基于STC89C52单片机的智能温室要素检测系统研究

刘琳 黄奕桐 李彬

摘要：由于社会的不断发展，人们对生活品质的要求也随之升高，因此对反季蔬菜以及珍贵花卉的需求不断增加。温室智能化使植物长期处于适宜的生长环境中，能带来较好的经济效益。本设计基于STC89C52单片机，对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度这些要素进行研究。整个检测系统由温湿度传感器模块、光照检测模块、CO₂传感器模块、单片机最小控制系统、显示电路、键盘电路、报警电路等组成，利用C语言进行编程。该设计成本较低，而且功耗低、总体性能比较好。

关键词：单片机；传感器；智能温室；检测系统；

引言

在我国的东北地区，冬季较长且寒冷。农民为了解决这一难题，已经开始了利用温室发展农业。但是有些温室大棚设备落后、简陋，只能起到简单的保温作用，而对于农作物来说，光照、温度、湿度、二氧化碳含量等都及其重要。

本文通过监测温室的光照、温度、湿度、二氧化碳等因素并进行分析，结合不同植物的生长规律，制造出最适宜某种植物的生长环境，使其能够茁壮成长。在本设计中，可以随时检测并调整温室的光照、温度、湿度、二氧化碳等因素，以确保植物能长期处于适宜的生长环境中。

1 智能温室要素检测分析

智能温室大棚通过监测室内的光照、温度、湿度、二氧化碳要素，并及时使用调控设备包括各种开窗、遮阳网滚筒结构、补充照明设备、浇水泵等输出设备的运行，可有效改善温室大棚内部生产环境，从而提高植物的生产量。

温度控制对于大棚来说是至关重要的，当农作物长期处于低温环境时，会降低光合作用，生长缓慢。当长期处于高温环境时，呼吸作用增强，加速作物的死亡。大棚的湿度主要与土壤和植物蒸腾有关。湿度过高或过低，都会影响农作物的蒸腾，植物的气孔就会关闭，影响植物的光合作用。绿色植物需要吸收CO₂作为在积累营养物质时的能量。当温室大棚内的CO₂长期处于饱和点时，可起到防止病虫害的作用，从而可提高农作物的产量。光照能将水分和二氧化碳转化为有机物质，为生长和发育提供养分，所以光能是植物可以生长的前提。当光照强烈时，叶绿素会越来越少，水分就会枯竭。当缺乏光照时，叶绿素生成受阻，进而影响光合作用，植株较易出现枯黄。

农作物只有在适宜的温湿度、二氧化碳浓度、光照强度才能茁壮成长，所以对其检测是很有必要的。本设计使用DHT11传感器对空气中的温湿度进行检测、使用CDM4161传感器对空气中的二氧化碳浓度进行检测、由光敏电阻及AD转换芯片对光照强度进行检测。

2 检测系统设计

图1 系统结构框图

系统基于STC89C52单片机，输入模块包括DHT11温湿度传感器、按键、光敏电阻以及气体传感器。DHT11传感器负责收集温湿度数据，因为它所收集的全部是数字信号，所以不需要再次转换，单片机采用单总线采集的温湿度数据，效率较高。按键设置用来设置温室参数的最佳正常工作范围。光敏电阻输出的并不是数字信号，而是模拟信号，所以需通过模数转换芯片PCF8591将其转化为数字信号。由于CDM4161传感器的介质是半导体，在塑料大棚的空气酸性增强时，能将特定气体转化成适当的电信号。输出分别是1602LCD输出、声光报警输出、以及启动对应装置。系统结构框图如上图1所示。

在用户开启此设备时，首先整个系统进行初始化。然后用户设置参数的报警范围，系统开始读取环境数据，显示屏显示当前温室内的参数数据。系统通过CH340USB转换接口与上位机连接，进行通信。系统会根据用户所设定的范围判断显示的数据是否超出，如果已超出安全阈值，蜂鸣器将会发出警报，指示灯亮，并启动继电器，模拟控制温室，使所测含量在设定安全阈值内保持稳定。然后电路判断用户是否按下了设置按钮，如果按下，它将进入安全阈值的设置，并会产生延迟。电路判断用户是否关闭电源，如果未关闭电源，则单片机再次读取数据，进入下一个循环，若关闭，则此系统结束工作。软件主流程图如下图2。

图2 软件主流程图

结论

本设计采用了模块化设计理念，可以测量温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度，并与上位机进行通信。当超出范围后系统便自动开启对应装置来使温室可以达到农作物所需要的生存环境，当温室达到最佳生长环境范围时，系统便自动关闭装置，不再进行报警。它顺应了智能仪器小型化和系统化的趋势，使大棚中的农作物产量增加，具有一定的实用价值。

作者信息：刘琳，女，就读于吉林建筑大学，电气与计算机学院

黄奕桐，女，就读于吉林建筑大学，电气与计算机学院，

指导教师：李彬，男，讲师，吉林建筑大学，电气与计算机学院