基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計-08電科

1、德州學(xué)院 物理系 2012屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計 PAGE PAGE 84 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計劉娟（德州學(xué)院物理系，山東德州253023）摘 要 基于于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)術(shù)的溫室大棚棚控制系統(tǒng)以以AT89S52單片機為為核心，采用用加熱爐和風(fēng)風(fēng)機、噴灌和和滲灌、熒光光燈，分別為為溫室大棚進進行加熱、增增加二氧化碳碳濃度、增加加空氣濕度、灌灌溉、人工補補光；使用SSHT10數(shù)數(shù)字式溫濕度度傳感器、FFDS-1000型土壤水水分傳感器、SH-300-DH二氧化碳傳感器和TSL2561光強傳感器，將采集的大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)信息在液晶1602上顯示出來，并通過無線通信模塊nRF905

2、將信號傳到從機。主機完成各項數(shù)值預(yù)制和報警電路模塊功能，從機完成采集數(shù)值的顯示及加熱爐和風(fēng)機、噴灌和滲灌和熒光燈的控制功能。本文設(shè)計的溫室大棚控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集控制溫室內(nèi)的空氣溫濕度、土壤濕度、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，以直觀的數(shù)據(jù)顯示給用戶，并可以根據(jù)種植作物的需求提供報警信息。關(guān)鍵詞 AT889S52；傳感器；nRRF9051 緒論 隨著通通信技術(shù)的飛飛速發(fā)展，人人們已經(jīng)不再再滿足于人一一與人之間的的通信方式以以及需要人參參與交互的通通信方式，一一種更加智能能、更加便捷捷的通信方式式為人們所期期待。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)一種種物體、機器器間不需要人人的參與即可可完成信息交交互的通信方方式(I

3、ntternett of tthingss)便應(yīng)運而而生1。簡單單的說，物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)是物物相相連的網(wǎng)絡(luò)，在在整個信息采采集、傳遞、計計算的過程中中無需人的參參與交互。物聯(lián)網(wǎng)是基于傳傳感器技術(shù)的的新型網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)，在現(xiàn)代代農(nóng)業(yè)中，大大量的傳感器器節(jié)點構(gòu)成了了一張張功能能各異的監(jiān)控控網(wǎng)絡(luò)，通過過各種傳感器器采集與作物物生產(chǎn)有關(guān)的的各種生產(chǎn)信信息和環(huán)境參參數(shù)，可以幫幫助農(nóng)民及時時發(fā)現(xiàn)問題，準準確地捕捉發(fā)發(fā)生問題的位位置，對耕作作、播種、施施肥、灌溉等等田間作業(yè)進進行數(shù)字化控控制，使農(nóng)業(yè)業(yè)投入品的資資源利用精準準化、效率最最大化2。無線傳感網(wǎng)絡(luò)由由部署在監(jiān)測測區(qū)域內(nèi)大量量的微型傳感感器節(jié)點通過過無線通信形形

4、成的一個多多跳自組織的的網(wǎng)絡(luò)，其主主要目的是采采集與處理該該網(wǎng)絡(luò)覆蓋范范圍內(nèi)監(jiān)測參參數(shù)的信息3。無線線傳感網(wǎng)絡(luò)在在農(nóng)業(yè)中的一一個重要應(yīng)用用是在溫室等等農(nóng)業(yè)設(shè)施中中，采用不同同的傳感器和和執(zhí)行機構(gòu)對對土壤水分，空空氣溫濕度和和光照強度，二二氧化碳濃度度等影響作物物生長的環(huán)境境信息進行實實時監(jiān)測，系系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測測到的數(shù)據(jù)將將室內(nèi)水、肥肥、氣、光、熱熱等植物生長長所必需的條條件控制到最最佳狀態(tài)，保保證作物的增增產(chǎn)增收。 根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)技術(shù)的研究究結(jié)果表明，建建立溫室可以以建立適合植植物生長的生生態(tài)環(huán)境，實實現(xiàn)作物的高高產(chǎn)、高效。在在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化化的進程中，從從作物播種、生生長，到收獲獲、加工及檢

5、檢測分析整個個過程中都離離不開傳感器器的應(yīng)用，幾幾乎覆蓋了農(nóng)農(nóng)業(yè)工程的全全部范圍，有有力地支撐了了智能農(nóng)業(yè)的的技術(shù)體系。基基于以上認識識，本論文設(shè)設(shè)計出一種基基于物聯(lián)網(wǎng)技技術(shù)的溫室大大棚控制系統(tǒng)統(tǒng)。2 系統(tǒng)方案與與論證 為了能能夠設(shè)計出一一種成本低廉廉，精確度較較高，連接簡簡單的溫室大大棚控制系統(tǒng)統(tǒng)，本設(shè)計給給出了三種方方案。2.1 方案論論述 方案一一：本溫室大棚控控制系統(tǒng)以AAT89S552單片機為為核心，采用加熱爐爐和風(fēng)機、噴噴灌和滲灌和和熒光燈，分別為溫室室大棚進行加加熱、增加空空氣濕度、灌灌溉、增加二二氧化碳濃度度、人工補光光；采用SHTT10數(shù)字式式溫濕度傳感感器、FDS-1000

6、型土壤水水分傳感器、SSH-3000-DH二氧氧化碳傳感器器和TSL25561光強傳傳感器分別檢檢測溫室大棚棚的空氣溫濕濕度、土壤濕濕度、二氧化化碳濃度、光光照度。數(shù)據(jù)據(jù)采集部分使使用AT899S52單片片機，將隨被被測各項數(shù)據(jù)據(jù)變化的電壓壓或電流采集集過來，進行行數(shù)據(jù)的處理理，在顯示電電路上，將被被測各項數(shù)據(jù)據(jù)顯示出來。主主機將采集到到數(shù)值在液晶16602上顯示示出來，并通通過無線通信模塊nRRF905將將信號傳到從從機。此外，主主機完成各項項數(shù)值預(yù)制和和報警電路模模塊功能，從從機完成采集集數(shù)值的顯示及加熱爐爐和風(fēng)機、噴噴灌和滲灌和和熒光燈的控控制功能。系統(tǒng)的的總體結(jié)構(gòu)框框圖，如圖2.1所示

