摘要：随着科学技术的发展和科学家在农业方面的应用，又研制出了一项航空育种技术，同时也使人们意识到对育种基地环境的监控也是非常重要的。该系统主要是应用STC89C52单片机和无线wifi模块组建，通过在智能手机上开发的APP界面，利用DHT11温湿度传感器测量出数据，通过wifi的传输，在手机上显示出来，方便人们对环境的温度、湿度的改变。
关键词：单片机;报警;APP;wifi
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）03-0253-03
航空育种就是能够利用返回式的卫星，宇宙飞船等一些返回来的航天器，将带到太空中将要经过诱变的农作物种子、组织、有生命的各种物质等在特殊的环境，例如微重力、超真空、强辐射环境的诱变能够使生物种子内部的结构发生变异，科学家就根据返回的结果开始对作物进行选育，然后进行培育，最终使普通种子或其他一些物质都变成一批新品种、新材料的育种技术。航空育种基地环境与农作物的生长息息相关，我们必须要能够控制航空育种基地环境中的温度和濕度。
1 系统方案
航空育种基地环境监控系统以STC89C52单片机为核心，由5大部分电路组合而成。5大部分电路分别为温湿度DHT11传感器测量电路、调节数据按键电路、显示LCD1602液晶电路、无线网络ESP8266电路和电源部分电路[1]。航空育种基地的环境测量系统主要构想由STC89C52单片机最小组合电路及其他各部分的电路构建而成。温湿度传感器主要是测量航空育种基地环境中的温度和湿度，测量出来的数据经过单片机处理以后，通过LCD1602液晶屏以及利用手机与无线wifi的连接，在手机上安装的数据交互界面APP上把温度和湿度的数据显示出来[2]。当测量出的实际温度或湿度高于预计的温度或湿度的数值时，或者实际测量出的温度或湿度的数据值低于预计的温度或湿度的数值时，就会现场声光报警和APP报警[3]。温度或湿度的设定值进行设置时，自己通过按键模式的方式进行设置，其温湿度检测控制的总体设计框图如图1所示：
2 系统总设计框图
以下为该系统完成的功能：
（1）通过数字温湿度传感器DHT11采集温湿度数据，即时传输给单片机;
（2）单片机将收到的信号进行分析和处理，将采集到的温湿度实时数据送给1602液晶显示屏;
（3）通过1602LCD液晶屏以及手机APP完成温湿度的数据显示;
（4）设定温度湿度上下限数值，当实际温度和湿度超过所设置的范围，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警，APP界面报警。
2 系统硬件设计
2.1 MCU最小系统设计
单片机STC89C52是一种功能消耗非常低，功能的工作利用非常高的单片机芯片。现在已经为更多的嵌入式系统提供高质量服务，效率高，操作简单[4]，下面为STC89C52的功能及特性：
1） 单片机STC89C52的部分功能：该芯片拥有3个64 位定时或计数的器件，一个8向量4级中断的结构，并且还是一个全部方位的正反串行控制输入或输出的端口。
2）单片机STC89C52的特征： 8K字节程序存储空间;256字节数据存储空间;内带4K字节EEPROM存储空间;可直接使用串口下载，STC89C52引脚介绍如图2所示：
2.2 温湿度传感器
温湿度传感器DHT11是由数字模式组合而成的，直接能够将测量的数字传输给单片机的传感器。传感器DHT11的组成分为三部分，第一部分为一个电阻式感湿元件，该元件的主要作用是能够感应育种基地环境中的湿度;第二部分是一个NTC测温元件，该元件的作用就是能够感应出育种基地环境中的温度;第三部分是一个性能非常高的8位单片机[5]。DHT11温湿度传感器具有很多优点，例如它的质量非常好，反应的速度非常快，价格非常低廉，体积非常小，功耗非常低。传感器DHT11电路设计如图3所示：
2.3 无线wifi模块ESP8266
ESP8266由UART-WiFi 的透传模块组合而成，主要的特点是工作时耗能非常的低。主要应用在移动设备和物联网两个方面，这样手机就可以通过wifi进行互联网通信，并且完成手机联网的功能[6]。
ESP8266的三种工作模式
①STA 模式：这种模式是一种比较烦琐的模式，主要是要使用路由器的连接，只有这样，无线wifiESP8266才能够与互联网进行配合，使手机或电脑通过无线网络的连接可以对设备进行远距离的监控。
②AP 模式：AP模式是将无线网络ESP8266直接作为热点，让该芯片发射出无线wifi，我们直接可以打开手机或电脑的无线按键进行无线通信的连接，使远程的信息通过无线wifi传入到自己的手机或电脑上。
