基于单片机农业温室温湿度监控系统的设计

田彬彬　朱　亮　孙歆钰

基于单片机农业温室温湿度监控系统的设计

田彬彬朱亮孙歆钰

（荆楚理工工学院湖北荆门448000）

为了增加温室农业产量，提高农业生产可操控化，文章对生产可调控设计了一种能够对温室的温度和湿度等指标进行监控的操作系统。此系统采用以AT89S52 单片机为中央调控，应用性能优越的温度传感器和湿度调控器，通过传感器对环境的感知最终实现对农业温室温度和湿度的整体调控。该系统通过修正温度和湿度的参考值，实现对多种农作物进行监控，当环境温度和湿度超过正常限度时，该程序会自动进行警示，并对中央控制中心发出警报，通过中央调控执行各个元件对农业温室环境的修正。

单片机；农业温室湿度；监控系统

我国是以农业为基础的生产大国，农业的生产水平和农业生产装备相对较为落后，生产工具以及技术还相对落后，我国的农业生产尚未摆脱粗放型的生产模式。伴随科学技术的逐步发展，基于农业作为主的生产大国，我国农业生产现代化水平的不断发展将是未来制约生产发展的主要因素，科学技术来指导生产发展是未来的主要趋势之一，自动化控制水平的逐步完善，已经在农业生产领域受到更多的关注。

1 农业温室湿度监控系统简介与技术原理

1.1 监控系统简介

在现代化作物基础生产中，温室设施作为现代化生产手段，在我国跨季生产有着极其重要的地位。生产的相关参数，如生产室温、湿度等在农业温室作物的生长中发挥重要作用，与作物生长周期呈正相关，温室环境的变化和作物的抽芽、开花、结果、繁育等密切相关。因此，在温室环境下，对各种环境数值如温度、湿度进行测试和调控，是实现高质量、高产出、高效率的重要保证。目前，温度和湿度的测量和调控在我国大部分农业温室中仍以人工操作调控手段为主，尤其是北方地区的第四季度，受到环境以及气候影响，昼夜气温变化差距大，温度和湿度控制十分困难，不能及时反馈准确信息，极易导致生产效率降低，作物生长停滞甚至出现死亡等现象，这种情况导致了人力、物力、财力的重大消耗，作物产出效率大幅下降，导致严重的经济损失。因此增强全国范围内农业实现自动化控制力度，提升温室作业温度和湿度操控精确度，提高农业生产效率，采用更严谨、更合理的控制手段，调整参数如温度、湿度符合温室作物生长，因此农业的温室温度和湿度自主调控程序必须进行更快的发展和普及。

1.2 温室系统应用技术

应用单片机作为农业温室温度和湿度的调控中心，通过实时环境的数据采集，对温室整体环境进行控制系统,实现农业温室实时检查和有效地调控温度和湿度。根据作物生产的要求,对现代化温室设备以及农业生产工具进行合理设计，实现操作简便，监控精准,单片机调控系统包含重要参数如温度和湿度的实时调整和监控，确保预警功能系统的精确度和可操控性、降低生产成本和运行稳定等。单片机温室技术不仅可以用在温室种植、作物培育，还可以用于更多要求保持温度和湿度恒定的生产，如水产养殖等,因此温室调控系统的适用范围非常广阔，具有极好的发展前景。

2 单片机应用的关键硬件支持

2.1 单片机的控制器类型

温室恒温恒湿系统选用单片机作为处理多种参数的中枢，通过采集传感器等对环境温度以及湿度等相关参数进行采集，通过A/D交换系统后提交至单片机进行整理，最终运算出结果并显示在监视器上、如出现异常参数，则启动警报线路，通过单片机处理发出预警并进行实时调控。温室恒温恒湿系统的单片机采用AT89 S52型号，此类单片机能够实现多平台运转，操作便利，监控平稳，成本较低，能够实现对目标环境的温度和湿度进行采集与整理。

2.2 单片机基础数据及主要技术支持

单片机通过采集温室内环境的基本数据，其中包括：空气温度、空气湿度、日光照射时长、照射强度、空气中氧含量、CO2占比、土壤温度、土壤湿度、土壤无机盐成分及浓度的采集与整理；采集元件对温室内各种数据进行监控，并对温室环境进行实时阈值设定以及数据参考运算和传输；温室环境超过设定阈值，则启动预警系统，通过报警器提示中央控制中心实时进行修正；温室内传感元件在温室中运行状态将实时显示于单片机操控系统监视器上。空气温度设定正常值为 0 ℃~50 ℃之间，误差不得超过±2 ℃。空气湿度设定正常值为 20 %~90 % RH，误差不得超过±5 %RH；日光照射时长和阳光收集强度随着季节和时间实时进行修正与调整，通过传感器反馈到处理中心，当光照强度高于阈值时，系统主动做出判断，并采取遮阳元件；光照强度低于阈值时，系统进行反馈并进行温室采光处理；CO2浓度设定阈值为 0~10 000 ppm；土壤温度设定阈值为-30 ℃~70 ℃，误差不得超过±0.4 ℃；土壤湿度设定阈值为0 %~100 %，误差不得超过±3 ％；土壤盐分浓度设定阈值为10 ~ 300 mol/mL，误差不得超过±0.145 mol/mL。系统对以上参数精确控制，数据实时进行上传和处理，阈值范围以内传感元件正常运行，如发生超过阈值范围，传感元件则启动第二线路，届时预警系统启动。