7、。從機AT89S52 無線通信模塊主機AT89S52空氣溫濕度傳感器加熱系統(tǒng)從機AT89S52 無線通信模塊主機AT89S52空氣溫濕度傳感器加熱系統(tǒng)信號放大電路土壤水分傳感器通風(fēng)系統(tǒng)信號放大電路土壤水分傳感器通風(fēng)系統(tǒng)LCD顯示系統(tǒng)LCD顯示系統(tǒng)二氧化碳傳感器滲灌系統(tǒng)二氧化碳傳感器滲灌系統(tǒng)補光系統(tǒng)補光系統(tǒng)光強傳感器報警系統(tǒng)光強傳感器報警系統(tǒng)上位機MAX485上位機MAX485 圖22.1 系統(tǒng)框圖方案二：本溫室室大棚控制系系統(tǒng)采用MSSP430為為主控制器用用來總體協(xié)調(diào)調(diào)控制整個系系統(tǒng)，對內(nèi)部部A/D采集集的數(shù)據(jù)進行行處理，與內(nèi)內(nèi)部設(shè)定的數(shù)數(shù)據(jù)庫比較，根根據(jù)設(shè)定的各各參數(shù)發(fā)出指指令控制采光光、

8、照明、二二氧化碳添加加、噴淋子系系統(tǒng)，來改變變大棚內(nèi)部的的環(huán)境，利用用MSP4330來驅(qū)動液液晶屏，實時時地顯示大棚棚內(nèi)外的各環(huán)環(huán)境參數(shù)。本本系統(tǒng)采用兩兩塊 TMPP275 溫溫度傳感器，來來采集大棚內(nèi)內(nèi)外的溫度值值。濕度和光光強利用 MMSP4300內(nèi)部A/DD 通過 PP6.0PP6.3 的的4個端口進進行多通道序序列采集。采采用TGS44160固態(tài)態(tài)電化學(xué)型二二氧化碳傳感感器檢測溫室室大棚中二氧氧化碳的濃度度。系統(tǒng)的體體系結(jié)構(gòu)見圖圖2.2。MSP430主控制器液晶屏動態(tài)顯示溫度傳感器MSP430主控制器液晶屏動態(tài)顯示溫度傳感器風(fēng)扇風(fēng)扇濕度傳感器濕度傳感器噴淋子系統(tǒng)二氧化碳傳感器噴淋子系統(tǒng)

9、二氧化碳傳感器采光子系統(tǒng)采光子系統(tǒng)照明子系統(tǒng)光敏傳感器照明子系統(tǒng)光敏傳感器二氧化碳添加子系統(tǒng)鍵盤輸入二氧化碳添加子系統(tǒng)鍵盤輸入 圖2.2 系統(tǒng)統(tǒng)框圖方案三：本溫室室大棚控制系系統(tǒng)的核心采采用AT899C51單片片機；溫度傳傳感器采用改改進型智能傳傳感器DS118B20；智能濕度傳傳感器采用SSHT11；光照度傳感感器采用GZZD-01型型光照度感應(yīng)應(yīng)探頭；COO2傳感器選選用紅外線氣氣敏傳感器。AA/D轉(zhuǎn)換模模塊采用逐次次漸近型8路路A/D轉(zhuǎn)換換器ADC00809，利利用AT899C51單片片機的串行II/O口，采采用了專用電電平轉(zhuǎn)換芯片片MAX2332，把TTTL電平轉(zhuǎn)換換成RS2332電平

10、，將將數(shù)據(jù)傳給上上位機( PPC機)，進進行數(shù)據(jù)的存存儲。采用液液晶顯示器(LCD)進進行實時顯示示，系統(tǒng)框圖圖如圖2.33所示。LCD顯示溫度傳感器AT89C51單片機LCD顯示溫度傳感器AT89C51單片機二氧化碳傳感器鍵盤電路TC35i模塊數(shù)據(jù)存儲光照傳感器A/D變換濕度傳感器二氧化碳傳感器鍵盤電路TC35i模塊數(shù)據(jù)存儲光照傳感器A/D變換濕度傳感器 圖2.3 系統(tǒng)統(tǒng)框圖2.2 方案比比較方案一使用的控控制器為ATT89S522單片機，方方案二使用的的控制器為MMSP4300單片機，方方案三使用的的控制器為AAT89C551單片機，沒沒有數(shù)據(jù)存儲儲功能。與方方案二和方案案三的單片機機相比

11、較，AAT89S552單片機功功耗低，性能能高而且成本本不高，并且且完全能夠滿滿足本方案的的需求。方案一使用SHHT10數(shù)字字式溫濕度傳傳感器來檢測測溫室大棚中中空氣的溫濕濕度，方案二二選擇兩塊TTMP2755溫度傳感器器，來采集大大棚內(nèi)外的溫溫度值，方案案三選擇溫度度傳感器DSS18B200采集大棚內(nèi)內(nèi)的溫度。與與方案二和方方案三的溫度度傳感器相比比SHT100數(shù)字式溫濕濕度傳感器不不需外圍元件件，直接輸出出經(jīng)過標定了了的相對濕度度、溫度的數(shù)數(shù)字信號，無無需經(jīng)過ADD轉(zhuǎn)換，連接接簡單，可以以有效地解決決傳統(tǒng)溫、濕濕度傳感器的的不足。方案一使用FDDS-1000型土壤水分分傳感器檢測測土壤中水