③STA+AP模式：这是两种模块的组合模式，更加方便了人们的操作。
系统选用了无线wifiESP8266，在该模块中主要采用了AP模式，其原理就是该芯片可以直接发射无线wifi，操作简单。该模块主要与单片机接口P3.0/RXD，P3.1/TXD相连，其电路图如图4所示：
2.4 LCD1602液晶显示屏
1602显示屏能够显示数字、符号和图形等。液晶LCD1602显示质量非常好，恒定发光能够长时间保持画面的色彩和亮度[7];数字式接口操作简单，体积小、体重轻、功耗低。该显示屏引脚编号名称介绍如表1所示：
3 系统软件设计
3.1 传感器DHT11设计流程图
温湿度传感器DHT11主要是监测航空育种基地环境中温度、湿度的情况，并且该传感器是一款数字传感器，其软件设计流程图如图5所示：
3.2无线wifiESP8266模块设计流程图
线ES无P8266wifi模块主要功能就是通过发射无线wifi，通过wifi连接到手机上，再把数据传送给手机，流程图如图6所示：
4 系统测试
1）给实物配置三节1.5V的五号电池，并且装置在电池盒中，打开电源开关，这时电路板上显示电源的红色小灯泡就会亮起来，并且在无线网络模块上也有一个灯亮起来。然后LCD1602显示屏上就会出现DHT11 Systen W： S： 字样，并且上面显示着当前测量的温度和湿度的数值。W代表温度的数值，S代表湿度的数值，实物图如图7所示：
2）开始设计实物，具体的步走为按实物最右边的第一个按键进行选择模式，模式主要分为三部分的内容，分别为温度调节模式、湿度调节模式、按键调节模式。然后选择模式1代表温度上下限设定模式，开始对温度上限值H和下限值L进行设置。选择模式2代表湿度上下限数值的设定，然后开始对湿度上限值H和下限值L进行设置[8]。按KEY2键使数值连续增加，按KEY3键使数值不断向减。
3）模式选择调节好以后，就开始对手机显示进行调节。具体操作为打开手机，然后再打开手机WLAN，刷新无线网络显示名称，找到wifi名为ESP8266-01的无线网络进行连接，并且无线网络的初始密码设置为1234567890，点击界面连接按钮进行连接无线网络wifi。
4）无线网络连接好以后，在手机界面上找到WIFI数据交互设计的APP，然后再打开APP，界面上就会显示两项的内容，分别为用户的名称以及登录该APP界面的密码，登录需要的密码为123456，然后再按登录字样进行登录[9]。
5）WIFI数据登录界面成功以后，就进入了手机显示数据界面，此时界面显示了无线网络模块ESP8266配置的IP地址为192.168.4.1，端口数为8888，然后我们点击连接按钮，此时就会显示温度和湿度的测量数据，并且和航空育种基地环境中LCD1602显示屏显示的数据保持一致[10]，显示界面如图8所示：
5 总结
本系统设计主要以STC89C52单片机为核心，利用單片机将一些硬件设计电路连接起来，然后应用软件编程、调试，使系统基本实现各项要求的功能。即虽然该系统还存在一些不足，但是能够应用在现代的生活当中。该系统设计的不足之处主要还是元器件的选取，例如温湿度测量精确度还不是太高，尤其是湿度测量数值，波动幅度较大。但是我也应用了各种改进方法，结果还是不太理想。
参考文献：
[1] 余发山.微机原理与单片机接口技术[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
[2] 李学礼.《基于Proteus的8051单片机实例教程》[M].电子工业出版社，2014.
[3] 徐爱钧.《单片机原理实用教程基于Proteus虚拟仿真》[M].电子工业出版社，2015.
[4] 陈享成.耿长青.基于单片机的LCD显示终端设计[J].电力自动化设备，2014.
[5] 韩斌杰，杜新颜，张建斌.GSM原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社，2009.
[6] 李士宁. 传感网原理与技术[M].北京：机械工业出版社，2017.
[7] 杨桂荣，任士虎.基于物联网的温室大棚智能控制系统总体方案设计[J].现代化农业.2017，（5）：51-52.
[8] 张培仁. 传感器原理检测及其应用[M].北京：清华大学出版社，2016.
[9] 王心海，赖文雅.无线传感网在环境监测中的技术研究[J].电脑迷.2018，（8）：140.
[10] 杨利荣，李伟.基于Android平台的空气质量监测APP的设计与开发[J].科技创新与应用.2016，（10）：76.
【通联编辑：梁书】