基于MCU的水果贮藏室温湿度监测及报警系统设计

王登贵

（攀枝花学院 交通与汽车工程学院，四川 攀枝花 617000）

水果产业是种植业中继粮食和蔬菜之后的第三大产业，水果增加农民收入等方面发挥着重要的作用。在对各类水果储藏时，为了减少腐烂，延缓成熟，保持鲜度品质，贮藏室对温度和湿度有严格的要求。目前，大多数贮藏室温度和湿度的测量通常采用的方法是在贮藏室不同位置悬挂温度湿度表来人工读数检测，根据数据手动控制室内温湿度，这种检测方法繁琐且不具备智能报警功能[1]。文中设计了一种基于MCU的水果贮藏室温湿度测控系统，采用高精度的温湿度传感器，能够自动准确测量、控制贮藏室的温湿度，并在无人值守的情况下自动监测贮藏室的温湿度，报警时，可通过无线GSM网络，短信传输给相关管理者，以便及时处理，提高了水果贮藏效率。

1 系统整体结构

整个温湿度测控系统采用STC89C52单片机为核心控制器，该单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8 K在系统可编程存储器。512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4 KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，兼容传统51的5向量2级中断结构，全双工串行口[2]。系统整体结构如图1所示。

图1 系统整体结构Fig.1 Overall diagram system

系统中，温湿度监测电路、时钟及复位电路、液晶显示电路、键盘输入电路、声光报警电路、GSM短信报警电路和温湿度过高自动调节电路构成了外围电路。由温湿度传感器采集现场温湿度数据传送给单片机，单片机及其他外围电路主要完成对传感器传送来的数据的分析处理、显示、声光报警、短信报警及根据预先设定的温度、湿度预警值确定是否启动温湿度控制设备等功能。

2 主要硬件电路

测控系统主要硬件设计电路图如图 2所示。主要包括：温湿度监测电路、键盘输入电路、液晶显示电路、短信报警电路、声光报警电路及控制温湿度控制设备电路等。

图2 系统硬件电路Fig.2 Overall circuit design

2.1 温湿度监测电路

温湿度监测电路选用了单总线温湿度传感器DHT11采集现场数据传送给单片机处理。该传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，包括一个NTC测温元件和一个电阻式测湿元件，该传感器工作电压为3.5～5.5 V，工作电流为平均0.5mA，温度与湿度测量范围分别为0～50℃与 20～95%RH，湿度分辨率：1%RH（8 位），温度分辨率：1℃（8位），采样周期为1 s[3]。其电路如图2所示，为了提高数据采集的稳定性，在Dout引脚和正电源5 V之间接一个4.7 kΩ的上拉电阻。

2.2 短信报警电路

系统GSM短信报警电路采用TC35模块，通过短信的方式告知管理者相关信息。TC35模块是德国SIEMENS公司生产的高性能通信模块，主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口 6部分组成[4]。满足本系统设计的功能同时可为扩展功能做准备。单片机 STC89C52的 RXD，TXD，GND引脚分别与 GSM模块的TXD、RXD、GND引脚相连接就可通过串口发送AT指令来控制模块。

2.3 键盘输入与液晶显示电路

系统设计了4×4键盘输入功能和液晶显示功能，用户可通过键盘设定温度和湿度的警戒范围，设置短信息报警时，短信接收者的手机号码以及启动报警状态和解除报警状态等操作，键盘采用中断扫描方式。

液晶显示选用LCD1602字符型液晶，引脚E、RW和RS分别接到单片机的P2.7、P2.6、P2.5引脚上，电阻R2调节液晶偏压[4]，在系统中主要显示当前贮藏室的温度、湿度以及短信报警的电话号码及信息发送状态灯信息，与STC89C52接口电路较简单。

2.4 声光报警及温湿度过高自动调节电路

当贮藏室实时温度或湿度超出设置的上下限值时，系统会发出声光报警信息，声音报警采用5 V蜂鸣器，光电报警采用红色发光二极管。报警同时，单片机可控制温湿度过高自动调节电路打开温湿度控制设备马达进行升温或降温、加湿或除湿，起到自动调节的作用，此处未给出电路，需根据需要设计。声光报警有单片机P2.4引脚控制，控制设备马达由单片机P2.0～2.3引脚控制。