12、分分的含量，方方案二的濕度度和光強利用用MSP4330內(nèi)部A/D通過P66.0P66.3的4個個端口進行多多通道序列采采集，方案三三濕度傳感器器SHT111測量濕度。與與方案二和方方案三相比較較，方案一的的FDS-1100型土壤水水分傳感器是是專業(yè)檢測土土壤水分的傳傳感器，檢測測精度高，能能直接穩(wěn)定地地反應(yīng)各種土土壤的真實水水分含量，密密封性好，可可長期埋入土土壤中使用，且且不受腐蝕。方案一使用SHH-300-DH二氧化化碳傳感器檢檢測溫室大棚棚中二氧化碳碳的含量，方方案二使用TTGS41660固態(tài)電化化學(xué)型二氧化化碳傳感器檢檢測溫室大棚棚中二氧化碳碳的濃度，但但TGS41160的預(yù)熱熱時間較

13、長，一一般約為2小時，方案案三選用紅外外線氣敏傳感感器檢測二氧氧化碳濃度。與與方案二和方方案三相比較較，SH-3300-DHH二氧化碳傳傳感器具有對對二氧化碳靈靈敏度高、受受溫濕度環(huán)境境影響小、穩(wěn)穩(wěn)定性好、使使用方便、成成本低等特點點。方案一使用TSSL25611光強傳感器器變送器檢測測溫室大棚內(nèi)內(nèi)的光強照度度，方案二的的濕度和光強強利用 MSSP430內(nèi)內(nèi)部A/D通通過P6.00P6.33的4個端口口進行多通道道序列采集，方方案三使用GGZD-011型光照度感感應(yīng)探頭。與與方案二與方方案三相比較較，方案一的的TSL25561光強傳傳感器采用先先進的電路模模塊技術(shù)開發(fā)發(fā)變送器，體體積小、安裝裝

14、方便、線性性度好、傳輸輸距離長、抗抗干擾能力強強。綜上所述，根據(jù)據(jù)對三種方案案的比較以及及對設(shè)計的溫溫室大棚控制制系統(tǒng)成本低低廉，精確度度較高，連接接簡單的要求求，選擇方案案一來設(shè)計本本溫室大棚控控制系統(tǒng)。3 系統(tǒng)硬件設(shè)設(shè)計溫室大棚控制系系統(tǒng)硬件部分分主要由控制制器模塊，電電源電路模塊塊，空氣溫濕濕度測量電路路模塊，土壤壤濕度測量電電路模塊，光光強測量電路路模塊、二氧氧化碳濃度測測量電路模塊塊，顯示電路路模塊，報警警電路模塊、通通信電路模塊塊、控制電路路模塊組成。3.1 控制器器模塊本設(shè)計的控制器器模塊選用AAT89S552，它是一一種低功耗、高高性能CMOOS 8位微微控制器，具具有8K在系

15、系統(tǒng)可編程FFlash存存儲器。使用用Atmell公司高密度度非易失性存存儲器技術(shù)制制造，與工業(yè)業(yè)80C511產(chǎn)品指令和和引腳完全兼兼容。片上FFlash允允許程序存儲儲器在系統(tǒng)可可編程，亦適適于常規(guī)編程程器。在單芯芯片上，擁有有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可可編程Flaash，使得得AT89SS52在眾多多嵌入式控制制應(yīng)用系統(tǒng)中中得到廣泛應(yīng)應(yīng)用。 (1) 標準功能：8K字節(jié)Flaash，256字節(jié)節(jié)RAM，32位I/O口線，看看門狗定時器器，2個數(shù)據(jù)據(jù)指針，三個個16位定時時器/計數(shù)器器，一個6向向量2級中斷斷結(jié)構(gòu)，全雙雙工串行口，片片內(nèi)晶振及時時鐘電路44。另外，AAT89S552可降至0

16、0Hz靜態(tài)邏邏輯操作，支支持2種軟件件可選擇節(jié)電電模式。空閑閑模式下，CCPU停止工工作，允許RRAM、定時時器/計數(shù)器器、串口中斷斷繼續(xù)工作。掉掉電保護方式式下，RAM內(nèi)容容被保存，振蕩器被凍凍結(jié)，單片機一切切工作停止，直到下一個個中斷或硬件件復(fù)位為止。 (2) 在外部結(jié)構(gòu)構(gòu)上，AT89SS52單片機機和MCS-51系列單單片機的結(jié)構(gòu)構(gòu)相同，有三三種封裝形式式，分別是PPDIP形式式，為40針針腳； PLLCC形式，為為44針腳；TAFP形形式，也為444針腳55。其中，常常用的為PDDIP形式，如如圖3.1所示。圖3.1 AAT89S552的引腳圖圖3.2 空氣溫溫濕度測量電電路模塊 本設(shè)

17、計計選擇SHTT10數(shù)字式式溫濕度傳感感器來檢測溫溫室大棚中空空氣的溫濕度度。SHT10數(shù)字字式溫濕度傳傳感器是由SSensirrion公司司推出的一種種可以同時測測量濕度、溫溫度的傳感器器，不需外圍圍元件直接輸輸出經(jīng)過標定定了的相對濕濕度、溫度的的數(shù)字信號，可可以有效地解解決傳統(tǒng)溫、濕濕度傳感器的的不足。其特特點：溫濕度度傳感器、信信號放大、AA/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口全全部集成于一一個芯片上(CMOSeens技術(shù))；全校準相相對濕度及溫溫度值輸出；具有露點值值計算輸出功功能；免外圍圍元件；卓越越的長期穩(wěn)定定性；測量精精度高，濕度度的精度為3. 5，溫度的精度度為0. 5(在20時)；可靠的

18、CRRC數(shù)據(jù)傳輸輸校驗功能；片內(nèi)裝載的的校準系數(shù)，保保證100%的互換性；電源電壓為為2. 45. 5VV6。引腳功能：1（GND）：接地；2（DATA）與3（SCK）：串行數(shù)字接口，其中DATA為數(shù)據(jù)線；4（VDD）：接電源。 如圖33.2所示，SHTT10數(shù)字式式溫濕度傳感感器來檢測溫溫室大棚中空空氣的溫濕度度，并將檢測測到的信號傳傳送給單片機機的P0口，讓讓單片機處理理。圖3.2 SSHT10數(shù)數(shù)字式溫濕度度傳感器連接接電路圖3.3 土壤濕濕度測量電路路模塊本設(shè)計選擇FDDS-1000型土壤水分分傳感器檢測測土壤中水分分的含量。FDS-1000型土壤水分分傳感器引腳腳功能7如下： 紅線（

