基于單片機的溫室遠程控制系統(tǒng)設計

成珍等

摘要：隨著智能手機和移動通信技術的不斷發(fā)展，農業(yè)溫室大棚可以通過手機端的APP和4G網(wǎng)絡遠程控制各種設備和采集數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+智能農業(yè)的一個重要方面，在溫室大棚中，通過STC89C52單片機接受來自手機端APP的控制指令，完成溫室大棚的加熱，通風，噴灌等多種動作，實現(xiàn)溫室大棚的手機端控制，并可以通過傳感器采集溫室的各種數(shù)據(jù)，再上傳到手機端，本文主要討論基于單片機接受手機端指令并根據(jù)指令控制各種外部設備操作，以及回傳傳感器數(shù)據(jù)的溫室遠程控制系統(tǒng)的設計。

關鍵詞：單片機；STC89C52；WIFI

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：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 總體設計方案

本系統(tǒng)主要包括溫室控制APP，無線WIFI信號傳輸模塊和主機控制模塊三大部分。其中溫室控制APP用于發(fā)出控制指令和顯示溫室環(huán)境參數(shù)，無線傳輸模塊采用的是濟南有人科技的USR-WIFI 232-S無線傳輸模塊，用于通過WIFI接收來自手機端APP的指令，然后透明傳輸給主機。主機根據(jù)接收到的指令，經(jīng)過譯碼之后，驅動相應的繼電器控制設備的交流接觸器動作，實現(xiàn)遠程啟動和關閉相關設備，從而實現(xiàn)溫室大棚的遠程智能控制，同時也可以將溫室中的傳感器采集到的數(shù)據(jù)回傳給溫室控制APP端顯示。本文主要討論基于單片機 STC89C52的主機控制模塊系統(tǒng)設計。系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

2硬件系統(tǒng)及功能模塊設計

2.1 主機控制模塊

主機控制模塊由主要由單片機STC89C52、設備控制用繼電器、各種傳感器及相關外圍電路組成，主機控制模塊通過P3.0和 P3.1與USRWIFI232-S無線通信模塊串行通信，以便于手機端APP通信。傳感器獲取的環(huán)境參數(shù)直接輸出數(shù)字化信息，傳給單片機處理，根據(jù)內部初始化的溫室控制的信息，運算之后，通過P2.0至P2.7輸出控制動作，通過驅動三極管和繼電器，進一步控制大電流的交流接觸器動作。

主機控制模塊負責接收無線傳輸模塊傳過來的指令信號，進行正確的譯碼之后，根據(jù)指令的信號直接驅動繼電器，繼而控制對應的交流接觸器來控制溫室中的各種機電設備工作；同時開始監(jiān)控溫室大棚的環(huán)境參數(shù)，一旦溫度，濕度等環(huán)境參數(shù)達到預設的值，通過中斷的形式，給MCU發(fā)送中斷信號，切斷參與此環(huán)境參數(shù)相關的機電設備工作，最終達到溫室的自動控制。同時將傳感器探測到的信息通過無線傳輸模塊，傳回給手機端APP，并在APP端顯示目前設備的工作狀態(tài)和相關的環(huán)境參數(shù)，使用戶了解溫室的最新狀態(tài)。

2.1.1單片機模塊

STC89C52是由STC公司生產的一款高性能、低功耗的8位微控制器。它在MCS-51的內核的基礎上，進行了相應的增強，在性能和功能上有較大的提升。具有片內8k字節(jié)Flash、512字節(jié)RAM、4組8位雙向I/O接口。低廉的價格和較強的性能使STC89C52稱為自動控制中最常用的MCU之一。本系統(tǒng)僅使用1片STC89C52即可達到設計目標。

2.1.2本地設備驅動模塊

鑒于溫室控制的加熱器，風機，卷簾電機等控制都是較大電流的設備，無法直接使用繼電器控制，因此本地驅動模塊使用分立元件的繼電器作為初級控制，后端使用220或者380V的交流接觸器，繼而進一步控制各種大功率的設備。

2.1.3傳感器模塊

通過部署在大棚內的傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，其中主要的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集使用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器。它是一款具有數(shù)字校準輸出的傳感器，采用了獨特的數(shù)字采集模塊和新型溫濕度采集傳感技術，足以確保產品可靠性和穩(wěn)定性，而且具有響應速度快、抗干擾能力強和極低的功耗的特點，目前成為各類溫濕度傳感器的首選，輸出的數(shù)據(jù)直接交由單片機處理，確定是否開啟通風或者加熱，確保溫室的基本溫濕度在合適的范圍，同時也將數(shù)據(jù)傳回手機端APP顯示，通知用戶處理。

光照度傳感器：采用基于ROHM的BH1750FVI芯片的光強度檢測模塊，使用較低的工作電壓，內置16bitAD轉換器，直接輸出數(shù)字信號，進一步提高系統(tǒng)開發(fā)的速度，并且成本低廉，在溫室環(huán)境中工作穩(wěn)定。根據(jù)需要可以進一步接入其他類型的傳感器。

2.2 USRwifi232-S通信模塊

USR-WIFI232 系列產品是濟南有人科技研發(fā)的一款用于實現(xiàn)串口到 WIFI 數(shù)據(jù)包的雙向透明轉發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。在模塊內部完成協(xié)議轉換，串口一側串口數(shù)據(jù)透明傳輸，WIFI 網(wǎng)絡一側是 TCPIP數(shù)據(jù)包，通過簡單設置即可指定工作細節(jié)，設置可以通過模塊內部的網(wǎng)頁進行，也可以通過串口使用 AT 指令進行，一次設置永久保存。用戶無需關心具體細節(jié)，是一款使用簡單，價格低廉的無線數(shù)據(jù)透明傳輸模塊，廣泛應用于嵌入式系統(tǒng)與無線TCP/IP 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊。

3 系統(tǒng)程序設計

系統(tǒng)程序包括傳感器數(shù)據(jù)采集程序和通訊解碼程序兩大部分。

3.1傳感器數(shù)據(jù)采集程序

傳感器數(shù)據(jù)采集的基本工作流程為：單片機上電時或者手機APP端發(fā)出讀傳感器數(shù)據(jù)指令時，循環(huán)掃描各個傳感器的輸出數(shù)據(jù)。在程序運行過程中，設定一定的檢測周期，每個周期內當傳感器觸發(fā)且超出設定的溫室環(huán)境參數(shù)范圍時，單片機將采集到的數(shù)據(jù)封裝好，通過無線傳輸模塊發(fā)送給手機端APP顯示。

3.2 通訊解碼程序

由于溫室中需要控制的設備較多，為每一套設備設置一套控制指令，則指令會相當復雜，為了降低與手機APP通信的數(shù)據(jù)流量和具有較好的可擴展性，在本機存儲一張系統(tǒng)指令表，手機APP端只需要發(fā)送相應的指令代碼，在本機只需要通過查找指令表即可解析指令的具體控制行為。從而簡化單片機的控制方式，增強控制能力。

4 結束語

本文設計了一種基于單片機的溫室遠程智能控制系統(tǒng)，具備溫室各種環(huán)境參數(shù)調節(jié)設備的遠程控制和環(huán)境參數(shù)采集的功能。系統(tǒng)采用設備驅動和環(huán)境信息采集相結合，最大程度提高溫室控制的精度和自動化程度。且系統(tǒng)整體成本較低，特別適合控制精度要求高的溫室使用。

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