温室大棚室内温度、湿度、光照采集
模块
崔宏伟 范先付 张兴 冯思童 孙越 孙俊卿
【摘要】温室大棚内的温室、湿度、光照影响作物的生长，为更好的观测和大棚内的温度、湿度、光照，设计出了温度、湿度、光照采集模块。进行了现场试验，实验结果表明湿度、温度、光照传感器的采集并传输数据及时，温度显示精度**，湿度显示精度**，光照显示精度**。该模块可以实现了温度、湿度、光照采集数据后的集中显示及报警，对我们的大棚植物的生长有较大的促进作用。
关键词：温室大棚；温度；湿度；光照；采集；显示；模块
前言
我国人多地少，人均占有耕地面积更少。因此，要改变这种局面，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。温室大棚技术就是其中一个好的方法。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长不再产生过度影响，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济效益，所以温室大棚技术越来越普及，并且已成为农民增收的主要手段。
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温湿度控制便成为一个十分重要的课题。传统的温湿度控制是在温室大棚内部悬挂温度计和湿度计，通过读取温度值和湿度值了解实际温湿度，然后根据现有温湿度与额定温湿度进行比较，看温湿度是否过高或过低，然后进行相应的通风或者洒水。这些操作都是在人工情况下进行的，耗费了大量的人力物力。现在，随着国家经济的快速发展，农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。温室大棚的建设对温湿度检测与控制技术也提出了越来越高的要求。
今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊控制化已成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。采用单片机来对温湿度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温湿度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温湿度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。因此，本课题围绕基于单片机的温室大棚控制系统展开了应用研究工作。
1、模块的硬件组成
（1）本模块采用五个传感器：两个温度传感器模块（DS18B20）、两个湿度传感器模
块（DHT11）、一个光照传感器模块（BH1750FVI）。其中传感器在大棚内的分布如图1-1所示
图1-1
（2）单片机制传感器的开始采集数据以及数据超过作物最适生长环境时的报警，并且可以由按键来调节蜂鸣器报警的分为（作物最适生长环境的温度、湿度、光照的范围），其工作流程如图1-2所示
图1-2
（3）外观骨架的组成：把单片机最小系统板的电源单口接出，并在其上安装开关控制电的开与断，外观如图1-3
图1-3
（4）为保证控制精度，并综合考虑成本选用的传感器技术指标如下所示
测量范围：温度：-20～80℃；湿度：0～100%RH；光照：1~60000lks误差：温度-1℃～+1℃；湿度-2%RH～+2%RH；光照-2%RH~+2%RH；通讯距离≤100m；供电电源：4.5~5 DC。
2、软件总体结构
（1） 温度、湿度、光照采集模块
通过温度、湿度、光照传感器采集模块采集大棚内的数据，通过网线，传输给单片机，并在LCD显示屏上显示出相应的数据。
温度传感器（DS18B20）模块，适应电压范围：3.0～5.5V，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温，在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃，在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快，测量结果直接输出数字温度信号，电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20封装如图
湿度传感器（DHT11）模块，传感器包括一个电阻式感湿元件和个 NTC 测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20
米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚 封装。其中DHT11参数如图
光照传感器（BH1750FVI） 采用I2总线方式传输数据，光源依赖性不大，采集范围可以从1~60000勒克斯，且受红外线影响较小，支持I2C BUS接口(f/s Mode Support) 2. 接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性 3. 输出对应亮度的数字值，无需其他外部件，光源依赖性弱（白炽灯，荧光灯，卤素灯，白光LED，日光灯），可调的测量结果影响较大的因素为光入口大小，最小误差变动在±20%。14.受红外线影响很小。时序如图
（2） 数据显示模块
通过LCD128显示屏，可显示字符和汉字，其中中文汉字内置16X16显示点阵，字符以分8X16点阵显示，其中LCD128写操作时序如图2-1，读操作时序如图2-2
图2-1
图2-2
表示出温度、湿度、光照传感器的采集数据。其中现场测试显示数据如图2-3
（3） 数据范围调节模块（按键模块）
温室大棚种植作物，不同的作物对环境的温室、湿度、光照等条件有不同的要求，而超设计出键盘来调节不同植物对于环境的温度、湿度、光照要求的变化范围。其中用五个按键 来实现此项功能，五个按键排布方式如图2-4 其中按键一：光标左右移 按键二：设置切换
图2-4 按键三：开始采集 按键四：数值加 按键五；数值减
（4） 蜂鸣器报警模块
当温室内环境条件超过植物最适生长的环境条件范围时，蜂鸣器发出滴滴的声音提醒工作人员，调节室内环境条件。报警电路图如图2-5
图2-5
3实验
将五个传感器按照预先的设定安装到温室大棚内，接通电路，按下开始采集的按键，传感器开始采集，显示屏显示数据如图3-1，超过设定数值蜂鸣器开始报警提示。实验成功，模块可以使用。
4结论
（1）通过几次实验的测试，并检验采集回来的数据，表明:该温度、湿度、光照采集模块制作成功，可以实时的采集温室内的环境参数并准备显示，及时性好，准确度高。
（2）该模块针对可以针对不同的作物生长环境设计不同的报警参数，实现了针对不同作物的应用，适用于各种大小型温室大棚内温度、湿度、光照的采集，适用性广，针对性高。
