基于51單片機(jī)的大棚環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：基于51單片機(jī)的智能化解決方案

引言

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，溫室大棚種植已成為提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要手段。為了更好地控制溫室環(huán)境，提高作物生長(zhǎng)效率，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為了溫室管理中不可或缺的一部分。本文將詳細(xì)介紹基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的空氣溫度、濕度、土壤溫度、土壤濕度以及光照度，并通過顯示器顯示這些參數(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)還具備設(shè)定參數(shù)上下限和超限聲光報(bào)警的功能。

設(shè)計(jì)要求

本項(xiàng)目的核心需求是設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)的系統(tǒng)，具體要求如下：

1. 監(jiān)測(cè)空氣溫度和濕度；
2. 監(jiān)測(cè)土壤溫度和濕度；
3. 監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度；
4. 通過顯示器實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；
5. 通過按鍵設(shè)定各參數(shù)的上下限；
6. 當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。

設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)組成

溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最小系統(tǒng)由以下部分組成：

• 51單片機(jī)（STC89C52）作為主控制器；
• 顯示電路（LCD12864液晶顯示屏）；
• 空氣溫濕度傳感器電路（DHT11傳感器）；
• 土壤溫度測(cè)量電路；
• 土壤濕度測(cè)量電路（YL-69傳感器）；
• 光照傳感器電路（GY-30傳感器）；
• 蜂鳴器報(bào)警模塊。

單片機(jī)選擇

系統(tǒng)選用STC89C52芯片作為主控制器，該芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 穩(wěn)定性強(qiáng)；
• 功耗低；
• 性能高；
• 外部抗干擾能力強(qiáng)。

STC89C52能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的巡回測(cè)量，并通過內(nèi)部運(yùn)算器和控制器對(duì)采集的溫度進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，以達(dá)到精確控制溫室溫度的目的。

顯示電路

系統(tǒng)選用LCD12864液晶顯示屏，該顯示屏具有以下特點(diǎn)：

• 體積小、功耗小、操作簡(jiǎn)單、成本低；
• 顯示分辨率為128×64，能顯示128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符集，內(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)漢字；
• 支持8位/4位并行、3線或2線串行接口方式。

LCD12864能夠滿足實(shí)時(shí)顯示溫濕度、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的要求，且接口靈活，方便執(zhí)行指令。

空氣溫濕度傳感器

系統(tǒng)采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器具有以下特性：

• 高可靠性和穩(wěn)定性；
• 低功耗、傳輸距離長(zhǎng)；
• 小體積、連接方便。

DHT11傳感器能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供準(zhǔn)確的空氣溫度和濕度數(shù)據(jù)。

土壤濕度測(cè)量電路

系統(tǒng)采用YL-69土壤濕度傳感器，該傳感器通過兩個(gè)電極檢測(cè)土壤的導(dǎo)電性，能夠長(zhǎng)期埋設(shè)于土壤中使用，適用于表層和深層土壤的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和在線測(cè)量。

光照傳感器

系統(tǒng)采用GY-30光照傳感器，該傳感器內(nèi)置ROHM-BH1750FLV芯片，具有以下特點(diǎn)：

• 內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器，可直接數(shù)字輸出；
• 測(cè)量光照強(qiáng)度范圍為0-65535lx（精度可選）；
• 支持3-5V供電，可與5V單片機(jī)IO直接連接；
• 提供IIC接口，方便使用。

GY-30傳感器能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供精確的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

蜂鳴器報(bào)警模塊

系統(tǒng)采用蜂鳴器作為報(bào)警器件，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定的上下限時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警，提醒管理者采取措施。

硬件電路設(shè)計(jì)

總體電路圖

總體電路圖包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、傳感器接口電路、顯示電路和報(bào)警電路。單片機(jī)通過I/O口與傳感器相連，接收傳感器數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)線與LCD12864顯示屏連接，顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到異常數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。

傳感器接口電路

每個(gè)傳感器都通過特定的接口電路與單片機(jī)相連。例如，DHT11傳感器通過數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的串口相連，而YL-69和GY-30傳感器則通過ADC接口與單片機(jī)相連。

顯示電路

LCD12864顯示屏通過并行接口與單片機(jī)相連，單片機(jī)通過發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

報(bào)警電路

蜂鳴器通過單片機(jī)的I/O口控制，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)輸出高電平到蜂鳴器，使其發(fā)出聲音。

軟件程序設(shè)計(jì)

軟件程序設(shè)計(jì)包括主程序、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和報(bào)警模塊。

主程序

主程序負(fù)責(zé)初始化單片機(jī)和外設(shè)，設(shè)置中斷服務(wù)程序，并在主循環(huán)中調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊。

傳感器數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊負(fù)責(zé)從傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在變量中供后續(xù)處理。

數(shù)據(jù)顯示模塊

該模塊負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)格式化后發(fā)送到LCD12864顯示屏，并實(shí)時(shí)更新顯示內(nèi)容。
當(dāng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)超出設(shè)定的上下限時(shí)，該模塊控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。

調(diào)試及測(cè)試

系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試主要是確保傳感器和顯示電路與單片機(jī)正確連接，軟件調(diào)試則是確保程序能夠正確采集數(shù)據(jù)并顯示。

測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確采集溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，并在參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。

結(jié)論

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，并通過顯示電路實(shí)時(shí)顯示這些參數(shù)。系統(tǒng)還具備參數(shù)設(shè)置和超限報(bào)警功能，能夠?yàn)闇厥夜芾碚咛峁┘皶r(shí)的環(huán)境信息，幫助他們做出更好的管理決策。通過本項(xiàng)目，我們不僅提高了對(duì)51單片機(jī)和傳感器技術(shù)的理解，還鍛煉了我們的實(shí)踐操作能力和問題解決能力。未來(lái)，我們可以考慮將系統(tǒng)擴(kuò)展為無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸到遠(yuǎn)程服務(wù)器或移動(dòng)設(shè)備，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的實(shí)用性和便捷性。

原理圖：

PCB設(shè)計(jì)

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作者：Svan.

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