19、VDD）：5-12 V電源輸入 黃線(V-OUTT)：電壓輸輸出01.8755V DC 黑線(GND)：地地線 功能及及特點：本傳感器體積小小巧化設(shè)計，攜攜帶方便，安安裝、操作及及維護簡單。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，不不繡鋼探針保保證使用壽命命。外部以環(huán)氧樹脂脂純膠體封裝裝，密封性好好，可直接埋埋入土壤中使使用，且不受受腐蝕。土質(zhì)影響較小，應(yīng)用地區(qū)廣泛。測量精度高，性性能可靠，確確保正常工作作。響應(yīng)速度快，數(shù)數(shù)據(jù)傳輸效率率高。 FDSS-100型土壤壤水分傳感器器經(jīng)過LM3358經(jīng)信號放大大輸送至單片片機P0口，電路路如圖3.3所示。圖3.3 FFDS-100型土壤壤水分傳感器器連接電路圖圖3.4 光強測

20、測量電路模塊塊本設(shè)計選擇TSSL25611光強傳感器器檢測溫室大大棚的光照度度。 各引腳的功能8如下： 腳1和和腳3分別是是電源引腳和和信號地。其其工作電壓工工作范圍是是是2.7V-3.5V。腳2，器件訪問問地址選擇引引腳。由于該該引腳電平不不同，該器件件有3個不同同的訪問地址址。 腳4和和腳6，總線線的時鐘信號號線和數(shù)據(jù)線線。腳5中斷信號輸輸出引腳。當(dāng)當(dāng)光強度超過過用戶編程設(shè)設(shè)置的上或下下閾值時 器器件會輸出一一個中斷信號號。TSL25611光強度數(shù)字字轉(zhuǎn)換芯片與與單片機P00相接，電路路原理圖如圖圖3.4所示。圖3.4 TTSL25661光強傳感感器連接電路路圖3.5 二氧化化碳測量電路路

21、模塊 本設(shè)計計采用SH-300-DDH二氧化碳碳檢測模塊檢檢測大棚內(nèi)的的二氧化碳濃濃度。該模塊塊主要應(yīng)用于于CO2含量的的檢測，具有有體積小，反反應(yīng)靈敏，檢檢測精度高等等優(yōu)點。 其主要性性能參數(shù)9如下所示: (1)檢測范圍：0-3000PPMM； (2)精度：0-3000PPPM，100-50； (3)響應(yīng)時間：小于30秒秒(0-80%)，數(shù)數(shù)據(jù)更新時間間:2秒； (4)預(yù)熱；990秒(255)； (5)輸出：模擬擬：0-3V； 數(shù)字UAART：默認波特率率9600bbps； (6)輸入電壓：DC7V-12V； 該模塊塊具有模擬量量輸出和數(shù)字字量輸出兩種種方式，在系系統(tǒng)設(shè)計中，采采用的是數(shù)字字

22、通信方式，該該傳感器的數(shù)數(shù)字輸出腳直直連到單片機機的RXD管腳上上。電路圖如如圖3.5所示。圖3.5 SSH-3000-DH二氧氧化碳傳感器器連接電路 3.66 顯示電路模塊塊 本設(shè)計計采用LCDD1602作為為輸出器件，其其特點如下： (1)顯示質(zhì)量高高：由于LCCD每一個點點在收到信息息后就一直保保持那中色彩彩和亮度， 恒定發(fā)光，不不需要不斷的的刷新亮點，因因此畫質(zhì)高且且不會閃爍。 (2)數(shù)字式接口口，與單片機機系統(tǒng)的接口口簡單，操作作更方便。 (3)體積小，質(zhì)質(zhì)量輕。(4)功耗低，耗耗電量比其他他顯示器件小小得多。電路原理圖如圖圖3.6所示。圖3.6 LLCD16002顯示電路圖3.7

23、報警電電路模塊本系統(tǒng)專門設(shè)計計了報警電路路模塊，由晶晶體管和蜂鳴鳴器組成。由由單片機I/O口輸出信信號控制晶體體管的導(dǎo)通或或截止，晶體體管導(dǎo)通，則則蜂鳴器報警警。當(dāng)某個監(jiān)監(jiān)控參數(shù)長時時間(具體時時間由程序設(shè)設(shè)定)超出其其合理的上下下限范圍時，報報警系統(tǒng)啟動動。它與單片片機的連接電電路如圖3.7所示。圖3.7 報警警電路3.8 通信電電路模塊本系統(tǒng)的通信電電路模塊分為為主機與從機機之間的無線線通信和單片片機與上位機機之間的串口口通信。主機與從機之間間的無線通信信主要是主機把把采集到的空空氣溫濕度、土土壤濕度、二二氧化碳濃度度以及光強照照度的數(shù)據(jù)通過一對對配置的nRRF905無無線收發(fā)模塊塊發(fā)送到

24、從機機，從機接收數(shù)數(shù)據(jù)并控制加加熱系統(tǒng)、通通風(fēng)系統(tǒng)、滴滴灌系統(tǒng)、補補光系統(tǒng)以及及報警子系統(tǒng)統(tǒng)的運行。nRF905是是挪威Norrdic公司司推出的單片片射頻發(fā)射器器芯片，工作作電壓為 11.93.6V，322引腳QFNN封裝（5mmm5mm），工工作于4333/868/915MHHz3個ISSM頻道。nnRF9055可以自動完完成處理字頭頭和CR (循環(huán)冗余碼碼校驗)的工工作，可由片片內(nèi)硬件自動動完成曼徹斯斯特編碼/解解碼，使用SSPI接口與與微控制器通通信，配置非非常方便，其其功耗非常低低，以- 110dBm的的輸出功率發(fā)發(fā)射時電流只只有11mAA，在接收模模式時電流為為12.5mmA10。