2.3 单片机硬件支持与构造

关于硬件支持的单片机系统构造，包括供电系统和传感系统。供电系统通过单片机的电源管理设定开关，使用多种传感元件对温室环境进行实时监控。传感系统通过单片机收集环境参数，并上传中枢系统进行数据统计分析，最后反馈到监视器显示系统，由报警系统对预设的安全阈值进行监控、在系统中设定阈值的范围，和系统内元件建立通信，实现超出阈值后报警操作，环境数据采集元件同预警系统连接，避免出现数据传输异常而未发生警报启动的现象。单片机的硬件系统与中央调控中枢进行关联，硬件系统通过单片机附属元件的数据采集上传实时数据并进行分析，最终传输至中枢系统。A/D转换后的信号经系统筛选、采集和处理，处理后的信号通过转化显示于监视器上，并连接报警系统对超过阈值的环境参数进行调控。单片机采用STC12C5A60S2型号，此型号的单片机是集中式的处理核心，是具有耗能低、单价低、操作简易特点的微控制器。单片机上的某些元件能够实现基础调控与收集的要求，单片机微控制器空间程序为60 kb，可在大多数I/O端口进行数据传输，共有36个传输线路端口，内置一块大小为1 kEEPROM的数据采集元件，采用C语言程序进行编写。

3 单片机的数据传输实现

3.1 单片机数据模块

单片机通过数据显示、监控与报警、数据转换等模块，实现数据的传输。

数据显示选择LM240128 G的监视器实现监测，LM240128 G监视器是一种基于 RA8806 微控制器的 LCD显示器，RA8806 能够实现数据与绘图功能的点矩阵微机械显示器，其中预设简体/繁体中文和 ASCII字体的内置软件，整体屏幕可进行八列文字显示，每一行列能够容纳256 位字节显示空间，能够实现4位或8位串行数据线，实现8080 /6800 MPU的兼容连接，此系列对比51系列单片机，其串行线路通过主行导线对元件进行I/O连接，对比同型号产品，该单片机价格低廉，耗能低，操作简便，因此广泛应用于系统之中。

监测和预警系统通过继电器将多个蜂鸣器连接，当温室内各个环境指标超过设定阈值时，单片机系统的传感元件与预警系统的继电器建立通信，并接通蜂鸣器进行预警。同时，继电器的环境参数收集元件通过上传实时数据至中枢系统，经中枢系统运算后反馈合理数据，对环境调节元件发出指令，改善环境参数如温度湿度等，实现环境调节。

数据转化模块利用TLC1543 型微控制器，通过串行接口连接单片机，微控制器内置14 通道多线路芯片，其中包括 11 个模拟输入通道和 3 个内部通讯通道，在数据传输过程中能够选择其中的任意通道建立通讯。其中11 个模拟输入通道在进行数据采集时，能够通过不同信号源运算实时采集的数据。3个内部通信道具有反应速度快、反应精确度高、反应误差小的优势。微控制器通过与单片机建立通讯，并连接目标无线设备进行实时反馈，反馈途径可以为有线传输途径，也可以是无线短信传输，利用传输和微控制器，实现数据转化与上传。

3.2 单片机系统软件设计

单片机软件操作系统采用C语言编程，通过建立主程序、数据显示程序、数据采集与上传程序、单位元件操控程序、单位调控与计时程序、阈值警示与调控程序、EEPROM数据串联程序、环境预警程序、中央调控程序等。当各个模块联通后，中央调控程序完成对整体数据的采集。采集数据后将处理反馈的数据提交至数据软件滤波，进行校正处理。校正后的数据通过监视器显示在液晶显示器上，由系统和人工两种途径进行判断，判断环境参数是否超过阈值。如超过阈值，则预警系统启动进行报警并启动环境调节元件对超过阈值的参数进行修正，如未发生参数超出阈值则继续进行环境数据采集。

4 小结

单片机农业温室监控系统，通过自动化的操控和精准的环境控制，实现了国内农业产量的提升以及农村农业经济的可持续发展，通过树立以科技兴农的理念和观念，完成温室恒定环境的控制与实现，进一步提升了跨季作物生产产量的提升以及生产质量的进步，通过智能调控实现作物量产，为我国农业产业发展健康、稳定、可持续提供源源不断的动力。

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田彬彬(1999- )，男，汉族，湖北黄冈人，本科在读，研究方向：计算机科学技术；朱亮(1999- )，男，汉族，河南固始人，本科在读，研究方向：计算机科学技术。

S625

A

2095-1205(2020)03-78-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.03.46