3 系统软件设计

3.1 总体设计

主程序流程图如图3所示。

图3 系统软件流程图Fig.3 Flow chart of system work

当系统接通电源，首先进入启动界面，按下 “设置（S13）”键，可依次进入温度上限报警值设置界面、温度下限报警值设置界面、湿度上限报警值设置界面、湿度下限报警值设置界面与进入发送手机号码设置界面。通过按下 “+（S14）”键、“-（S15）”键可增加、减少温湿度的上、下限报警值；通过键盘 “1”～“9”（S1～S9） 键输入手机号码。 期间按下 “退出（S16）”键可退出设置界面回到欢迎界面，GSM模块开始工作，此时系统所有模块正常工作。如电话号码输入错误可按下“清除（S12）”键清除，继续设置。如已设置正确的电话号码，当温度度传感器检测到贮藏室实时温度或湿度值超出上下限值时，便向单片机传递信号，单片机控制控制声光报警，同时控制GSM模块以短信息的方式将报警信息发送给管理者手机上。系统软件采用模块化结构设计方法，在Keil C51集成开发环境下采用C51语言编程设计[6]。软件主要由主程序和液晶显示子程序、声光报警子程序、自动调节控制设备子程序及GSM短信报警子程序等组成。

3.2 GSM发送短信程序设计

GSM模块支持标准的AT命令及增强AT命令，使用AT指令来设置GSM让其能实现发送短信的功能，将GSM连接到电脑的串口，打开串口调试助手可进行设置[7]。当启动了GSM短信报警功能后，贮藏室实时温湿度超出报警上下限值时，单片机便控制TC35向设置好的手机号码发送短信，其部分程序如下：

void send_PUD_fdbj（uchar*p） //发送报警信息{

chang_phone（TC_PUD_4，p）；

TC_send（TC_MSXZ_0，sizeof（TC_MSXZ_0）－1）；

delay_1ms（400）； //延时

send_uart0_dat （TC_CMGS，sizeof （TC_CMGS） －1）；TC_send（TC_CMGS_NUM_fdbj，sizeof（TC_CMGS_NUM_fdbj）－1）； //发总长度

delay_1ms（400）；

send_uart0_dat（"00"，2）；

send_uart0_dat（TC_PUD_4，sizeof（TC_PUD_4） －1）；//对方手机号

send_uart0_dat （TC_PUD_6_long_fdbj，sizeof（TC_PUD_6_long_fdbj） － 1）； //信息长度

send_uart0_dat （TC_PUD_7_fdbj，sizeof（TC_PUD_7_fdbj）－ 1）； //信息内容

delay_1ms（300）；

send_uart（0x1A）；

send_uart（0x0D）；

send_uart（0x0A）；

flag_gsm_text=1；

}

4 试验与分析

系统试验分两部分，第1部分测试系统各模块是否正常工作，主要测试系统的报警功能及GSM模块是否能正常发送报警短信。测试效果达到了预期目标，如图4所示为温度报警上限为30℃时的报警情况。

图4 系统实物测试效果图Fig.4 System testing

第2部分主要测试系统采集温湿度效果，将本系统与市场上购置的一款性能比较好的温湿度计同时放到某一仓库进行试验，在同一天的早上8:00到18:00测得数据绘制成曲线对比如图5所示。

由此可以看出，与传统测量方法相比较，本系统能准确测量水果贮藏室内的温湿度，测量值能直观地显示给人们读取，当实时温湿度超出设定值时，系统能及时发出声光报警信息并开启相应的温湿度控制设备进行调节室内温湿度，同时通过GSM模块可向相关管理员发送报警短信，以使管理员能及时处理，适合应用于各类水果贮藏室的温湿度监控。

5 结束语

以STC89C52单片机为核心控制器设计的水果贮藏室温湿度测控及报警系统能准确测量室内温湿度，具有实时声光报警与短信报警功能，除可用于水果贮藏室外，还可适用于蔬菜及粮食贮藏室及禽舍等有一定环境温湿度要求的场所。对系统软硬件进行适当更改还可设计成防盗、防火等无线报警系统，具有推广价值。

图5 温湿度曲线Fig.5 The curve of temperature and humidity

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