基于無線通信的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

黃先貴 荊 睿 陳素安

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319）

溫室種植能夠以較低的成本獲得更高的利益，因此，溫室種植在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所占的比重越來越大。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，我國溫室大棚技術(shù)研究取得了豐碩的成果，促使我國溫室種植效益得到了較大的提高［1］。例如，將無線通信技術(shù)運用到溫室大棚中，不僅能降低農(nóng)戶的勞動強度，而且能降低生產(chǎn)成本，減少布線的繁復(fù)勞作，提高我國農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)水平，具有一定的研究價值和現(xiàn)實意義［2］。

1 基于無線通信的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)總體框架設(shè)計

基于無線通信的溫室監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下幾個模塊：DHT11溫濕度傳感器模塊、LCD顯示溫濕度值模塊、單片機控制模塊、按鍵輸入模塊、過閾報警模塊及外部EEPROM模塊。系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 監(jiān)測系統(tǒng)硬件概述

基于無線通信的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)由5個核心部分組成，有作為核心部分的主控模塊，有用于感受溫濕度的傳感器模塊，有顯示輸出效果的LCD液晶顯示模塊，還有2個重要的部分就是繼電器模塊和無線通信模塊?；跓o線通信的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)由主控模塊單片機進行控制。溫濕度傳感器采集模塊實時采集溫室大棚內(nèi)的溫濕度，由無線通信模塊將溫濕度信息傳給主控器件單片機，單片機分析處理后通過LCD液晶顯示模塊將溫濕度信息顯示出來，供農(nóng)戶觀測使用，實時掌握溫室大棚內(nèi)的信息，以及時進行處理。

3 主要模塊的設(shè)計

3.1 溫濕度傳感器模塊設(shè)計

3.1.1 溫濕度傳感器的選擇。傳感器有很多種，每一種傳感器都有其獨有的特點，具體要根據(jù)實際情況來選擇。目前，我國普遍應(yīng)用的溫濕度傳感器有DS18B20溫度傳感器和DHT11溫濕度傳感器2種。DHT11溫濕度傳感器具有控制溫濕度的精準度高、可靠性強、穩(wěn)定性持久、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，根據(jù)溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計需求，應(yīng)系統(tǒng)選擇DHT11溫濕度傳感器。

3.1.2 DHT11傳感器模塊設(shè)計?；跓o線通信的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)采用DHT11溫濕度傳感器進行空氣溫濕度的采集，DHT11傳感器的電路設(shè)計較為簡單，是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性，DHT11傳感器如圖2所示。

圖2 DHT11傳感器

3.1.3 傳感器的布點。不同面積的溫室，傳感器的數(shù)量直接影響測量結(jié)果的精確性。面積小的溫室，如果傳感器放置過多，會導(dǎo)致浪費資源。面積大的溫室，如果傳感器放置過少，會導(dǎo)致測量結(jié)果不準確，從而起不到良好的監(jiān)控作用［3］。根據(jù)該設(shè)計選擇的傳感器類型，每10 m2放置1個傳感器，既可以節(jié)約資源，又可以起到良好的監(jiān)控效果。

對于面積過大的溫室，需要多個傳感器，這樣就會導(dǎo)致一個單片機的I/O口不夠分配。對于這種情況，可以采用多個單片機，不是所有的傳感器都連接到一個單片機上，而是幾個共用，形成幾個分支部分，處理之后得出平均值，并要將平均值傳送出去給上一級總的單片機，根據(jù)最后傳送出去的平均值來做出決策。

3.2 LCD液晶顯示模塊設(shè)計

LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊?；跓o線通信的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)使用LCD1602來顯示溫度、濕度的上限值、下限值，LCD1602液晶顯示電路設(shè)計如圖3所示。

圖3 LCD1602液晶顯示電路

3.3 繼電器模塊設(shè)計

繼電器也稱電驛，是一種電子控制器件，具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中。其實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。基于無線通信的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)通過單片機的P3.7引腳與繼電器相連，單片機輸出電信號控制繼電器的開啟和閉合。

3.4 無線通信模塊設(shè)計

為了能夠?qū)崟r對溫室空氣溫濕度進行監(jiān)測，系統(tǒng)利用無線通信技術(shù)運用到系統(tǒng)中。無線接收電路主要是通過SC2272解碼芯片來實現(xiàn)的。SC2272是一款用作解碼的芯片。無線信號的編碼由SC2262集成電路完成，無線信號的接收由SC2272集成電路完成。當(dāng)單片機的I/O口輸出低電平時，就會開啟SC2262芯片與發(fā)射模塊的電源，SC2262芯片工作就會把已經(jīng)固定的編碼信號通過發(fā)射電路發(fā)送出去，并由SC2272芯片解碼。

4 結(jié)語

由于農(nóng)作物生長環(huán)境復(fù)雜，目前我國在溫室環(huán)境監(jiān)測方面還存在一定的局限性，鑒于此，本文設(shè)計了一種基于無線通信的溫室監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用DHT11溫濕度傳感器進行空氣溫濕度的采集，并通過數(shù)字信號的形式傳輸給單片機，單片機將這些信息通過LCD1602顯示屏進行顯示，為農(nóng)戶調(diào)整溫室氣候條件提供依據(jù)，該系統(tǒng)具有較強的實際應(yīng)用意義。