第ｌ４卷第５期 ２０１７年１０月 华北科技学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．１４ Ｎｏ．５ ０ｃｔ． ２０１７ 基于ＤＨＴｌｌ的温湿度监测系统 刘强强，翟宝蓉，任 凯 （华北科技学院，北京东燕郊０６５２０１） 摘要：针对蔬菜大棚中人工测量温湿度劳动强度大、生产效率低的问题，设计了基于ＤＨＴ１１的 温湿度监测系统，用于大棚中温湿度的测量。该系统以内置段式ＬＣＤ显示控制器的Ａｔｍｅｇａ １６９ｐ 单片机为控制核心，使用ＴＰＳ６３０３１管理电池供电，以ＤＨＴ１１数字温湿度传感器来进行大棚内温湿 度信号的采集，采用ＲＳ４８５通信协议实现单片机与上位机之间的通讯。系统具有操作简单、工作 稳定、低功耗、低成本等优点。 关键词：ＡＶＲ单片机；温湿度；监测 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７１６９（２０１７）０５—００５９—０５ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＨＴｌｌ ＬＩＵ Ｑｉａｎｇ—ｑｉａｎｇ，ＺＨＡＩ Ｂａｏ—ｒｏｎｇ，ＲＥＮ Ｋａｉ （Ｎｏａｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｒａｎｊｉａｏ，０６５２０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｂｙ ｍａｎｐｏｗｅｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａ— ｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＨＴ１ １ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ．Ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ Ａｔｍｅｇａ１６９ｐ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ＬＣＤ—ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｓ ＴＰＳ６３０３ １ ｔｏ ｍａｎａｇｅ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｓｅｎｓｏｒ ｏｆ ＤＨＴ１ １ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ ＲＳ４８５ ｐｒｏｔｏｃｏ１．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ、ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｂｌｙ、ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＶＲ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｏ引言 随着社会的发展，大棚蔬菜种植越来越普遍， 规模也越来越大，大棚内温度与湿度是最主要、最 对大棚中温湿度的多点测量和实时监测，保证大棚 种植的正常生产，减少由于管理不及时带来的损 失，设计了基于ＤＨＴ１ １实现的温湿度监测系统。 