基于51单片机的烟草种植检测系统

1.本实用新型涉及烟草种植技术领域，具体是基于51单片机的烟草种植检测系统。


背景技术：

2.目前全球烟民超过十亿，约占世界人口的四分之一，我国作为全球烟民基数最大的国家，所占市场庞大。国家烟草专卖局最新数据如附图1所示，2019年烟草行业实现工商税利总额12056亿元，同比增长4.3%；上缴财政总额11770亿元，同比增长17.7%。由附图2可知，税利总额和上缴财政总额达到历史最高。现阶段人民生活质量得到提升，人们对于烟的品质也有了更高追求，烟草的质量也随之得到重视。
3.烟草作为一种喜光作物，其接收的光照强度能够直接影响烟草生长，因此烟草种植过程中需要对其环境的光照强度进行检测。而国内烟草种植方式主要以散户经营为主，沿袭传统手工方式，部分环节使用了小型农业机械，机械化程度较低，人工量和作业成本都较高。现阶段依然是大规模的种植园区，如果采用传统的看护方案将产生极高的成本，这对于生产经营是不合算的。所以结合电子技术和控制技术，采用自动化装备实现人工操作的过程，这将大大降低成本，减少开支，提高利润率。
4.但是现有烟草种植过程多存在以下问题：
5.1、不能实时获取光照强度信息，同时不能显示周围温度和湿度的数据，并对光照强度时间进行记录，实现烟草种植环境的检测；
6.2、当光照强度过高时，不能通过蜂鸣器进行报警提醒人们，以便对种植的烟草进行保护；
7.3、不能将温湿度信息以及光照强度信息精准的显示。
8.因此，本实用新型提供一种基于51单片机的烟草种植检测系统来解决此问题。


