基于52单片机的农田温湿度监测系统

赵岩 庞文琦 张心晶

摘  要： 环境控制一直都是农业里面最重要的一部分，对于农业生产而言，温度和湿度对其有着决定性的作用，尤其是在农业生产方面。温湿度的监测在提高产品数量，节约资源和安全生产方面有着重要的作用。为了提升产品的数量和对原料利用的最大化，能够确保农产品有更加适宜的生存环境，准确的测量温湿度受到了各行业的重视。针对这一问题，本文设计了一个基于52单片机的农田温湿度监测系统。该系统以 AT89C52 单片机及其外围电路作为控制部分的主机电路，采用STH11温湿度传感器作为检测农田土壤湿温湿度的检测元件，实现高效、节约的自动化监测，具有较好的应用价值。

关键词： 52单片机;温湿度传感器;温湿度自动监测系统

中图分类号： TP368.1    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.051

本文著录格式：赵岩，庞文琦，张心晶，等. 基于52单片机的农田温湿度监测系统[J]. 软件，2019，40（5）：262264

【Abstract】： Environmental control has always been the most important part of agriculture. For agricultural production， temperature and humidity play a decisive role， especially in agricultural production. Temperature and humidity monitoring plays an important role in improving the quantity of products， saving resources and safety in production. In order to improve the quantity of products and maximize the utilization of raw materials， to ensure a more suitable living environment for agricultural products， accurate measurement of temperature and humidity has attracted the attention of various industries. To solve this problem， this paper designs a farmland temperature and humidity monitoring system based on 52 single chip computer. The system uses AT89C52 MCU and its peripheral circuit as the main control circuit， and STH11 temperature and humidity sensor as the detection element to detect soil moisture， temperature and humidity in farmland. It realizes efficient and economical automatic monitoring， and has good application value.

【Key words】： 52 MCU; Temperature and humidity sensor; Temperature and humidity automatic monitoring system

0  引言

眾所周知，我国是农业大国，环境控制一直都是农业里面最重要的一部分，对于农业生产而言，温度和湿度对其有着决定性的作用，不同农作物所需的生长环境不同，同种农作物不同时期所需要的生长环境也是不一样的，未来，农业发展方向一定是向科技化，机械化方向迈进，加强信息技术的研发和应用以提高生产率，降低成本[1-2]。同时，适宜的温度和湿度是农作物生存及生长发育的重要条件之一，不仅影响着作物的发育速度，同时对作物的生长以及产量有着直接影响，因此，温湿度的监测对农业生产是至关重要的。传统监测农作物的方法既费劳力又浪费时间，也不能对田间作物的生长进行实时地监测。近几年也提出了田间环境的远程监测，大部分是采用有线的方式，虽然可靠性比较高，传输速度也比较快，但在地域广的农田上分布比较分散，不适合这种有线的传输方式。可以通过对某一时期某一块特定的农田安装一款简单实用抗干扰的温湿度监测器进行监测，看它是否适合种植某种农作物，以达到产量的最大化[3-5]。随着时代的发展和工业化的推进，现代农业需要一款简单、实用、抗干扰能力强的温湿度监测系统。

1  系统总体设计

系统总体结构图如图1所示。

本系统是以52单片机为核心，具体包括温湿度传感器模块、LCD液晶显示显示器模块、和报警模块。整个系统的工作过程是：（1）温湿度传感器将采集到的农田温湿度传入到A/D转换器中;（2）A/D转换器通过模/数转换计算将农田温湿度模拟信号转换成数字信号;（3）将A/D转换器中输出的数字信号输入单片机;（4）单片机对输入的数字信号进行处理;（5）单片机根据处理结果，输出控制信号驱动到输出驱动模块。

2  系统硬件设计

2.1  主机模块

AT89C52是低功耗、高性能CMOS 8位单片机，用来处理传感器收集来的数据并给显示系统和报警系统做出反馈。在单芯片上，拥有8位CPU和系统可编程Flash，功能强大的AT89C52可以给较复杂的系统提供更灵活，更高效的实际数据。STC89C52具有以下功能标准：RAM大小为256 KB，32位I/O口线[6-7]。

MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。

（1）程序存储器

如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始;如果EA接VCC，程序先从内部存储器（地址为0000H～1FFFFH）开始，接着从外部寻址，寻址范围为2000H～FFFFH。