基本的需要观测的参数。传统的依赖人工对温湿 度进行测量、管理的方式，不仅效率低、工作繁重、 满足不了精细管理的需求，且存在严重的测量不 准确、管理不及时的问题。 为了解决人工温湿度观测中存在的问题，实现 １系统总体设计 由于大棚内的面积一般比较大，为了能够掌 握整个大棚中的温湿度参数，实现更加科学的管 理和精准的控制，系统设计在大棚内安装多个测 点，采用了分散监测，集中管理的方式的进行测 收稿日期：２０１７－０８—２６ 基金项目：中央高校基本科研业务费资助（３１４２０１７０４７） 作者简介：刘强强（１９９１一），男，山西临汾人，华北科技学院在读硕士研究生，研究方向：嵌入式开发技术和网络开发技术。Ｅ—ｍａｉｌ ＳｉｍｌｅＬｉｕｑｉａｎｇ＠１６３．ｃｏｎ ５９ 华北科技学院学报 量。监测系统由上位机和若干个温湿度监测单元 ２０１７年第５期 到的数据传送到上位机保存起来，用于对数据的 分析和监控画面的显示。 构成，每个监测单元都能独立的完成采集工作，并 且由一个主机进行监控。上位机与监测单元通过 ＲＳ－４８５连接，实现对整个大棚温湿度的监测管 理。系统总体设计框图如下： ２温湿度监测单元的硬件构成 基于设计系统在满足功能要求的情况下，应 监测单元均安装在大棚内，每个监测单元接 多个传感器，同时控制完成对多个测点温湿度信 号的采集，传感器与监测单元的最长距离可以达 到２０ｍ以上，能够满足多点、长距离测量的要求。 监测单元采用轮询的方式进行数据采集，轮显的 方式在液晶屏上显示。并根据上位机命令将采集 符合操作简单、使用方便的原则，以及通过对系统 的工作效率、经济性方面的研究和单元的结构整 体性分析，温湿度监测单元主要由单片机最小系 统、显示模块、电源模块、温湿度采集模块、报警模 块、４８５通信模块组成。硬件结构框图如下： 上位机 图１总体框架图 ＬＣＤ液晶 ｆ 上位机卜．． －－ｔ ＭＡＸ４８５ 单片机最小系统 — 传感器接口电路卜卜 －ｑ ＤＨＴ１１￣： 传感器接口电路卜－＿ －－ｔ ＯｎＴｌＨ＃￣ Ａｍｅｌ １６９ｐ 厂 传感器接口电路 －－ｔ ＤＨＴｌ１传感器 ｌ Ｉ电源电路ｌ 报警电路 －－－ｔ传感器接口电路 －．ｑ ＤＨＴ１１（４５￣ 图２硬件结构图 ２．１控制器与显示模块 通过对监测单元的功能性分析，以及充分利 用单片机资源方面的考虑，采用ＡＴｍｅｇａ １６９Ｐ单 片机为监测单元的控制核心，用ＧＪＨＤ５３４—６７６５ 除了通常的单片机功能外，特别具有段式液晶显 示控制器，可以直接连接段式液晶显示屏，简化了 硬件与软件设计。本设计中利用单片机与段式液 晶显示屏的相互配合完成了正常温湿度显示 工作。 液晶显示屏和四个双色发光二极管组成温湿度显 示模块。 ２．２电源模块 监测单元设计为电池供电，为降低功耗并提 ＡＴｍｅｇａ １６９Ｐ单片机有６４个独立的Ｉ／Ｏ口， ６０ 第５期 刘强强等：基于ＤＨＴ１１的温湿度监测系统 高供电效率，使用先进的ＤＣ／ＤＣ电源管理芯片， 蔬菜大棚内温湿度的监测。 具体选用了ＴＩ公司生产的ＴＰＳ６３０３１，该电源芯 ２．４报警模块 片可把１．８—５．５Ｖ电压转化为供整机电路使用的 通过上位机根据不同植物、不同季节来设定 ３．３Ｖ电压，最高转换效率可达９６％，极大提高了 大棚中的温湿度上下限值。报警装置在传感器采 电池的能量利用率，延长了续航时间，保障了单片 集到的温湿度信息超过设定的阈值时，报警灯发 机长期稳定可靠的运行， 光，蜂鸣器启动，及时准确的告知管理者，采取措 ２．３温湿度采集模块 施，消除影响。 