技术实现要素：

9.针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型提供一种基于51单片机的烟草种植检测系统，有效的解决了现有烟草种植过程中不能及实时获取光照强度信息，同时检测显示周围温度和湿度的数据，并对光照强度时间进行记录以及不具备环境报警功能的问题。
10.本实用新型为基于51单片机的烟草种植检测系统，其特征在于，包括单片机、电源模块、光照检测模块、湿度检测模块、lcd显示模块、计时模块和按键模块；
11.所述的电源模块、光照检测模块、湿度检测模块、lcd显示模块、计时模块和按键模块均和所述的单片机电相连。
12.优选的，所述的单片机型号为stc89c51单片机。
13.优选的，所述的电源模块采用5v直流电压的电池。
14.优选的，所述的计时模块的计时芯片为ds1302（u1）；
15.所述的u1的引脚1接vdd5；
16.所述的u1的引脚8接bt1的正极，所述的bt1的另一端接gndf；
17.所述的u1的引脚6接r3b，所述的r3b另一端接vdd5，所述的r3b和所述的u1的引脚6相接后接所述的单片机的p3.6；
18.所述的u1的引脚7接所述的单片机的p3.5，所述的u1的引脚7和所述的单片机的p3.5之间连接有r2c，所述的r2c另一端接vdd5；
19.所述的u1的引脚5接所述的单片机的p3.7，所述的u1的引脚5和单片机的p3.7之间接ra1，所述的ra1另一端接vdd5；
20.所述的u1的引脚4接gnd；
21.所述的u1的引脚2接c1，所述的c1另一端接gnd；
22.所述的u1的引脚3接c2，所述的c2另一端接gnd；
23.所述的u1的引脚2和c1之间接有y1，所述的y1另一端和所述的u1的引脚3相接。
24.优选的，所述的lcd显示模块选用1602字符型液晶模块；
25.所述的lcd显示模块的引脚4、5和6分别接单片机的引脚28、27和26；
26.所述的lcd显示模块的引脚7-14分别接单片机的引脚39-32；
27.所述的单片机的引脚40和31均接vcc；
28.所述的lcd显示模块的引脚1和16接gnd；
29.所述的lcd显示模块的引脚2和15均接vcc；
30.所述的引脚3接r2后再接gnd。
31.优选的，所述的温度检测模块和湿度检测模块采用dht11，所述的dht11是数字型温湿度传感器；
32.所述的单片机的引脚1接vcc；
33.所述的单片机的引脚2接r1然后再接vcc；
34.所述的单片机的引脚4接gnd；
35.所述的单片机的引脚2和所述的dht11的通信接口相连。
36.优选的，所述的光照检测模块选用gy-30传感器（u3）；
37.所述的u3的引脚1接vcc5v；
38.所述的u3的引脚4和5接gnd；
39.所述的u3的引脚3接所述的单片机的引脚2，所述的单片机的引脚2接电阻r2然后接vcc5v；
40.所述的u3的引脚2接电阻r1，然后接vcc5v。
41.优选的，所述的单片机的引脚9接复位电阻r1，所述的复位电阻r1另一端接gnd；
42.所述的单片机的引脚9接单极电容c1的负极，所述的单极电容c1的正极接vcc5v，所述的单极电容c1的正极接开关s1，所述的开关s1另一端接所述的单片机的引脚9。
43.优选的，所述的单片机晶振电路采用11.0592mhz或者12mhz的晶振；
44.所述的晶振x1两端分别接所述的单片机的xtal1和xtal2，晶振x1两端分别接电容c3和c4，所述的电容c3和c4的另一端均接gnd。
45.本实用新型针对现有的烟草种植进行改进，通过设置单片机、和电源模块、光照检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、lcd显示模块和计时模块有效的解决了检测烟草种植周围的温度、湿度和光强参数，温湿度及光照强度能够精确显示在led屏幕上以及能够自
主调节光照强度的阈值的问题；通过设置按键用来完成单片机的复位操作和光照强度阈值的设定；通过设置lcd显示模块用来显示当前检测的温湿度和光照强度；且结构简洁稳定，线路稳定，具有极高的普适性。
附图说明
46.图1为本实用新型烟草行业工商税利总额示意图。
47.图2为本实用新型烟草行业上缴财政总额示意图。
48.图3为本实用新型系统框图。
49.图4为本实用新型计时模块电路连接示意图。
50.图5为本实用新型lcd显示模块的电路连接示意图。
51.图6为本实用新型温度、湿度检测模块电路连接图。
52.图7为本实用新型光照检测模块电路连接示意图。
53.图8为本实用新型单片机复位电路连接示意图。
54.图9为本实用新型单片机晶振电路示意图。
55.图10为本实用新型烟草种植检测的逻辑图。
56.图11为本实用新型检测系统的主界面示意图。
57.图12为本实用新型光照阈值设定示意图。
58.图13为本实用新型计时显示界面示意图。
具体实施方式
59.有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图13对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
60.实施例一，本实用新型为基于51单片机的烟草种植检测系统，其特征在于，包括单片机、电源模块、光照检测模块、湿度检测模块、lcd显示模块、计时模块和按键模块；
61.所述的电源模块、光照检测模块、湿度检测模块、lcd显示模块、计时模块和按键模块均和所述的单片机电相连；
62.所述的单片机是整个系统的控制中枢，它通过指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能，硬件的实现采用模块化设计，每一个模块只实现一个特定功能，最后将各个模块搭接在一起，这种设计方法可以降低系统设计的复杂性；
63.所述的单片机作为主控制器，负责处理各个模块送来的数据，并把处理好的数据送向显示模块，温、湿度检测模块和光照检测模块主要用来采集周围的环境参数，并把数据送向单片机。按键主要用来完成单片机的复位操作和光照强度阈值的设定，lcd显示模块用来显示当前检测的温湿度和光照强度；
64.本实施例在具体实施时，首先通过所述的单片机对各个模块进行初始化，接着通过所述的按键模块完成单片机的复位操作和光照强度阈值的设定，然后通过所述的光照检测模块、湿度检测模块对烟草种植环境的光照强度以及湿度进行检测，同时将信息传输给单片机，所述的单片机将温湿度以及光照强度信息传递给所述的lcd显示模块，并通过所述的lcd显示模块显示出来。
65.实施例二，在实施例一的基础上，本实施例提供一种所述的单片机的型号，具体的，所述的单片机型号为stc89c51单片机。