（2）数据存储器

AT89C52有256字节RAM。高128字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH的地址时，寻址方式决定CPU访问高字节RAM还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（ SFR ）。

2.2  传感器模块

本系统温湿度传感器选用STH11温湿度一体传感器，STH11是一款数字复合型传感器，STH11可以同时测温度和湿度，具有精度高、成本低、体积小、接口简單等优点，STH11传感器内含一个NTC测温和一个电阻式感湿元件，并与一个8位的高性能单片机相连接，在精确的湿度校验室中STH11传感器进行校准，以程序的形式将校准系数储存在0TP内存中;检测信号的时候，传感器内部要调用这些校准系数，采用单线制的串行接口，使系统集成可以有较低的功耗。所以它是最适合温湿度监测系统的传感器。传感器以一定的频率采集环境信息，以I/O口接收采集到的环境信息，然后单片机做出处理[9-10]。STH11连线图如图2所示。

2.3  LCD液晶显示电路

显示模块选用LCD1602液晶显示屏，该模块可以通过单片机控制，并行口数据16字*2行的字符型液晶模块显示。很多工控系统喜欢使用的液晶屏，显示清晰质量较高。LCD1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经过编程后显示内容多样化[8]。LCD1602通过P1口与单片机进行数据通信，将要显示的数据在液晶显示器上显示。显示模块连线图如图3所示。

2.4  按键输入模块

系统键盘如图4所示，每个按键相互独立，每个按键都接一个I/O接口，相互之间不影响，通过每个接口的电平状态可以判断哪个按键被按下。下图的四个按键由上到下分别是加一，减一模式选择键和返回键。

2.5  报警模块

报警模块由蜂鸣器和发光二极管组成，当传感器检测到温度或湿度超过预定值时，开始报警。高于限定值红灯亮蜂鸣器响，低于限定值绿灯亮蜂鸣器响。报警系统连线图如图5所示。

3  系统软件设计

该系统软件程序采用C语言编写，采用Keli软件对程序进行开发，程序主要包括温湿度的计算读写，数据的校验，报警处理程序和液晶显示程序。系统总体流程图如图6所示。

4  结论

本文利用AT89S52单片机、STH11温湿度传感器、LCD602液晶显示设备以及报警装置，设计了农田温湿度监测系统。利用AT89S52单片机作为主控芯片，对温湿度传感器STH11进行控制，通过温、湿度传感器，实现对农田空气的温、湿度信息进行采集，并对数据处理，LCD1602显示屏显示即时温、湿度值。当温、湿度数据超出设定温、湿度值时，由单片机驱动报警装置，实现现场报警功能，根据系统实际运行结果分析。系统响应速度快，适应性强，稳定性好，精确度高，成本低，操作简单，完全满足测量控制系统的实际需求。

参考文献

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[2] 刘娟花， 杨幸芳. 基于单片机的温湿度监测系统[J]. 现代电子技术， 2017， 40（20）： 165-168.

[3] 冯建利， 桂雪， 胡萌萌， 雷露， 马乐静. 基于单片机的温湿度实时监测系统设计与实现[J]. 科技经济导刊， 2017（16）： 86.

[4] 王友科， 张丽萍. 基于单片机的实用无线温湿度监测系统设计[J]. 电子世界， 2017（06）： 131-132.

[5] 王耀平. 基于单片机的温湿度监测系统[J]. 电子测试， 2017（04）： 21+26.

[6] 李瑞福. 基于单片机AT89C51 的一氧化碳浓度检测仪设计[J]. 软件， 2015， 36（9）： 106-108.

[7] 丁月林. 基于STM32 的低功耗温湿度采集器实现[J]. 软件， 2015， 36（5）： 84-88.

[8] 李瑞福. 基于单片机AT89C51 的一氧化碳浓度检测仪设计[J]. 软件， 2015， 36（9）： 106-108.

[9] 丁月林. 基于STM32的低功耗温湿度采集器实现[J]. 软件， 2015， 36（5）： 84-88.

[10] 陈晓燕， 姚高伟， 张鲲， 等. 基于遗传算法的无线传感器节点定位在农业的应用[J]. 软件， 2015， 36（4）： 1-5.