棚内温湿度监测模块采用的是广州奥松公司 ２．５ ＲＳ４８５通信模块 生产的一款含有已校准数字信号输出的ＤＨＴ１ ｉ 监测单元通过ＲＳ４８５总线与上位机通信，接 数字温湿度复合传感器，该传感器电压工作范围 收上位机命令并将数据传送到上位机，通讯距离 为３～５．５Ｖ，平均工作电流为０．２ｍＡ，湿度测量范 可长达１２００ｍ，实现大空间区域的观测，足以满足 围为２０％～９０％ＲＨ，温度测量范围０～５０℃，测湿 大棚种植规模化管理的要求。 精度±５％ＲＨ，测温精度±２℃，温度分辨率１ ｏＣ。 ＤＨＴ１１传感器能够在单一总线上实现数据的双 ３温湿度采集单元软件设计 向运输，每次通信时间约４ｍｓ，具有传输速度快， 温湿度监测单元软件设计利用ＡＶＲ Ｓｔｕｄｉｏ 抗干扰能力强，价格低等优点。并且ＤＨＴ１１有数 ７．０为开发平台，运用Ｃ语言进行模块化编程，语 据校验位保证了测量数据的准确性，完全满足对 言结构简单。监测单元软件工作流程图如下： 否 主控程序 ＤＨＴＩ ｌ数据采集程序 图３程序流程图 软件程序由一个主循环和多个子程序构成， 机从休眠中唤醒，控制完成传感器的轮询数据采 在主循环中通过调用子程序模块实现各个子 集、温湿度显示和通讯处理等工作。程序执行完 功能。 毕后，ＣＰＵ将再次进入休眠模式，既节省了电能 ３．１主控程序 还保证了正常的工作，经过测量，系统在运行过程 主控程序包括相关资源的初始化，设置休眠 中的电流为１２ｍＡ，满足低功耗设计的要求。 模式、定时器的工作方式和ＵＳＡＲＴ的相关参数， ３．２温湿度检测程序 读取监测单元中设定的温湿度值。监测单元完成 温湿度的检测与转换是由ＤＨＴ１ １温湿度传 初始化后立即进入休眠模式，定时器中断将单片 感器完成的，ＤＨＴ１ １传感器在数据传输过程中需 ６１ 华北科技学院学报 要严格的遵循通信时序，上电后，需要经过１ Ｓ的 稳定时间进行复位，在此期间微处理器尤需发送 ２０１７年第５期 （ ０；ｊ＜５；ｊ＋＋） ＤＩＩ Ｉ＇ＤＡ ＦＡ［Ｊ１：ｒｅａｄ一１Ｉ）ｙｔｅ（）； 任何指令。复位完成后控制器通过控制总线由高 电平转换为低电平发出开始信号，等待ＤＨＴ１ １发 出低电平的响应信号后把总线拉高开始准备发送 数据，每一个数据位都是以５０ ＵＳ的低电平开始， 随后根据高电平存在时间决定该数据化是“０”还 ４上位机监控 为＿ｒ能够实时的埘大棚中温湿度情况进行监 是“ｌ”。传输完成后ＤＨＴＩ１会转换成低速模式 并进入到待机模式，等待下一个起始信号。同时 由于一个监测单元接四个温湿度传感器，【太Ｊ此程 序设计采用轮询的方式控制传感器进行温湿度信 号的采集。单片机控制一个传感器对温湿度进行 采集的程序如下 ｖｏｉ（１ ｒｅａｄＤＨＴ１ １（ｖｏｉｄ） 测，系统设汁ｒ¨ 机监控模块来实现对温湿度 的在线监测～壤丁Ｉ）ｔｔＴＩ １温湿度监测系统的上 位机监控模块主要ｍ：用户管理、设备通信、数据 处理、Ｉ 而 爪币ｆ１仔ｆｉ｝ｆ、变量报警、历史数据和实 时报表六个部分 ｉ成；通过设置用户权限，关联数 据库，动态㈣Ｉｆ『Ｈｌｉｉｊ作 ｊ显示，历史数据存储、画面 Ｍ放、报警告知 ㈨细成一个完整可靠的上位机 监控系统，保障没箭Ｊ卜常稳定运行。 Ｉ：ｆＣＸ￣ＪＬ监控系统利用北京杰控公司开发的 ｛ｕｅｈａｒｊ； ＤＤＲＦ｛＝ＯＸ０１： ＤＡＴＡＪ； ＤＡＴＡ ０； ＦａｔｎｅＶｉｅｗ组念软仆实现与下位机的通信。利用 组念软件根据躲洲系统功能要求进行编程实现对 ｄｅｌａｙＩｌｌｓ（２０）； —采集数据的处 ，仔储与该系统有关的温湿度当 前值、平均值、最人值和最小值，上位机监测模块 还具有数据批 管理、报表打印功能，为以后的监 ｝见ＪｆＩＩｉ面、实时趋势『｝ｆＩ线、历史数据曲线显示、数据 分析、问题处理提供ｒ便捷之路。