基于DHT11传感器的大棚灯光控制系统

基于DHT11传感器的大棚灯光控制系统梁宁欣（南京农业大学工学院，江苏 南京 210031）摘 要：在温室大棚农作物的培养过程中，大棚内的温湿度环境直接影响农作物的生长情况。

利用DHT11温湿度传感器，设计了自主调节光强以恒定温度的大棚灯光控制系统。

该控制系统采用DHT11作为探头采集当前大棚内的温湿度参数并转换成数字信号，由单片机对数据进行分析和处理，从而完成对大棚内光照强度的控制。

本系统以单片机STM32f103rbt6为中心器件，DHT11温湿度传感器为检测单元，来设计大棚灯光自动控制器，实现了根据当前实际温湿度情况通过STM32芯片调整点亮灯泡个数的恒温功能。

本文是基于SRT项目《基于Android平台的农场灯光WiFi控制系统》进行阐述。

关键词：温湿度；DHT11；大棚灯光；STM320 引言现代农场中，温室大棚由于能够充分吸收太阳光为农作物保温，克服了农作物生长过程中受季节变化与环境恶劣因素的影响，创造出最适合农作物生长的环境。

目前温室大棚恒温主要通过人工灯源照明实现，而传统灯源布线复杂且需要人工切断电源进行控制，操作不便，精度低，且不具智能性。

本系统旨在对温室中的温湿度进行实时监测，采集各种照明信息，得出最适于农作物生长的温度环境，从而自动调整当前大棚内的光照强度，实现智能温室控制。

1 DHT11温湿度传感器的概述1.1 温湿度传感器简介智能温度传感器问世于20世纪90年代中期，是近代各种自动控制系统中获取温度信息的重要工具，在工业生产、农业培育、科学技术等领域极具重要性。

目前，市场上已开发出多种将传统的传感器与各种微处理器相结合系列的智能温度传感器，通常内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、寄存器和接口电路等等，并接入网络或其它控制器，实现智能信息检测、信号处理、信号输出等一系列功能。

智能温度传感器再通过与各种微控制器的适配，利用软件来输出各种温度数据及相关的温度控制量。

而湿度传感器产品及湿度测量是上世纪90年代兴起的行业，主要分为电阻式和电容式两种，广义上通常是指能直接应用于现场的湿度检测传感器件或电路板，完成将湿度量转换成容易被测量处理的电信号的功能。

近年来，湿度传感器产品迅速地向集成化、智能化、检测速度加快发展。

1.2 DHT11温湿度传感器的特点DHT11是一款温湿度一体化单总线结构的数字式传感器，每个DHT11传感器都在极为精确的温湿度校验室中进行过校准，校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，输出为已校准的数字信号。

该传感器包含一个NTC测温元件和一个电阻式测湿元件，通过与简单的电路相连即能够实时地准确采集现场湿度和温度。

该传感器具有以下基本性能指标：工作电压范围为3.5~5.5v，工作电流平均为0.5mA，温度测量范围为0~50℃，湿度测量范围为20~90％RH，温度分辨率为1℃(8位)，湿度分辨率为1％RH(8位)，采样周期为1s。

因此该产品有体积小、功耗低、响应速度快、稳定性好、经济实用型强等诸多优点，使得系统设计更加简单，控制方便，易于实现系统的智能管理。

2 DHT11的工作原理2.1 DHT11的典型应用电路DHT11与微处理器的连接电路简单，与微处理器的通信通过一个I/O口即可以单总线方式进行。

该传感器采用4针单排引脚封装：1Pin为电源引脚(VDD)，应用时供电电压通常为3~5.5vDC；2Pin为数据引脚(DATA)，与微处理器之间信息以单总线数据格式传输；3Pin为空脚(NC)，应用时常为悬空状态；4Pin为接地脚(GND)，应用时常接地或电源负极。

