基于单片机的温室远程控制系统设计

成珍等

摘要：随着智能手机和移动通信技术的不断发展，农业温室大棚可以通过手机端的APP和4G网络远程控制各种设备和采集数据，是实现互联网+智能农业的一个重要方面，在温室大棚中，通过STC89C52单片机接受来自手机端APP的控制指令，完成温室大棚的加热，通风，喷灌等多种动作，实现温室大棚的手机端控制，并可以通过传感器采集温室的各种数据，再上传到手机端，本文主要讨论基于单片机接受手机端指令并根据指令控制各种外部设备操作，以及回传传感器数据的温室远程控制系统的设计。

关键词：单片机；STC89C52；WIFI

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）22-0130-02

Abstract： With the constantly development of the smartphone and the mobile communication technology， agricultural greenhouse can control various devices and collect data through application on android and 4G LTE. This is animportant aspect of accomplish the contact with the internet and intelligent agriculture. In the greenhouse， through the STC89C52 microcontroller to receive from the mobile terminal APP control instructions， to complete the greenhouse heating， ventilation ， sprinkler and other kinds of action. To achieve the mobile terminal control of greenhouse. Besides， all kinds of greenhouse data can be collected into it， and then uploaded to the mobile terminal. This thesis mainly discussed based on microcontroller to accept mobile terminal instructions and in accordance with the instructions to control the operation of all kinds of external equipment， and return of sensor data to remote monitor and control system of greenhouse design.

Key words ：single chip microcomputer； STC89C52； WIFI

1 總体设计方案

本系统主要包括温室控制APP，无线WIFI信号传输模块和主机控制模块三大部分。其中温室控制APP用于发出控制指令和显示温室环境参数，无线传输模块采用的是济南有人科技的USR-WIFI 232-S无线传输模块，用于通过WIFI接收来自手机端APP的指令，然后透明传输给主机。主机根据接收到的指令，经过译码之后，驱动相应的继电器控制设备的交流接触器动作，实现远程启动和关闭相关设备，从而实现温室大棚的远程智能控制，同时也可以将温室中的传感器采集到的数据回传给温室控制APP端显示。本文主要讨论基于单片机 STC89C52的主机控制模块系统设计。系统整体结构如图1所示。

2硬件系统及功能模块设计

2.1 主机控制模块

主机控制模块由主要由单片机STC89C52、设备控制用继电器、各种传感器及相关外围电路组成，主机控制模块通过P3.0和 P3.1与USRWIFI232-S无线通信模块串行通信，以便于手机端APP通信。传感器获取的环境参数直接输出数字化信息，传给单片机处理，根据内部初始化的温室控制的信息，运算之后，通过P2.0至P2.7输出控制动作，通过驱动三极管和继电器，进一步控制大电流的交流接触器动作。

主机控制模块负责接收无线传输模块传过来的指令信号，进行正确的译码之后，根据指令的信号直接驱动继电器，继而控制对应的交流接触器来控制温室中的各种机电设备工作；同时开始监控温室大棚的环境参数，一旦温度，湿度等环境参数达到预设的值，通过中断的形式，给MCU发送中断信号，切断参与此环境参数相关的机电设备工作，最终达到温室的自动控制。同时将传感器探测到的信息通过无线传输模块，传回给手机端APP，并在APP端显示目前设备的工作状态和相关的环境参数，使用户了解温室的最新状态。

2.1.1单片机模块

STC89C52是由STC公司生产的一款高性能、低功耗的8位微控制器。它在MCS-51的内核的基础上，进行了相应的增强，在性能和功能上有较大的提升。具有片内8k字节Flash、512字节RAM、4组8位双向I/O接口。低廉的价格和较强的性能使STC89C52称为自动控制中最常用的MCU之一。本系统仅使用1片STC89C52即可达到设计目标。

2.1.2本地设备驱动模块

鉴于温室控制的加热器，风机，卷帘电机等控制都是较大电流的设备，无法直接使用继电器控制，因此本地驱动模块使用分立元件的继电器作为初级控制，后端使用220或者380V的交流接触器，继而进一步控制各种大功率的设备。

2.1.3传感器模块

通过部署在大棚内的传感器模块采集数据，其中主要的温度和湿度数据采集使用AM2301数字温湿度传感器。它是一款具有数字校准输出的传感器，采用了独特的数字采集模块和新型温湿度采集传感技术，足以确保产品可靠性和稳定性，而且具有响应速度快、抗干扰能力强和极低的功耗的特点，目前成为各类温湿度传感器的首选，输出的数据直接交由单片机处理，确定是否开启通风或者加热，确保温室的基本温湿度在合适的范围，同时也将数据传回手机端APP显示，通知用户处理。

光照度传感器：采用基于ROHM的BH1750FVI芯片的光强度检测模块，使用较低的工作电压，内置16bitAD转换器，直接输出数字信号，进一步提高系统开发的速度，并且成本低廉，在温室环境中工作稳定。根据需要可以进一步接入其他类型的传感器。

2.2 USRwifi232-S通信模块

USR-WIFI232 系列产品是济南有人科技研发的一款用于实现串口到 WIFI 数据包的双向透明转发的无线数据传输模块。在模块内部完成协议转换，串口一侧串口数据透明传输，WIFI 网络一侧是 TCPIP数据包，通过简单设置即可指定工作细节，设置可以通过模块内部的网页进行，也可以通过串口使用 AT 指令进行，一次设置永久保存。用户无需关心具体细节，是一款使用简单，价格低廉的无线数据透明传输模块，广泛应用于嵌入式系统与无线TCP/IP 网络数据通讯。

3 系统程序设计

系统程序包括传感器数据采集程序和通讯解码程序两大部分。

3.1传感器数据采集程序

传感器数据采集的基本工作流程为：单片机上电时或者手机APP端发出读传感器数据指令时，循环扫描各个传感器的输出数据。在程序运行过程中，设定一定的检测周期，每个周期内当传感器触发且超出设定的温室环境参数范围时，单片机将采集到的数据封装好，通过无线传输模块发送给手机端APP显示。

3.2 通讯解码程序

由于温室中需要控制的设备较多，为每一套设备设置一套控制指令，則指令会相当复杂，为了降低与手机APP通信的数据流量和具有较好的可扩展性，在本机存储一张系统指令表，手机APP端只需要发送相应的指令代码，在本机只需要通过查找指令表即可解析指令的具体控制行为。从而简化单片机的控制方式，增强控制能力。

4 结束语

本文设计了一种基于单片机的温室远程智能控制系统，具备温室各种环境参数调节设备的远程控制和环境参数采集的功能。系统采用设备驱动和环境信息采集相结合，最大程度提高温室控制的精度和自动化程度。且系统整体成本较低，特别适合控制精度要求高的温室使用。

参考文献：

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[2] 姚传安.无线温湿度测量传感器网络设计[J].计算机测量与控制，2007（2）.

[3] 王簃，周杰.基于GSM远程温室环境监控系统的设计和实现[J].现代电子技术，2008（22）.