基于单片机的环境监测系统设计

2014-11-15邵婷婷任瑞瑞

电子测试 2014年5期

邵婷婷,任瑞瑞,李平

（延安大学物理与电子信息学院，延安,716000）

0 引言

温度、湿度以及光照等环境参数的测量和控制在日常生活和农业领域中具有广泛的应用。随着生活水平的大幅提高，人们对生活环境提出了更高的要求,大棚中农作物的生长过程中，温湿度及光照对其影响较大。传统测试方法费时费力、效率低，且有时需要不间断监控，以达到实时监测的目的。针对以上问题，本文基于AT89S52单片机设计了一款环境监测系统，该系统可实现温度、湿度及光照的实时测量，通过矩阵按键可根据需要设置测量参数的范围，超出设定范围可发出警报提醒外界进行干预控制。实验测试表明，设计的样机系统实现了对环境参数的实时监测和警报功能，可靠性高且达到了良好的效果，可广泛用于日常生活和农业生产等领域。

1 系统方案设计

该环境监测系统将检测点温、湿度及光照信息采集后，发送到单片机进行处理，送LCD实时显示，通过4×4矩阵按键进行温、湿度及光照的上下限设定，当超出设定范围时，蜂鸣器将发出警报提醒外界予以干预。

本系统以AT89S52单片机作为控制芯片，主要包括信号采集模块、信息传送模块、控制模块、显示模块、声音指示模块以及串口通信模块。其结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 系统硬件设计

2.1 信号采集模块

温湿度和光照度是标定环境不可缺少的参数，对其的测量主要依靠传感器实现。本文温度的测量采用DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、测量范围广、强易配处理器等优点，DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号送单片机处理，其温度测量范围为，测温分辨率可达。湿度的测量采用Humirel公司的电容式相对湿度传感器HS1101，其具有可瞬间脱湿、高可靠性、长期稳定性和响应时间快等优点，其湿度测量范围为1%～99%。光照度的测量采用光敏电阻，其光谱特性与人眼对可见光的响应很接近，只要人眼可感受到的光，均可引起其阻值的变化。

2.2 信息传送模块

本文采用4×4矩阵按键作为信息传送的控制端，包括0～9这10个数字按键、温湿度及光照性能设置按键、小数点按键、确定按键和零下温度选择按键。该系统采用非编码式键盘，按键的识别采用全局扫描法。

2.3 主控模块

本设计采用AT89S52单片机作为主控芯片。该芯片算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技术成熟、成本低，产品性价比高，满足系统的设计需求。本系统中AT89S52不断的对采集到的温、湿度和光照信号进行检测，并与输入的相应控制值比较，若超出设定范围则蜂鸣器将发出警报提醒外界予以干预。

2.4 显示模块

本设计环境参数显示部分采用液晶显示器12864，环境参数的三个值实时在LCD上显示，环境参数设定显示模块采用8段共阳极数码管7SEG-MPX4-CA，可监测参数设定值。

2.5 声音指示模块

声音指示用于提醒外界，可选择语音提示型、音乐型、警报型等。本设计样机设计中采用蜂鸣器，其电路结构简单，成本较低，同时也可以较好的实现警报功能。

3 系统软件设计

本软件其中部分设计是采用模块化设计的，uVision3编译器是由Keil公司开发的，我们以uVision3编译器作为软件开发平台，采用C51语言编写程序，主要包括初始化子程序、温湿度及光照度检测子程序、键盘检测子程序和显示警报子程序等组成。主程序流程图如图2所示。

4 结束语

本文环境监测系统主要针对家用及农用大棚而设计，采用数字温度传感器DS18B20采集温度信号，湿度传感器HS1101采集湿度信号，光敏电阻采集光照信号，实时将环境参数传送给AT89S52单片机处理，并送LCD显示，实现了对环境的实时监测，同时系统设有参数设定模块，可设定范围，若检测到的参数超出设定范围，则发出警报提醒外界。该系统结构简单，易于实现，监控方便，可广泛应用于家电、农用大棚等控制领域。