25、單片機由由I/O端口口控制nRFF905模塊塊的狀態(tài)接口口、模式接口口和SPI 接口。nRRF905詳詳細結(jié)構(gòu)圖如如圖3.8所示。3.8 nRRF905結(jié)結(jié)構(gòu)圖主機與從機之間間的通信通過過無線收發(fā)模模塊實現(xiàn)。以以AT89SS52單片機機為微控制器器，與設(shè)計好好的nRF9905無線收收發(fā)模塊相連連接，具備數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)數(shù)據(jù)接收的功功能。連接電電路由一對配配置nRF9905模塊構(gòu)構(gòu)成，其中一一端作為發(fā)送送端，另一端端作為接收端端。主機與從從機之間無線線通信連接電電路圖見附錄錄1。 本系統(tǒng)統(tǒng)的單片機與與上位機之間間的串口通訊訊采用符合RRS-4855電氣標準的的MAX4885芯片。RS-485標準準

26、的特點：采采用差動發(fā)送送/接收，共共模抑制比高高，抗干擾能能力強；傳輸輸速率高，它它允許的最大大傳輸速率可可達10Mbb/s(傳送送15m)；傳傳送距離遠，采采用雙絞線，在在不用MODDEM的情況況下，當(dāng)以1100kb/s的傳輸速速率時，可傳傳送的距離為為1.2kmm；能實現(xiàn)多點點對多點的通通信，RS-485允許許平衡電纜上上連接32個發(fā)送器器/接收器對對。它非常適適合溫室大棚棚規(guī)模擴大時時的測控系統(tǒng)統(tǒng)的擴展。單單片機和上位位機之間的通通信必須用RRS232/RS4855轉(zhuǎn)換器EM4485B將電電平進行轉(zhuǎn)換換。MAX-485與單單片機連接電電路，如圖33.9所示。圖3.9 單片片機與上位機機通

27、信電路圖圖3.9 控制電電路模塊本設(shè)計的控制電電路模塊選用用繼電器作為為控制系統(tǒng)的的開關(guān)。繼電電器是一種電電子控制器件件，它具有控控制系統(tǒng)（又又稱輸入回路路）和被控制制系統(tǒng)（又稱稱輸出回路），通通常應(yīng)用于自自動控制電路路中，它實際際上是用較小小的電流去控控制較大電流流的一種“自動開關(guān)”。故在電路路中起著自動動調(diào)節(jié)、安全全保護、轉(zhuǎn)換換電路等作用用。如圖3.10所示，從機機從主機接受受指令控制繼繼電器的開關(guān)關(guān)，從而使各各類執(zhí)行器件件起到對溫室室環(huán)境調(diào)節(jié)的的作用。圖3.10 繼繼電器控制電電路3.10 電源源電路模塊本設(shè)計中用到33種電源，分分別為-5VV、+5V、12V。如圖3.111所示，222

28、0V交流電電經(jīng)變壓器降降壓、橋式整整流、電容濾濾波后由79905、78805、78812三端集集成穩(wěn)壓管分分別得到-55V、+5VV、12VV電壓，為整個系統(tǒng)供供電。圖3.11 電電源電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)設(shè)計 根據(jù)空空氣溫濕度、土土壤濕度、二二氧化碳濃度度、光照度等等數(shù)據(jù)的特點點和農(nóng)作物的的生長特點，本本系統(tǒng)對溫室室的空氣溫度度、光照度進進行PID算法控控制。兩者的的數(shù)據(jù)先被傳傳感器采集，經(jīng)經(jīng)過信號處理理，存入ATT89S522的內(nèi)部數(shù)據(jù)據(jù)存儲器，與與設(shè)定值進行行比較，經(jīng)過過PID算法得得到控制量并并由單片機輸輸出去控制加加熱爐、補光光光源。4.1 PIDD控制算法原原理控制器本身是一一種基于

29、對“過去”、“現(xiàn)在”和“未來”信息估計的的簡單控制算算法。常規(guī)的的控制系統(tǒng)主主要由控制器器和被控對象象組成。作為為一種線性控控制器，它根根據(jù)給定值和和實際輸出值值構(gòu)成控制偏偏差，將偏差差按比例、積積分和微分通通過線性組合合構(gòu)成控制量量，對被控對對象進行控制制，故稱控制制器。在連續(xù)控制系統(tǒng)統(tǒng)中，PIDD控制器的輸輸出u(t)與輸入e(t)之間成比例例、積分、微微分的關(guān)系。即即 (44.1)寫成傳遞函數(shù)的的形式 (44.2)PID控制器各各個參數(shù)對系系統(tǒng)的動態(tài)和和穩(wěn)態(tài)性能有有不同的影響響11。A 比例作用比例作用的引入入是為了及時時成比例地反反應(yīng)控制系統(tǒng)統(tǒng)的偏差信號號，以最快速速度產(chǎn)生控制制作用，

30、使偏偏差向減小的的趨勢變化。(1) 對動態(tài)態(tài)特性的影響響比例控制參數(shù)KKc凡加大，使使系統(tǒng)的動作作靈敏，速度度加快，Kcc偏大，振蕩蕩次數(shù)加多，調(diào)調(diào)節(jié)時間加長長。當(dāng)Kc太太大時，系統(tǒng)統(tǒng)會趨于不穩(wěn)穩(wěn)定，若Kcc太小，又會會使系統(tǒng)的動動作緩慢。(2)對穩(wěn)態(tài)特特性的影響加大比例系數(shù)KKc，在系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定的情況況下，可以減減小穩(wěn)態(tài)誤差差ess，提高控控制精度，但但是加大Kcc只是減少eess，卻不能能完全消除穩(wěn)穩(wěn)態(tài)誤差。在PID控制的的閉環(huán)系統(tǒng)中中，對于設(shè)定定值的變化和和外擾的響應(yīng)應(yīng)是不同的，在在工程應(yīng)用上上對兩者的性性能要求也有有所不同，對對設(shè)定值的變變化一般要求求滿足一定的的前提條件，如如無超調(diào)下的

