基于单片机的多功能测量系统的设计

摘 要：针对温室大棚的环境智能监测研究，本文设计了一种以STC89C52RC单片机为控制核心的多功能测量系统。通过对系统的单片机和PC机进行联调，实现了对温室内光照度、温度和湿度等重要环境因子的监测及实时显示以及对声光报警电路的控制，温度的偏差控制在±0.5℃，湿度的偏差控制在±5%RH，光照度的偏差控制在±1lx。

关键词：单片机；温度；湿度；光照度

中图分类号：TP274 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

针对我国的现代化温室智能控制水平相对落后的现状，结合某公司的智慧农业项目，我们采用单片机技术和虚拟仪器技术设计了该温室环境监测系统。由于本系统遵循了操作简便、较高可靠性、便于维护和性价比高的设计原则，因此对于实际应用到工农业环境因子监测方面也会有优异的效果。

2 总体方案设计（The overall program design）

本系统的工作原理是：上电后，STC89C52RC单片机首先完成初始化工作。然后，系统自动采集温湿度、光照度传感器数据，最后通过单片机的串行口和RS-232总线通信协议将采集的数据传送到上位机显示、处理，上位机对报警参数进行设计并控制相应声光报警电路报警，同时通过三个不同按键控制相应数码管显示。整个系统采用单总线技术和I2C总线控制技术，单片机采用C语言编程，PC机采用G语言编程。

3 温室环境测量系统的硬件电路设计（The

hardware circuit design of greenhouse

environment monitoring system）

3.1 环境因子采集电路的设计

传感器作为温室设备准确控制的首要条件，它的正确选取是进行自动控制的关键环节。我们根据本文要求的技术指标，选择具有长期稳定性且性价比的数字式传感器。

（1）温度采集电路的设计

（2）湿度采集电路的设计

（3）光照度采集电路的设计

3.2 单片机的设计

3.3 其他外围电路的设计

（1）按键控制电路

单片机组成的各种硬件电路中，按键是最常见的人机交互输入方式。本文通过三个触发式按键一对一的连接单片机的三个输入口，实现对温湿度和光照度数码管亮灭一对一的控制。具体的控制过程我们需要通过用C语言编程来实现。

（2）MAX7219数码管驱动显示电路

声光报警电路模块由蜂鸣器报警电路和发光二极管报警电路两部分构成。当室内的温湿度和光照度传感器测量的数据在正常范围内时，发光二极管处在熄灭的状态，蜂鸣器也不会发出响声；但是当温湿度和光照度不在设定值范围时，三者对应的发光二极管会被点亮，蜂鸣器也会发出嘀嘀的声响，以此来提醒用户采取相关措施。

4 系统的软件设计（The system software design）

4.1 主程序流程图和串口处理流程图

communication

4.2 测量系统程序设计

单片机通过单总线协议对DHT11进行读写。测湿程序开始后，先延时180ms，然后将总线拉高40us，主机设为输入模式等待从机响应。当从机变为低电平时，完成数据的接收、检验和处理，然后结束子程序。

4.3 上位机程序设计

（1）数据采集模块

LabVIEW通过VISA串口驱动程序与单片机进行通信。将串口设置成符合系统要求的参数，为了界面的布局将串口通信部分隐藏。系统的通信模式为上位机为主，下位机为从。报警限设置用于设置温湿亮度的上下门限值，上位机有三个报警控件，默认为绿色，报警时显示红色。当从串口接收的数值超过设定的报警门限值时，上位机向单片机发送数据，启动报警。每路均设有报警指示灯，用来提醒系统管理者注意。数据显示存储用于提取从串口传输的数据，并以文本和曲线图的形式显示。图3为上位机采集图。

（2）数据分析和管理

这两个模块主要应用到是LabVIEW中数据工具包，利用SQL实现了与数据库Access的融合，能完成采集数据的存储、查询、删除和分析。数据分析模块用于对选择的日期进行分析计算，得出最大值、最小值、均值和超限次数。数据管理用于查询数据库中的表格：设定的参数、温湿度和光照度数值，对这些表格进行查询、删除或导出。

5 结论（Conclusion）

经实验验证，基于STC89C52RC单片机的温室环境多功能测量系统测量精度高，测量偏差在要求范围内，系统运行稳定可靠，通过串口协议实现上下位机间的通信，再加上上下位机软件编程能够实现温室内的温湿度、光照度情况的实时就地监控和网络监测和管理。将此系统应用于现代温室大棚中，对作物的科学生产具有很好的使用价值，并且提高了农业技术人员的现代化管理水平，具有良好的推广价值。

参考文献（References）

[1] 方玉鑫.基于单片机的温湿度控制系统的研究与应用[D].哈

尔滨工程大学硕士学位论文，2012.

[2] 苏全义，等.基于PIC单片机的智能温室环境控制系统[J].农机

化研究，2009

（12）：186-188.

[3] 陈树学，刘萱.LabVIEW宝典[M].北京：电子工业出版社，2012.

[7] 王建，毛腾飞，陈英革.基于BH1750芯片的测光系统设计与实

[8] STC89C52RC单片机用户手册[Z].深圳宏晶科技有限公司，

2013.

[9] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程――入门、提高、开发

[M].北京：电子工业出版社，2009.

[10] 李星沛.基于Web的温室远程监控的设计[J].微型机与应用，

2013

（19）：4-6.