一种温室大棚检测系统的设计
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作者:姚小圣 赵娟
摘 要：随着农业物联网的发展，智能温室大棚在农业中的应用越来越广泛，而温湿度和CO2浓度是农业生产中最基本的参数。利用单片机和传感器组成的智能监控系统对二者进行实时有效的检测，对于提高农产品质量、农业生产效率和节约能源等方面有着很大的帮助。该系统将单片机控制技术、传感器感知技术、通信传输技术和显示技术等有效融合，是一种切实可行的温室环境检测与显示系统，可实现全面、自动地对大棚环境的检测与显示、环境温湿度和CO2浓度的智能化监控。
关键词：温室大棚 单片机控制 感知技术 液晶显示
物联网時代到来后对植物生长三要素（温度、湿度和二氧化碳）进行有效的检测，并合理地控制为农作物的生长提供了新的环境。该系统以单片机控制为核心，利用传感器对温湿度和CO2浓度进行采集，通过单片机与液晶显示屏相连，从而显示传感器采集到的温室环境的实时数据。能够对温室大棚中的环境参数进行检测，实现温室大棚中环境检测的智能控制，为现代化温室大棚的生产和运行提供更合理、更高效的技术指标，从而提高生产效率、产品质量、降低成本。
1 系统方案的设计
该系统主要是对温室大棚中温湿度和CO2浓度进行有效的监测。系统主要包括单片机控制模块、温湿度检测模块、CO2浓度检测模块和显示模块等部分，并能准确实时地显示测量到的数据，使管理者方便快捷地了解温室的温湿度和CO2浓度状况。该系统单片机控制模块主要采用AT89C51芯片，控制芯片通过I/O端口及数据地址总线与显示模块、数据通信模块、温湿度检测模块、CO2浓度检测模块等外围电路相接，从而实现系统对温室大棚进行检测的设计功能。系统总体方案框图如图1所示。
单片机发出检测信号，温湿度传感器和CO2传感器接收信号并检测温湿度与CO2浓度，检测完成后把检测到的数据传给单片机，经单片机处理后给液晶显示器发送信号，液晶显示器显示该温湿度和CO2浓度。
2 系统硬件电路的设计
该系统硬件电路设计主要包括单片机控制电路、显示电路、温湿度数据采集电路、CO2浓度检测电路等部分组成。其中单片机控制电路采用AT89C51单片机为核心配合外围电路实现的，液晶显示电路采用lcd1602芯片进行数据显示，温湿度数据采集电路采用温湿度传感器SHT11芯片，CO2浓度检测电路采用模块MG811芯片。该系统可以对温室大棚的温湿度及CO2浓度进行实时监测，并将检测的结果通过1602液晶显示器来显示。
AT89C51单片机XTAL1和XTAL2为时钟引脚;P0、P1、P2、P3为4个8位I/O口的外部引脚;EA为外部程序存储器访问允许控制端;ALE为地址锁存信号;RST为复位信号，高电平有效;RXD为串行数据输入端;TXD为串行数据输出端;INTO和INT1为外部中断输入端，低电平有效;T0和T1分别为外部计数输入端;WR为写选通输出，低电平有效;RD为读选通输出，低电平有效;PSEN为读选通信号，低电平有效。单片机和外围电路一起可以形成复位电路、晶振电路和控制电路的功能。将单片机的9号引脚与电平一直为1的2US相接即可实现系统复位。每次系统上电时就进行一次复位，当复位键被按下一次系统就被复位一次。因此可以通过手动按键的断开和闭合来对系统实现复位功能。晶振电路在单片机系统中作用很大，主要通过外部链接电路和单片机的内部电路共同作用的情况下产生系统所需要的时钟信号，是单片机执行命令的基础。
温湿度的检测芯片SHT11采用的是电容式结构，芯片中的所有传感器都是在进行检测数据的时候在非常准确的温室中进行校准的，校准后将校准数据预存在芯片内存中，并将这个校准后的温湿度传感器和一个14位的模数转换器相接，当传感器采集到数据后把采集到的数据通过总线传输出去，从而实现将数字信号转换为适合总线传输的串行数字信号。液晶1602芯片由点阵字符位组成。CO2浓度检测电路MG811具有价格较低、技术成熟、且自身也具有对CO2有良好的灵敏度和选择性、受温湿度变化影响较小、稳定性和再现性良好的特点。
3 系统的软件的设计
基于单片机和液晶显示及传感器的工作原理完成温室的温度、湿度及CO2浓度的检测与显示及相关仿真;在该设计中软件设计包括电路仿真、程序流程图设计和程序编写几部分。电路仿真主要是硬件电路设计完成后再protues中进行仿真运行显示，如果运行显示正常者表示设计合理。该系统软件程序撰写在C语言中进行，通过C语言编程实现系统软件的设计和开发，整个系统软件程序由主程序和子程序构成。主程序是整个系统的主框架，能够实现各个子程序之间的互联及各个子程序的具体实施，能够完成系统的复位、初始化、数据的采集、数据的传输、数据的显示、数据的处理、信号的控制等功能。主程序流程图如图2所示。
4 结语
该文从系统方案入手进行系统的软件和硬件电路的设计，设计出一种温室大棚检测系统，经过测试该系统可靠性高、整个系统数据显示正常、数据分析合理、精度较高。整个设计采用比较简单的装置成本低，操作比较简单，能够实现智能化处理检测和控制自动化。该系统能够实现智能化处理和智能化数据采集，对其他地域温室大棚的检测具有一定的借鉴意义，能够适用于现代温室的室内外检测，对工业和农业生产都可应用，具有比较广泛的使用价值。
参考文献
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