董小艳 王娟勤 李梅

摘要设计了农业温湿度智能控制系统，该系统采用DHT11温湿度传感器作为温湿度采集模块，单片机选用AT89C52代替并调用Virtual terminal模拟串口通信，LCD1604液晶显示器实时显示温湿度，实现了温湿度的测量、显示，可自动控制加热、降温、加湿、通风，实现温湿度控制以及超限报警处理，并利用Proteus与Keil进行实际电路的仿真。试验表明，该系统实现了可靠的温湿度监控。

关键词温湿度;智能控制;单片机;DHT11;液晶显示器

中图分类号S126文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）02-0237-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.070

农用温湿度控制的智能化及现代化管理对人类的生存发展具有重大意义，在许多农业领域，比如粮食储备仓库，蔬果、蛋肉存储仓库以及温室种植、畜禽养殖中，温湿度控制越来越重要[1-4]。为了保证农产品不致腐烂变质和农作物茁壮成长，使用智能化现代化的智能温度、湿度控制系统显得尤为重要，笔者设计了基于AT89C52的农业温湿度智能控制系统。

1系统方案

1.1系统结构框采用目前最常用的数据采集卡采集数据，DHT11温湿度传感器检测温湿度，LCD1604液晶显示器实时显示温湿度，通风排湿、喷灌系统、电子燃气锅炉设备共同控制，达到温湿度的期望值。该系统结构框如图1所示。由于要采用温湿度传感器采集温湿度数据及输出控制信号，故将数据采集I/O卡和PC机用USB 接口连接。

图1系统结构框

Fig.1System block

1.2系统实现功能

1.2.1温湿度实时检测及显示。温湿度传感器实时采集环境温湿度并通过LCD显示器实时显示出来。

1.2.2系统温湿度上下限值的手动设置。通过按钮（菜单按钮、选项切换按钮、数字加按鈕、数字减按钮、确定按钮），使系统更加人性化、智能化，具有更高的实用价值。

1.2.3当温湿度值超过系统上下限值时自动报警。LED闪烁灯光报警（4个LED灯，温度上限灯、温度下限灯、湿度上限灯、湿度下限灯）;蜂鸣器声音报警（当超过任意上下限值时，蜂鸣器启动发声报警）。

1.2.4系统控制外部设备工作。当温湿度超过系统设定上下限值的时候，系统可以打开外部设备的驱动接口，控制外部设备工作（温度过高或湿度过大时，驱动继电器闭合，降温排湿风扇打开，降低环境温度和湿度;湿度过低时，驱动继电器闭合，驱动喷灌系统打开，增加湿度;温度过低时，打开电子燃气锅炉，增加温度等）。

2系统硬件设计

2.1DHT11传感器DHT11数字温湿度传感器是一种可以同时检测环境温度变化值、环境湿度变化值的复合传感器器件，输出为经过校准的数字信号，其中的传感器器件由2部分组合而成，包括1个测量温度的器件，1个测量湿度的电阻式器件，其应用了专用的数字化模块，用于采集温湿度实时数据，并将采集到的实时数据连接发送给一个8位单片机，用于数据的分析处理。

2.2LCD1604液晶显示器 LCD1604液晶显示器是一种点阵LCD显示器，每行可以显示16个字符或数字，可以显示4行，第1行用于显示当前环境温度值（wendu：xx.x *c），第2行用于显示系统设定的温度上下限值，上限用大写的H表示，下限用大写的L表示（H：30  L：10），第3行用于显示当前环境的湿度值（shidu：20.0 rh），第4行用于显示系统设定的湿度上下限值（H：50  L：20）。它的特点是体积小、重量轻、功耗效率低、显示质量高、无电磁辐射、数字式接口简单方便、应用范围广，因此这类显示器与单片机的连接比较简单方便。

2.3继电器控制直流电机风扇模块继电器主要由电子铁芯（铁芯上有电子线圈）、吸合的衔铁结构和簧片组成。继电器的工作原理是给继电器的输入输出端分别连接电路的+极、-极;然后将继电器的输入输出端驱动端口连接MCU等控制设备，当单片机等控制设备给继电器一个高电平或者低电平的驱动信号后，继电器的输入输出端根据内部结构识别高电平或者低电平驱动信号，信号经过内部的三极管放大作用后，线圈上的电流可以推动衔铁吸合簧片，使得继电器的控制端正负极导通，如果继电器的控制端连接有被控制设备，就可以起到开关的作用，从而控制设备有效工作。

单相交流电机是一种常用的电子器件，俗称马达，在电子工业中有广泛的应用，它通过连接电源，接通电压形成通电回路，就可以实现工作。不同规格的交流电机有不同的输出功率、大小、体积，种类繁多，在使用过程中，可以根据需要选择。此次智能温度、湿度控制系统模拟设计与制作中降温除湿模块所使用的风扇就是一种单相交流电机风扇。当温湿度较高时，主控机控制系统给控制继电器的引脚发送低电平信号，控制继电器吸合，单相交流电机风扇的电源导通，电机风扇开始工作，为系统降温除湿[5-7]。电路连接如图2所示。

2.4报警及指示灯模块当温湿度值超过系统上下限值时自动报警有LED闪烁灯光报警（4个LED灯，温度上限灯、温度下限灯、湿度上限灯、湿度下限灯），蜂鸣器声音报警。模块由蜂鸣器、LED发光二极管构成，其中蜂鸣器有源蜂鸣器。蜂鸣器原理如图3所示。当温度或者湿度超出设置上下限值时，蜂鸣器将会以相同频率声音进行报警提示[8]。系统电路连接关系如图4所示。