31、的快速跟蹤對對外擾則希望望閉環(huán)系統(tǒng)在在具有一定衰衰減比的情況況下快速克服服。B 積分作用積分作用的引入入，主要是為為了保證被控控量在穩(wěn)態(tài)時時對設(shè)定值的的無靜差跟蹤蹤，它對系統(tǒng)統(tǒng)的性能影響響可以體現(xiàn)在在以下兩方面面：(1) 對動態(tài)態(tài)特性的影響響積分作用通常使使系統(tǒng)的穩(wěn)定定性下降。如如果積分時間間Ti太小系系統(tǒng)將不穩(wěn)定定，Ti偏小小，振蕩次數(shù)數(shù)較多；如果Ti太太大，對系統(tǒng)統(tǒng)性能的影響響減少，當(dāng)TTi合適時，過過渡特性比較較理想。(2) 對穩(wěn)態(tài)態(tài)特性的影響響積分作用能消除除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)態(tài)誤差，提高高控制系統(tǒng)的的控制精度。但但是Ti太大大時，積分作作用太弱，以以至不能減小小穩(wěn)態(tài)誤差。C 微分作用微分作用

32、通常與與比例作用或或積分作用聯(lián)聯(lián)合作用，構(gòu)構(gòu)成PD控制制或者PIDD控制。微分作用的引入入，主要是為為了改善閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定定性和動態(tài)特特性，如使超超調(diào)量較小，調(diào)調(diào)節(jié)時間縮短短，允許加大大比例控制，使使穩(wěn)態(tài)誤差減減小，提高控控制精度。當(dāng)當(dāng)微分時間TTd偏大時，超超調(diào)量較大，調(diào)調(diào)節(jié)時間較長長；當(dāng)Td偏小小時，超調(diào)量量也較大，調(diào)調(diào)節(jié)時間也較較長只有合適適時，可以得得到比較滿意意的過渡過程程。直觀地分分析，假設(shè)被被控對象存在在一定的慣性性，微分作用用將使得控制制作用與被控控量，與偏差差量未來變化化趨勢之間形形成近似的比比例關(guān)系。從頻域分析的角角度講，微分分作用等效于于一個高通濾濾波器，即有有可能在控

33、制制輸出中引入較強強的高頻噪聲聲，這是實際際控制所不希希望的。在現(xiàn)代由于計算算機進入控制制領(lǐng)域，用數(shù)數(shù)字計算機代代替模擬計算算機調(diào)節(jié)器組組成計算機控控制系統(tǒng)，用用軟件實現(xiàn)PPID控制算算法，而且可可以利用計算算機的邏輯功功能，使PIID控制更加加靈活。計算算機控制是一一種采樣控制制，它只能根根據(jù)采樣時刻刻的偏差值計計算控制量。因因此，連續(xù)PPID控制算算法不能直接接使用，需要要采用離散化化方法。在計計算機PIDD控制中，使使用的是數(shù)字字PID控制制器。目前有有位置式PIID控制算法法以及增量式式PID控制制算法12。 本系統(tǒng)統(tǒng)采用了增量量數(shù)字化PIID算法。增量式式控制器是指指控制器每次次輸出

34、的只是是控制量的增增量，當(dāng)執(zhí)行行機構(gòu)，例如如步進電機，需需要的是增量量而不是位置置量的絕對數(shù)數(shù)值時，就可可以使用增量量式PID控控制器進行控控制13。增量，當(dāng)執(zhí)行機機構(gòu)需要的是是控制量的增增量時，應(yīng)采采用增量式PPID控制。根根據(jù)遞推原理理可得 (4.3)用式(4.3)減式(4.4)，可得得增量式PIID控制算法法 (44.4)式(4.5)稱稱為增量式PPID控制算算法，將其進進一步可改寫寫為 (4.5)式中，增量式控制雖然然只是算法上上作了一點改改進，卻帶來來了不少的優(yōu)優(yōu)點14：(1) 由于計計算機輸出增增量，所以誤誤動作時影響響小，必要時時可用邏輯判判斷的方法去去掉。(2) 手動/自動切換

35、時時沖擊小，便便于實現(xiàn)無擾擾動切換。此此外，當(dāng)計算算機發(fā)生故障障時，由于輸輸出通道或執(zhí)執(zhí)行裝置具有有信號的鎖存存作用，故仍仍能保持原值值。(3) 算式中中不需要累加加?？刂圃隽苛縰(k)的確定，僅僅與最近k次的采樣值值有關(guān)，所以較容易通過過加權(quán)處理而而獲得比較好好的控制效果果。但是增量式控制制也有其不足足之處155：積分截截斷效應(yīng)大，有有靜態(tài)誤差；溢出的影響響大。因此，在在選擇時不可可一概而論，一一般認為在以以晶閘管作為為執(zhí)行器或在在控制精度要要求高的系統(tǒng)統(tǒng)中，可采用用位置式控制制算法，而在在以步進電動動機或電動閥閥門作為執(zhí)行行器的系統(tǒng)中中，則可采用用增量式控制制算法。 4.2 系系統(tǒng)下位機主