当DHT11传感器与MCU通讯距离小于20m时使用5k上拉电阻，大于20m时则根据实际现场情况选用适宜的上拉电阻值。

2.2 DHT11的通讯过程DHT11传感器常态有低功耗和高速模式两种。

通讯过程中，当MCU发送开始信号前，DHT11不会主动进行温湿度采集，此时DHT11处于低速模式，总线状态为高电平；当MCU将总线拉低发送开始信号后等待DHT11响应，拉低时间需大于18ms以保证传感器检测到开始信号，总线转为低电平，DHT11进入高速模式，并回复响应信号约80us时间的高电平。

此时通讯以高位先出的顺序开始传输40位测量数据，分别是8位湿度整数数据、8位湿度小数数据、8位温度整数数据、8位温度小数数据及8位校验和数据。

每一位数据均以50us低电平时隙开始，并且以高电平的时长来区分数据位是0或1，待数据传送完毕总线再由上拉电阻拉高进入空闲状态。

3 系统硬件设计系统硬件结构，系统采用STM32系列的STM32f103rbt6作为处理单元。

主要硬件设计电路图传感器部分为温湿度采集模块电路，处理器STM32f103rbt6及周围的子系统电路，输出电模块电路用于8路灯泡输出。

DHT11将当前采集到的大棚内温湿度数据信息以数字形式传送给单片机STM32，STM32将得到的数据进行处理、计算后输出控制信息于I/O 口对电磁继电器来决定点亮灯泡的个数及强度从而实现对大棚灯光的自动控制，以此达到自动控制大棚内环境温度的目的。

单片机采用STM32f103rbt6，是由于STM32系列的单片机具有高性能、低成本、低功耗的ARM Cortex-M3内核，而STM32F103属于32 的“增强型”系列是同类单片机产品中性能最高的产品，时钟频率可达到72MHz，且其内置32k到128k 的闪存、功耗36mA是32位市场上功耗最小的产品，相当于0.5mA/MHz。

相较于51系列的单片机，该系统采用STM32运算速度是51单片机的几十倍，大大提高了测量的精确度。

8路输出模块：通过电磁继电器控制的8路输出模块连接的是8个灯泡，用于STM32控制点亮灯泡的个数来改变温室大棚内的作物生长温度。

4 大棚灯光控制系统软件设计4.1 系统工作状态说明本系统的整个程序流程是首先上电，系统各部分进行初始化如单片机、DHT11等初始化。

初始化完成后再进行延时下接第20页（10）条形码识别技术利用ep2(文件分离条形码)和fact(权限控制条形码)两种条形码解决数字化加工中文件的安全、文件定位，以及去黑边、页面纠正、内容纠编、页面自适应、去杂点等。

（11）异构数据接口在多个不同系统的混合环境下，解决以一种统一的方式、用统一的视图来组织各个不同系统的数据。

针对这种需求，我们推出的分布式异源数据交换共享管理中间件解决了以下问题：应用系统环境的不一致，数据库环境的不一致，缺乏统一的数据主题，不同系统间缺乏数据传递的统一机制。

（12）双层PDF文件双层PDF生成系统是指将标准资料通过扫描仪快速录入后，经过去污、纠偏和OCR识别，然后可以直接生成可以检索的PDF文件，这个PDF文件是双层的，上层是原始图像，下层是识别结果，这样可以100%保留原始版面效果，并且支持选择/复制/检索等功能，这样的PDF文件最后可以存储在光盘、硬盘或磁盘阵列中，并通过建立索引数据库进行科学的管理，完美的实现了原文重现、系统支持PDF文件加密功能，可以控制用户编辑/打印/修改该PDF文件，在标准化管理中非常有必要。