3系统软件设计

3.1总体程序设计主程序流程如图5所示，主程序开始，先对数据采集I/O卡、DHT11温湿度传感器、LCD1604液晶显示器、继电器、LED灯进行初始化，初始化完毕后，系统读取DHT11温湿度传感器数据，通过LCD液晶显示器显示实时温度值和湿度值，接着系统进入判断温湿度上下限值报警子程序，如果当前温湿度上下限值中有1个当前值超过系统设置值，系统产生蜂鸣器声音报警，相关LED指示灯闪烁产生光线指示，系统接着进入下一次温湿度采集显示工作。如果系统检测到有输入中断，系统暂停当前服务子程序，进入设置菜单，可以通过按键设置温湿度上下限值，当确定按钮按下时，系统退出中断服务子程序，继续执行主程序。

主程序模块构成：①LCD1604液晶显示模块（显示温湿度;显示上下限数据）; ②DHT11传感器模块（获取环境温湿度值）;③输入中断模块（菜单功能，设置温湿度上下限值）;④报警模块（当温湿度值超过上下限值的时候，驱动相关单元产生报警）。

3.2LCD1604液晶显示程序设计LED显示流程如图6所示，LCD1604液晶显示器的配置显示，先对LCD液晶显示器进行初始化工作，使其按照需求完成显示的前期准备工作，接着通过给LCD1604液晶显示器的指令寄存器写地址，给数据寄存器数据，就可以通过显示屏显示出当前的实时数据信息。

3.3DHT11温湿度传感器程序设计 DHT11采集数据流程如图7所示，程序开始，给DHT11温湿度传感器连接端口1低电平，主机拉低18 ms， 1口拉高为高电平，主机延时20 μs后， 1口再次为高电平，主机判断从机响应信号，如果从机响应，程序进入数据接收阶段，如果从机没有响应，程序返回子程序开始阶段，继续判断从机响应。数据接收完成后，进行数据校验，如果数据校验正确，程序进行数据处理，并存入相关数组，提供给其他程序调用，一次温湿度数据采集处理完成。如果数据校验值错误，程序返回子程序开始阶段，重新响应。按位接收DHT11传感器获取到的数据，并组合成一个字节。接收一个完整的数据流，并且校验数据，把数据存入相关数组，提供给其他程序调用。

3.4输入中断模块程序设计中断流程如图8所示，程序开始，需要修改温湿度上下限数值时，请求按键按下时，触发程序产生中断[6]，进入输入中断服务子程序，LCD1604液晶显示器显示设置菜单，接着设置温度上下限值和期望值（温度期望值设为25 ℃，上下限值与期望值相同），然后按下+1按钮设置上限值，按下-1按钮设置下限值。接着设置湿度上下限和期望值（湿度期望值设为50%，上下限值与期望值相同），然后按下+1按钮设置上限值，按下-1按钮设置下限值。最后按下确定按钮时，保存设置好的温湿度上下限值，退出设置菜单，系统回到主程序，正常工作。

3.5报警模块程序设计报警模块程序流程如图9所示，系统进入报警子程序，进行当前温湿度值与系统设置温湿度上下限值的比较，可以根据当前实际情况进入相关子程序模块，启动蜂鸣器产生声音报警，相关LED灯产生闪烁指示，根据实际情况驱动继电器吸合，控制系统外部相关设备开始工作。按键K2还有第二功能，在系统正常工作状态下，如果温湿度值越过系统设置温湿度上下限值，系统产生蜂鸣器报警，按下按键K2，可以暂时关闭蜂鸣器报警。

当温湿度值超过系统上下限值的时候，系统通过蜂鸣器声音和LED闪光发出报警，并且驱动继电器吸合，控制风扇、喷灌系统、电子燃气锅炉等外部设备工作。根据条件打开或关闭蜂鸣器，可以通过退出按钮关闭蜂鸣器。

4实验与仿真

利用Proteus与Keil联机仿真与调试，将DHT11温湿度传感器的数据输出端接数据采集卡的串口输入端口，利用单片机串口方式0传送给单片机。单片机选用AT89C52代替并调用Virtual terminal模拟串口通信。将Virtual terminal的RXD端连接单片机的TXD端。打开仿真调试软件选择计算机与测温湿系统的串行通信串口调试工具，LCD窗口显示传感器实时采集的温湿度平均值。通过按键可以控制LCD液晶屏显示传感器的温湿度值及其上下限设置，完成温湿度系统的电路仿真验证[9-10]。

输入中断设置菜单仿真结果如图10所示，高温闪烁仿真如图11所示，高湿闪烁仿真如图12所示，继电器控制风扇实物结果如图13所示。

5结语

该研究主要阐述了系统的组成和功能，系统的硬件设计和软件设计。采用VB6.0软件进行上位机程序设计。系统采用目前最常用的数据采集卡采集数据，DHT11温湿度传感器检测温湿度，LCD1604液晶显示器实时显示温湿度，通风

排湿、喷灌系统、电子燃气鍋炉设备共同控制，达到了温湿度

的期望值。该系统设计合理、结构简单、操作简单、性价比高，达到了预期控制效果。

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