66.实施例三，在实施例二的基础上，在整个系统中，电源是最重要的部分之一，当电压不稳定时，各个模块所测得的数据将会出现错乱，所述的单片机以及lcd显示模块将不能正常工作，而且当电源工作时间过长，电源会发热，容易发生短路烧坏元器件，故本实施例提供一种具有防护作用的电源，具体的，所述的电源模块采用5v直流电压的电池。
67.实施例四，在实施例二的基础上，所述的计时模块的计时芯片为ds1302（u1）；
68.ds1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，如图4所示；
69.所述的u1的引脚1接vdd5；
70.所述的u1的引脚8接bt1的正极，所述的bt1的另一端接gndf；
71.所述的u1的引脚6接r3b，所述的r3b另一端接vdd5，所述的r3b和所述的u1的引脚6相接后接所述的单片机的p3.6；
72.所述的u1的引脚7接所述的单片机的p3.5，所述的u1的引脚7和所述的单片机的p3.5之间连接有r2c，所述的r2c另一端接vdd5；
73.所述的u1的引脚5接所述的单片机的p3.7，所述的u1的引脚5和单片机的p3.7之间接ra1，所述的ra1另一端接vdd5；
74.所述的u1的引脚4接gnd；
75.所述的u1的引脚2接c1，所述的c1另一端接gnd；
76.所述的u1的引脚3接c2，所述的c2另一端接gnd；
77.所述的u1的引脚2和c1之间接有y1，所述的y1另一端和所述的u1的引脚；
78.在本实施例中，仅需用到三个引脚：rst复位、i/o数据线、sclk串行时钟，stc89c51的时钟信号可由内部振荡器产生，也可由外部电路直接提供，内部振荡器的输入和输出引脚分别为xtal1和xatl2，由xtal2给单片机内部电路提供时钟信号，当时钟信号由外部电路提供时，外部时钟连接引脚xtal2，xtal1引脚接地。
79.实施例五，在实施例四的基础上，所述的lcd显示模块选用1602字符型液晶模块，所述的1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便；
80.所述的lcd显示模块的引脚4、5和6分别接单片机的引脚28、27和26；
81.所述的lcd显示模块的引脚7-14分别接单片机的引脚39-32；
82.所述的单片机的引脚40和31均接vcc；
83.所述的lcd显示模块的引脚1和16接gnd；
84.所述的lcd显示模块的引脚2和15均接vcc；
85.所述的引脚3接r2后再接gnd。
86.实施例六，在实施例二的基础上，所述的温度检测模块和湿度检测模块采用dht11，所述的dht11是数字型温湿度传感器，可直接以数字方式传输所采集到的当前环境的温湿度，dht11采用的是单总线通信，因此按照附图6的连接方法，只需将单片机的一个i/0（引脚2）和dht11的通信接口连接就可以实现数据的采集和传送，具体连接方式如下：
87.所述的单片机的引脚1接vcc；
88.所述的单片机的引脚2接r1然后再接vcc；
89.所述的单片机的引脚4接gnd；
90.所述的单片机的引脚2和所述的dht11的通信接口相连。
91.实施例七，在实施例二的基础上，所述的光照检测模块选用gy-30传感器（u3），因其内置16bitad转换器可直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定不区分环境光源，接近于视觉灵敏度的分光特性，参考附图7，引脚scl为iic总线时钟引脚，引脚sda为iic总线数据引脚。附图7所示的电路分别接入89c51的引脚p1.0和引脚p1.1，从而实现光照的采集和传输，具体电路连接如下：
92.所述的u3的引脚1接vcc5v；
93.所述的u3的引脚4和5接gnd；
94.所述的u3的引脚3接所述的单片机的引脚2，所述的单片机的引脚2接电阻r2然后接vcc5v；
95.所述的u3的引脚2接电阻r1，然后接vcc5v。
96.实施例八，在实施例二的基础上，所述的单片机的引脚9接复位电阻r1，所述的复位电阻r1另一端接gnd；
97.所述的单片机的引脚9接单极电容c1的负极，所述的单极电容c1的正极接vcc5v，所述的单极电容c1的正极接开关s1，所述的开关s1另一端接所述的单片机的引脚9；
98.复位电路由电容串联电阻构成，结合“电容电压不能突变”的性质，当系统通电，rst引脚将会出现高电平，并且此高电平持续的时间由电路的rc值决定。如附图8所示，当按键按下时，rst得到复位信号，从而使得所述的单片机进行初始化。
99.实施例九，在实施例二的基础上，所述的单片机晶振电路采用11.0592mhz或者12mhz的晶振，由于检测到一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期，晶振的频率为12mhz时，最高计数频率不超过1/2mhz，即计数脉冲的周期要大于2ms，起振电容c3、c4采用20pf，p0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10千欧；
100.所述的晶振x1两端分别接所述的单片机的xtal1和xtal2，晶振x1两端分别接电容c3和c4，所述的电容c3和c4的另一端均接gnd。
101.具体使用时，将检测设备放在烟草生长的周围，首先初始化数据，系统将自动进行光照强度及温湿度数据采集。根据烟草生长需要的光照强度进行光照阈值的设定，当外界光照强度达到设定阈值时，检测系统开始计时，最终在液晶屏上显示指定光照强度下，烟草生长环境的温湿度和光照强度，并自动记录时间；
102.在对环境进行检测的过程中，通过所述的lcd显示模块进行显示，显示方式如下：
103.1、附图11为检测系统的主界面，光照强度(light)由五位数字显示,大写字母t和h分别表示检测的温度和湿度；
104.2、检测系统中的阈值设定功能可以记录烟草生长的有效光照时间，按下设置键，界面显示如附图12的光照阈值设定，可通过按下加减键实现对阈值的调整；
105.3、按下查看键，界面便会显示超过设定的光照强度阈值时间(附图13)，再次按下，界面回到主界面检测窗口。
106.本实用新型针通过研究光照强度，温湿度等方面对烟草生长的影响，从而设计了基于51单片机的烟草种植检测系统，实现对烟草生长过程中光照、温度和湿度环境的检测，测量光照强度时，可以设置光强阈值，由两个按键控制阈值设定的大小，当光照强度大于设
定值时开始计时。除此之外增添了一个重置计时的按键，方便重新计时，检测数据最终通过lcd屏幕显示；通过检测系统显示烟草接受有效光照强度的时间，可以精准的控制烟草的成熟，把握烟草收割的最佳时间，使烟草的品质达到最佳；本设计功能齐全，使用范围广泛，预计能够在烟草种植行业中得到广泛的应用。