5 创新点5.1 技术创新点（1）OCR自动摘要录入档案采用pde OCR模块各种档案的数据项可实现自动录入，勿需人工输入。

自动提取关键字段，针对不同文件类型设定提取区域后，可自动将所选区域影像直接转换成数据库中的索引字段，极大地减少了数据采集的成本与时间。

在数据采集过程中，通过pde影像扫描软件与pde OCR 模块相结合，可轻松实现文档的快速自动录入、数据自动采集、相关图像优化处理及自动建立索引。

（2）自动矢量化技术PDE自动矢量化速度极快，系统强大的核心功能是自动矢量后处理。

后处理可以根据光栅图的不同类型选择不同的后处理参数，如机械图、建筑图、地形图、电路图等。

这种高智能的识别算法控制的综合参数设置，可识别线、圆、圆弧，包括线行、字符、区域、填充、箭头，并将它们转换成矢量实体，放在指定层。

可矢量化后进行图纸的二次编辑、利用。

（3）手写签名[3]友网科技设计的手写液晶屏产品基于压感级数为1024或2048的手写输入设备，可以完美支持具有笔峰、真迹效果以及书写流畅的手写签批。

手写输入设备仅与手写签名组件有关，而不与电子免填单系统进行关联，这样可以保持电子免填单系统的相对独立性，从而避免系统与特定的手写输入设备不可分割的问题。

（4）身份识别技术电子免填单系统通过身份证扫描设备接口，针对一代、二代身份证进行图像扫描和文字提取。

身份证扫描设备主要接口：可以对第一代和第二代身份证进行光学字符识别(OCR)，又可以对二代身份证进行射频识别(RFID)；采集文字与照片信息；分离证件文字与照片并显示；对证件文字进行光学字符识别(OCR)并显示；电子免填单系统仅与扫描设备访问接口进行交互，通过访问接口可以很容易的更换不同品牌的身份证扫描设备，避免系统与特定设备绑定。

5.2 应用创新“智能营业厅---多功能电子影像支撑系统”，颠覆了传统营业厅以纸质文档为载体业务模式，是基于电子影像流转的业务模式创新，实现了电子政务和电子商务的智能化(无纸化、自助化、自主化)，不受营业时间(移动)、空间(远程)的限制。

客户平均等待时间由8分钟缩短到5分钟，受理时间由8X5，延长到24X7，此外，还践行了“低碳减排、绿色办公”的理念。

6 结论友网科技自主研制和开发的“智能营业厅—多功能电子影像支撑系统” 以科技手段实现了电子政务和电子商务的智能化(无纸化、自助化、自主化)，不受营业时间(移动)、空间(远程)的限制。

这种基于电子影像流转的业务模式，既能减少人工处理环节，缩短业务办理时长，提升客户满意度；又能节约大量纸质单据的使用和存放(场地成本)，很好地践行了“绿色环保”这一社会公益主题，具有显著的社会效益。

参考文献：[1]杨瑾. 基于PDE修复的图像压缩技术研究[D]. 西安：西安电子科技大学，2009.[2]殷康琳. 网上办税一体化服务系统的设计与实现[D].厦门：厦门大学，2012.[3]刘洋. 智能营业厅技术支撑系统研究[J]. 电力信息化，2012 10(3).一段时间，供DHT11传感器采集数据，延时完成后进行温湿度数据的采集并传输到单片机STM32，单片机进行处理并判断温度和湿度是否超过设定值。

若在设定值范围内，则继续执行数据采集程序；若超出设定值范围，则单片机执行温度处理程序，控制继电器的输出调整发亮灯泡的个数。

4.2 传感器模块程序设计传感器模块负责温湿度数据源的采集，首先数据口连接端(本系统采用P0.3口)P0.3输出低电平，延时18ms之后P0.3输出高电平，延时40ms之后，读P0.3引脚是否为低电平，若不是低电平则继续判断，若是低电平则执行判断从机80us高电平是否结束，如果没有结束就继续判断，若结束就进行单片机数据接收，将接收到的数据按十进制数位存入指定的数组中，数据采集结束并保持数据采集持续进行。