划项目;湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（湘教通[2019]219号-2048）;湖南省2019年教改项目（湘教通[2019]291号-684）
作者简介：彭琛（1982—），女，湖南常德人，湖南文理学院，讲师，硕士，物联网技术及应用、智慧农业。
Design of Data Monitoring System for Organic Vegetable Greenhouse
PENG Chen，TANG Bin
（College of Computer and Electrical Engineering，Hunan University of Arts and Sciences，Changde 415000，China）
Abstract：Greenhouse cultivation can improve the temperature，produce anti-seasonal crop supply market，increase the price of agricul-tural products，increase the income of growers，but in the process of crop growth，its growth and yield are affected by humidity，tempera-ture，light intensity，CO2 concentration and other factors，so it is very important to grasp the monitoring of the bad condition factors of crop growth.
Key words：STC89C52RC;Sensor;Organic Vegetables
新世纪以来我国的农业快速发展，人们对蔬菜的需求增加，在这种环境下温室大棚的产业规模不断地扩大，产业结构不断地调整，产业形势不断的现代化，从而有机蔬菜的种植不断扩大，对此大棚内的环境因素监测工作也变得格外重要。关于我国有地区监测系统的推广还没完全到位，普及率低;有的系统对多个大棚监测管理能力尚有不足。为了解决以上几点不足，下面设计了一套由单片机以及传感器构成的下位机单元，实现对温湿度，CO，浓度，光照强度，PM2.5的自动检测以及实时显示，为了提高农作物产值，需要人为地监控棚内的气象数据，以便评估气象信息对农业生产的危害程度，提高应对突发天气状况的能力[1]。本文采用单片机作为控制核心，通过温湿度传感器、光照强度传感器、土壤湿度感器采集相应的温室大棚的温度、湿度以及光照度等参数[2]
1 系统总体设计
温室大棚环境监测系统由DH11温湿度传感器、PM2.5检测模块、光照传感器模块、CO2传感器模块来完成对环境因子的数据采集，LCD1602液晶屏完成对数据显示，本装置还有蜂鸣器报警装置以及电源电路。所采集的数据直接交由处理器STC89C52RC单片机处理。系统总体框图如图1所示：
2 系统硬件设计
2.1 主控制器模块介绍
STC89C52RC是一种功耗低、性能高的微型控制器，和普通89C52相比，是其后多了后缀“RC"，带有“RC”字样的单片机表示它自带RC时钟振荡电路，可以不用外加时钟振荡电路。89C52RC支持STC的2线制下载方式，程序读取写人更加快捷;支持6T模式;I/O数量更多等优点使得STC89C52RC成了目前众多小型嵌入式系统的解决办法。
2.2 传感器模块介绍
PM2.5传感器硬件电路，PM2.5传感器原理是根据光的散射原理來开发的，当光照射物质的微粒和分子时，会产生光的散射现象，此时物质会吸收部分光的能量。PM2.5传感器的TXD和RXD分别接到STC89C52RC芯片上的RXD和TXD再接上5V电源和地[3]。电路接法如图2所示。
DHT11温湿度传感器是单总线单工通讯[4]，一次性传送40位数据，前16位是与湿度相关的数据，中间16位是与温度相关的，最后八位是用来校验的。DHT11的测量电路如图3所示。
DHT11的通信步骤如下。首先主机先发送开始的信号，当从机收到信号后会返回一个应答信号。主机的信号线会拉高。做完准备工作后开始接收数据。
MG811型CO，传感器对CO，的检测有较高的精准度，在不同温度环境下工作性能稳定，其受温湿度的影响较小。工作原理：当CO，气体进入传感器置中，会发生以下电极反应：
（1）负极反应：2li+CO2+1/202=LiCO3;
（2）正极反应：2Na+1/202+2e-=Na2O;
（3）总反应：LiCO3+2Na=Na2O+2Li+CO2;
当CO2浓度不同时会产生不同大小的电势，其通过I2C协议对数据进行输入和输出。
数字型BH1750光强传感器不区分光源，支持I2CBUS接口，可以根据系统所收集的光线强度用来调亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。其优点有支持1.8v逻辑输入接口、不需要其他外部件、对光源依赖性弱误差变动小、受红外线影响小等。其高分辨率可以探测较大范围的光强度变化，量程达到了1～655351 x，可对广泛亮度进行11 x的高精度测定[5]。 LCD1602液晶显示器是种较为广泛的显示装置，优点有功耗低，辐射小，其组成主要是由液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，在PCB板上而组成的[6]。液晶显示的原理是对要显示的区域使用电压控制，通过电压大小来控制明暗不同。本实验采用LCD1602进行数据显示，将温度湿度采集模块所采集的数据进行显示。
有关实物整体设计原理图，主要包括蜂鸣器电路，温湿度传感器，LCD1602液晶显示屏以x及电源电路，如图4所示，温度显示实物图，如图5所示。
3 系统软件设计
软件是采用C语言开发，其主程序流程图如图所示。系统软件设计包括：初始化，CO，浓度检测，LCD1602显示模块，温湿度检测，光照检测，PM2.5检测。本系统通过各类传感器的数据采集，这些数据经单片机处理后发送到LCD1602液晶屏上顯示收集的数据。如果收集的参数没有在规定范围内，则执行系统就会丢弃这次数据采集，大致软件流程图如图6。
4 结束语
本系运用STC89C52RC单片机技术，其主要功能是检测影响大棚农作物的环境因素温度、光强、CO2浓度等，并且第一时间实时显示，可控大棚管理人员了解大棚当前情况和对以后蔬菜的生长做好预估性打算，极大地提高农作物生长管理效率并节约人力财力资源浪费，本系统仅对如何采集大棚数据这一普遍的需求进行表述，如何控制环境因素的变化有待进一步说明。
参考文献：
[1]禹利华.ABBACS800变频器在低压变频电机和永磁风力发电机试验台，上的应用[J].中国新技术新产品，2016（4）：15.
[2]王冬梅.基于单片机的温室大棚智能监控系统设计[J].内燃机与配件，2017（6）：6-8.
[3]史坚青.ABB中压变频器在煤矿主斜井皮带机上的应用[J].机械管理开发，2016，31（8）：102-103，126.
[4]张文乐，杨晶晶，钟林强.基于STM32温室大棚气象数据采集器的设计[J].机电工程技术，2019，48（1）：69-71，151.
[5]韩力英，杨宜菩，王杨，等.基于单片机的温室大棚智能监控系统设计[J].中国农机化学报，2016，37（1）：65-68，72.
[6]漳州宏达信息技术服务中心.89S52的LCD1602程序设计[S].
[通联编辑：梁书]
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