单片机控制大棚温室监测系统的设计与实现.pdf

123 ELECTRONICS WORLD 技 术 交 流 随着现代农业的迅速发展 温室大棚的 培育技术也越来越成熟 传统的温室参数控 制几乎完全靠人工来来进行控制 这种落后 的技术不仅浪费了大量的人力物力 而且生 产效率低下 本设计将采用STC89C52单片机 作为主控芯片 与所选温湿度传感器连接 监测并显示温室的温湿度值 并通过WIFI技 术 实现手机APP远程监测与控制大棚温室 系统的工作情况 该技术的使用来使温室大 棚监测系统更加完善 1 引言 众所周知 环境参数的影响不仅仅是在 工业生产上 而且在农业的发展上都是非常 重要的 而环境参数的控制在其中所起到的 作用 不言而喻 是举足轻重的 只有将农 作物的生存环境调节到一个适宜的范围 才 能达到温室培育 增加产量与质量的目的 本文结合了单片机技术 传感器技术 自动控制技术以及无线WIFI技术 设计了 以 STC89C52为核心的温室大棚智能监测控 制系统 该系统主要用来采集温室内的各项 实时环境参数 并及时的反应参数的变化 以便能够对其做出合适的调整 保证一个良 好的生长环境 将系统应用到温室中来控制 温室内的环境 无疑为温室内植被生长提供 了更加适宜的环境 因为有些植被必须在某 些特定环境下才能够生存乃至得到更好的生 长 在这样的情况下安装环境监测装置 对 环境参数进行实时调控是非常有必要的 2 系统硬件电路设计 2 1 总体设计 系统主要由温湿度检测模块 WIFI无线 传输模块 LCD12864显示驱动模块 降温风 扇器和报警蜂鸣器等接口电路 APP终端显 示 单片机主控模块作为系统的核心 是用来 分析和控制各个模块 并通过无线传输网络进 行远程APP控制 系统框架图如图1所示 2 2 系统原理 在本次设计的系统中 通过STC89C52单 片机来对温室大棚内温湿度传感器所得的监测 信息进行查询 然后 相应地处理输入信号 然后LCD1286液晶显示模块能够进行现场显 示 并且将传感器收集的温度和湿度得到的 数据信息与预先由键盘输入设置的温度和湿 度范围进行比较 如果测量的参数值超过设 定的上限和下限 报警电路将报警 并启动冷 却风扇和加湿或除湿指令 与此同时 手机终 端的APP也会有所提示 王江红 朱丽君 孙 学用 基于DS18B20恒温监控系统的设计与实 现 湖北农业科学 2013 3 系统软件电路设计 3 1 软件结构 本系统的软件部分包括MCU 主程序 LCD 显示驱 动子程序 键盘处理子程序 A D数模转换程序 无线 WIFI传输子程序 蜂鸣器报警子程序 温度报警范围设 定子程序以及有关传感器的子程序等 3 2 主程序整体设计 在本设计的主程序中 其主要思想是 首先 应该先 定义MCU 的一些主要的端口 与此同时 还应当根据所需 要的功能 启动中断 并且设置相应的中断优先级以便于 MCU每次都能在初试状态下开始执行程序 不再受上次执 行程序结果的干扰 这是微控制器能够正确成功执行程序 的最基本并且是最重要的条件 在初始化完成之后 调用 各子程序来实现传感器初始化 读写数据 温度转换 湿 度转换 读取A D转换器 温湿度显示 判断是否报警 设置键盘 传输数据等功能 主程序循环执行每个模块 键盘设置的温度和湿度范围模块 通过中断切换 在 服务程序的中断过程期间 连续扫描扫描按键 如果有一 个键触发器 将开始调用键盘来处理程序 王江红 朱丽 君 孙学用 基于DS18B20恒温监控系统的设计与实现 湖北农业科学 2013 温度和湿度测量程序暂停 键盘 处理程序完成后 重新进入温湿度测量主程序 主程序流程如图2所示 主程序如下 MAIN MOV IE 84H 开CPU中断和外部中断1 MOV IP 00H MOV TCON 00H 令外部中断1为电平触发 MOV SP 70H 设栈顶指针 LCALL TEMPERATURE 读温度子程序 LCALL TRANS 温度转换子程序 LCALL 12864LCD 调用12864lcd读湿度 LCALL TRANS 湿度值转换 SETB P3 0 复位湿度蜂鸣器 SETB P3 4 复位温度蜂鸣器 MOV P1 0FFH 复位温度正常指示灯 单片机控制大棚温室监测系统的设计与实现 海口经济学院 胡晶滔 图1 系统框架图 124 ELECTRONICS WORLD 技 术 交 流 p1 0 温度异常指示灯p1 7 传感器存在标志位p1 1 温度设定上下值 切换 标志位p1 6 LCALL DISPLAY LCD显示屏显示子程序 JMP WARNING 蜂鸣器报警子程序 图2 主程序流程框图 3 3 安卓APP终端设计 APP用户终端设计软件运行流程图如图3所示 在这个设计中 我使用的开发环境是Eclipse 该开发软件是一 个开源开发项目软件 其主要用于高度集成的工具开发 可以提供 功能齐全 商业化的工业平台 该软件的主要组件包括三个 Eclipse 项目 Eclipse工具项目以及Eclipse技术项目 它具体包括四个组件 EclipsePlat JDT Java Development Tools CDT和 PDE 它的四 个成分有不同的效果 JDT的作用主要是支持Java开发 是其中的全功能 的 J AVA集成开发环境插件 CDT用于支持C 语言的开发 PDE用于支持 插件的开发 Eclipse Plat 提供了一个通用的开发平台 又是一个 开放且可扩展的IDE 鲍蕾蕾 基于Android终端的物联网数据管理系统 研究 