上位机监控模 ＤＡＴＡＪ； ｄｅｌａｙＵＳ（３０）； ～ＤＤＲＦ＆＝ＯＸＦＥ： ＰＯＲＴＦ＝ＰＯＲＴＦ＆ＯＸＩ．、Ｅ： ｉｆ（（ＰＩＮＦ＆Ｏｘ０１）＝＝０） ｛一ｄｅｌａｙ—ＩＩＳ（８Ｏ）； ＤＡＴＡ１： 块具有通信速度快，稳定性高等优点，适用于大对 棚中温湿度的实时监测。 ｄｅｌａｙＵＳ（８Ｏ）； 大棚一一统 霄霍ｌ— 瀛魔（℃） 穗痉（Ｒ峨） ｉｌｔｔｉ＇ｔｇｌｔ ｔｌ！ｉｌ￣ｔｔｉ！Ｉ＇ 温度（℃） 邕魔ｔ期 ｌｔ．￣ｔｉｇｌｔｔ ｌｌＩＡｉｔｔ 箍潮威 ［ｊ ｉ ｏ（） 盛 患ｎ Ｉ 。 ｏ ｏ ｌ监 虑２．【蔓 Ｌ 监溅点 。 “Ｊ 盐 点４．ｒ 面 ｊ ｆ一蟊 ０ｏ— 瘟鬻虑承ｒ 面『］ ［蔓＿ｏｉｌｌｔＳ： ｊ ｉｊ 而 监 赢７： —五。面］ ￣．ｉ ｏｏ Ｊ 《 赢８．［ｉ ：： 一『＿ 燕潮☆ 二至 ： 监测胁 ｛ 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・｝＿｛・｝＿｛－｝＿｛・｝＿｛・｝ ・｝ ・｝斗｝＿｛・｝＿｛・｝斗｝ ・｝斗｝＿｛・｝斗｝＿｛・｝ ・｝＿｛・｝斗｝＿｛・｝ ・｝＿｛・｝斗｝＿｛・｝寺｝辛｝－｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿暑・｝ ・｝＿｛・｝＿｛・｝ ・｝ ・｝＿｛・｝ ・Ｈ・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝ （上接第５８页） ［Ｊ］．中国非金属矿工业导刊，２０１２，９６（３）：１３—１５． 参考文献： ［７］ Ｖｉｄｅｎｏｖ Ｎ，Ｓｈｏｕｍｋｏｖ Ｓ，Ｄｉｍｉｔｒｏｖ Ｚ，ｅｔ ａ１．Ｂｅｎｅｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉａｔ— 金洋，王春贺，等．硅藻土的特点及其应用进展［Ｊ］．硅酸 ｏｍｉｔｅｓ ｂｙ ｈｉｇｈ ｇｒａｄｉｎｅｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｎｒａｔｉｏｎａｌ 盐通报，２０１６，３５（３）：１—５． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９９３，３９（３－４）：２９１—２９８． 陈立松，彭春燕．世界硅藻土的生产、消费及市场概况［Ｊ］． ［８］谷晋川，刘亚川，张允湘．硅藻土提纯研究［Ｊ］．非金属矿， 中国非金属矿工业导刊，２００８（８）：１—３． ２００３，２６（１）：４６—４７． 张世洋，张艳松．中国硅藻土市场现状及未来应用前景分 ［９］郑水林，王利剑，舒锋，等．酸浸和焙烧对硅藻土性能的影 析［Ｊ］．中国矿业，２０１５，２４（１）：１—５． 响．硅酸盐学报，２００６，３４（１１）：８２－８８． 崔建涛，刘元晖．硅藻土综合利用现状及发展前景［Ｊ］．工 ［１Ｏ］ 张开永．硅藻土提纯新工艺及处理废水研究［Ｒ］．华北 程技术，２００９． 科技学院校内科研基金项目结题报告． 王怀字，折延凤，李莉．硅藻土的国际市场动态［Ｊ］．中国 ［１１］郑水林．非金属矿加工与应用［Ｍ］．第２版．北京：化学 非金属矿工业导刊，２００８（５）：６０—６２． 工业出版社，２００９． 马圣尧，周岳远，李小静．吉林硅藻土磁选除铁工艺研究 ６３