36、主程序流程圖圖設(shè)計 本系統(tǒng)統(tǒng)軟件下位機機程序主要由由下位機各數(shù)數(shù)據(jù)測控、上上位機與下位位機通訊、報報警等程序組組成。下位機機主程序流程程圖，如圖44.1所示。傳感感器采集的數(shù)數(shù)據(jù)存儲入單單片機，單片片機初始化，開開始比較采集集的空氣溫濕濕度是否在測測量范圍內(nèi)，如如果在測量范范圍內(nèi)，則比比較采集到的的土壤濕度是是否在測量范范圍內(nèi)，否則則進入空氣溫溫度調(diào)整子程程序，控制加加熱爐加熱或或者通風(fēng)系統(tǒng)統(tǒng)通風(fēng)以升高高或降低空氣氣溫濕度，然然后比較采集集到的土壤濕濕度是否在測測量范圍內(nèi)，以以此類推，當(dāng)當(dāng)比較完采集集到的二氧化化碳濃度后進進入下一個循循環(huán)重新開始始比較空氣溫溫濕度。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化

37、參數(shù)設(shè)定參數(shù)設(shè)定空氣溫濕度測量空氣溫濕度測量空氣溫度是否在測量范圍內(nèi)空氣溫度是否在測量范圍內(nèi)N Y空氣濕度測量空氣溫度調(diào)整子程序 空氣濕度測量空氣溫度調(diào)整子程序空氣濕度是否在測量范圍內(nèi)空氣濕度是否在測量范圍內(nèi)N空氣濕度調(diào)整子程序 Y空氣濕度調(diào)整子程序土壤濕度測量土壤濕度測量土壤濕度是否在測量范圍內(nèi)土壤濕度是否在測量范圍內(nèi)N土壤濕度調(diào)整子程序 Y土壤濕度調(diào)整子程序二氧化碳濃度測量 二氧化碳濃度測量二氧化碳濃度是否在測量范圍內(nèi)二氧化碳濃度是否在測量范圍內(nèi)N二氧化碳濃度調(diào)整子程序二氧化碳濃度調(diào)整子程序光照度測量 Y光照度測量二氧化碳濃度是否在測量范圍內(nèi)二氧化碳濃度是否在測量范圍內(nèi)NN光照度調(diào)整子程序

38、光照度調(diào)整子程序 Y圖4.1 主程程序圖5 結(jié)論 本次設(shè)設(shè)計結(jié)合單片片機技術(shù)、傳傳感器技術(shù)和和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)術(shù)，構(gòu)建了一一個基于物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫溫室大棚控制制系統(tǒng)。本系系統(tǒng)是本著在在不影響功能能實現(xiàn)的前提提條件下盡可可能降低生產(chǎn)產(chǎn)成本的宗旨旨，以AT889S52為為核心，以PPID控制為為主要控制方方式，以檢測測并調(diào)節(jié)空氣氣溫濕度、土土壤濕度、CCO2濃度和和光照度為主主要目的的測測控系統(tǒng)。該該系統(tǒng)可以實實現(xiàn)對溫室大大棚參數(shù)信息息的實時檢測測和調(diào)整并報報警，并且通通過無線傳輸輸模塊nRFF905將采采集信息傳送送給控制主機機，再結(jié)合有有線技術(shù)傳送送給上位機，將將無線技術(shù)和和有線技術(shù)結(jié)結(jié)合起來，實實

39、現(xiàn)遠程參數(shù)數(shù)的無線控制制。結(jié)果表明明，該控制系系統(tǒng)具有良好好的擴展性和和實用性，對對于實現(xiàn)溫室室的智能化測測控管理，降降低勞動強度度，提高生產(chǎn)產(chǎn)效率，創(chuàng)造造大棚生產(chǎn)的的最佳效益將將產(chǎn)生積極作作用。參考文獻1 管繼剛剛物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)術(shù)在智能農(nóng)業(yè)業(yè)中的應(yīng)用J通信管理與與技術(shù)，2010(3)：24272 孫科物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)應(yīng)用J無線互聯(lián)科科技，20112(3)：193 龔道禮禮基于無線線傳感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測測系統(tǒng)研制D中國地質(zhì)大大學(xué)，20111：84 胡漢才才單片機原理理及系統(tǒng)設(shè)計計M北北京：清華大大學(xué)出版社，22001：220265 劉守義義單片機應(yīng)應(yīng)用技術(shù)MM西安：西安安電子科技大大學(xué)出

40、版社，20026 戴勇，周建平，梁楚華，趙二明. 基于AT899S52單片機的的多功能智能能溫室測控系系統(tǒng)J農(nóng)機化研究究，2009(5)：1397 龔元石石，李子忠FDS探針兩兩種埋設(shè)方式式下土壤水分分的測定及其其比較J農(nóng)業(yè)工工程學(xué)報，19997，13(2)：2422448 來清民民傳感器與與單片機接口口及實例MM北京：北京航空航航空大學(xué)出版版社，20008： 1391419 鐘亞飛飛基于單片片機的溫室二二氧化碳測控控系統(tǒng)的設(shè)計計D山東科技大大學(xué)，20111：13.10莢慶，王代華，張志杰基于nRFF905的無無線數(shù)據(jù)傳輸輸系統(tǒng)J國外電子元元器件2008，(1)：2293111 趙建建華，沈永

41、良良一種自適適應(yīng)PID控控制算法JJ自動化學(xué)報報，20011，27(22)：4177420.12 劉金金琨先進PPID控制MMATLABB仿真M北京：電子工工業(yè)出版社(第2版)，2004，913 張宇宇河，金鈺計算機控制制系統(tǒng)M北京；北北京理工大學(xué)學(xué)出版社，1199614 Ibbrahimm Kayaa Nusreet Tann Dereek PAtherrtonA reffinemeent prroceduure foor PIDD conttrolleersJElecttricall Engiineeriing，(20066)(88)：21522115 美美Katssuhikoo Ogat

42、ta.陸伯英英，于海勛等等(譯)現(xiàn)現(xiàn)代控制工程程(第三版)M北北京：電子工工業(yè)出版社，22000，33.Design of thhe Inttelliggent MMonitooring Systeem forr Greeen houuse Baased uupon IInternnet off ThinngsLiu Juaan(Departtment of Phhysicss ， Dezhhou Unniverssity ， Dezhhou，2530223)Abstracct Basedd on tthe coontentt of tthe neetworkking ttechnoologi