北方工业大学 2013 提供有建造块以及构造并运行集成软件 开发工具的基础 刁文广 LINGER协议的分析和实现 西安建筑科技大 学 2010 其具有二次开发的特性 方便用户进行修改测试 在我所设计的APP界面中 所显示界面布局比较简单 只需要在 eclipse中的layout中设置相关按钮button 设置为 连接 断开两个按钮 并赋予其跳转之后的参数 设置成功后 在断开连接时 即未工作状态 时 如图4所示 4 系统调试分析 4 1 系统的硬件调试 本设计使用Proteus仿真软件对所使用的STC89C52单片机系统进行仿 真 当我们使用Proteus绘制好电路原理图后 再调入已经编译好的目标代码 文件 格式为 HEX 即可以在Proteus的电路原理图中看到模拟的实物运 行状态和过程 张德宁 袁洪波 李丽华 基于STC89C52和 TSL2561的鸡 舍光照测控系统 农机化研究 2011 硬件系统设计调试包括单片机与各外围电路的接线 各子模块接线 包括单片机时钟电路模块 复位电路模块 温湿度传感器模块 LCD 液晶屏显示显示 设置键盘模块 WIFI传输电路模块 控制电路模块和 蜂鸣器报警电路模块等 4 2 系统的软件调试 在该设计中 我们使用了KEIL软件这种汇编软件来对源程序进行编 写 编译调试 再将源程序生成格式为 HEX的目标文件 使用KEIL软件来对系统软件进行开发和调试的大致步骤 如下 l 首先启动Vision4 进入KEIL软件的集成开发环境 2 点击edit 进入KEIL内置的文本编辑器中 就可以在 编辑器中进行相应的程序源文件的编辑 王海宁 基于单片 机的温度控制系统的研究 合肥工业大学 2008 3 下一步进行工程的建立 指定我们所使用的MCU进 行开发 然后对工程进行相关设置 图3 APP用户终端软件运行流程图 图4 未连接时界面布局 下转第127页 127 ELECTRONICS WORLD 技 术 交 流 开 LED指示灯灭 外接水泵停止运行 4 软件设计 软件设计部分采用C 语言编程 遵循模块化编程思想 系统主要由主 程序 按键扫描子程序 水位控制子程序和显示子程序等模块组成 主程序流程图如图5 所示 首先系统初始化 设置外部中断INT1 为下降沿触发方式 设置定时器T0为 16位计数器模式 T0计数初值 为 0 并完成 LCD的初始化设置 接着使用while 1 语句实现如下无限 循环 首先由单片机I O 端口P3 2引脚置位HC SR04超声波模块Trig引 脚 10us触发测距 P3 3端口等待与其相连接的Echo引脚变高电平 便 启动定时器开始计时 并打开外部中断INT1 然后执行扫描按键子程 序 检测是否有按键输入 接着对EX1的值进行判断 若EX1 1 返 回继续按键扫描 若EX1 0 关定时器T0 计算待测水位值 根据所 测水位值调用水位控制子程序对水位进行调节 驱动给水水泵或排水 水泵控制水的注入或流出 使系统水位维持在合理范围 同时对不同 的水位状态进行声光报警 隋美蓉 等 基于单片机的超声测距安全系 统实验设计与实现 实验技术与管理 2017 最后 调用显示子程 序 实时显示当前水位值 显示单位为厘米 超声波模块Echo引脚由高电平变低电平时 触发外部中断 表 明成功接收回波信号 此时定时器T0的计数值即为超声波的渡越时 间 在外中断处理程序中关闭外中断并读取定时器T0的值 系统通 过 time TH0 8 TL0 s time 3 4 200 语句即可计算出水面与 超声波模块之间的距离 图5 主程序流程图 5 结语 本文设计了一款以单片机AT89C51为核心器件的超声波水位控制 系统 该系统硬件电路简单 可靠性高 具有良好的人机交互界面 能实时显示水位 水位参数调整灵活方便 黄怡 等 双向通信控制 系统的实验教学设计与实践 实验技术与管理 2018 作为一种 非接触式测距 该系统不仅可用于各种工况条件下的水位监控 还 可用于其他物位的监测 具有良好的开放性及应用推广价值 作者简介 刘光平 1978 男 江西抚州人 硕士 讲 师 研究方向 计算机控制 上接第124页 图5 APP调试图 4 接着将工程设置好后 就可以对其进行编译 调试 当确认对工程所进行的编译没有出现error之后 就可以在file 中点击生成格式为 HEX的文件了 在Proteus电路仿真图中双 击图中STC89C52单片机 就会出现一个添加文件程序的对话框 最后将 所生成的格式为 HEX目标代码文件添加进去 4 3 安卓APP终端调试 1 接通硬件电路电源并打开手机APP界面 2 连接硬件所设置的WIFI并且核定链接IP以及端口编号 我所设 定的WIFI名称为AI THINKER 516E76 3 在连接所设定的WIFI之后 点击连接按钮 手机APP将跳转 并且 自动更新所监测的数据信息 APP连接成功调试图如图5 所示 5 结语 本设计主要利用环境数据的远程监测以及自动调控的功能 来实现自 我调节适合温室大棚中农作物生长所需的适宜环境条件 利用温湿度传感器 来监测温湿度的高低 当所监测环境参数达到设定值时 蜂鸣器起到报警功 能 并驱动控制电路进行温湿度的控制 经测试 实时监测效果良好 数据 准确 并且可以通过WIFI无线传输模块将现场数据传输到手机终端APP 实 现了现场数据的远程监控 项目名称 海口经济学院2018年度大学生创新创业计划训练项目 项目编号 201812308023 作者简介 胡晶滔 1997 现就读于海口经济学院电子信息工 程专业