43、ees greeenhouuse caanopy contrrol syystem by ATT89S52 siingle chip microocompuuter aas thee coree, thee heatting ffurnacce andd fan, spriinklerr irriigatioon andd irriigatioon, flluoresscent lamp, resppectivvely, and tto inccreasee the heat shed greennhousee carbbon diioxidee conccentraation, incrre

44、ase the aair huumiditty, irrrigattion, artifficiall lighht suppplemeent; SSHT10 digittal teemperaature and hhumidiity seensorss, usiing FDDS-1000 typee soill moissture sensoor, SHH-300-DH caarbon dioxiide seensor and TTSL25661 strrong llight sensoor, wiill shhed thhe datta colllecteed in the iinform

45、mationn in tthe liiquid crysttal diisplayy on tthe 16602, aand thhroughh the seriaal cabble coommuniicatioon willl siggnals to frrom thhe macchine. The host to fiinish the nnumeriical pprecasst andd alarrm cirrcuit modulle funnctionn, andd fromm the compllete ccollecction of maachinee numeericall di

46、spplay aand heeatingg and fan, sprinnkler irriggationn and irriggationn and fluorrescennt lammp conntrol functtions. In tthis ppaper the ddesignn greeenhousse cannopy ccontrool sysstem, can ccollecct reaal-timme conntrol of thhe airr tempperatuure annd hummidityy in ggreenhhouse, soill humiidity, li

47、ghht inttensitty, thhe conncentrrationn of ccarbonn dioxxide aand otther eenviroonmenttal paarametters tto inttuitivve datta shoows too the user, and may, accorrding to thhe demmand oof plaantingg cropps proovide alarmm infoormatiion. Keywordds AT89SS52；SHT100；FDS-100；SH-3000-DH；TSL25561 致 謝 在論文文完成之

48、際，我我要特別感謝謝我的指導(dǎo)老老師張秀梅的的熱情關(guān)懷和和悉心指導(dǎo)。在在我撰寫論文文開題的過程程中，張老師師傾注了大量量的心血和汗汗水，無論是是在論文的選選題、構(gòu)思和和資料的收集集方面，還是是在論文的中中期過程檢查查以及成文定定稿方面，我我都得到了張張老師悉心細細致的教誨和和無私的幫助助，特別是她她廣博的學(xué)識識、深厚的學(xué)學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴嚴謹?shù)闹螌W(xué)精精神和一絲不不茍的工作作作風(fēng)使我終生生受益，在此此表示真誠地地感謝和深深深的謝意。 謝我的的班主任劉毅毅老師，謝謝謝他在這四年年中為我們?nèi)嗨龅囊灰磺?，他不求求回報，無私私奉獻的精神神很讓我感動動，再次向他他表示由衷的的感謝。同時時還要謝謝同同學(xué)們，在

49、我我論文設(shè)計過過程中給予的的幫助，使我我能夠順利的的完成論文設(shè)設(shè)計。最后，感謝謝我的母校德州學(xué)院四四年來對我的的大力栽培。我我還要感謝含含辛茹苦撫養(yǎng)養(yǎng)我長大的父父母，謝謝您您們!附錄1 主機與與從機無線通通信模塊電路路圖附錄2 系統(tǒng)總總電路圖附錄3 程序#includde/頭文文件#includde#includde#includde#includde#includde #includdesfr AUXXR=0 x88e;sfr AUXXR1=0 xxa2;/keey記錄鍵值值；k自動控控制標志；ii、b用于顯顯示unsigneed chaar keyy=0,k=0,i=00,b=0,m=0,

50、jj=0,l=0,g=110,s=00; /m、l、jj、g用于計計時unsigneed chaar xdaata shhow8;/用于于顯示轉(zhuǎn)換unsigneed chaar xdaata weet6; /濕度度0:1、溫度22:3、CCO24、光強55unsigneed chaar xdaata maax6=0;unsigneed chaar xdaata miin6=0;unsigneed chaar xdaata t00ime88=1,2,3,55,6,7,8,9;/*/比較參量量0,時間0:1、濕濕度2:33、溫度4:5、CCO26、光強77unsigneed chaar xdaat

51、a t11ime88=1,2,3,55,6,7,8,9;/*/比較參量量1,時間0:1、濕濕度2:33、溫度4:5、CCO26、光強77unsigneed chaar adddress=0 x10; /RAAM地址sbit keey1=P117; /按鍵鍵1 sbit keey2=P001;/2 sbit keey3=P002;/3 sbit keey4=P000;/4 sbit leed=P03;/122864背燈燈sbit coo2=P37; /COO2加熱sbit moo=P200;/電機機sbit lii=P211; /加熱熱燈void meenu();void weelcomee()

52、 /歡迎迎界面chn_ddisp(00 x92,44,歡迎使使用);chn_diisp(0 xx98,8,吉林大學(xué)學(xué)電子學(xué)院);void reeadalll() /讀取取時間、濕、溫溫、CO2、光光強Read_RTC();RH(wett);wet4=Adc00832(11);wet5=Adc00832(11);void chhange(unsiggned cchar nn)/數(shù)據(jù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換unsiggned cchar kk;unsignned innt g;switchh(n)casee 0:for(kk=0;k3;k+)sshow66-3*k=set_rtc_ccodekk/16+0;sh

53、how7-3*k=set_rrtc_coodek%16+0;shoow5=show2=:;breeak;case 1:show0=seet_rtcc_codee6/116+0;shoow1=set_rrtc_coode6%16+0;shoow4=set_rrtc_coode4/16+0;shoow5=set_rrtc_coode4%16+0;shoow6=set_rrtc_coode3/16+0;shoow7=set_rrtc_coode3%16+0;breeak;case 2:show0=t00ime11/16+0;shoow1=t0imee1%116+0;shoow3=show2=-;sh

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